植物营养研究法章试验设计

1、植物营养研究法章试验设计 植物营养研究法章试验设计2 第一节试验研究的种类及一第一节试验研究的种类及一 般程序般程序 植物营养研究法章试验设计3 一试验研究的种类一试验研究的种类 1单因素试验（单因子试验）：研究某一个因素效应的试验，单因素试验（单因子试验）：研究某一个因素效应的试验， 叫单因素试验（其它因素相对一致）。叫单因素试验（其它因素相对一致）。 简单易行，能对被试验因素作深入研究，是研究因素具体简单易行，能对被试验因素作深入研究，是研究因素具体 规律时常用而有效的手段。但没有考虑因素间的相互关系，规律时常用而有效的手段。但没有考虑因素间的相互关系， 试验结果具有局限性。试验结果具有局

2、限性。 2复因素试验：两个以上不同因素效应的试验，复因素试验或复因素试验：两个以上不同因素效应的试验，复因素试验或 多因素试验。多因素试验。 克服了单因素试验的缺点，结果能较全面的说明问题，随克服了单因素试验的缺点，结果能较全面的说明问题，随 着试验因素的增多，使试验过于复杂庞大而降低试验的精确着试验因素的增多，使试验过于复杂庞大而降低试验的精确 性。因此，复因素试验一般以性。因此，复因素试验一般以24个试验因素较好。个试验因素较好。 植物营养研究法章试验设计4 3综合试验：通过单因素和复因素试验，可以探索综合试验：通过单因素和复因素试验，可以探索 出在一定条件下不同因素的最优组合，根据这个出

3、在一定条件下不同因素的最优组合，根据这个 最优组合制定一整套的技术措施，再与现行生产最优组合制定一整套的技术措施，再与现行生产 所采用的成套技术措施相比较，研究最优组合的所采用的成套技术措施相比较，研究最优组合的 综合效应并检验其实用价值，这就是综合试验。综合效应并检验其实用价值，这就是综合试验。 所以综合试验具有检验的示范的作用。所以综合试验具有检验的示范的作用。 植物营养研究法章试验设计5 农业和生物学领域的科学研究 科学 社会科学 自然科学 理论科学 实验科学 理论科学的研究主 要运用推理（演绎、 归纳）的方法 实验科学的研究主 要通过周密设计的 实验方法研究 抽样调查科学试验 植物营养

4、研究法章试验设计6 v科学研究的目的在于探求新的知识、理论、科学研究的目的在于探求新的知识、理论、 方法、技术和产品。方法、技术和产品。 v基础性或应用基础性研究：在于揭示新的知基础性或应用基础性研究：在于揭示新的知 识、理论和方法。识、理论和方法。 v应用性研究：在于获得某种新的技术和产品应用性研究：在于获得某种新的技术和产品 植物营养研究法章试验设计7 二：科学试验研究的一般程序二：科学试验研究的一般程序 1 1选题：是确定试验研究的目的和任务选题：是确定试验研究的目的和任务 试验研究目的的来源主要有以下几个方面：试验研究目的的来源主要有以下几个方面： （1 1）当前生产中提出的实际问题；

5、）当前生产中提出的实际问题； （2 2）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； （3 3）推广国内外的先进经验；）推广国内外的先进经验； （4 4）科学发展史上需要解决的理论问题。）科学发展史上需要解决的理论问题。 选题前必须进行认真、深入的调查和研究。选题前必须进行认真、深入的调查和研究。 植物营养研究法章试验设计8 2作好试验计划：作好试验计划： （1）设计试验方案；）设计试验方案； （2）确定试验方法；）确定试验方法； （3）制定管理措施；）制定管理措施； （4）确定观察、测定项目及其方法与标准。）确定观察、测定项目及其方法与标准。 拟定试验计

6、划，一方面要根据试验的目的任拟定试验计划，一方面要根据试验的目的任 务和对精确度的要求，另一方面还要考虑试验务和对精确度的要求，另一方面还要考虑试验 条件，把需要和可能结合起来条件，把需要和可能结合起来。 植物营养研究法章试验设计9 v3实施：实施： （1）作好准备工作；）作好准备工作； （2）布置试验；）布置试验； （3）作好试验的管理工作；）作好试验的管理工作； （4）作好观察记载和各种测定工作）作好观察记载和各种测定工作 植物营养研究法章试验设计10 4总结：总结： （1）试验目的、设计及过程；）试验目的、设计及过程； （2）试验结果；）试验结果； （3）对试验结果的分析、结论和建议。）

