农场水稻种植技术操作规程

田间试验设计田间试验设计 内容要点提示 内容要点提示 试验设计属于科学试验方法论的范畴 学习时试验设计属于科学试验方法论的范畴 学习时 要注意将试验误差和前一章作为随机变量介绍的要注意将试验误差和前一章作为随机变量介绍的 误差联系起来 进一步区分田间试验研究和抽样分析的不同点 误差联系起来 进一步区分田间试验研究和抽样分析的不同点 了解试验研究的程序和试验方案的了解试验研究的程序和试验方案的 内容 重点掌握试验误差的控制办法 特别是试验地土壤差异的控制技术 内容 重点掌握试验误差的控制办法 特别是试验地土壤差异的控制技术 要在充分认识随机区组要在充分认识随机区组 设计和拉丁方设计的田间排列 优势及其缺陷的基础上 理解其它各种试验设计与它们的联系和区别 设计和拉丁方设计的田间排列 优势及其缺陷的基础上 理解其它各种试验设计与它们的联系和区别 对于正交设计 要熟悉正交表的类与型 熟练正交表的使用方法 因素上列 处理成行 以及由正对于正交设计 要熟悉正交表的类与型 熟练正交表的使用方法 因素上列 处理成行 以及由正 交拉丁方构造部分正交表的原理 交拉丁方构造部分正交表的原理 第一节第一节 试验概述试验概述 一 一 试验研究的基本知识试验研究的基本知识 1 试验研究在科研中的地位 试验研究在科研中的地位 1 科学研究的基本过程 科学研究的基本过程 科研活动是人类认识世界 能动地改造世界的过程 任何一个领域的科研活动都不可能一下子全科研活动是人类认识世界 能动地改造世界的过程 任何一个领域的科研活动都不可能一下子全 部完结 但对一个具体的研究课题而言 都是一个有始有终的过程 这个过程对于自然科学来讲 大部完结 但对一个具体的研究课题而言 都是一个有始有终的过程 这个过程对于自然科学来讲 大 体上包括以下四个阶段 体上包括以下四个阶段 调查研究调查研究 试验研究试验研究 解释或表达解释或表达 选题选题 假说形成假说形成 假说验证假说验证 科技写作科技写作 什么叫什么叫 假说假说 用已有的事实材料和科学原理为依据 对未知事物的猜测或假定性解释 用已有的事实材料和科学原理为依据 对未知事物的猜测或假定性解释 假说及其形成作为科研活动的阶段之一 标志着科研方法的进步和完善 其价值在于研究工作可假说及其形成作为科研活动的阶段之一 标志着科研方法的进步和完善 其价值在于研究工作可 以它为基点 把研究方向朝四面八方铺开 尽可能地将它应用于各种具体情况而引伸出许多预期结果 以它为基点 把研究方向朝四面八方铺开 尽可能地将它应用于各种具体情况而引伸出许多预期结果 来和客观实际结果作比较 从而提出试验或观察方法 恩格斯在来和客观实际结果作比较 从而提出试验或观察方法 恩格斯在 自然辩证法自然辩证法 中有过这样一句名言 中有过这样一句名言 只要自然科学还在思维着 它的发展形式就是假说只要自然科学还在思维着 它的发展形式就是假说 哥伦布发现美州大陆就是为验证哥伦布发现美州大陆就是为验证 地球是球体地球是球体 这样一个假说而得到的意外发现 这样一个假说而得到的意外发现 狭义相对论的提出 就是迈克尔逊等人为验证 光的传播介质是狭义相对论的提出 就是迈克尔逊等人为验证 光的传播介质是 以太以太 这样一个假说而导出了这样一个假说而导出了 洛仑兹变换 这一变换经爱因斯坦的头脑就成了新的发现线索 洛仑兹变换 这一变换经爱因斯坦的头脑就成了新的发现线索 所以科研工作就以所以科研工作就以 假说形成假说形成 为时间界限分为前后两个阶段 假说形成前是科研工作的准备阶为时间界限分为前后两个阶段 假说形成前是科研工作的准备阶 段 其方法主要调查研究 假说形成后的阶段是试验或观测阶段 这一阶段主要是试验研究 因此 段 其方法主要调查研究 假说形成后的阶段是试验或观测阶段 这一阶段主要是试验研究 因此 实践检验真理在科研工作中就表现为试验验证假说实践检验真理在科研工作中就表现为试验验证假说 2 什么叫 什么叫试验研究试验研究 在尽可能排除外界影响 突出主要因素 并能细腻地观察到各种现象之间相互关系的条件下 在尽可能排除外界影响 突出主要因素 并能细腻地观察到各种现象之间相互关系的条件下 使使 某种过程重演某种过程重演 以观察未知事实 验证假说 以观察未知事实 验证假说 农业和生物学领域的试验研究方法有两类 农业和生物学领域的试验研究方法有两类 田间试验田间试验 以以差异对比法差异对比法为基础 在田间自然条件下 突出试验因素 排除次要因素 以观察比较不同试验为基础 在田间自然条件下 突出试验因素 排除次要因素 以观察比较不同试验 处理的反应和效果 处理的反应和效果 试验室或温室试验试验室或温室试验 与田间试验相比 能够严格地控制一些在田间条件下难以控制的试验条件 如光照 温湿度 土与田间试验相比 能够严格地控制一些在田间条件下难以控制的试验条件 如光照 温湿度 土 壤环境等 因而有助于深入研究作物的生长发育规律 壤环境等 因而有助于深入研究作物的生长发育规律 2 试验研究与统计学 试验研究与统计学 统计学最主要的应用领域有两个 工农业生产和社会经济领域 田间试验的适当的设计与统计分统计学最主要的应用领域有两个 工农业生产和社会经济领域 田间试验的适当的设计与统计分 析 是统计方法在农业中应用的直接形式 由于农业试验周期长 环境因素变异大 如不对试验的设析 