第一章田间试验方法概要.ppt

第一章田间试验 第一节田间试验概述第二节试验误差及其控制途径第三节田间试验方案第四节常用的田间试验设计方法第五节田间试验的实施步骤第六节田间试验的抽样方法 本章主要内容和难点 常用田间试验术语 试验误差的概念及其特点 与精确度和准确度的关系 试验误差的来源及控制途径 试验方案 怎样制定试验方案 常用的田间试验设计方法及特点 试验设计的三个基本原则 怎样抽样才能使样本对总体具有很好的代表性 本章难点 试验误差概念 重复 随机 局部控制在试验设计中的运用以及怎样控制试验误差 第一节田间试验概述 一 田间试验的意义 任务与要求二 田间试验的特点三 田间试验常用术语 一 田间试验的意义 任务与要求 田间试验 fieldexperiment 是指在田间土壤 自然气候等环境条件下栽培作物 并进行与作物有关的各种科学研究的试验 农业科学试验形式多种多样 除田间试验外 还实验室试验 温室试验等 一 意义在非常接近大田生产条件下 对新成果 新技术进行田间试验 以明确其是否增产显著 是否具有推广应用前景 因此 田间试验在解决农业生产实际问题中占有重要的和不可替代的地位 因此 田间试验是农业科学研究的主要形式 是验证新成果或新技术的必要手段 是大田推广的准备阶段 是联系农业科学理论与生产实践的桥梁 二 任务1 促进农业生产和农业科学向前发展 2 担负着农业科学研究与生产实践相结合的任务 3 研究各项新技术 新品种及推广应用前景 使其尽快转化为生产力 三 田间试验的基本要求 1 试验目的要明确 objective 提出的试验项目要有明确目的 对试验预期结果和作用要心中有数 立项要有发展的观点和以生产为本的观点 2 要有代表性 representative 和先进性包括生物学和自然条件 农业生产条件两方面的代表性 代表性既要考虑当前情况又要预见未来发展 3 试验结果要正确一是避免人为错误 二是降低试验误差 提高试验的准确度 accuracy 和精确度 precision 准确度是指试验中某一性状 小区产量或其它性状 的观察值与其相应真值 truevalue 的接近程度 精确度是指试验中同一性状重复观察值彼此接近的程度 4 试验结果能够重复 replication 指田间试验的结果必须经受得起重复试验的检验 这就是田间试验结果能够运用于大田生产的保证 只有把握了试验的正确性和代表性 才能确保试验结果的重复性 二 田间试验的特点 田间试验是在大田自然环境条件下进行的 其多样性和不断变化性造成了田间试验具有以下特点 1 进行试验的复杂性 2 具有地区性和季节性 3 存在试验误差 在进行试验的全过程中 必须遵循唯一差异原则 即除了将所研究的因素有意识地分成不同处理外 其它条件及一切管理措施都应尽可能一致 consistency 从试验技术 材料的选择 取样技术等方面入手 尽量减少试验误差 用统计方法正确估计误差 从而对处理效应做出可靠结论 三 田间试验常用术语 1 试验指标 experimentalindex 衡量试验处理效果优劣的标准称为试验指标 试验中具体测定的性状或观察项目即为试验指标 如产量 株高等 2 试验因素 factor 试验中需要考察 可引起试验指标发生变化的各种条件或原因 例如 品种 氮肥等 试验又分单因素试验 singlefactorexperiment 和多因素试验 polyfactorexperiment 3 水平 level 试验因素内所设定的质的不同状态或量的不同等级称为水平 4 处理 treatment 试验中具体比较项目叫处理 单因素试验每一个水平就是一个处理 多因素试验每一个水平组合就是一个处理 5 试验小区 experimentalplot 安排一个试验处理的小块地段称为试验小区 简称小区 6 试验单位 experimentalunit 亦称试验单元 是指施加一个试验处理的材料单位 如一个小区 也可以是一穴 一株 一穗 一个器官等 从一个试验单位可以获得一个具有独立随机误差的观察值 