7、对试验结果的分析、结论和建议。 植物营养研究法章试验设计11 选题 查阅文献 提出假设 设计试验检验假设 试验的规划与设计 试验的实施 验证假设的结果 试验结果的收获与分析 植物营养研究法章试验设计12 三试验研究的基本要求三试验研究的基本要求 1代表性：除了遵守随机抽样的原则性外，还要密切代表性：除了遵守随机抽样的原则性外，还要密切 注意试验条件及试验过程所采用各种措施的代表性。注意试验条件及试验过程所采用各种措施的代表性。 2准确性：试验的准确性是指试验结果要能接近总体准确性：试验的准确性是指试验结果要能接近总体 的特征和分布规律。的特征和分布规律。 3复现性：重现性。在相同条件下重复试验

8、，能获得复现性：重现性。在相同条件下重复试验，能获得 相同的结果。相同的结果是指试验结果的规律性应相同的结果。相同的结果是指试验结果的规律性应 该是一致的，由于偶然因素的影响，试验结果的绝该是一致的，由于偶然因素的影响，试验结果的绝 对数值是不可能完全一样的。对数值是不可能完全一样的。 植物营养研究法章试验设计13 第二节试验方案设计 试验因素（试验因素（factor)：为了要考察某些影响因素对某事物的影：为了要考察某些影响因素对某事物的影 响程度，人为地控制该影响因素的变化状态，使其影响程响程度，人为地控制该影响因素的变化状态，使其影响程 度可以得到精确的测量或判断，通常称这种要考察的因素度

9、可以得到精确的测量或判断，通常称这种要考察的因素 为试验因素。为试验因素。 试验处理试验处理(treatment)：为研究试验效应而人为设置的不同水：为研究试验效应而人为设置的不同水 平或不同水平的组合。平或不同水平的组合。 试验方案：是指根据试验目的和要求所拟定进行比较的一组试验方案：是指根据试验目的和要求所拟定进行比较的一组 试验处理（试验处理（treament）的总称。广义的试验方案是指包括）的总称。广义的试验方案是指包括 实施步骤在内的整个试验计划实施步骤在内的整个试验计划 植物营养研究法章试验设计14 一试验方案设计的原则一试验方案设计的原则 1要有明确的目的性：要有明确的目的性：

10、2有严密的可比性：一般试验主要都是采用差异比有严密的可比性：一般试验主要都是采用差异比 较法来确定试验因素的效应。较法来确定试验因素的效应。 3尽量排除非试验因素的限制：在一个试验中不可尽量排除非试验因素的限制：在一个试验中不可 能对全部有关的因素都进行研究，只能选择一部能对全部有关的因素都进行研究，只能选择一部 分作为试验因素。但非试验因素对试验因素总是分作为试验因素。但非试验因素对试验因素总是 有一定影响的。所以，在设计试验方案时，应尽有一定影响的。所以，在设计试验方案时，应尽 量排除非试验因素的限制作用，在肥料试验中，量排除非试验因素的限制作用，在肥料试验中， 一般常采用设置肥底的办法。

11、一般常采用设置肥底的办法。 植物营养研究法章试验设计15 4设计与统计方法的统一性：不同的试验方案要求采用设计与统计方法的统一性：不同的试验方案要求采用 不同的统计方法，而不同的统计方法又对试验设计有不同的统计方法，而不同的统计方法又对试验设计有 不同的要求。不同的要求。 （1）采用方差分析方法的复因素试验，方案必须均衡，）采用方差分析方法的复因素试验，方案必须均衡， 必须设置重复。必须设置重复。 （2）采用回归分析方法的复因素试验，方案可以均衡也）采用回归分析方法的复因素试验，方案可以均衡也 可以不均衡；在限制因素明确，效应模式认定，有足可以不均衡；在限制因素明确，效应模式认定，有足 够剩余