是统计方法在农业中应用的直接形式 由于农业试验周期长 环境因素变异大 如不对试验的设 计安排作精心考虑 并使用有力的统计分析方法 则得不出什么有用的结论 所以试验设计及其统计计安排作精心考虑 并使用有力的统计分析方法 则得不出什么有用的结论 所以试验设计及其统计 分析的发展 始自农业和生物方面的应用 尤其是分析的发展 始自农业和生物方面的应用 尤其是试验设计的基本思想和方法 最初都是从田间试验试验设计的基本思想和方法 最初都是从田间试验 开始发展起来的 开始发展起来的 如在如在 Australia 的一些较大的科研单位和试验站所进行的农业试验研究 大多较为庞杂 且耗时的一些较大的科研单位和试验站所进行的农业试验研究 大多较为庞杂 且耗时 多年 试验设计与数据分析工作做得非常严肃 认真 程序是 多年 试验设计与数据分析工作做得非常严肃 认真 程序是 交计划任务交计划任务 定研究方案定研究方案 课题主持人课题主持人 生统局统计专家生统局统计专家 工人或试验员工人或试验员 报告分析结果报告分析结果 按时邮寄数据按时邮寄数据 这样严格的分工使研究人员集中精力从事自己的课题研究 熟悉自己研究范围内的基础知识及其这样严格的分工使研究人员集中精力从事自己的课题研究 熟悉自己研究范围内的基础知识及其 更新和发展情况 统计学家则专门从事生物统计方面的学习和研究 并在各州农业厅设专门机构更新和发展情况 统计学家则专门从事生物统计方面的学习和研究 并在各州农业厅设专门机构 生物统计局 订有世界各国出版的与生物统计有关的杂志 每年还派人参加世界性的生统会议 也常生物统计局 订有世界各国出版的与生物统计有关的杂志 每年还派人参加世界性的生统会议 也常 有外国专家和学者去他们那里讲课或交流经验 有外国专家和学者去他们那里讲课或交流经验 我国统计学管理机构尚处于学会团体性质的阶段 如我国统计学管理机构尚处于学会团体性质的阶段 如中国现场统计学会中国现场统计学会 定期开展学术活动 主 定期开展学术活动 主 办刊物办刊物 数理统计与管理数理统计与管理 3 农业试验研究的一般程序 农业试验研究的一般程序 选题选题 计划计划 实施实施 总结总结 1 选定研究课题 选定研究课题 当前生产提出的实际问题 当前生产提出的实际问题 生产进一步发展需要解决的理论和技术问题 生产进一步发展需要解决的理论和技术问题 推广国内外先进经验 推广国内外先进经验 科学发展上需要解决的理论问题 科学发展上需要解决的理论问题 要求 要求 第一 要深入生产实际 抓主要矛盾 找瓶颈 第一 要深入生产实际 抓主要矛盾 找瓶颈 第二 要广泛搜集国内外有关资料 第二 要广泛搜集国内外有关资料 2 拟订试验计划 拟订试验计划 按统计学原理 设计和确定完成试验任务的方法和步骤 具体包括 按统计学原理 设计和确定完成试验任务的方法和步骤 具体包括 设计试验方案 设计试验方案 确定试验设计种类 确定试验设计种类 制订管理措施 制订管理措施 拟订观察项目 记载方法及标准 拟订观察项目 记载方法及标准 要求 要求 第一 符合试验任务要求的精确度 第二 照顾需要和可能 做到多 快 好 省 第一 符合试验任务要求的精确度 第二 照顾需要和可能 做到多 快 好 省 3 实施试验计划 实施试验计划 也就获取试验数据的过程 也就获取试验数据的过程 根据方案做好准备工作 根据方案做好准备工作 科学布置田间试验 科学布置田间试验 有始有终地做好管理工作 有始有终地做好管理工作 完成计划规定的观察记载任务 完成计划规定的观察记载任务 要求 要求 贯彻单一差异原则 减少误差 杜绝差错 贯彻单一差异原则 减少误差 杜绝差错 4 对试验数据进行统计分析 作出科学结论 对试验数据进行统计分析 作出科学结论 首先是对所有数据进行整理 发现错误设法更正 无法更正又证明确是错误的观察值应剔除 其首先是对所有数据进行整理 发现错误设法更正 无法更正又证明确是错误的观察值应剔除 其 次是对所有数据按统计学原理进行分析 找出规律并确定可靠程度 最后作出总结 写出试验研究报次是对所有数据按统计学原理进行分析 找出规律并确定可靠程度 最后作出总结 写出试验研究报 告 如果学术价值较高还须进一步撰写学术论文 这就是告 如果学术价值较高还须进一步撰写学术论文 这就是 科技写作科技写作 二 二 试验方案试验方案 1 试验方案的内容 试验方案的内容 试验方案指试验中进行比较的一组试验处理的总称 试验方案是全部试验工作的核心 它是围绕试验方案指试验中进行比较的一组试验处理的总称 试验方案是全部试验工作的核心 它是围绕 研究课题 根据试验的目的和要求制订的 其内容包括试验因素 试验水平 试验指标和试验处理 研究课题 根据试验的目的和要求制订的 其内容包括试验因素 试验水平 试验指标和试验处理 分别介绍如下 分别介绍如下 试验因素试验因素 在控制影响试验结果的其它条件的情况下 人为变动的一个或几个试验条件 如品比试验 密度在控制影响试验结果的其它条件的情况下 人为变动的一个或几个试验条件 如品比试验 密度 试验中的品种 密度即是 试验中的品种 密度即是 试验指标试验指标 衡量试验因素效应的指示性状 如比较两个品种优劣的试验 试验指标就可以是产量或者是收获衡量试验因素效应的指示性状 如比较两个品种优劣的试验 试验指标就可以是产量或者是收获 物中某一种经济性状 