第一章 田间试验PPT课件

第一章田间试验 第一节试验设计原则第二节控制土壤差异的小区技术第三节田间试验方案第四节常用的田间试验设计第五节田间试验的实施步骤第六节田间试验的抽样方法 自学 试验设计 试验实施 观测抽样 试验方案设计 小区技术设计 试验实施管理 田间区划布置 抽样观测记载 获取数据信息 田间试验的基本内容 第一节试验设计原则 科学试验设计的三个基本原则 1 重复 replication 2 随机 random 3 局部控制 localcontrol 1 重复 replication 是指在一个试验中同一处理设置的试验单位数即为重复次数 重复的作用 估计试验误差试验误差是客观存在的 但只能由同一处理的几个重复小区间的差异估得 同一处理有了二次以上重复 就可以从这些重复小区之间的产量 或其它性状 的差异估计误差 降低试验误差数理统计学已证明误差的大小与重复次数的平方根成反比 重复多 则误差小 有四次重复的试验 其误差将只有二次重复的同类试验的一半 此外 通过重复也能更准确地估计处理效应 2 随机 randomassortment 随机排列是指试验方案所规定的每一个处理都有同等的机会设置在任何一个试验小区上 避免任何主观成见 随机有3个含义 分组随机 试验单位分到各组中的机会均等 抽样随机 个体被抽到的机会均等 顺序随机 单位接受处理的机会均等 进行随机排列的方法 抽签法计算器 机 产生随机数字法利用随机数字表 3 局部控制 localcontrol 局部控制就是分范围 分地段地控制非试验因素 试验条件 使之各试验处理所受的影响趋于最大程度的一致 在田间试验中就是将要比较的试验处理设置在土壤较均匀的局部地段内 以便控制土壤差异等试验条件 使之减少试验误差 因为在较小地段内 试验环境条件容易控制一致 又称为划分区组 block 然后在各个区组上实行重复和随机排列 图2 2试验设计三个基本原则的关系和作用 第二节控制土壤差异的小区技术 一 试验小区的面积二 小区的形状三 重复次数四 对照区的设置五 保护行的设置六 重复区 或区组 和小区的排列 一 试验小区的面积 小区 plot 在田间试验中 安排一个处理的小块地段称试验小区 简称小区 plot 试验小区面积的大小 一般变动范围为6 60m2 而示范性试验的小区面积通常不小于300m2 可以从以下各方面考虑确定一个具体试验的小区面积 试验种类 如机械化栽培试验 灌溉试验等的小区应大些 而品种试验则可小些 2 作物的类别种植密度大的作物的试验小区可小些 种植密度小的大株作物应大些 3 试验地土壤差异的程度与形式试验地大 土壤差异程度大要适当大 4 育种工作的不同阶段在新品种选育的过程中 品系数由多到少 种子数量由少到多 对精确度的要求从低到高 因此在各阶段所采用的小区面积是从小到大 5 试验地面积 有较大的试验地 小区可适当大些 6 试验过程中的取样需要在试验的进行中需要进行各种测定 取样会影响小区四周植株的生长 也会影响小区最后的产量 因此要相应增大小区面积 以保证所需的收获面积 7 边际效应和生长竞争边际效应 marginaleffect 是指小区两边或两端的植株因占有较大空间和土地而表现的生长优势 生长竞争 growthcompetition 是指当相邻小区种植不同品种或施用不同肥料时 由于株高 分蘖力等性状表现的不同 通常将有一行或更多的边行受到影响 即一方受到抑制 一方获得生长优势 一般小区的每一边可除去1 2行 两端各除去0 3 0 5m左右 减少误差 二 小区的形状 小区的形状是指小区长度与宽度的比例 适当的小区形状在控制土壤差异提高试验精确度方面也有相当作用 小区的长宽比一般为3 1至5 1 有时可达20 1 试验地形状和面积以及小区多少和大小等调整决定 在通常情况下 长方形尤其是狭长形小区 容易调匀土壤差异 使小区肥力接近于试验地的平均肥力水平 亦便于观察记载及其农事操作 而在边际效应值得重视的试验中 方形小区是有利的 三 重复次数 重复次数即每一处理的试验小区数 试验设置重复次数越多 试验误差越小 多于一定的重复次数 误差的减少很慢 而人 物力的花费大大增加 并不经济 实际研究工作中 常采用3 