12、自由度的情况下也可以不设重复。够剩余自由度的情况下也可以不设重复。 5要提高试验效率：试验效率是指单位人力物力的投入要提高试验效率：试验效率是指单位人力物力的投入 所获得试验信息的多少。适当减少试验因素是提高试所获得试验信息的多少。适当减少试验因素是提高试 验效率的有效途径。验效率的有效途径。 植物营养研究法章试验设计16 二试验方案的设计二试验方案的设计 （一）单因素试验方案的设计：（一）单因素试验方案的设计： 单因素试验只研究一个因素的效应，其设计要单因素试验只研究一个因素的效应，其设计要 点是确定因素的水平范围和水平间距。点是确定因素的水平范围和水平间距。 水平范围是指试验因素水平的上、

13、下限区间，其大水平范围是指试验因素水平的上、下限区间，其大 小取决于研究目的。小取决于研究目的。 水平间距是指试验因素不同水平的间隔大小。其要水平间距是指试验因素不同水平的间隔大小。其要 适宜，过大无实际意义，过小则易于被试验误差适宜，过大无实际意义，过小则易于被试验误差 所掩盖。所掩盖。 植物营养研究法章试验设计17 具体具体的水平间距设计还取决于试验地的水平间距设计还取决于试验地 土壤肥力变异、重复次数和统计检验的土壤肥力变异、重复次数和统计检验的 置信长。下表是国际水稻研究所的资料。置信长。下表是国际水稻研究所的资料。 从中可知，在变异系数从中可知，在变异系数10%，重复，重复4次的次的

14、 条件下，处理差异只有大于平均数的条件下，处理差异只有大于平均数的 14.5%，才能达到，才能达到95%的置信度要求。的置信度要求。 植物营养研究法章试验设计18 不同重复次数、不同变异系数的两个处理平均数间不同重复次数、不同变异系数的两个处理平均数间 最低置信度值最低置信度值 95%可信度可信度 重复次数 2 3 4 5 6 7 8 CV=8% 18.1 13.7 11.6 10.3 9.3 8.6 8.0 CV=10% 22.6 17.2 14.5 12.9 11.6 10.7 10.0 CV=12% 27.1 20.6 17.4 15.4 14.0 12.9 12.0 CV=14% 31

15、.7 24.0 20.3 18.0 16.3 15.0 14.0 植物营养研究法章试验设计19 ( (二二) ) 复因素试验方案的设计复因素试验方案的设计 至少有至少有2个试验因素的试验称为复因素试个试验因素的试验称为复因素试 验。复因素试验的主要目的是考察因素的主验。复因素试验的主要目的是考察因素的主 效应及其交互作用，确定不同因素不同水平效应及其交互作用，确定不同因素不同水平 的优化组合。的优化组合。 植物营养研究法章试验设计20 1因素的简单效应因素的简单效应( (experimental effect ) )：在复因：在复因 素试验中，一个试验因素在另一个试验因素的某一水素试验中，一个

16、试验因素在另一个试验因素的某一水 平上的试验效应，称为这一个因素的简单效应。单因平上的试验效应，称为这一个因素的简单效应。单因 素效应则素效应则是指试验因素对试验指标所起的增加或减少是指试验因素对试验指标所起的增加或减少 的作用的作用 如产量如产量200kg/5kgN，300kg/10kgN，则在亩施氮则在亩施氮 5kg的基础上再施的基础上再施5kg的效应为的效应为300-200=100kg/亩。亩。 植物营养研究法章试验设计21 P的主效 N的主效 2因素的主效应：同一因素各简单效应的平因素的主效应：同一因素各简单效应的平 均值称为该因素的主效应或平均效应。均值称为该因素的主效应或平均效应。

17、 反映一个因素的综合效应反映一个因素的综合效应 植物营养研究法章试验设计22 3因素的交互作用效应（因素的交互作用效应（interaction effectinteraction effect）：不同因：不同因 素相互作用产生的新效应称为这些因素的交互作用。素相互作用产生的新效应称为这些因素的交互作用。 所谓所谓“新效应新效应”是指不同因素综合效应与各因素是指不同因素综合效应与各因素 单独效应的差值，也就是单独效应的差值，也就是A因素与因素与B因素相互作用因素相互作用 产生的产生的A，B以外的以外的C效应。效应。 这种交互作用涉及多个因素。凡二个因素之间的这种交互作用涉及多个因素。凡二个因素之

