田间试验与统计方法--第二章-田间试验.ppt

第二章田间试验,第一节田间试验的特点和要求,田间试验是指在田间自然的土壤气候条件下进行的生物试验。,一、田间试验的特点,(1)研究对象和材料是生物体由生物体本身的反应来检测试验的效果生物体具有遗传变异性。(2)在开放的自然条件下进行的土壤、气候等，是多变的，再加上农作物试验周期长因而，存在产生试验误差的多种因素和条件,二、田间试验的基本要求,试验目的要明确（预期结果）(2)试验条件要有代表性品种推广(3)试验结果要具有可靠性（准确度和精确度）(4)试验结果要能够重演（重现性）防止科研弄虚作假(5)体现唯一差异原则,第二节田间试验的误差与土壤差异,一、田间试验的误差二、试验地的土壤差异三、试验地选择和培养,一、田间试验的误差,(一)田间试验的误差来源,(1)试验材料固有的差异生物：基因型、种子活力、秧苗素质(2)试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异生长周期长：整地、施肥、浇水、观测时间、人员、仪器等(3)进行试验时外界条件的差异土壤差异：影响大，难以控制不确定因素：病虫害、雨雪灾害、人畜践踏等,注意：试验误差与错误错误不允许发生，系统误差可以控制，但随机误差却难以避免降低误差，提高试验的准确性和精确性,田间试验误差包括：系统偏差和随机误差。,（1）选择同质一致的试验材料,试验材料的基因型一致；生长发育不一致采取适当的安排：如分类后安排在同一区组的各处理小区，或按比例混合分配于各处理,(二)控制田间试验误差的途径（根据误差来源）,（2）操作和管理标准化,总的原则：态度认真，各种操作尽可能完全一样局部控制：各种操作以区组为单位进行例如：整个试验的某种操作如不能在一天内完成，则至少要完成一个区组内所有小区的工作。数人同时操作，最好一人完成一个或若干个区组，不宜分配两人到同一区组。,（3）控制引起差异的外界主要因素,土壤差异是最主要的又是较难控制的通常采用的有以下三种措施：(1)选择肥力均匀的试验地；(2)试验中采用适当的小区技术；(3)应用良好的试验设计和相应的统计分析。,二、试验地的土壤差异,试验地的土壤差异来源,（1）形成基础不同（2）土地利用上的差异,土壤差异集中地表现为土壤肥力的差异土壤差异具有持久性。,测定土壤差异程度的方法,目测法：作物生长情况测定法：可采用空白试验或均一性试验。,具体做法：种植单一品种的作物采用一致的栽培和管理措施仔细观察作物生长情况并详细记录分小块收获画产量连续面积图或等值图,空白试验的应用：,由空白试验的数据可以计算单位小区的变异程度，用以表示该试验地土壤肥力变异的一般情况。变异系数说明土壤差异的程度，其数值越大，土壤差异越大，反之，土壤差异就小。合并小区，通过变异程度找出最适的小区形状及大小因此空白试验又称为探索试验。,三、试验地选择和培养（代表性）,(1)土壤肥力要均匀一致（匀田种植）(2)最好进行空白试验(3)要有土地利用的历史记录(4)最好选平地（局部控制）(5)试验地的位置要适当(6)试验地采用轮换制：一组田块进行试验，一组的田块则进行匀田种植，以备轮换。,第三节田间试验设计的原则,田间试验设计(fieldexperimentdesign),广义-是指整个试验研究课题的设计,狭义-专指小区技术P18,P17,科学田间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),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。,第四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,在一定范围内，小区面积增加，试验误差减少，但减少不是等比例的。小区增大到一定程度后，误差的降低就较不明显。试验精确度的提高程度往往落后于小区面积的增大程度。,对于一定面积的试验田，增大小区面积，重复次数必然要减少。精确度是由于增大小区面积而提高，但随着减少重复次数而有所损失。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330m2。在确定一个具体试验的小区面积时，可以从以下各方面考虑：,(1)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如稻麦等的试验小区可小些；种植密度小的大株作物如棉花、玉米、甘蔗等应大些。稻、麦品比试验，小区面积变动范围一般为5-15m2；玉米品比试验为15-25m2，可供参考。,(3)试验地土壤差异土壤差异大，小区面积应相应大些；土壤差异较小，小区可相应小些。(4)育种的不同阶段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时，小区可适当大些。(6)试验过程中的取样需要取样会影响小区四周植株的生长，亦影响取样小区最后的产量测定，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指小区两边或两端的植株，因占有较大空间而表现的差异。