田间试验设计与实施.ppt

第二章 田间试验的设计与实施,第一节 田间试验的特点和要求,在自然环境的大田进行的科学试验称为田间试验。 田间试验的任务是解决农业生产和科学研究中存在的问题，为科研成果的评定提供依据； 实验室试验、盆栽试验和温室试验等只能作为有效的辅助性试验方法。,1、研究对象一般为农作物 不同作物有不同的遗传特性 不同品种也具有不同的遗传特性和生长发育规律。,一、田间试验的特点,2、田间试验具有复杂性 田间试验的主要对象是农作物，是一个复杂的有机体，作物本身常常是个遗传变异群体，有其自身的生长发育规律和遗传特性，并与耕作条件、自然环境等密切相关，因此是复杂多变的。,3、试验干扰因素多,田间试验是在开放的自然的环境条件下进行，受到自然环境如温度、湿度、降雨等的影响。 昆虫、病菌、杂草、土壤条件等与作物之间存在有相互作用。 不同的农业管理措施和耕作制度也影响到作物的生长发育状况。 所以田间试验普遍存在试验误差。,4、试验周期长,农作物一个生长周期的时间较长，而且有季节性。每个生长环节的表现都对最终的试验结果产生影响。,5、田间试验具有地区性和季节性,不同地区具有不同的土壤、气候、耕作条件，在某一地区获得的试验结果，在其它地区可能表现不同的效果。 由于气候条件的限制，农作物生长具有季节性。,田间试验误差不可能没有！,试验条件：大田开放的自然环境 研究的对象：农作物 试验周期：长,1、试验目的要明确 为什么要进行这项科学研究？解决什么问题？它在科研和生产中的作用、效果如何？等等。 科研选题要注意： 实用性 先进性 创新性 可行性,二、田间试验的要求,Why？ Very important! What? Problems to be solved! How? Possible process to meet the problem!,Outlines Contents and Details to do Advantages Expected outcomes,试验条件应能代表试验结果推广地区的自然条件、农业条件。 试验条件在考虑当前生产条件的同时，应适当超前。,2、试验要有代表性,油菜机械化，冬闲田,3、试验要有可靠性,试验的可靠性也即是试验的正确性。正确性包括试验的准确性和试验的精确性。 在进行试验的过程中，应严格执行各项试验要求，将非试验因素的干扰控制在最低水平，降低试验误差，提高试验的正确性。,4、试验要有重演性,重演性是指在相同条件下，重复进行同一试验，能够获得与原试验类似的结果。 由于试验材料的差异和复杂的环境条件等因素影响，在不同地区或不同时间进行的相同试验，结果往往不同。 因此，为了保证试验结果的重演性，必须明确设定试验的各个环节，保持系统的试验纪录。在有条件的情况下，尽可能进行多年或多点试验，这样所获得的试验结果才具有较好的重演性。,第二节 田间试验的误差,一、试验误差及特点 试验误差：观察值与处理真值之间的差异。 试验误差的估计是进行显著性测验的基础。也是衡量试验精确性的依据，误差小则精确性高，误差大则精确性底。,误差的种类,系统误差：有一定的原因引起的偏差。系统误差可在一定程度上消除。 随机误差：找不出确切原因，完全是由于偶然性引起的差异。随机误差不可避免，但可以减小。 田间试验统计分析时，将系统误差尽可能排除，将剩下都归结为随机误差。,随机误差的特点,随机误差符合正态分布。其平均值是0。,二、田间试验误差的来源,（1）试验材料固有的差异。 （2）试验过程中农事操作和管理技术的不一致所引起的差异。 （3）试验外界条件的差异。 试验地土壤差异是田间试验最主要的、最经常的差异，亦是最难以控制的误差来源。,三、试验误差的控制途径,（1）选择同质、一致的材料 供试材料的基因型一致 生长发育一致。如根据秧苗大小，壮弱等进行分组。 （2）改进操作和管理技术 田间管理规范化 管理时间统一化 减少工作人员之间的操作差异,（3）控制引起差异的外界主要因素 针对土壤差异，通常采用： 选择肥力均匀的试验地 试验中选择适当的小区技术 应用良好的试验设计和相应的统计分析 （下面将详细讲解）,一、试验地的土壤差异 土壤差异的原因： 土壤形成的基础不同。土壤的理化性 质方面有很大的差异 土壤利用上的差异。种植过不同作物、实施过不一致的耕作、栽培、施肥等农业技术。 土壤的平整性差异。,第三节 土壤差异,土壤差异的表现 1、斑块状差异、无一定规律 2、规律性差异。 