输入 处理 试验单元 输出 试验指标 随机 干扰 输入 i Xij i ij 输出 xij ij 7 效应 effect 因素内不同水平使得试验指标 产量 株高 产生的变化称为效应 单因素试验的这种效应或多因素试验同一因素水平下另一因素不同水平间的差异称为简单效应 simpleeffect 8 主效 maineffect 在多因素试验中 一个因素内各简单效应的平均数称平均效应 averageeffect 也称主要效应 简称主效 P的简单效应及主效应 NP互作效应 9 互作 interaction 在多因素试验中 因素内简单效应间的平均差异称为交互作用 简称互作 它反映一个因素的各水平在另一个因素的不同水平中反应不一致的现象 10 观察值 observedvalue 和变量 variate 对试验单元的试验指标的观察 测定值称为观察值 表现出变异的一组观察值总称为变量或随机变量 randomvariate 11 总体 population 根据试验研究目的确定的同类事物或对象的全体称为总体 population 其中的一个研究单位称为个体 individual 个体是统计分析中的最基本单位 根据研究目的 它可以是一株植物 一个稻穗 也可以是一种作物 一个作物品种等 有限总体 finitepopulation 无限总体 infinitepopulation 12 样本 sample 从总体中抽取的一部分供观察测定的个体组成的集合 称为样本 由样本特征来推断其总体性质是统计分析的基本手段 因此 样本必须具有较好的代表性 即抽样应随机和独立进行 13 样本容量 samplesize 样本所包含的个体数目称为样本容量 常记为n n 30为大样本 n 30的为小样本 练习 用上述专业术语解释转基因黄金大米 胡萝卜素含量是否比普通大米显著提高的对比试验 试设计此试验 第二节试验误差及其控制途径 一 试验误差二 土壤差异与试验地的选择三 田间试验设计的基本原则四 控制土壤差异的小区技术 一 试验误差 1 概念由于非处理因素的影响 使试验的实际观测值与处理真值之间产生的差异称为试验误差 experimenterror 简称误差 error 1 系统误差 systematicerror 是由观测器具不准 工作习惯和偏向等原因引起的误差 产生原因是可追究和避免的 特点是引起观察值偏大或偏小 影响试验的准确性 2 随机误差 randomerror 由多种偶然的 无法控制的因素引起的误差 产生原因是无法控制和难以消除的 特点是随机波动的 影响试验的精确性 统计上的试验误差是指随机误差 2 试验误差的来源 1 试验材料固有的差异 各供试材料遗传上的不纯和发育状况的差异 2 试验实施的不一致性 包括栽培管理上的不一致性和观察测量上的不一致性 3 外界条件的差异 指自然环境的差异 具有随机性 难以控制 特别是土壤差异 3 控制误差的途径 1 选择同质的试验材料 2 统一操作和管理技术 使时间上的差异和因人的差异以区组的划分而得以控制 3 努力控制引起差异的外界主要因素 特别是土壤差异的控制 选肥力均匀的试验地 采用适当的小区技术 运用正确的试验设计和统计分析方法 二 土壤差异与试验地的选择 1 土壤差异表现 梯度差异和斑块差异 2 土壤差异的估测 目测或空白试验 按划分的若干相同面积单元分开收获计产 通过计算误差并进行比较 发现相邻单元土壤肥力最为相似 3 试验地的选择和培养 1 试验地要有代表性 2 土壤质地均匀 肥力一致 3 地势平整 位置适当 4 有土地利用的历史记录 5 空白试验 6 采用轮换制 三 田间试验设计的基本原则 田间试验设计 fieldexperimentaldesign 广义是指整个试验研究课题的设计 包括试验处理方案 小区技术以及资料整理和统计分析方法等 狭义上专指小区技术 特别是重复区和试验小区的排列方法 为什么要进行试验设计前已述及 试验设计就是小区技术 