物中某一种经济性状 试验指标对试验 处理 因素效应的定量表达就是试验数据 试验指标对试验 处理 因素效应的定量表达就是试验数据 试验水平试验水平 试验因素从质或量的方面分成不同的等级 其中的每一个等级就是一个水平 如品比试验中的每试验因素从质或量的方面分成不同的等级 其中的每一个等级就是一个水平 如品比试验中的每 一个品种就是从质的方面来策划分水平的 密度试验中的密度就是从量的方面来划分水平的 一个品种就是从质的方面来策划分水平的 密度试验中的密度就是从量的方面来划分水平的 试验处理试验处理 如试验中仅一个因素 则该因素的每一个水平就是一个试验处理 如果试验中包括两个或两个以如试验中仅一个因素 则该因素的每一个水平就是一个试验处理 如果试验中包括两个或两个以 上的因素 则试验处理就是这些因素各个水平的组合 简称组合或水平组合 上的因素 则试验处理就是这些因素各个水平的组合 简称组合或水平组合 例如有一特早熟扁豆栽培试验方案例如有一特早熟扁豆栽培试验方案 A 因素为追肥 分花前追肥与对照 不追肥 两个水平 因素为追肥 分花前追肥与对照 不追肥 两个水平 B 因素为品种 分红花一号 白花二号 因素为品种 分红花一号 白花二号 C 因素为密度 设四种株距 行距为因素为密度 设四种株距 行距为 1 5M 即 即 45cm 70cm 95cm 120cm 重复 重复 2 次 则水平组合数为次 则水平组合数为 2 2 4 16 个 个 2 因素效应及交互作用 因素效应及交互作用 简单效应简单效应 其平均值就是主效应 其平均值就是主效应 试验因素的相对独立作用 即因素对性状的数量指标所起的增加减少的作用 试验因素的相对独立作用 即因素对性状的数量指标所起的增加减少的作用 简称主效简称主效 以某水稻品种施肥量为例 若亩施以某水稻品种施肥量为例 若亩施 N 肥由肥由 10kg 增至增至 15kg 时 产量由时 产量由 350kg 增加到增加到 450kg 则 则 效应就是施效应就是施 N 肥单因素的不同水平引起的产量差异为肥单因素的不同水平引起的产量差异为 100kg 这就是简单效应 这就是简单效应 交互作用交互作用 互作效应 互作效应 简称互作简称互作 上例中 假定在增施上例中 假定在增施 5kg 的同时 再增施的同时 再增施 5kg 复合肥 事先已知单纯增施复合肥 事先已知单纯增施 5kg 复合肥时 产量复合肥时 产量 可望由可望由 350kg 增加到增加到 400kg 现这两个措施同时采用后 其结果无非是下列三种情况之一 现这两个措施同时采用后 其结果无非是下列三种情况之一 等于等于 150kg 称两个因素无交互作用 称 称两个因素无交互作用 称 零互作零互作 大于大于 150kg 两个因素有类似正反馈的交互作用 称 两个因素有类似正反馈的交互作用 称 正互作正互作 小于小于 150kg 两个因素有类似负反馈的交互作用 称 两个因素有类似负反馈的交互作用 称 负互作负互作 3 确定试验方案的要点 确定试验方案的要点 抓主要矛盾 力求试验因素简单明确 抓主要矛盾 力求试验因素简单明确 因素过多时先选一 两个关键性因素进行试验 然后再作比较复杂的试验 这样因素过多时先选一 两个关键性因素进行试验 然后再作比较复杂的试验 这样先简后繁先简后繁 结论 结论 明确 或者明确 或者先做预备试验先做预备试验 再做再做能完成多元统计分析的能完成多元统计分析的模式试验模式试验 同一因素各同一因素各水平间的差别要拉开档次水平间的差别要拉开档次 从量的方面划个水平时 等比级数比等差级数好 从量的方面划个水平时 等比级数比等差级数好 旋转组合设计二者兼顾旋转组合设计二者兼顾 每个因素所设水平数要适当 每个因素所设水平数要适当 水平数太少了容易漏掉有用的信息 多了增加工作量 水平数太少了容易漏掉有用的信息 多了增加工作量 方案中要明确方案中要明确中心水平中心水平 处理 处理 中心水平即预计结果可能最优的水平 其余水平都是围绕该水平展开设置 如中心水平即预计结果可能最优的水平 其余水平都是围绕该水平展开设置 如回归设计回归设计 尽量排除非试验因素的限制 使其处于比较良好的状态 有助于因素效应的充分发挥 尽量排除非试验因素的限制 使其处于比较良好的状态 有助于因素效应的充分发挥 差异比较法必须建立在差异比较法必须建立在单一差异原则单一差异原则的基础上 以保证试验具有严密的的基础上 以保证试验具有严密的可比性可比性 这就要求 这就要求 第一 第一 试验因素以外的其它条件相对一致 谨防干扰 试验因素以外的其它条件相对一致 谨防干扰 第二 第二 试验处理中应设置作为比较标准的处理 也就是要有对照 试验处理中应设置作为比较标准的处理 也就是要有对照 CK 三 田间试验的种类和要求三 田间试验的种类和要求 按任务不同的划分为两类 按任务不同的划分为两类 1 小区试验小区试验 即科研性试验 处理数目多 小区面积小 准确度要求较高 研究多因素最好的 即科研性试验 处理数目多 小区面积小 准确度要求较高 研究多因素最好的 水平组合 水平组合 2 生产试验生产试验 即示范性试验 处理数少 小区面积大 准确度要求很高 验证小区试验结果的 即示范性试验 处理数少 小区面积大 准确度要求很高 验证小区试验结果的 推广价值 推广价值 按试验因素的多少 分为三类 按试验因素的多少 分为三类 1 