土壤差异的特点： 1、具有持久性 2、肥力差异具有相邻相似性 土壤差异的测定方法： 1、目测法 2、空白试验法,二、试验地的选择和培养,试验地的选择： 1、试验地的土质和肥力要求均匀一致。 2、最好是平地，或有规律的缓坡地。 3、排灌条件要好。 4、位置适当。 试验地的培养 1、增施肥料可以减小肥力差异。 2、采用轮作方式，可保持土壤的一致性。,第四节 控制土壤差异的小区技术,一、试验小区的面积 试验类型和试验因素。 作物种类及其种植密度大小 如稻麦品比试验一般为515m2 玉米棉花则需要1525m2 试验地面积与土壤差异程度。,收获计产面积的需要。 试验取样的影响 边际效应的影响：小区两端和两边的植株因占有较大空间，往往具有较强的生长势。 生长竞争的影响：当相邻小区种植不同品种或相邻小区施用不同肥料时，由于株高、分蘖力或生长期的不同，通常将有一行或多行受到影响。,二、小区的形状,小区的形状指小区长与宽的比例。 长方形小区有利于调匀土壤差异。 小区长的方向应与肥力变化方向一致。 方形小区利于消除竞争效应。,三、重复次数,重复次数越多，试验误差越小。 依试验所要求的精确度、试验地土壤差异大小等确定。 一般35 次。,四、对照区的设置,目的： （1）作为衡量品种或处理优劣的标准。 （2）用以估计和矫正试验地的土壤差异。,五、保护行和保护区的设置,作用： （1）防止边际效应。 （2）保护试验材料免遭外界因素的破坏。,六、区组和小区的排列,区组（block）：将一个重复的全部处理小区分配于具有相对同质的一块土地，称为一个区组。 它根据局部控制原则和土壤差异情况，控制非试验因素对试验结果影响的有效方法。 设置区组的目的是控制试验误差。 每一区组包含全套处理称为完全区组。,原则上，同一区组（重复）内的土壤肥力应尽可能相对一致，而不同重复之间可以存在差异。 区组的排列可以密集方式，也可以分散方式。 区组内小区的排列，一般可分为随机排列和顺序排列。,第五节 试验设计的原则,一、试验设计的目的和类型 试验设计的目的：是以尽可能少的人力、物力和时间得到尽可能准确的信息。,试验设计的类型,按试验因素分类 单因素试验: 只有一个因素的不同水平。 多因素试验: 包含有两个和两个以上因素及其不同水平。 综合性试验: 只有少数处理组合的多因素试验。,按试验内容分类,1、品种试验 2、栽培试验 3、品种栽培相结合的试验,按年份试验分类,1、一年试验 2、多年试验,按地点分类,单点试验 多点试验,按试验进程分类,预备试验 正式试验 示范试验,二、试验方案制定的要点,1、根据试验的目的确定试验因素 拟定方案时，根据生产中存在的关键问题，突出重点，挑选少数几个对试验指标影响较大的因素做试验因素。若只考察一个因素，则可采用单因素试验。若是考察两个以上因素，则应采用多因素试验。,2、根据试验因素的性质确定试验水平,水平数目要适当，太少会使结果分析不全面；过多会增大试验规模。 水平的间距要合理。要将可能的最佳水平包括在内。可根据经验数据或预备试验，确定试验水平的范围。 试验水平的间距一般采用等差法、等比法或优选法。,3、试验方案中必须设立对照（CK）,田间试验的目的就是通过比较来鉴别处理效应优劣等，否则就不能显示出试验处理的效果 。根据研究的目的与内容，可选择不同的对照形式。,4、试验方案应遵循唯一差异原则,这是指在进行处理间比较时，除了所试验的因素不同外，其它所有条件应当尽量一致或相同，使其具有可比性，才能使试验因素各处理间的比较结果可靠。,5、处理好试验规模与试验处理的关系,单因素试验规模较小，试验结果简单明了，但有其局限性。多因素试验不仅可以衡量不同因素的效应，还可以估算互作效应。但随着因素的增加，处理数迅速增多，常常难以实施。 多因素试验也可抽取部分处理，进行试验。,三、试验设计的基本原则,（一）重复 重复是指试验中同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上。 在田间试验中，一株可以构成一个试验单位，但常常是一行，或者若干行（小区）构成一个试验单位。 设置重复的主要作用在于估计试验误差和降低试验误差。 田间试验以3-5次重复最为常见。,（二）随机,随机是指每一个处理都有同等的机会设置在任何一个小区，避免试验人员主观倾向的影响。 随机化的目的是为了获得无偏的误差估计量。,（三）局部控制,当试验环境差异较大时，或试验单位较多时，仅根据重复和随机两原则进行设计，试验误差仍可能较大。 将整个试验或试验单位分成若干个小环境或小组，在小环境或小组内使非处理因素尽量一致，这就是局部控制。 