边际效应大的，应相应增加小区面积生长竞争指相邻小区种植不同品种或施用不同肥料，由于株高、分蘖力和生长期不同，通常有一行或多行受到影响。一般，小区每边可除去1-2行，两端去除0.3-0.5m,二、小区的形状P20,通常，长方形尤其是狭长形小区，容易调匀土壤差异，减小小区间的土壤差异。亦便于观察记载及其农事操作。例，小麦试验的分区统计资料表明，在小区面积不变情况下，长宽比例由1:1增加到3:1时，小区间土壤变异系数由20.35降到3.46。,由于土壤局部差异，长方形小区有利于均分它，而正方形小区可能独占它例如图2-3，某试验地下面有暗沟，它对长方形各处理小区影响不同。因此，在一般情况下，小区的理想形状为长方形。,不论是呈梯度或呈斑块状的土壤肥力差异，采用狭长小区均能较全面地包括不同肥力的土壤。如已知试验田呈肥力梯度时，小区的方向是使长的一边与肥力变化最大的方向平行，使区组方向与肥力梯度方向垂直(图2.4)，这样可提供较高的精确度。,小区的长宽比可为(3-10):1甚至20:1，依试验地的形状、面积大小和小区多少大小而定。考虑播种工具，播种机等,在边际效应值得重视的试验中，方形小区是有利的。进行肥料试验，如采用狭长形小区，处理效应往往会扩及邻区，采用方形或近方形的小区就较好。土壤差异表现的形式确实不知时，用方形小区较妥。因为虽不如用狭长小区那样获得较高的精确度，但亦不会产生最大的误差。,三、重复次数,重复次数越多，误差越小；误差大小与重复次数平方根成反比,一定范围内，增加重复次数比增大小区面积更有效地降低试验误差，从而可以提高精确度。重复次数过多，误差的减少很慢，精确度的增加不大,试验重复次数的确定：精确度要求试验田土壤差异育种阶段，种子数量试验地面积小区面积试验的处理数：根据经验作法：要求方差分析时误差自由度不要小于10，这一点可以作为确定重复次数的一般性参考依据。,四、对照区的设置,设置对照区的目的：(1)田间对各处理进行观察比较时作为衡量的标准；(2)用以估计和矫正试验田的土壤差异。通常只有一个对照，有时多个例，如品种比较试验中，可设早、晚熟二个品种作对照。,五、保护行的设置(guardingrow),设置保护行的作用是：(1)试验不受外来因素如人、畜等的践踏和损害；(2)防止边际效应。保护行的数目：P21保护行的品种：,六、重复区(或区组)和小区的排列,区组(block)：P21完全区组不完全区组例如一具10个处理的不完全区组设计：,重复或区组可排成一排，亦可两排或多排，这决定于试验地的形状、地势等，特别要考虑土壤差异情况。,原则:同一重复或区组内的土壤肥力应尽可能相对一致，而不同重复之间可存在差异。区组间的差异大，并不增大试验误差，因可通过统计分析扣除其影响；而区组内的差异小，能有效地减少试验误差，因而可增加试验的精确度。,设置区组是控制土壤差异最简单有效的方法之一。,第五节常用的田间试验设计,试验设计可以归纳为：（1）全面实施试验：顺序排列的试验设计随机排列的试验设计（2）部分实施试验,全面实施试验（全因子试验）,全面实施试验分为（一）顺序排列的试验设计（二）随机排列的试验设计前者常用在处理数量大、精确度要求不高、不须作统计推断的预备试验，容易发生系统误差；后者强调有合理的试验误差估计，常用于对精确度要求较高的试验。,一、顺序排列的试验设计,(一)对比法设计(contrastdesign)(二)间比法设计(intervalcontrastdesign),(一)对比法设计(contrastdesign),常用于少数处理试验及示范性试验特点是处理单元直接排列在对照区旁边，使每一小区可与其邻旁的对照区直接比较。,图8个品种3次重复对比排列(阶梯式),(二)间比法设计(intervalcontrastdesign),特点:排列的第一个小区和末尾的小区一定是对照(CK)区，每二个对照区之间排列相同数目的处理小区，通常是4或9个，重复2-4次。,各重复可排成一排或多排式。排成多排时，则可采用逆向式,图20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）,如果一条土地上不能安排整个重复的小区，则可在第二条土地上接下去，但是开始时仍要种一对照区，称为额外对照(Ex.CK)如图2.7。,二、随机排列的试验设计,(一)完全随机设计(completelyrandomdesign)(二)随机区组设计(randomizedblocksdesign)(三)拉丁方设计(latinsquaredesign)(四)裂区设计(split-plotdesign)再裂区设计(split-splitplotdesign)(五)条区设计(stripblocksdesign),(一)完全随机设计(completelyrandomdesign),将各处理随机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，安排灵活机动，单因素或多因素试验皆可。,这类设计分析简便，但是应用此类设计必须试验的环境因素相当均匀，所以一般用于实验室培养试验及网、温室的盆钵试验。