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1、田间试验的设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 田间试验设计的概念与原则田间试验设计的概念与原则v一一.田间试验设计的概念田间试验设计的概念v（一）广义的概念（一）广义的概念v是指整个试验课题的设计是指整个试验课题的设计,包括确定试验处理包括确定试验处理的方案、小区技术以及相应的资料搜集整理的方案、小区技术以及相应的资料搜集整理和统计分析的方法等。和统计分析的方法等。v（二）狭义的概念（二）狭义的概念v是专指小区技术是专指小区技术,尤其
2、是重复区和试验小区的尤其是重复区和试验小区的排列方法。排列方法。v二二.田间试验设计的作用田间试验设计的作用v1.1.减小试验误差减小试验误差,提高试验的精确度。提高试验的精确度。v2.2.提供无偏的处理效应和试验误差的估计值提供无偏的处理效应和试验误差的估计值 三三.田间试验设计的原则田间试验设计的原则v（一）重复（一）重复v1.1.定义定义v试验中同一处理所种植的小区数。每一处理试验中同一处理所种植的小区数。每一处理种植种植1 1个小区就称为个小区就称为1 1次重复次重复,种植种植2 2个小区就个小区就称为称为2 2次重复次重复.v2.2.作用作用v（1 1）估计试验误差）估计试验误差v（
3、2 2）降低试验误差）降低试验误差v更准确地估计处理效应更准确地估计处理效应v2.2.随机随机v（1 1）含义）含义v指试验指试验材料的配置材料的配置和和处理的顺序处理的顺序都是用随机都是用随机方法确定的。方法确定的。v（2 2）作用）作用v与重复结合与重复结合,可以提供可以提供无偏无偏的试验误差估计值。的试验误差估计值。v3.3.局部控制局部控制v（1 1）含义）含义v将整个试验环境分成几个相对最为一致的小将整个试验环境分成几个相对最为一致的小环境环境,分范围、分地段控制非处理因素分范围、分地段控制非处理因素,使其使其对处理的影响趋于最大程度的一致。对处理的影响趋于最大程度的一致。v（2 2
4、）作用）作用v降低试验误差。降低试验误差。第二节第二节 田间试验的小区技术田间试验的小区技术v一一.试验小区的面积、形状和方向试验小区的面积、形状和方向v试验小区试验小区:田间试验中安排一个处理的小块地田间试验中安排一个处理的小块地段段.v（一）试验小区的面积（一）试验小区的面积v较大面积的小区能更多地包含试验地的复杂较大面积的小区能更多地包含试验地的复杂性性,从而减少小区间的土壤肥力差异从而减少小区间的土壤肥力差异,降低试降低试验误差验误差.但其作用有限度但其作用有限度.在确定小区面积时在确定小区面积时,必须考虑以下几方面必须考虑以下几方面v1.1.试验种类试验种类v机械化栽培试验、灌溉试验
5、、肥料试验及病机械化栽培试验、灌溉试验、肥料试验及病虫害试验等小区应大些虫害试验等小区应大些,而品种试验则可小些而品种试验则可小些.v2.2.作物类别作物类别v种植密植作物的小区可小些种植密植作物的小区可小些;种植中耕作物则种植中耕作物则可大些可大些.v3.3.试验地土壤差异程度试验地土壤差异程度v土壤差异大土壤差异大,小区面积应大些小区面积应大些;土壤差异小土壤差异小,小小区面积可相应小些区面积可相应小些.当土壤差异呈斑块状当土壤差异呈斑块状,则则应用较大的小区应用较大的小区.v4.4.育种工作的不同阶段育种工作的不同阶段v新品种选育过程中新品种选育过程中,品系数由多到少品系数由多到少,种子