5次重复 重复次数的多少 一般应根据试验所要求的精确度 试验地土壤差异大小 试验材料如种子的数量 试验地面积 小区大小等而具体决定 对精确度要求高的试验 重复次数应多些 试验田土壤差异较大的 重复次数应多些 土壤差异较为一致的可少些 四 对照区 check 以CK表示 的设置 作为处理比较的标准 设置对照区的目的是 1 便于在田间对各处理进行观察比较时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 通常在一个试验中只有一个对照 有时为了适应某种要求 可同时用两个各具不同特点的处理作对照 五 保护行的设置 在试验地周围设置保护行 guardingrow 的作用是 保护试验材料不受外来因素如人 畜等的践踏和损害 防止靠近试验田四周的小区受到空旷地的特殊环境影响即边际效应 使处理间能有正确的比较 保护行一般宽1 2m 不少于试验材料的平均高度 最好种植早熟 抗倒伏和外形易于识别的品种 如禾谷类作物一般至少应种植4行以上的保护行 保护行通常用英文字母 G 表示 六 重复区 或区组 和小区的排列 区组 block 将全部处理小区分配于具有相对同质的一块土地上 这称为一个区组 block 完全区组 一般试验须设置3 4次重复 分别安排在3 4个区组上 这时重复与区组相等 每一区组或重复包含有全套处理 称为完全区组 不完全区组 少数情况下 一个重复安排在几个区组上 每个区组只安排部分处理 称为不完全区组 区组的排列 当小区数不太多时 每一区组可排成一行 试验地呈长方形 试验地为正方形而长度摆设不下整个区组时 一个区组也可分为二排 相邻在一起 区组排列的原则 区组内各小区的土壤差异应尽可能小 区组间的差异可以大些 试验地平坦而靠近坡地时 区组的排列最好与坡平行 试验地本身为坡地时 同一区组的各小区设置在同一等高线上 当肥力呈梯度变化时 区组要与肥力变化方向垂直 即同一区组的各小区设置在同一肥力水平带 小区在各区组内的排列有顺序式和随机式 一 几个基本概念1 试验因素 experimentalfactor 可以人为改变并在试验中研究其变化对试验结果产生影响的试验条件 简称为因素或因子 2 水平 level 因素的数量等级或质量类别 具有质的区别 称为质量水平 具有量的差异 称为数量水平 第三节田间试验方案 3 处理 treatment 对于单因素试验来说 试验因素的某一水平即为一个处理 treatment 对于多因素试验来说 每个因素任意某个水平的组合为一个处理 为了区别与单因素试验的处理 多因素试验的处理常称为处理组合 treatmentcombination 4 试验方案 是根据试验目的与要求所拟定的进行比较的一组试验处理的总称 二 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 单因素试验是指整个试验中只研究一个因素的试验 单因素试验设计简单 试验目的明确 试验结果容易分析 其局限性在于不能了解几个因子的相互关系 进行包含所有水平组合的多因素全面试验不仅可以考察不同因素的简单效应和主效 还可探索因素间的交互作用 以确定各试验因素的最优水平组合 2 多因素试验 multiple factorexperiment 是指在同一试验中同时研究两个或两个以上试验因素的试验 各因素的不同水平相互组成平衡的水平组合 多因素试验的效率高于多个单因素试验的效率 多因素全面试验的主要不足 是当试验因素和水平数较多时 组成的水平组合数太多 在进行试验时 人力 物力 财力 土地等都难以承受 试验误差也不易控制 因而多因素全面试验宜在因素个数和水平数都较少时应用 多因素试验的目的在于考查因素及之间的效应 3 综合性试验也是一种多因素试验 综合性试验是将试验因素的某些水平组合在一起形成少数几个水平组合 这种试验的目的在于探讨试验因素中某些水平组合的综合作用 而不在于考察各试验因素对试验指标的影响和交互作用 目的在于找到几个因素水平的最佳组合 综合性试验的前提是已知几个因素的效应及互作 综合性试验是针对起主导作用 且相互关系已基本清楚的因素设置的试验 它的水平组合就是一系列经过实践初步证实的优良水平的组装配套 