单因素试验单因素试验 只研究一个因素效应的试验 只研究一个因素效应的试验 优点 设计简单明了 结果很直观 优点 设计简单明了 结果很直观 缺点 影响试验指标的因素很多时 结果有片面性 缺点 影响试验指标的因素很多时 结果有片面性 2 复因素试验复因素试验 研究两个或两个以上因素效应的试验 其特点是说明问题较全面 可以研究各 研究两个或两个以上因素效应的试验 其特点是说明问题较全面 可以研究各 因素的主效应 也可以研究因素间的协同效应 或互作 因素的主效应 也可以研究因素间的协同效应 或互作 试验效率比单因素试验高 试验效率比单因素试验高 3 综合试验综合试验 研究一定条件下各因素最优 或较优 组合的综合效应 并比较其实用价值的试 研究一定条件下各因素最优 或较优 组合的综合效应 并比较其实用价值的试 验 验 特点是大多属生产试验 确定规范化栽培模式 特点是大多属生产试验 确定规范化栽培模式 田间试验的要求有三个 田间试验的要求有三个 1 试验条件的 试验条件的代表性代表性 典型性 典型性 指试验条件应能代表拟推广试验结果的地区的自然条件和农业条件 既要有先进性 又要有实用指试验条件应能代表拟推广试验结果的地区的自然条件和农业条件 既要有先进性 又要有实用 性 性 2 试验数据的 试验数据的可靠性可靠性 正确性 正确性 包括数据的准确度和精确度两个方面 准确度指观察值包括数据的准确度和精确度两个方面 准确度指观察值 Y 与其相应真值与其相应真值 接近的程度 指标是接近的程度 指标是 其值越小 准确度越大 其值越小 准确度越大 但由于一般试验中 真值但由于一般试验中 真值 为未知数 只能根据的样本标准误算得另一个指标 即为未知数 只能根据的样本标准误算得另一个指标 即S 这就是精确度 它反映观察值彼此接近的程度 这就是精确度 它反映观察值彼此接近的程度 3 试验结果的 试验结果的重演性重演性 规律性 规律性 指在相同或相似条件下 再重复做类似试验时 应该能获得相同或相似的结果 指在相同或相似条件下 再重复做类似试验时 应该能获得相同或相似的结果 由于田间试验的自然条件难以人为控制 即使重复同一试验 试验结果也会因为不同地区或不同由于田间试验的自然条件难以人为控制 即使重复同一试验 试验结果也会因为不同地区或不同 年份而有出入 完全相同不可能 但类似是完全应该的 年份而有出入 完全相同不可能 但类似是完全应该的 第二节第二节 试验设计原理试验设计原理 一 试验误差的分类一 试验误差的分类 由于试验因素既有主效应 又有互作效应 因此 同一试验中各试验处理因其所含水平 组合 由于试验因素既有主效应 又有互作效应 因此 同一试验中各试验处理因其所含水平 组合 不同而出现不同的效应值 这种反映各试验处理真实效应的数值叫不同而出现不同的效应值 这种反映各试验处理真实效应的数值叫处理真值处理真值 而对于田间试验来讲 试验数据的各观察值由于受到许多非试验因素的干扰和影响 即包含了处而对于田间试验来讲 试验数据的各观察值由于受到许多非试验因素的干扰和影响 即包含了处 理真值 又理真值 又包含了使之偏离处理真值的试验因素效应 就叫做试验误差包含了使之偏离处理真值的试验因素效应 就叫做试验误差 也简称误差 也简称误差 按性质的不同 试验误差分两类 按性质的不同 试验误差分两类 1 系统误差系统误差 片面误差 片面误差 试验因素以外的其它条件明显不一致所产生的误差 其特点是 试验因素以外的其它条件明显不一致所产生的误差 其特点是 干扰因素始终朝一个方向影响试验结果 使观察值总是比处理真值偏大 或偏小 干扰因素始终朝一个方向影响试验结果 使观察值总是比处理真值偏大 或偏小 直接影响 直接影响 试验结果的准确度试验结果的准确度 可人为控制 即通过合理的试验设计消除掉 如设保护行或计产面积消除可人为控制 即通过合理的试验设计消除掉 如设保护行或计产面积消除边际效应边际效应 使之不带进数据内 或者虽带进数据中 区组效应 如田间试验中的土壤肥力梯度使之不带进数据内 或者虽带进数据中 区组效应 如田间试验中的土壤肥力梯度 趋向性差异或趋向性差异或 试验材料的顺序差异 试验材料的顺序差异 但可以和试验因素效应一样能定量分析出来 故又可称之为系统因素效应 但可以和试验因素效应一样能定量分析出来 故又可称之为系统因素效应 以两因素各二水平的以两因素各二水平的 RCBD 实例展开讲实例展开讲 G G G G 4 A2B2 3 2 1 2 A1B2 1 4 3 1 A1B1 2 3 4 3 A2B1 4 1 2 G G G G 肥力梯度肥力梯度 可控因素可控因素 系统因素系统因素 试验因素试验因素 边际效应是指靠试验边缘生长的作物因占据较大的生长空间 其生长势或产量与行中作物出现较边际效应是指靠试验边缘生长的作物因占据较大的生长空间 其生长势或产量与行中作物出现较 大的差异 有的产量相差可达到一倍以上 大的差异 有的产量相差可达到一倍以上 2 偶然误差偶然误差 随机误差 随机误差 在严格控制试验条件相对一致后 仍不能消除的偶发性误差 简称在严格控制试验条件相对一致后 仍不能消除的偶发性误差 简称机误机误 其特点是 其特点是 干扰因素使观察值大于处理真值或小于处理真值的机会均等 即误差的符号可正可负 其取值干扰因素使观察值大于处理真值或小于处理真值的机会均等 即误差的符号可正可负 