6、数种子数量由少到多量由少到多,采用小区面积应从小到大采用小区面积应从小到大.v5.5.试验地面积和处理数试验地面积和处理数v试验地面积较大时小区可适当大些试验地面积较大时小区可适当大些;试验地处试验地处理数不多时理数不多时,可采用较大小区可采用较大小区;处理数多时处理数多时,则则应该用较小小区应该用较小小区.v6.6.试验过程中的取样需要试验过程中的取样需要v试验过程中如需取样进行各种测定时试验过程中如需取样进行各种测定时,则要相则要相应增大小区面积应增大小区面积.v7.7.边际效应和生长竞争边际效应和生长竞争v边际效应边际效应:是指小区两边或两端的植株是指小区两边或两端的植株,因占较因占较大
7、空间而表现大空间而表现的的差异差异.v边际效应大的相应需增大小区面积边际效应大的相应需增大小区面积.一般一般,小区小区的每一边可除去的每一边可除去1 12 2行行,两端各两端各除去除去0.30.30.5m0.5m,留下合适的收获面积留下合适的收获面积,以便测产计产以便测产计产.常用田间试验小区面积常用田间试验小区面积()试验地条件和试试验地条件和试验性质验性质作物类型作物类型小区面积小区面积最低限最低限一般范围一般范围土壤肥力均匀土壤肥力均匀大株作物大株作物30306060130130小株作物小株作物20203030100100土壤肥力不均匀土壤肥力不均匀谷类作物谷类作物60607070130
8、130300300生产性示范试验生产性示范试验谷类作物谷类作物300300350350600600700700微型小区试验微型小区试验稻麦类作物稻麦类作物1 14 48 8（二）试验小区的形状和方向（二）试验小区的形状和方向v狭长形小区比正方形小区狭长形小区比正方形小区,更能包含试验地土更能包含试验地土壤的复杂性壤的复杂性,因而能降低试验误差因而能降低试验误差;正方形减正方形减少边际效应和生长竞争的效果更好少边际效应和生长竞争的效果更好,综合两者综合两者,小区形状以小区形状以长方形为宜长方形为宜,且长边应与肥力变化且长边应与肥力变化方向平行方向平行.小区大时小区大时,长宽比以长宽比以2 231
9、31为宜为宜;小区面积小时小区面积小时,可取可取3 35151.二二.重复次数重复次数v应根据试验要求的精确度、试验地土壤差异应根据试验要求的精确度、试验地土壤差异大小、试验材料的数量、试验地面积、小区大小、试验材料的数量、试验地面积、小区大小等确定大小等确定.一般一般:小区面积较小的试验小区面积较小的试验,3,36 6次重复次重复;小区面积较大的试验小区面积较大的试验,3,34 4次重复次重复;生生产性示范试验产性示范试验,2,2次重复即可次重复即可.三三.对照区的设置对照区的设置v（一）对照区的含义（一）对照区的含义v又叫标准区又叫标准区,即用来衡量试验处理效果优劣的即用来衡量试验处理效果
10、优劣的对比小区对比小区.v（二）设置对照区的用途（二）设置对照区的用途v1.1.作为衡量品种或处理优劣的依据作为衡量品种或处理优劣的依据.v2.2.估计和矫正土壤差异估计和矫正土壤差异（三）对照区的设置方法（三）对照区的设置方法v1.1.顺序式顺序式:每隔一定数目的处理设置一个对照每隔一定数目的处理设置一个对照区区.v2.2.随机式随机式:对照区与其它处理小区一样对照区与其它处理小区一样,在试在试验中随机安排验中随机安排.四四.保护行和走道的设置保护行和走道的设置v（一）保护行（一）保护行(G)(G)的作用的作用v1.1.保护试验材料不受外来因素的影响保护试验材料不受外来因素的影响.v2.2.