小区上的试验单元是提供处理的一个具有独立随机误差的观察值的单元 如果试验单元间存在系统性偏差 会导致观察值出现系统误差 引起处理真值与系统误差混淆 使试验得不出正确结论 因此 为了做好试验 需对试验单元的设置和排列进行设计 试验设计的主要作用 避免系统误差 缩小随机误差 以保证试验的准确度和精确度 1 重复 replication 如果试验没有系统误差 只有随机误差 则可用该处理多次重复观察值的参差不齐程度来估计随机误差 只有一个重复则无法估计随机误差 同一处理的多次观察值的平均值 是处理真值的最好估计值 因为随机误差时高时低 时正时负 平均起来在统计学上假定为零 如果 x是每次观察值的误差 则用该处理的n次观察平均值作为处理真值估计时的误差如下 重复的作用如下 1 估计试验误差 2 降低试验误差 因此若两个处理进行比较 都用其平均数比较 n合理大时 均数误差就足够小 这样两个处理比较主要就是真值估计值间比较 结论会客观可靠 2 随机 random 随机是指试验中的不同处理都有同等机会设置在任何一个试验小区上 即重复中的某一处理究竟安排在哪一小区 不能有主观成见 完全用随机的办法确定 随机是为了获得无偏的误差估计值 3 局部控制 localcontrol 当环境变异较大时 仅实行随机和重复 环境的全部变异都被归入误差 使试验误差变大 试验灵敏度降低 在田间试验中 实施局部控制 就是将整个试验环境分成若干个最为一致的小环境 称为区组 block 每一区组再按处理数目划分小区 一个小区随机安排一个处理 三原则的作用和关系图解 这三个基本原则是试验设计创始人R A Fisher首次提出 因此也称Fisher试验设计原理 四 控制土壤差异的小区技术 小区技术是根据田间试验设计的基本原则 对试验小区进行科学的设计和布置 1 小区面积一定范围内增大小区面积可以减少误差 边际效应 marginaleffect 指小区两端或两边植株因占较大空间而表现的差异 生长竞争 growthcompetition 指相邻小区因品种 株高或生长期等不同 导致有的小区挤占相邻小区的阳光 养分的现象 小区面积 研究性6 30m2 示范性300m2 大小不可硬性规定 可从以下几方面综合考虑 试验种类作物类别试验地面积与土壤差异程度及形式种类育种工作的不同阶段保证试验收获计产面积的需要 2 小区形状和方向 适当小区形状在控制土壤差异方面具有相当作用 长形优于方形 小区形状指长宽比例 小区方向指长方形小区长边所沿的方向 肥力方向 3 重复次数 4 设置对照试验中作为处理间比较的标准称为对照 check 以对照衡量处理优劣 估计和矫正土壤差异 5 设置保护行 guardrow 6 重复区 区组 与试验小区的排列区组的排列原则是区组内土壤肥力尽可能一致 土壤差异排列在区组之间 小区在区组内的排列有顺序式和随机式 随机式可提供无偏的误差估计值 顺序式有可能产生系统误差 不能作出无偏的误差估计 第三节田间试验方案 自学 一 田间试验的种类二 拟定试验方案的基本要求三 拟定试验方案的方法 一 田间试验的种类 一 按试验因素的多少分类 1 单因素试验 single factorexperiment 2 多因素试验 multiple factorexperiment 3 综合性试验 comprehensiveexperiment 二 根据试验的内容分类1 品种试验2 栽培试验3 品种和栽培相结合的试验 三 按试验的年份分类1 一年试验2 多年试验 四 按试验的地点分类1 单点试验2 多点试验 五 按试验进程分类1 预备试验2 主要试验3 示范试验 六 按试验场所分类1 田间试验2 温室试验3 实验室试验 七 按试验区的大小分类小区试验与大区试验 二 拟定试验方案的基本要求 试验方案 experimentalscheme 是指根据试验目的与要求而拟定的进行比较的一组试验处理的总称 试验方案是整个试验工作的核心部分 它在很大程度上反映了研究水平的高低 决定了能否取得完满的有价值的结果 