其取值 是一个服从正态分布的随机变量 即可以定量估计是一个服从正态分布的随机变量 即可以定量估计y 任一取值范围的概率 如果任一取值范围的概率 如果 已知的话 已知的话 直接影响的是试验结果的精确度 直接影响的是试验结果的精确度S 不管怎样控制条件 这种误差均为只能减小而不可能彻底消除 不管怎样控制条件 这种误差均为只能减小而不可能彻底消除 一个成功的试验设计一方面要降低偶然误差 另一方面又要消除系统误差 如边际效应 一个成功的试验设计一方面要降低偶然误差 另一方面又要消除系统误差 如边际效应 或者 或者 使之能够明确 定量地分析出来 转化成区组效应 所以实际研究中所讲的使之能够明确 定量地分析出来 转化成区组效应 所以实际研究中所讲的 试验误差试验误差 仅剩下偶然仅剩下偶然 误差 因此 又称其为剩余误差 误差 因此 又称其为剩余误差 而把系统误差纳入到可控因素效应中去了 即 而把系统误差纳入到可控因素效应中去了 即 试验误差试验误差 系统误差系统误差 系统因素效应系统因素效应 转化成区组效应转化成区组效应 可控因素效应 可控因素效应 边际效应边际效应 设保护行或计产面积消除掉设保护行或计产面积消除掉 偶然误差偶然误差 剩余误差剩余误差 以实习指导中以实习指导中特早熟扁豆栽培试验的田间布置特早熟扁豆栽培试验的田间布置为例 为例 保保 护护 行行 保保 护护 行行 保保 护护 行行 保保 护护 行行 保保 护护 行行 排排 水水 沟沟 保保 护护 行行 保保 护护 行行 保保 护护 行行 前作为蔬菜前作为蔬菜 前作为苗木前作为苗木 这样一来 准确度和精确度就成了一回事 对试验误差的研究也就单纯指对偶然误差的概率分布这样一来 准确度和精确度就成了一回事 对试验误差的研究也就单纯指对偶然误差的概率分布 进行研究了 并且和第二章所讲的关于随机变量的误差统一起来 只是对试验误差的概率分布研究不进行研究了 并且和第二章所讲的关于随机变量的误差统一起来 只是对试验误差的概率分布研究不 象第二章那样能够在总体参数已知条件下进行 而只能以数据的特征数象第二章那样能够在总体参数已知条件下进行 而只能以数据的特征数 S代替代替 来进行 来进行 即相当于以样本 一份或一组试验数据 去推断总体结果 比抽样研究复杂得多 即相当于以样本 一份或一组试验数据 去推断总体结果 比抽样研究复杂得多 二 试验设计三原则二 试验设计三原则 试验设计有广义 狭义之分试验设计有广义 狭义之分 广义的试验设计广义的试验设计是指实施整个试验计划的方法 包括方案的确定 试验地 试验材料的选择 小是指实施整个试验计划的方法 包括方案的确定 试验地 试验材料的选择 小 区排列技术 数据的搜集整理和统计分析方法等等 它针对的是整个研究课题 如本章标题就要广义区排列技术 数据的搜集整理和统计分析方法等等 它针对的是整个研究课题 如本章标题就要广义 地理解 地理解 狭义的试验设计狭义的试验设计仅指实施试验方案的方法 即各重复区和试验小区的田间排列方法 针对的只是仅指实施试验方案的方法 即各重复区和试验小区的田间排列方法 针对的只是 小区排列技术 如本节的标题就要狭义地理解 小区排列技术 如本节的标题就要狭义地理解 1 重复 重复 试验中同一处理种植的小区数即重复次数 如每一处理只种一个小区 叫一次重复 种试验中同一处理种植的小区数即重复次数 如每一处理只种一个小区 叫一次重复 种 2 个小区 个小区 叫两次重复 依次类推 其作用有二 叫两次重复 依次类推 其作用有二 第一 第一 估计估计试验误差 试验误差 抽样误差抽样误差 试验任一个处理的小区观察值都是一个随机变量的取值 其真值试验任一个处理的小区观察值都是一个随机变量的取值 其真值 和和 是未知数 或者说是未知数 或者说 是待研究的 是待研究的 如果只有一个观察值 如果只有一个观察值y 不仅无法估计 不仅无法估计y 的绝对数 就是的绝对数 就是y 取值范围的概取值范围的概 率分布也无法计算 但如果有了重复观多值 虽然抽样误差率分布也无法计算 但如果有了重复观多值 虽然抽样误差 的绝对数还是无法计算 但的绝对数还是无法计算 但 取值范围的概率分布却可以计算出来 这是因为取值范围的概率分布却可以计算出来 这是因为 值虽然未知 但各处理样本标准差值虽然未知 但各处理样本标准差 S 可可 以算出 用它代替以算出 用它代替 计算就可以把计算就可以把 转化为标准化随机变量转化为标准化随机变量 t 从而运用 从而运用 t 分布计算任一取分布计算任一取 值区间的概率 概括地讲 值区间的概率 概括地讲 重复是估计抽样误差重复是估计抽样误差 的必要条件的必要条件 由于田间试验是以不同处理间的差异比较为基础 用任意两个处理的样本标准差代替总体标准差由于田间试验是以不同处理间的差异比较为基础 用任意两个处理的样本标准差代替总体标准差 算得差数的样本标准误 就可以将差数的抽样误差转换为标准化变量算得差数的样本标准误 就可以将差数的抽样误差转换为标准化变量 t 来进行研究与分析 来进行研究与分析 第二 第二 降低降低试验误差 试验误差 偶然误差偶然误差 同名小区由于分散在试验地的不同位置 占据不同的试验材料和外界条件 因此 对于各试验小同名小区由于分散在试验地的不同位置 占据不同的试验材料和外界条件 因此 对于各试验小 