11、消除边际效应消除边际效应v（二）保护行的设置（二）保护行的设置v整个试验地整个试验地两边两边应种植应种植保护行保护行3 35 5行行,两端两端种种植植2 23m3m宽宽.保护行种植的品种保护行种植的品种,可用对照品种可用对照品种,最好选用比供试品种最好选用比供试品种早熟的品种早熟的品种,以便提前收以便提前收获避免混杂获避免混杂.（三）走道的设置（三）走道的设置v两排小区之间两排小区之间以及以及重复与两端保护行之间重复与两端保护行之间要要设置走道设置走道,以便于观测记载和田间作业以便于观测记载和田间作业.五五.区组和小区的排列区组和小区的排列v（一）区组的排列原则（一）区组的排列原则v区组的划分
12、应垂直于肥力梯度方向区组的划分应垂直于肥力梯度方向.以保证同以保证同一区组内的土壤肥力尽可能一致一区组内的土壤肥力尽可能一致,而不同区组而不同区组间的土壤肥力允许有较大差异间的土壤肥力允许有较大差异.v（二）小区的排列原则（二）小区的排列原则v小区的长边应平行于肥力梯度的方向小区的长边应平行于肥力梯度的方向,使同一使同一区组内不同小区间的土壤肥力尽可能一致区组内不同小区间的土壤肥力尽可能一致.第三节第三节 常用的田间试验设计及其结果分析常用的田间试验设计及其结果分析v一一.顺序排列的试验设计顺序排列的试验设计v（一）对比法设计（一）对比法设计v常用于少数品种的比较试验及示范试验常用于少数品种的
13、比较试验及示范试验v1.1.设计方法设计方法v每隔每隔2 2个供试品种设个供试品种设1 1个对照区个对照区,使每个处理都使每个处理都能与其相邻的对照直接进行比较能与其相邻的对照直接进行比较.各重复可排各重复可排成多排成多排,不同重复可采用逆向式或阶梯式不同重复可采用逆向式或阶梯式.6 6个处理个处理4 4次重复逆向式次重复逆向式6CK54CK32CK11CK23CK45CK61CK23CK45CK66CK54CK32CK17 7个处理个处理4 4次重复阶梯式次重复阶梯式3CK45CK67CK12CK1CK23CK45CK67CK5CK67CK12CK34CK7CK12CK34CK56CKv2.
14、2.优点优点v（1 1）可以提高供试品种与对照品种比较的精）可以提高供试品种与对照品种比较的精确度确度.(.(可比性高可比性高)v（2 2）有利于田间直接观察比较）有利于田间直接观察比较.v3.3.缺点缺点v（1 1）对照区占地面积大）对照区占地面积大,大约占试验小区总大约占试验小区总数的数的1/3,1/3,土地利用率低土地利用率低.v（2 2）在分析试验结果时）在分析试验结果时,各处理间不能直接各处理间不能直接相互比较相互比较.（二）间比法设计（二）间比法设计v常用于育种工作的前期试验常用于育种工作的前期试验,因为这时试验的因为这时试验的品系数量多品系数量多,又不能采用其他设计法又不能采用其
15、他设计法.v1.1.设计方法设计方法v在每个区组的两头各设在每个区组的两头各设1 1个对照区个对照区,区组中间区组中间的小区每隔一定数目再设的小区每隔一定数目再设1 1个对照个对照.多排时多排时,各各区组区组(重复重复)可逆向式可逆向式,如果一块地不能安排整如果一块地不能安排整个重复的小区个重复的小区,可在第可在第2 2块地接下去块地接下去1212个品种个品种2 2次重复的间比法设计次重复的间比法设计CK1234CK5678CK9 10 11 12CKCK12 11 10 9CK8765CK4321CK1616个品种个品种3 3次重复的间比排列次重复的间比排列CK1 2 3 4CK58CK91
16、2CK1316CK14CK58CKCK16151413CK129CK85CK41CK1613CK129Ec.CKv2.2.优点优点v设计简单设计简单,土地利用率比对比法高土地利用率比对比法高.v3.3.缺点缺点v不能消除系统误差不能消除系统误差;不能提供无偏的误差估计不能提供无偏的误差估计,理论上不能应用统计分析进行显著性检验理论上不能应用统计分析进行显著性检验.二二.随机排列的试验设计随机排列的试验设计v（一）（一）完全随机设计完全随机设计v1.1.设计方法设计方法v遵循遵循重复和随机两个原则重复和随机两个原则.v完全随机设计将各处理随机分配到各个试验完全随机设计将各处理随机分配到各个试验单