试验方案拟定要点 一 明确试验目的 二 根据试验目的确定参试因素 三 合理确定参试因素的水平 等差法 等比法 随机法 优选法 四 应用唯一差异原则 五 设置对照 check 六 正确处理试验因素与试验条件的关系 七 对试验结果有所预测 三 试验方案的种类 一 单因素试验方案 二 多因素试验方案 三 综合性试验方案 综合性试验方案 将若干因素的某些水平结合在一起作为处理 组成综合性试验方案 目的在于探索一系列供试因素某些水平组合的综合作用 不涉及个别因素的效应和因素间互作 综合性方案属于不均衡方案 第四节常用田间试验设计方法 一 顺序排列设计法优点 1 设计简单 2 可根据株高 成熟期等性状进行排列 3 有利于田间作业与比较观察 缺点 可能产生系统误差 理论上不能用统计分析进行显著性检验 只是计算百分数和排列位次 1 对比设计 pairingdesign 常用于少数品种的比较试验或示范试验 每隔2个处理设置一个CK 每个处理与临近CK直接比较 因而比较的精确度高 CK所占小区数多 设计特点 应用了重复和局部控制原则 处理与对照比较依据是相邻土壤肥力差异较小 结果准确可靠 对照占地太多 表1 1油菜品种比较试验产量结果分析 单位 kg 20m2 2 间比设计 intervalcontrastdesign 在一块试验地上 第一小区和最后一小区一定是对照 每两个对照间排列相同数目的处理小区 一般用于育种初期 处理较多 设计特点 应用了重复和局部控制原则 每几个处理两侧都有对照 在减少肥力差异造成误差方面有一定作用 可方便安排大量处理 对照占地较对比法少 表1 2水稻株系鉴定试验产量结果分析 单位 kg 10m2 二 随机排列设计 各处理在重复区内的排列随机决定 每个处理占据任何一个小区的机会完全均等 可避免系统误差 因而可作精确的统计分析 1 完全随机设计 completerandomizeddesign 将全部供试单元 N 随机分成k组 每组有ni个试验单元 然后按组给以不同处理 组内试验单元可等或不等 此设计运用了重复和随机两原则 是随机排列设计中最简单的一种设计方法 品种A 品种B 品种C 正常灌水 干旱处理 三个玉米品种耐旱性比较试验 2 随机区组设计 randomizedblockdesign 将整个试验地划分成与试验重复数相等的若干区组 每一区组划分成k个小区 随机布置k个处理 即每一区组包括全部的试验处理小区 且每一区组各处理的随机排列都必须独立进行 若A1 20 A2 24 二者差异为4 若第 区组总观察值与第 区组总观察值平均差异为2 则A1 A2的试验误差仅为2 如果采用完全随机试验设计 则A1 A2的试验误差为4 因此采用局部控制可有效降低试验误差 D B E C A A D C B E D C A E B 五个处理三次重复的随机区组设计 肥力 3 拉丁方设计 Latinsquaredesign 从行和列两个方向对试验环境条件进行局部控制 使每一行和每一列都成为区组 每一区组内随机安排全部处理 因此有 处理数 重复数 行区组数 列区组数 如用5头奶牛检验5种饲料对泌乳量的影响 由于5头牛的泌乳力不太一致 且泌乳期有差异 因而可用拉丁方设计 当处理数少于5 为了使误差项自由度不小于12 可采用复拉丁方设计 列区组 行区组 五个处理的拉丁方设计 在多因素随机区组试验中 由于情况特殊不能在区组内将所有处理完全随机排列 就产生了随机区组设计的一些推广设计 如裂区设计和条区设计 4 裂区设计 splitplotdesign 在多因素试验中 如果希望对某个重要因素的考察有较高的精确度 可考虑用裂区设计 重复数 区组数 每一区组内的主区数 主区因素的水平数 每一主区内的副区数 副区因素的水平数 副区 secondaryplot 或裂区 splitplot 里随机安排副处理 对副处理来讲 一个主区就是一个区组 而对整个试验来讲 主区仅是一个不完全区组 裂区设计可估计主区和副区两个试验误差 例 