区之间出现的偶然误差就可以通过计算同名小区观察值的平均数区之间出现的偶然误差就可以通过计算同名小区观察值的平均数 相互抵消一部分 且重复次数越相互抵消一部分 且重复次数越 多 误差正负相抵的机会也就越多 从数量上讲 因为多 误差正负相抵的机会也就越多 从数量上讲 因为抽样误差抽样误差 的变异幅度的变异幅度S 与重复次数与重复次数 n 的平方根成反比的平方根成反比 教材称 教材称 误差的大小与重复次数的平方根成反比误差的大小与重复次数的平方根成反比 容易误导 应改为容易误导 应改为 概率尺概率尺 或或 标准误标准误 的大小与重复次数的平方根成反比的大小与重复次数的平方根成反比 抽样抽样 误差是随机变量 误差是随机变量 只能描述其概率分布 而不能只能描述其概率分布 而不能 用表述常量的方式来对待它 用表述常量的方式来对待它 所以 重复次数 所以 重复次数 n 越多 算术平均数越多 算术平均数 的精确度的精确度S 越高越高 数值越小数值越小 2 随机排列 随机排列 重复只是估计试验误差的必要条件 还要加上随机排列才够得上充分 因为要使估计的各处理平重复只是估计试验误差的必要条件 还要加上随机排列才够得上充分 因为要使估计的各处理平 均数均数 的误差没有偏性的话 试验中的每一个处理都必须有同等的机会被安排在任意一个试验小区的误差没有偏性的话 试验中的每一个处理都必须有同等的机会被安排在任意一个试验小区 内 即内 即随机排列是估计抽样误差随机排列是估计抽样误差 的充分条件的充分条件 随机不仅仅是一种要求 更是一种信仰 随机不仅仅是一种要求 更是一种信仰 由于试验的每一个处理均有相同的重复次数 故随机的方法就是在每一个重复区所含的试验小区由于试验的每一个处理均有相同的重复次数 故随机的方法就是在每一个重复区所含的试验小区 上随机排列各试验处理 方法可以抽签 按计算器或使用随机数字表 上随机排列各试验处理 方法可以抽签 按计算器或使用随机数字表 3 局部控制 局部控制 单用重复也不是降低试验误差 系统误差 的充分条件 还必须实施局部控制 即分范围 分地单用重复也不是降低试验误差 系统误差 的充分条件 还必须实施局部控制 即分范围 分地 段控制非试验因素 使之对重复区内各试验处理的影响趋于最大限度的一致 段控制非试验因素 使之对重复区内各试验处理的影响趋于最大限度的一致 即即重复只是降低试验误差 转化系统误差 的必要条件 局部控制是降低试验误差 转化系统误重复只是降低试验误差 转化系统误差 的必要条件 局部控制是降低试验误差 转化系统误 差 的充分条件 差 的充分条件 按大范围的差异将试验地 或试验材料 划分成不同的等级叫做区组 一个区组安排一个重复 按大范围的差异将试验地 或试验材料 划分成不同的等级叫做区组 一个区组安排一个重复 各区组内的试验小区再安排各处理 也就成了重复区组 各区组内的试验小区再安排各处理 也就成了重复区组 由于区组比试验区小得多 只是其重复次数由于区组比试验区小得多 只是其重复次数 n 的的 1 n 倍 试验地或试验材料等条件容易一致 故倍 试验地或试验材料等条件容易一致 故 同一区组所有处理间的差异符合同一区组所有处理间的差异符合单一差异原则单一差异原则 而不同区组间的差异则可利用统计分析方法从数据中 而不同区组间的差异则可利用统计分析方法从数据中 定量分析出来 排除了系统误差对数据的影响 因此大幅度地控制土壤差异或试验材料差异往往靠局定量分析出来 排除了系统误差对数据的影响 因此大幅度地控制土壤差异或试验材料差异往往靠局 部控制 部控制 实施局部控制后能影响试验数据的就只有区组内的偶然误差了 与因增加重复而扩大试验规模实施局部控制后能影响试验数据的就只有区组内的偶然误差了 与因增加重复而扩大试验规模 如增加试验地或试验材料 可能导致的系统因素效应无关 如增加试验地或试验材料 可能导致的系统因素效应无关 综合重复 随机排列 局部控制三者的关系 图示如下 综合重复 随机排列 局部控制三者的关系 图示如下 重复重复 随机排列随机排列 局部控制局部控制 估计抽样误差估计抽样误差 转化系统误差转化系统误差 降低偶然误差降低偶然误差 只剩偶然误差只剩偶然误差 第三节第三节 经典试验设计经典试验设计 一 完全随机设计一 完全随机设计 1 小区排列方法 小区排列方法 试验的每一个处理 包括同名处理 安排在整个试验地各试验小区的机会均等 试验的每一个处理 包括同名处理 安排在整个试验地各试验小区的机会均等 例如要检验三种剂量的生长素对小麦苗高的效果 包括对照 用水 在内 共例如要检验三种剂量的生长素对小麦苗高的效果 包括对照 用水 在内 共 4 个处理 若用盆个处理 若用盆 栽试验每盆小麦为一个单元 即试验小区 栽试验每盆小麦为一个单元 即试验小区 每处理重复 每处理重复 4 次 要次 要 16 个盆个盆 将全部将全部 16 个盆拟出一个摆放顺序 臂如将其排成两行 编号为 个盆拟出一个摆放顺序 臂如将其排成两行 编号为 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 使用随机数字表 附表使用随机数字表 附表 1 将 将 16 个编号查出一个随机顺序 例如 个编号查出一个随机顺序 例如 14 13 9 8 12 11 6 5 2 7 1 15 3 4 10 6 再将再将 A B C D 