17、元单元(或小区或小区)中，每一处理的重复数可以相中，每一处理的重复数可以相等或不相等，这种设计对试验单元的安排灵等或不相等，这种设计对试验单元的安排灵活机动，单因素或多因素试验皆可应用。活机动，单因素或多因素试验皆可应用。v随机有两方面的含义随机有两方面的含义:一是一是试验处理试验处理,试验顺试验顺序序的随机安排的随机安排;二是二是试验材料试验材料的随机分组的随机分组.采采用抽签法或随机数字表法用抽签法或随机数字表法.v例如要检验三种不同的生长素，同一个剂量，例如要检验三种不同的生长素，同一个剂量，测定对油菜苗高的效应，包括对照（清水）测定对油菜苗高的效应，包括对照（清水）在内，共在内，共4
18、4个处理（个处理（A1A1、A2A2、A3A3、A4A4），若用），若用盆栽试验，每处理用盆栽试验，每处理用6 6盆，共盆，共2424盆，进行完全盆，进行完全随机试验设计。随机试验设计。v随机化的方法可采用抽签法，即准备随机化的方法可采用抽签法，即准备2424张纸，张纸，A1A1、A2A2、A3A3、A4A4各写各写6 6个，充分混匀后，抽签个，充分混匀后，抽签决定试验的顺序。决定试验的顺序。v也可用随机数字表确定试验顺序，方法是：也可用随机数字表确定试验顺序，方法是：从随机数字表中随机地抽取一个数字，从此从随机数字表中随机地抽取一个数字，从此开始依次往下（也可往上、往左、往右）读开始依次往下
19、（也可往上、往左、往右）读2424个个2 2位数（去掉位数（去掉0000），凡大于），凡大于2424的数均被的数均被2424除后得余数，将重复数字划去，查出除后得余数，将重复数字划去，查出2323个数个数字后就决定了最后一个数字。字后就决定了最后一个数字。将确定的顺序将确定的顺序号填入下表号填入下表处理试验顺序A1A2A3A4 2.2.优点优点v(1).(1).设有重复设有重复,可可估计试验误差估计试验误差,并可并可减小减小处处理平均数的误差理平均数的误差.v(2).(2).进行随机可以保证试验误差和处理效应进行随机可以保证试验误差和处理效应估计的估计的无偏性无偏性.3.3.缺点缺点v对试验条
20、件要求严格对试验条件要求严格.即要求各种即要求各种非试验因子非试验因子均匀一致均匀一致.v4.4.完全随机试验设计的统计分析完全随机试验设计的统计分析v统计方法参见单向分组资料的方差分析统计方法参见单向分组资料的方差分析,变异变异来源总变异分为处理间和处理内来源总变异分为处理间和处理内(试验误差试验误差)两个部分两个部分.（二）随机区组设计（二）随机区组设计v1.1.设计方法设计方法v根据局部控制原理根据局部控制原理,首先把试验地按垂直肥力首先把试验地按垂直肥力梯度的方向划分成几个区组梯度的方向划分成几个区组(重复重复),),然后然后,把把不同的处理小区采用随机的方法安排在同一不同的处理小区采
21、用随机的方法安排在同一区组内区组内.v2.2.优点优点v（1 1）设计简单）设计简单v（2 2）弹性大）弹性大,单因素及多因素试验都可采用单因素及多因素试验都可采用v（3 3）能够降低单向肥力差异所造成的误差）能够降低单向肥力差异所造成的误差,能够提供无偏的误差估计能够提供无偏的误差估计v（4 4）对试验地的地形要求不高）对试验地的地形要求不高,不同的区组不同的区组可以安排在不同的地段上可以安排在不同的地段上.v3.3.缺点缺点v（1 1）区组的容量较小）区组的容量较小.v同一区组内不允许安排过多的处理数同一区组内不允许安排过多的处理数(20),(20),否则会降低局部控制的效率否则会降低局部
22、控制的效率.v（2 2）只能控制一个方向的土壤差异）只能控制一个方向的土壤差异v（3 3）对区组内土壤肥力的均一性要求较高）对区组内土壤肥力的均一性要求较高v（4 4）方差分析时）方差分析时,只能鉴别出区组之间的差只能鉴别出区组之间的差异而分辨不出区组内的差异异而分辨不出区组内的差异.8 8个处理个处理4 4次重复的随机区组排列次重复的随机区组排列74216317368548732164524887561532（二）拉丁方设计（二）拉丁方设计v1.1.介绍两个名词介绍两个名词v拉丁方：以拉丁方：以n n个拉丁字个拉丁字母母A A，B B，C,C,为元素，为元素，作一个作一个n n阶方阵，若这阶
23、方阵，若这n n个拉丁字母在这个拉丁字母在这n n阶方阶方阵的每一行，每一列都阵的每一行，每一列都出现且只出现一次，则出现且只出现一次，则称该称该n n阶方阵为阶方阵为nnnn阶阶拉丁方拉丁方v标准方标准方:第一列与第一第一列与第一行均为顺序排列的拉丁行均为顺序排列的拉丁方方.如如:33:33拉丁方拉丁方ABCBCACABv2.2.拉丁方设计的方法拉丁方设计的方法v第一步第一步:选择标准方选择标准方v根据处理数来选择根据处理数来选择.如有如有K K个处理个处理,就选就选KKKK的的标准方标准方.v如如:为了研究为了研究5 5种不同温度对蛋鸡产蛋量的影种不同温度对蛋鸡产蛋量的影响响,将将5 5栋