二 根据试验的内容分类1 品种试验 一般做单因素试验设计2 栽培试验 通常做多因素试验设计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 60 大区试验 60 二 拟定试验方案的基本要求试验方案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 单因素试验方案就是该因素各水平的总称 多因素试验方案就是各因素水平组合的总称 在拟定试验方案时 应注意以下几点 一 明确试验目的 二 根据试验目的确定合理的试验方案 三 确定合理的水平数和水平间距 田间试验中 根据试验因素的特性 各因素水平间的间距一般可采用等差法 即等间距法 等比法 随机法 优选法等确定 1 等差法各相邻两个水平数量之差相等 水稻全生育期的尿素用量可设3个水平 分别为20 40 60 kg 666 7m2 玉米种植密度可设3500 4000 4500 株 666 7m2 2 等比法各相邻两个水平的数量比值相同 油菜喷施不同浓度硼肥的各水平分别为7 5 15 30 60 mg kg 相邻两水平之比为1 2 3 随机法用随机的方法确定因素内的数量水平 例如把喷施调节剂的浓度随机设定为0 0 5 2 6 9 mg kg 先选出因素水平的两个端点值 再以G 最大值 最小值 0 618为水平间距 用 最小值 G 和 最大值 G 的方法确定因素水平 4 选优法 例如上述喷施调节剂浓度试验 把因素水平的两个端点值定为0和5 mg kg 则水平间距G 5 0 0 618 3 090 3 09 3 095 3 09 1 91于是 喷施调节剂浓度试验用选优法确定的因素水平为 0 对照 1 91 3 09 5 mg kg 四 贯彻唯一差异原则为保证试验结果的严格可比性 在试验中进行处理间比较时 除了处理因素设置不同的水平外 其余因素或其它所有条件均应保持一致 以排除非试验因素对试验结果的干扰 才能使处理间的比较结果可靠 如进行一个喷施叶面肥的试验 如果设置两个叶面肥浓度 对照应为喷施等量清水 除需要比较的因素以外 其余的因素必须保持在同一水平 五 设置对照有比较才有鉴别 所以要设对照 对照实际上是试验的一个特别的处理 问题在于如何设对照 农业试验中常以大面积推广使用的农艺措施为标准对照 来检验新措施或新技术的优劣 进行喷施植物生长调节剂的试验 喷施生长调节剂的为处理 喷水 不加生长调节剂 的为对照 这样的对照为空白对照 若进行几个生长调节剂浓度的比较试验 各个处理可互为对照 不必再设对照 在对作物某生育期进行生理生化指标测定时 所得数据是否异常应与作物的正常值作比较 作物的正常值就是所谓的标准对照 在杂交试验中 要确定杂交优势的大小 必须以亲本作对照 这就是亲本对照 对作物进行某种处理前与处理后的比较 属于自身对照 在肥料效应试验中 以不施肥处理作为空白对照 研究磷肥效果时 可在施用氮 钾肥的基础上 比较施磷肥与否的产量差异 这时单施氮 钾肥的处理就称为肥底对照 六 正确处理试验因素及试验条件间交互作用 三 拟定试验方案的方法 一 单因素试验方案单因素试验方案由试验因素的所有水平构成 关键在于确定几个水平 水平间距是多少 水平的上下限如何设置 二 多因素试验方案多因素试验方案由该试验的所有试验因素的水平组合 即处理 构成 这种由各因素所有水平组合构成的试验方案称为完全试验方案 根据完全试验方案进行的试验称为全面试验 多因素全面试验既能考察试验因素对试验指标的影响 也能考察因素间的交互作用 选出最优水平组合 三 综合性试验方案综合性试验方案是在各试验因素全部水平组合中挑选部分水平组合获得的方案 属于不完全试验方案 如正交试验设计 四 处理效应 1 试验指标 experimentalindicator 用于衡量试验效果的指示性状 2 处理效应 treatmenteffect 试验处理对试验指标所起的增加或减少的作用 3 简单效应 simpleeffect 同一因素内两种水平间试验指标的相差 4 平均效应 maineffect 一个因素内各简单效应的平均数 主要效应 主效 5 交互作用 