四个处理依上述连续的四个处理依上述连续的 4 个随机数字安排列各个盆栽小区 得 个随机数字安排列各个盆栽小区 得 1C 2C 3D 4D 5B 6B 7C 8A 16D 15C 14A 13A 12B 11B 10D 9A 2 优势与缺陷 优势与缺陷 处理数 重复数可以极其灵活 处理数 重复数可以极其灵活 弹性大弹性大 尤其重复次数各处理可以不相同 便于充分列用试 尤其重复次数各处理可以不相同 便于充分列用试 验材料 如上述验材料 如上述 16 个盆安排个盆安排 3 个处理或个处理或 5 个处理也可以 分别设个处理也可以 分别设 5 5 6 次重复或次重复或 3 3 3 3 4 次重复就是了 次重复就是了 统计分析很简单 即使缺区也不受影响 统计分析很简单 即使缺区也不受影响 试验误差自由度大 有利于估计处理效应显着性 试验误差自由度大 有利于估计处理效应显着性 未实施局部控制 不能分析区组效应 只能应用于试验环境相当一致 试验条件可人为控制的未实施局部控制 不能分析区组效应 只能应用于试验环境相当一致 试验条件可人为控制的 温室 网室实验室的盆钵试验 田间试验一般不能应用 温室 网室实验室的盆钵试验 田间试验一般不能应用 配对数据差数相当于没有重复的完全随机设计试验结果 故不能做配对数据差数相当于没有重复的完全随机设计试验结果 故不能做 AOV 产生于产生于 19 世纪世纪 80 年代的年代的半条式对比法半条式对比法 属于安排仅一个处理和一个对照相比较试验方案 重复 属于安排仅一个处理和一个对照相比较试验方案 重复 10 20 次 排列狭长小区 相邻的土肥条件最相似 的方式 次 排列狭长小区 相邻的土肥条件最相似 的方式 AB BA AB BA 同上一章介绍的配对同上一章介绍的配对 试验材料和试验小区各一个实例 设计基于同样的原理 具有分析精度高 统计方法和完全随机设 试验材料和试验小区各一个实例 设计基于同样的原理 具有分析精度高 统计方法和完全随机设 计一样简单 但设计原理又和随机区组法相似 计一样简单 但设计原理又和随机区组法相似 二 随机区组设计二 随机区组设计 1 田间小区排列 田间小区排列 每个区组安排一个重复 同一重复的所有处理 含每个区组安排一个重复 同一重复的所有处理 含 CK 在一个区组内必须出现而且仅仅出现一 在一个区组内必须出现而且仅仅出现一 次 各处理在同一区组内的排列绝对随机 次 各处理在同一区组内的排列绝对随机 如一如一 8 品种 品种 4 个重复的随机区组法排列如下 个重复的随机区组法排列如下 小区排列示意图不是田间种植图 小区排列示意图不是田间种植图 7421 1 3 1 7 3 6 8 5 4 8 7 3 2 1 6 4 5 2 4 8 8 7 5 6 6 5 3 2 肥力梯度肥力梯度 注 区组集中排列时 同名小区尽可能不在一条横线上 本例只有品种注 区组集中排列时 同名小区尽可能不在一条横线上 本例只有品种 1 在第二行小区位于一条在第二行小区位于一条 线 随机排列数果尚好 还有就是线 随机排列数果尚好 还有就是小区长边与肥力梯度线平行小区长边与肥力梯度线平行 2 特点 特点 能将试验地或试验材料之任意一个方向的差异引起的系统因素效应转化为区组效应 谓之与区组能将试验地或试验材料之任意一个方向的差异引起的系统因素效应转化为区组效应 谓之与区组 效应混杂 效应混杂 再通过 再通过 ANOVA 从数据中定量分析出来 这就是单向控制作用 从数据中定量分析出来 这就是单向控制作用 3 优势 优势 弹性 伸缩性 大 处理数 重复数不受严格限制 单因素 复因素试验 综合试验都可采用 弹性 伸缩性 大 处理数 重复数不受严格限制 单因素 复因素试验 综合试验都可采用 对试验地 材料 只要求区组内一致 不同区组也可以分散排列 甚至多地点排列或分年度进对试验地 材料 只要求区组内一致 不同区组也可以分散排列 甚至多地点排列或分年度进 行 试验安排灵活性大 行 试验安排灵活性大 试验结果的准确度高试验结果的准确度高 主要是单向控制作用带来的效果 主要是单向控制作用带来的效果 其次是重复次数根据需要设置 使 其次是重复次数根据需要设置 使 S 符合精度要求 符合精度要求 统计分析不复杂 统计分析不复杂 4 缺陷 缺陷 当有局部控制效果的区组不能容纳一个重复的全部处理时 就只好改用不完全区组设计 当有局部控制效果的区组不能容纳一个重复的全部处理时 就只好改用不完全区组设计 因同一重复的所有处理必须排列在一起 故安排试验时 设置处理数目仍受到区组大小 容量 因同一重复的所有处理必须排列在一起 故安排试验时 设置处理数目仍受到区组大小 容量 的限制的限制 一般为 一般为 3 15 个 个 三 三 拉丁方设计拉丁方设计 1 田间小区排列 田间小区排列 将一个重复的所有处理 含将一个重复的所有处理 含 CK 从两个方向排列成区组 各处理在横行区组和直行区组内都必 从两个方向排列成区组 各处理在横行区组和直行区组内都必 须出现而且仅出现一次 所有处理在横 直行区组内都随机排列 方法是 须出现而且仅出现一次 所有处理在横 直行区组内都随机排列 方法是 选择标准方 统计上将第一横行 第一直行 列 的字母都按拉丁字母顺序排列的拉丁方 选择标准方 统计上将第一横行 第一直行 列 的字母都按拉丁字母顺序排列的拉丁方 教材列出教材列出 4 4 