每个比较一致的小环境或小组，称为区组。,第六节 常用的田间试验设计,依据试验小区的排列方式可分为两类 顺序排列的试验设计 随机排列的试验设计,一、顺序排列的试验设计,（一）对比法设计（contrast design）,（二）间比法设计（interval design）,开头和结尾的小区均为对照，每二对照之间排列相同数目的处理小区（通常是4或9个，ck常编号为5或10），重复24次。 开头小区的对照，称为额外对照（Ex. CK）。若一条土地上不能安排整个重复的小区，则可在第二条土地依顺序接下去。,对比和间比法的优缺点,优点： 处理与对照相邻或接近，准确性较高。,缺点： 对照数量较多，试验效率较低。,顺序排列设计的特点：,优点： 设计简单 田间操作方便。如播种 观察记载方便,缺点： 不能无偏地估计试验误差。 用途： 常用在育种的初级阶段：参加试验的材料多，与对照比较进行初步的淘汰。,二、随机排列的试验设计,完全随机设计 随机区组设计 拉丁方设计 裂区设计,1.完全随机设计 （completely random design）,例如：8个处理，每处理3重复的盆钵试验，共24个盆钵。 先对处理进行编号：处理A(1-3)，处理B(4-6)，处理C(7-9)，处理D(10-12)，处理E(13-15)，处理F(16-18)，处理G19-21)，处理H(22-24)。 然后将这24个盆钵随机排列。,完全随机排列,完全随机排列的特点： 可以估计误差和方差分析。,无局部控制。 适用于： 环境因素相对均匀的试验，如实验室培养试验，网、温室的盆钵试验。,2.随机区组设计 （random blocks design）,亦称完全随机区组设计 （random complete block design） 以8个品种，每品种4重复的品种比较 试验为例。 每个区组内，随机排列安排8个处理；共进行4次重复。,随 机 区 组 排 列,随机区组设计的优点：,同时运用三大原则，即重复、随机和局部控制。区组间土壤的差异可以与误差区分开来，试验精确度较高。 将试验地按肥力程度划分为区组，区组内各处理随机排列，增加了处理间的可比性。 同时不同区组可以分散设置，增加设计的灵活性。,缺点：,当处理过多时，区组内条件的一致性较难保证。 一般不超过20个处理。,随 机 区 组 排 列,可以从一个方向控制土壤差异。,3、拉丁方设计(了解) （latin square design）,将试验处理按纵、横两个方向作了局部控制，使每一处理在每一行和每一列中均出现一次。,例如：5个处理的5 5拉丁方 第一直行和第一横行均为相同顺序排列的拉丁方-标准方。,拉丁方的随机排列,1）根据处理数K，选定一个K K的标准方。 2）将直行随机排列。 3）将横行随机排列。 4）将处理随机排列。,如随机排列后的 55 拉丁方示意。,拉丁方设计的特点,可以从两个方向控制土壤差异，因而具有较高的精确度。 试验设计缺乏伸缩性。因为 处理数=重复数=直行数=横行数 拉丁方设计一般适合于4 8个处理。,4、裂区设计（split-plot design）,在多因素试验中，在某些特殊情况下，需要采用该种设计。 按第一因素设置各个处理的小区（称为主区，main plot） 主区内引进第二个因素的各个处理（副处理）的小区（副区或裂区，split-plot） 例如：3种施肥水平与6个品种的二因素试验设计。,三种肥料、6个品种、3次重复的裂区设计,裂区试验的特点:,主区面积大，副区面积小。 对第二个因素来讲，一个主区就是一个区组，但从整体试验来讲，一个主区不是一个完全区组。 副区处理间的比较精确度较高。,通常以下几种情况应用裂区设计： 1. 管理实施需要时： 一个因素的处理比另一个因素的处理需要更大的面积。 2. 精确度要求不同时: 将精确度要求高的因素放在副区。,3. 两因素主效差别较大时： 已知某一因素的效应比另一因素的效应更大时，可将效应小的处理做为副处理，以便发现副区处理间的差异。 4. 试验设计需要临时变更。,第七节 田间试验的实施,一、种植计划书的编制,1. 试验名称: 2. 试验目的: 3. 试验地点和时间: 4. 试验方案：,试验因素 试验水平 试验处理,5. 试验设计 试验设计方法 小区面积及其形状。 种植密度。 试验处理的编码,6. 试验执行人： 7. 试验地状况： 土质，地势，前茬等。 8. 试验管理情况记录 播种、移栽、田间管理措施。 9. 田间种植图,10、田间记载 气候