24、鸡舍的温度设为栋鸡舍的温度设为A A、B B、C C、D D、E,E,把把各栋鸡舍鸡群的产蛋期分为各栋鸡舍鸡群的产蛋期分为5 5期期,由于各鸡群由于各鸡群和产蛋期的不同对产量有较大影响和产蛋期的不同对产量有较大影响,因此采用因此采用拉丁方设计拉丁方设计,把鸡群和产蛋期作为单位组设置把鸡群和产蛋期作为单位组设置,以便控制这两个方面的系统误差以便控制这两个方面的系统误差.选取选取5555阶阶拉丁方拉丁方P294P294v第二步第二步:直列直列(列列)随机化随机化v查随机数字表查随机数字表,抄录抄录3 3个个5 5位数位数,得得13542;41523;34521.13542;41523;34521.
25、将标准方的各直行将标准方的各直行(列列)顺序按顺序按1354213542顺序重排顺序重排.v第三步第三步:横行横行(行行)随机化随机化v再将直列重排后的拉丁方的各横行按再将直列重排后的拉丁方的各横行按4152341523顺顺序重排序重排v第四步第四步:把把5 5种不同温度按种不同温度按3452134521顺序排列顺序排列,即即A=3,B=4,C=5,D=2,E=1,A=3,B=4,C=5,D=2,E=1,即即:拉丁方中的拉丁方中的A A表示表示第第3 3种温度种温度,B,B表示第表示第4 4种温度等种温度等,依次类推依次类推12345ABCDEBADECCEBADDCEBAEDACB13542
26、1ACEDB2BDCEA3CBDAE4DEABC5EABCD4DEABC1ACEDB5EABCD2BDCEA3CBDAE5 5种不同温度对鸡产蛋量影响的拉丁方设计种不同温度对鸡产蛋量影响的拉丁方设计产蛋期鸡 群一二三四五D（2）E（1）A（3）B（4）C（5）A（3）C（5）E（1）D（2）B（4）E（1）A（3）B（4）C（5）D（2）B（4）D（2）C（5）E（1）A（3）C（5）B（4）D（2）A（3）E（1）v3.3.优点优点v能够控制来自两个方向的能够控制来自两个方向的条件条件(土壤土壤)差异差异,试验的精确度较高试验的精确度较高.v对区组内土壤肥力的均匀一致性要求不严对区组内土壤肥
27、力的均匀一致性要求不严,并能降低区组内的土壤差异并能降低区组内的土壤差异,提高试验的精确提高试验的精确度度.v4.4.缺点缺点v要求处理数必须等于纵横两个方向的区组要求处理数必须等于纵横两个方向的区组数数,因此处理数不宜过多因此处理数不宜过多,一般为一般为5 58 8个较好个较好.v在在4 4个以下处理的拉丁方设计时个以下处理的拉丁方设计时,为了使估计为了使估计误差的自由度不少于误差的自由度不少于12,12,可采用可采用“复拉丁方设复拉丁方设计计”,”,即同一个拉丁方试验重复进行数次即同一个拉丁方试验重复进行数次,并并将试验数据合并分析将试验数据合并分析,以增加误差项的自由度以增加误差项的自由
28、度.v在拉丁方设计中区组的排列通常只能采用在拉丁方设计中区组的排列通常只能采用多排式多排式,这就要求试验地近于方形这就要求试验地近于方形.应用拉丁方设计时的注意点应用拉丁方设计时的注意点v横行、直列区组因素与试验因素间不存在交横行、直列区组因素与试验因素间不存在交互作用才用互作用才用,否则不能采用拉丁方设计否则不能采用拉丁方设计.（二）裂区设计（二）裂区设计v1.1.设计方法设计方法v（1 1）按重复次数）按重复次数n n划分成划分成n n个区组个区组.v（2 2）按一级因素的水平）按一级因素的水平a,a,将每个区组划分为将每个区组划分为a a个主区个主区,并随机排列并随机排列a a个主处理个
29、主处理.v（3 3）按二级因素的水平数）按二级因素的水平数b,b,将每个主区划分将每个主区划分为为b b个副区个副区,并随机排列并随机排列b b个副处理个副处理.小麦品种小麦品种(A)(A)与播期与播期(B)(B)裂区试验设计裂区试验设计B3A1B1 B2 B1A3 B3 B2 B1A2 B2B3B2A2 B3B1B3A1 B2B1B1A3 B3 B2B1A1 B3B2B2A2 B1B3B3A3 B1B2B2A3 B1B3B2A2 B3B1B1A1 B3B2v2.2.特点特点v（1 1）副区的试验误差比主区小）副区的试验误差比主区小,即副区的试即副区的试验精确度高验精确度高,主区的低主区的低.