至至 8 8 共共 5 种阶数的标准方 供选用 种阶数的标准方 供选用 n k 列随机 按顺序编排的列号使用随机数字表进行随机排序 列随机 按顺序编排的列号使用随机数字表进行随机排序 行随机 在列随机的基础上 对整行 横行 进行随机排序 行随机 在列随机的基础上 对整行 横行 进行随机排序 处理随机 将处理编号随机排序后依次代换拉丁字母 处理随机 将处理编号随机排序后依次代换拉丁字母 以以 n k 5 所用所用 5 5 拉丁方为例 排列过程及其结果拉丁方为例 排列过程及其结果 也不等于田间种植图 也不等于田间种植图 如下 如下 1 2 3 4 5 1 4 5 3 2 1 2 3 4 5 D A E C B ABCDE 1ADECB 5 EBADC BAECD2BCDEA 1 ADECB CDAEB3CEBAD 2 BCDEA DEBAC4DACBE 4 DACBE ECDBA5EBADC 3 CEBAD 35214 21345 54132 12453 41321 2 特点 特点 把两个方向的试验地顺序差异转化为两个区组效应 再借助把两个方向的试验地顺序差异转化为两个区组效应 再借助 ANOVA 从数据中分析出来 这就是从数据中分析出来 这就是 双向控制作用 双向控制作用 3 优势 优势 可分析出两个方向的系统误差 比随机区组设计还多一个方向的局部控制 因此可分析出两个方向的系统误差 比随机区组设计还多一个方向的局部控制 因此 试验具有较高 试验具有较高 的精确度 的精确度 4 缺陷 缺陷 缺乏灵活性缺乏灵活性 因为各区组必须集中排列 不能分散 所以 要求选整块平坦的试验地 但并 因为各区组必须集中排列 不能分散 所以 要求选整块平坦的试验地 但并 不要求试验地为正方形 恰恰因为小区长方形居多而要求长方形试验地 不要求试验地为正方形 恰恰因为小区长方形居多而要求长方形试验地 区组之间界线不能象随机区组法那样设走道 中部试验小区不容易接近 观察记载都不方便 区组之间界线不能象随机区组法那样设走道 中部试验小区不容易接近 观察记载都不方便 缺乏弹性 伸缩性 缺乏弹性 伸缩性 即处理次数与重复次数必须相等 处理数增加 试验规模不必要的硬性 即处理次数与重复次数必须相等 处理数增加 试验规模不必要的硬性 扩大 因此 一般只适宜于处理数为扩大 因此 一般只适宜于处理数为 5 8 个的试验方案 少于个的试验方案 少于 5 个 用单个拉丁方试验嫌误差自个 用单个拉丁方试验嫌误差自 由度由度 dfe 太小 以太小 以 4 4 为例 为例 用于用于 4 个处理的试验方案 个处理的试验方案 dfe 15 3 3 3 6 10 或或 12 试验结果有可能因为 试验结果有可能因为 dfe 较小时 较小时 需要的需要的 F0 05偏大使得处理效应本来应该有的显著性测验不出来 偏大使得处理效应本来应该有的显著性测验不出来 只有采用两个只有采用两个 4 4 标准方分别进行随机排列后再随机代换同一组处理编号标准方分别进行随机排列后再随机代换同一组处理编号 1 2 3 4 内容相 内容相 同 同 之后再进行田间布置 就可以既保留双向控制的优势 又增加了误差自由度 这就是 之后再进行田间布置 就可以既保留双向控制的优势 又增加了误差自由度 这就是复拉丁方复拉丁方 设计 此时 设计 此时 dfe 32 2 8 2 8 2 4 1 15 1 2 3 4 2 4 1 3 1 2 3 4 1 3 2 4 ABCD1ACBD3CADBA 13124 BCDA2BDCA1ACBDB 41342 CDAB3CADB2BDCAC 34231 DABC4DBAC4DBACD 22413 四 裂区设计四 裂区设计 1 田间小区排列 田间小区排列 必定用于复因素试验 先将重复区按第一个因素分设的各个水平 主水平 划分小区 叫主区必定用于复因素试验 先将重复区按第一个因素分设的各个水平 主水平 划分小区 叫主区 main plot 或整区 或整区 ABCD1BDAC1BDACA 21324 BADC2ACBD4DACBB 14132 CDBA3DACB3DACBC 43241 DCAB4CBDA2ACBDD 32413 再按第二个因素分设的各个水平 副水平 再按第二个因素分设的各个水平 副水平 把主区划分成更小的小区 叫副区 把主区划分成更小的小区 叫副区 sub plot 或称 或称 裂区 裂区 重复区内各主水平 亦称主处理 的排列及主区内各副水平 亦称副处理 的排列都是随机进行重复区内各主水平 亦称主处理 的排列及主区内各副水平 亦称副处理 的排列都是随机进行 的 对第二个因素而言 主区就是一个区组 但从试验的所有水平组合来看 主区仅是一个不完全区的 对第二个因素而言 主区就是一个区组 但从试验的所有水平组合来看 主区仅是一个不完全区 组 所以 裂区设计被教材归为不完全区组设计类型 组 所以 裂区设计被教材归为不完全区组设计类型 但但决不是说裂区设计只能用于两因素试验 三因素试验就一定要用再裂区设计决不是说裂区设计只能用于两因素试验 三因素试验就一定要用再裂区设计 以前述特早熟扁 以前述特早熟扁 豆栽培的三因素试验豆栽培的三因素试验 2 2 4 方案为例 用方案为例 用 2 8 式裂区设计方案照样可以实施 图示稍后 式裂区设计方案照样可以实施 图示稍后 其中 追肥其中 追肥 A1 A