肥料和品种两因素裂区设计 上 主 副区均为随机区组设计 下 主区为拉丁方设计 副区随机排列 设计特点 试验因素重要性不同 随机区组各因素同等重要 而裂区中各因素有主次之分 小区面积不同 有主副区之分 随机区组各小区面积相同 而裂区设计主区因素各水平占据面积大 副区因素各水平面积小 试验因素精确度要求不同 随机区组各因素各水平重复数相同 裂区中副区各水平重复数多于主区各水平 因此副区各水平间比较及其与主区因素的互作效应比较精确度高于主区各水平间的比较 试验误差估计不同 随机区组只估计一个误差 而裂区可分别估计主区误差和副区误差 5 条区设计 stripplotdesign 条区设计是裂区设计的一种衍生设计 即A B互为主 副因素 能估计三种试验误差 A R B R A B R 分别用以测验两因素的主效及其交互作用 但两个主效应估计值精确度较差 互作效应精确度高 重复 第五节田间试验的实施步骤 自学 田间试验的实施就是要正确 及时把试验处理 按试验设计要求实施到试验田块 严格正确执行各项管理措施 以保证试验作物正常生长 通过田间观察记载或室内考种掌握试验作物生长发育过程中的发展动态并获得可靠的试验数据 一 田间试验计划的制订 一 田间试验计划的内容 1 试验名称 2 试验目的及其依据 预期试验效果 3 试验时间和地点 4 试验地的基本情况 5 试验处理等 6 试验设计 7 田间管理要求 8 田间观察记载项目及方法标准 9 试验取样和收获计产方法 10 试验资料的统计分析方法和要求 11 试验所需的土地面积 经费 人工及主要仪器设备 12 田间种植图 观察 考种记载表 13 计划制订人 执行人 二 种植计划书的编制 编制种植计划书的目的是为了把试验处理种植到大田 并可作为试验记载本用 它包括试验名称 年份与地点 田间种植图 种植行号和区号 处理名称或代号以及田间记载项目等 2004年耐旱试验 4月5号播种 多营 三 田间种植图 二 试验地准备与区划 试验地是实施田间试验的场所 试验地在进行区划之前 必须做好充分的准备 以保证各处理获得尽可能一致的试验环境条件 先按照田间种植图所标示的整个试验区长度和宽度 规划试验区 然后再划分区组 小区 走道和保护行等 第一边 第三边 第四边 第三边 第二边 第一边 图1 12试验区田间区划示意图 三 种子准备 田间试验用的种子遗传背景和种子来源都应相同 并且经过精选去杂 以保证其纯度 种子准备最重要的任务就是确定播种量 种子准备应按照种植计划书的顺序进行 避免发生错误 所有种子分装完成后 应按种植计划书上的排列顺序校对一遍 贮备待播 四 播种或移栽 开沟 打窝 根据田间种植计划在各小区首行插上写有区组和小区编号 或行号 的木排 或竹排 经检查无误后分发种子袋 按区组一区一区播种 或一行 需进行检查 发现错误 立即纠正 然后进行盖种 所有试验播种完成后 再用同类作物早熟品种播种保护行 五 栽培管理 栽培管理是保证田间试验的准确性和精确性的重要环节之一 除了试验方案所规定的处理间差异外 其它栽培管理措施均应力求质量一致 以免对各处理造成不同的影响 增大试验误差 试验地的任何一项栽培管理措施最好能在一天内完成 至少同一区组要在一天内完成 六 田间观察记载和测定 1 气候条件的观察记载2 试验地农事操作的记载3 作物生育动态的观察记载 4 不正常现象的观察记载 七 收获 脱粒和室内考种 要及时 细致 准确 决不能发生差错 先熟先收 后熟后收 及时翻晒 注意防止霉烂和虫害 并尽快脱粒 田间试验经过上述步骤 取得了大量的数据资料 试验数据资料的整理和分析方法 将在以后各章介绍 第六节田间试验的抽样方法 田间试验的观察记载 室内考种和分析测定中 往往不可能或没有必要对整个试验小区的所有植株进行全面调查 而是通过抽样的方法 对样本进行调查 抽样调查主要涉及三方面问题 1 抽样单位的大小 即一个试验单位 如试验小区 应划分成多少个抽样单位 2 样本容量的大小 即为保证抽样调查结果有预定的精