interectioneffect 简称互作 因素内各简单效应的平均差异 P1条件下N简单效应 其余类推 第四节常用的试验设计 一 顺序排列的试验设计二 随机排列的试验设计 根据小区在各重复内的排列方式可分为 顺序排列或随机排列顺序排列 可能存在系统误差 不能作出无偏的误差估计 用于处理数多 对精确度要求不高的试验 随机排列 是各小区在各重复内的位置完全随机决定 可避免系统误差 提高试验的准确度 还能提供无偏的误差估计 用于处理数较少 对精确度要求较高的试验 一 顺序排列的试验设计 顺序排列设计 设计简单 操作方便 能减少小区间的边际效应和生长竞争 1 对比法设计 contrastdesign 又称邻比法设计 neighborcomparisondesign 一般用于单因素试验 试验处理数目不宜过多 通常在10个以内 如少数品种比较试验及生产示范性试验 特点 每一处理均直接排列于对照旁边 即每隔两个处理设置一个对照 使每一处理都可与其相邻的对照直接比较 图2 58个品种3次重复对比排列 阶梯式 如果处理数为偶数时 则以处理开头 处理数为奇数 既可以处理开头 又可以对照开头 G G G G G G 图2 67个处理3次重复对比排列 逆向式 阶梯式 可使同一处理尽可能占有不同的土壤条件 逆向式 便于田间观察记载 优点 应用了试验设计的重复和局部控制原则 而且其一个局部控制单位实际上是比区组更小的两个试验单位 处理与对照彼此相邻 对比法设计使试验处理与对照的比较有较高的精确度 并有利于观察 缺点 1 一个试验只能有一个对照 所以一般只能用于单因素试验 各处理与对照相比较的精确度较高 而各处理相比较的精确度较低 2 对照占有的试验单位太多 达到整个试验地的三分之一或更多 降低土地利用率 3 各重复区内的处理均为顺序排列 所以不能无偏估计试验误差 2 间比法设计 indirectcomparison 一般仅用于单因素试验 常用于育种初期阶段 如选种圃 品系鉴定圃以及良种繁育时的株行圃 特点 1 对照应当均匀地分布在整个试验地上 任何两个对照之间都要安排相同数目的处理 一般每两个对照之间安排3个或3个以上处理 2 各重复区的第一个和最后一个小区一定是对照 3 重复一般为2 4次 各重复可以排成一排或多排 当各重复区排列成多排时 不同重复区内处理的排列可采用阶梯式或逆向式 4 如果一块地内不能安排下全部重复的小区 可以在第二块地上接下去 但开始时必须种植一个对照区 这个对照区称为额外对照 Ex CK 图2 620个品种3次重复的间比法排列 逆向式 代表重复 1 2 3 代表品种 CK代表对照 图2 716个品种3次重复的间比排列 两行排3重复及Ex CK的设置 代表重复 1 2 3 代表品种 CK代表对照 Ex CK代表额外对照 二 随机排列的试验设计 1 完全随机设计 completelyrandomdesign 2 随机区组设计 randomizedblocksdesign 3 拉丁方设计 latinsquaredesign 4 裂区设计 split plotdesign 一 完全随机设计 completelyrandomdesign 完全随机设计是将各处理完全随机地分配到各个试验单元 或小区 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活机动 单因素或多因素试验皆可应用 优点 1 应用了试验设计的重复和随机两个原则 2 试验处理的重复数目可以灵活设计 处理数与重复数都不受限制 3 试验结果统计分析简单 缺点 没有应用局部控制原则 当试验环境条件差异较大时试验误差较大 试验精确度较低 故该类设计分析简便 但是应用此类设计必须试验的环境因素相当均匀 所以一般用于土壤肥力均匀一致的田间试验和在实验室 温室 网室中进行的试验 例 要检验三种不同的生长素 各一个剂量 测定对小麦苗高的效应 包括对照 用水 在内 共4个处理 若用盆栽试验每盆小麦为一个单元 每处理用4盆 共16盆 随机排列时将每盆标号1 2 16 然后查用随机数字表或抽签法或计算机 器 随机数字发生法得第一处理为 14 13 9 8 第二处理为 12 11 6 5 第三处理为 