30、v（2 2）统计分析时）统计分析时,可以分别估计主区的试验可以分别估计主区的试验误差和副区的试验误差误差和副区的试验误差v（3 3）主处理位于主区）主处理位于主区,副处理位于副区副处理位于副区.v3.3.适用情况适用情况v（1 1）试验因素对小区）试验因素对小区面积面积大小要求不同的多大小要求不同的多因素试验因素试验,要求较大小区面积的因素作为一级要求较大小区面积的因素作为一级因素因素;v（2 2）试验因素）试验因素效应效应大小有明显区别的多因素大小有明显区别的多因素试验试验,效应较明显的因素可作为一级因素效应较明显的因素可作为一级因素;v（3 3）试验因素的）试验因素的精确度精确度要求高低不
31、同的多因要求高低不同的多因素试验素试验,精确度要求较高的因素作为二级因素精确度要求较高的因素作为二级因素;v（4 4）试验因素的）试验因素的重要性重要性不同的多因素试验不同的多因素试验,较重要的因素应作为二级因素较重要的因素应作为二级因素;v（5 5）定位试验中）定位试验中新增新增试验因素时需采用裂区试验因素时需采用裂区设计设计,其中其中新增试验因素作为二级因素新增试验因素作为二级因素.（三）条区设计（三）条区设计(strip blocks design)v条区设计是属裂区设计的一种衍生设计，如条区设计是属裂区设计的一种衍生设计，如果所研究的两个因素都需要较大的小区面积，果所研究的两个因素都需
32、要较大的小区面积，且为了便于管理和观察记载，可将每个区组且为了便于管理和观察记载，可将每个区组先划分为若干纵向长条形小区，安排第一因先划分为若干纵向长条形小区，安排第一因素的各个处理素的各个处理(A(A因素）；再将各区组划分为因素）；再将各区组划分为若干横向长条形小区，安排第二因素的各个若干横向长条形小区，安排第二因素的各个处理处理(B(B因素），这种设计方式称为条区设计。因素），这种设计方式称为条区设计。v假定第一因素假定第一因素(A(A因素因素)有有4 4个处理，第二因素个处理，第二因素(B(B因素因素)有有3 3个处理，其个处理，其3 3个重复的条区设计如个重复的条区设计如图所示。图所示
33、。v 上图为两因素都作随机区组的排列方式。但上图为两因素都作随机区组的排列方式。但也可将第一因素作随机区组排列，第二因素也可将第一因素作随机区组排列，第二因素作拉丁方排列。同理，也可将第一因素作拉作拉丁方排列。同理，也可将第一因素作拉丁方排列丁方排列(重复次数应与第一因素处理数目相重复次数应与第一因素处理数目相等），第二因素作随机区组排列。等），第二因素作随机区组排列。v条区设计能估计三种试验误差，分别用以测条区设计能估计三种试验误差，分别用以测验两个因素的主效及其交互作用，但对两个验两个因素的主效及其交互作用，但对两个因素的主效测验则不如一般随机区组设计精因素的主效测验则不如一般随机区组设计精确，因此确，因此仅用于对交互作用特别重视的试验仅用于对交互作用特别重视的试验。