,（二）随机区组设计(randomizedblocksdesign)完全随机区组设计(randomcompleteblockdesign),局部控制原则：将整个试验环境划分成若干个各自相对均匀、而彼此相对差异较大的区组，然后在每一区组中随机地布置个处理的设计。关键是区组内的环境变异要尽可能小。因此，随机完全区组设计的第一步，是要认真调查试验环境的历史和现状，正确进行区组设计。,（1）试验环境有着定向的趋势变异例如土壤肥力从一向至另一向有着从肥变瘦或从瘦变肥的趋势，或灌水系统从一向至另一向有着先后之别等，必须使区组方向与试验环境的趋势变异方向垂直，以保证同一区组的环境为最可能一致。,肥力方向,肥,瘦,I,II,III,IV,区组方向与趋势变异方向垂直，使区组内环境变异减小。,划分区组,区组方向,划分小区并随机安排试验,肥,瘦,肥力方向,区组方向,I,II,III,IV,有趋势变异田块的随机完全区组设计,82147365,75463182,32651874,76812453,（2）试验环境不存在可察觉的趋势变异，则区组应是尽可能最“紧凑”的，即区组中极端试验单元间的距离应是尽可能最短的。田间试验中即是正方形或近似正方形的区组,（3）试验地呈不规则形状，区组并不一定要强求方形的地段，可以因地制宜。,上述应用区组设计以实施局部控制的原理，可以推广于一切试验。在不同情况下，某一出生畜舍、某一培养箱、某一温室的某一层次、某一台实验议器，甚至某一位观察人员，皆可构成一个“区组”，只要他们是具有局部控制效果的。这有赖于试验者的灵活应用。,：排列简便。富于伸缩。单因素多因素都可地形要求不严比较精确。区组变异被分离后，误差均方通常都有所减少。容易分析。结果的统计分析仍相当简单；而且，如果由于某种偶然事故而损失某一处理（或区组）时，可以将该试验看成本来就没有这个处理，进行分析。所以，在田间试验的设计上，随机区组的应用最为广泛。,主要优点,主要缺点：如果处理数目过大，区组内的环境变异就会增加，于是区组就会丧失局部控制的功能。一般地说，在田间试验中，随机完全区组设计只能适用于的试验。当时，需要应用一些特种设计技术。只能控制一个方向的土壤差异。,“拉丁方”原是古人中的一种智力游戏。游戏要求参加者取个互不相同的元素共组，将之排成行列的方阵，使每一元素在每行、每列都出现一次，而且仅出现一次。最先完成者为优胜。由于用拉丁字母为元素，故名拉丁方。例，取五个拉丁字母、共组，排成如下形式：即成为一个拉丁方。,(三)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。,图55拉丁方,拉丁方设计的通常应用范围只限于4-8个处理。,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33只有一个标准方。,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kk标准方，可化出k!(k-1)!个不同的拉丁方。,对拉丁方设计的评价：,优点：(1)能控制和分离纵、横两个方向的环境变异，能减少误差，提高试验精确度。(2)拉丁方设计的平均效率为随机完全区组的1.37。缺点：缺乏伸缩性处理数必须等于重复数。试验地必须方整才能规划和布置行区组和列区组。一般当处理数4-个、且对试验精度要求较高时，可采用拉丁方设计；拉丁方设计在田间试验上的应用不如随机区组设计那样普遍。,（四）裂区试验设计,裂区试验是一种专门用于多个试验因素的试验。实质是二次或三次的随机区组（或拉丁方）设计。设有、两个试验因素，分别有和个水平。在设计时，个处理，当然可以作完全随机、随机区组或拉丁方设计。但是，如果我们先对的个水平进行随机区组（或拉丁方）设计；然后接受的各个水平的试验单元再分成个较小的试验单元，再按随机区组设计将的各个水平排入的每一试验单元中。这就是裂区设计。,裂区设计例子,设试验因素有、个水平，试验因素有、个水平，具个处理，试作两次随机区组的裂区设计，重复次。例1（1）先对作随机区组设计，（2）将的每一个试验单元皆划分为个较小的试验单元，按随机区组设计派入的个水平，如图。,I,II,III,A1A2A3,A3A2A1A1A2A3,P26主区(mainplot):副区(split-plot),裂区再裂区:裂区设计是使不同的试验因素具有不同的试验精确度的设计。一般地说，试验单元小的因素，试验的精确度较高。,裂区设计通常在下述情况下应用：当不同的试验因素要求不同的面积时。例，耕地深度（）和播种量（）的二因素试验，耕地深度用面积较大的主区，便于实施。当不同试验因素的反应具不同范围或主次之分时例，施肥量（）和种子处理（）的二因素试验，我们预期不同施肥量将比不同种子处理有较大反应。反应较小的或较为重要的试验因素，应作为裂区因素。因为裂区处理的误差将是较小的，可以发现较小的处理间差异。,当试验过程中临时决定要加入一个试验因素，而试验单元又允许再划分时。如果没有上述需要，则仍以应用随机区组或拉丁方设计为好，不必用裂区设计。因为不同试验因素具有不同的精确度并无好处，而裂区设计的分析增加了试验误差项的再分解，要麻烦一些。,部分实施试验（部分因子试验）,正交设计（orthogonaldesign）：,特点：（1）整齐可比性:每列中因素各水