2 7 1 15 余下 3 4 10 16 为第四处理 2 随机区组设计 randomizedblocksdesign 亦称完全随机区组设计 randomcompleteblockdesign 特点 根据 局部控制 的原则 将试验地按肥力程度划分为等于重复次数的区组 一区组亦即一重复 区组内各处理都独立地随机排列 优点 1 设计简单 容易掌握 2 富于伸缩性 单因素 多因素以及综合性的试验都可应用 3 能提供无偏的误差估计 并有效地减少单向的肥力差异 降低误差 4 对试验地的地形要求不严 必要时 不同区组亦可分散设置在不同地段上 主要缺点 1 处理数不能太多 处理数一般不超过20个 否则局部控制的效率降低 2 只能控制一个方向的环境条件 如土壤 差异 试验精确度不及拉丁方设计 随机区组在田间布置时 应考虑到试验精确度与工作便利等方面 以前者为主 在通常情况下 采用方形区组和狭长形小区能提高试验精确度 在有单向肥力梯度时 亦是如此 但必须注意使区组的划分与梯度垂直 而区组内小区长的一边与梯度平行 图2 8 这样既能提高试验精确度 同时亦能满足工作便利的要求 如处理数较多 为避免第一小区与最末小区距离过远 可将小区布置成两排 图示2 9 图2 88个品种4个重复的随机区组排列 肥力梯度 肥 瘦 图2 916个品种3个重复的随机区组 小区布置成两排 3 拉丁方设计 latinsquaredesign 拉丁方设计将处理从纵横二个方向排列为区组 或重复 使每个处理在每一列和每一行中出现的次数相等 通常一次 所以它是比随机区组多一个方向局部控制的随机排列的设计 如图2 10所示为5 5拉丁方 图2 105 5拉丁方 优点 精确度高缺点 缺乏伸缩性 拉丁方设计的通常应用范围只限于4 8个处理 当在采用4个处理的拉丁方设计时 为保证鉴别差异的灵敏度 可采用复拉丁方设计 即用2个 4 4 拉丁方 第一直行和第一横行均为顺序排列的拉丁方称标准方 拉丁方甚多 但标准方较少 如3 3只有一个标准方 ABCBCACAB 将每个标准方的横行和直行进行调换 可以化出许多不同的拉丁方 一般而论 每个k k标准方 可化出个不同的拉丁方 不同处理数的拉丁方的随机略有不同 一般按以下所示步骤进行 4 4 拉丁方 随机取4个标准方中的一个 随机所有直行及第2 3 4横行 也可以随机所有横行和直行 再随机处理 5 5 及更高级拉丁方 随机所有直行 横行和处理 设有5个品种分别以1 2 3 4 5代表 拟用拉丁方排列进行比较试验 取上面所列的 5 5 选择标准方 从随机数字表中 以铅笔尖任意落于一行 查随机数字 将0和大于5的数字去掉 得1 4 5 3 2 即为直行的随机 再点一行 如得5 1 2 4 3 即为横行的随机 再点一行 得2 5 4 1 3 即为品种随机 将 5 5 选择标准方按上面三个随机步骤 就得到所需的拉丁方排列 图2 11 图2 11 5 5 拉丁方的随机 4 裂区设计 split plotdesign 裂区设计是多因素试验的一种设计形式 在多因素试验中 处理组合数较多而又有一些特殊要求时 往往采用裂区设计 主区 mainplot 按主处理所划分的小区称为主区 亦称整区 副区主区内按各副处理所划分的小区称为副区 亦称裂区 split plot 在裂区设计时先按第一个因素设置各个处理 主处理 的小区 然后在这主处理的小区内引进第二个因素的各个处理 副处理 的小区 通常在下列几种情况下 应用裂区设计 在一个因素的各处理比另一因素的各处理可能需要更大的区域 或面积 时 为了实施和管理上的方便 将需要较大区域的因素作为主处理 设在主区 而另一需要区域较小的因素 2 试验中某一因素的主效比另一因素的主效更为重要 而要求更精确的比较 或两个因素间的交互作用比其主效更为重要的研究对象时 亦宜采用裂区设计 将要求精确度较高的因素作为副处理 另一因素作为主处理 3 根据以往研究 得知某些因素的效应比另一些因素的效应更大时 亦适于采用裂区设计 将可能表现较大差异的因素作为主处理 4 试验设计需临时改动再加入一个试验因素时 可在原设计中的小区 主区 中再划分小区 副区 增加一个试验因素 就成了裂区设计 第五节