18、间的 交互作用称为一级连应，三个因素之间的交互作用交互作用称为一级连应，三个因素之间的交互作用 称为二级连应。余者以此类推。称为二级连应。余者以此类推。 交互作用可为正值，也可为负值或零值。它们分别表交互作用可为正值，也可为负值或零值。它们分别表 示正、负及无交互作用。示正、负及无交互作用。 植物营养研究法章试验设计23 试验因素 N 水平水平 N1N2 平均平均N N2 2-N-N1 1 IIIP P11016136 P21820192 平均平均1418 4 P P2 2-P-P1 1 8 84 4 负互作负互作 （2-6）/2=-2 （4-8）/2=-2 因素间的交互作用只有在多因素试验中

19、才能反映出来。因素间的交互作用只有在多因素试验中才能反映出来。 互作显著与否关系到主效的实用性。若交互作用不显著，互作显著与否关系到主效的实用性。若交互作用不显著， 则各因素的效应可以累加，主效就代表了各个简单效应。则各因素的效应可以累加，主效就代表了各个简单效应。 在正互作时，从各因素的最佳水平推论最优组合，估计在正互作时，从各因素的最佳水平推论最优组合，估计 值要偏低些，但仍有应用价值。值要偏低些，但仍有应用价值。 若为负互作，则根据若为负互作，则根据 互作的程度大小而有不同情况。下表由单增施互作的程度大小而有不同情况。下表由单增施N（N2P1） 及单增施及单增施P（N1P2）来估计）来估

20、计N，P皆增施（皆增施（N2P2）的效）的效 果会估计过高，但果会估计过高，但N2P2还是最优组合，有一定的应用价还是最优组合，有一定的应用价 值。值。 植物营养研究法章试验设计24 复因素试验方案可分完全和不完全实施方案复因素试验方案可分完全和不完全实施方案 1完全实施方案：将各试验因素不同水平一切可能完全实施方案：将各试验因素不同水平一切可能 的组合均作为试验处理，这种设计方案称为完全实的组合均作为试验处理，这种设计方案称为完全实 施方案。施方案。 其是最常见、最简单的复因素试验设计。优点：其是最常见、最简单的复因素试验设计。优点： （1）每个因素和水平都有机会相互搭配，方案具）每个因素和

21、水平都有机会相互搭配，方案具 有均衡可比性和正交性；（有均衡可比性和正交性；（2）因素间不产生效应）因素间不产生效应 混杂，提供的试验信息较多。混杂，提供的试验信息较多。其缺点：处理数过多其缺点：处理数过多 会给田间试验的实施带来很大的困难，一般只适于会给田间试验的实施带来很大的困难，一般只适于 因素水平不太多的试验。因素水平不太多的试验。 植物营养研究法章试验设计25 2不完全实施方案：为了缩减处理数，不完全实施方案：为了缩减处理数， 在完全方案的基础上，根据经验和专业知识，在完全方案的基础上，根据经验和专业知识， 剔除一些次要的和无意义的组合，可构成不剔除一些次要的和无意义的组合，可构成不

22、 均衡方案，即不完全方案。均衡方案，即不完全方案。 植物营养研究法章试验设计26 3正交设计：按正交表制定试验方案正交设计：按正交表制定试验方案 称为正交设计。当试验因素较多时，采用称为正交设计。当试验因素较多时，采用 正交设计既可减少试验处理，又可保持方正交设计既可减少试验处理，又可保持方 案的均衡性。（正交设计是在牺牲一些交案的均衡性。（正交设计是在牺牲一些交 互作用的前提下，才能减少试验处理数）互作用的前提下，才能减少试验处理数） 植物营养研究法章试验设计27 （1）正交表的特点：正交点可用一定的符号表示，）正交表的特点：正交点可用一定的符号表示， 如如L8（27）P380表示该表为表示

23、该表为8行、行、7列，有列，有2个水平，个水平， 可安排可安排8个处理个处理2个水平的试验，最多能分析出个水平的试验，最多能分析出7个个 试验效应，即试验效应，即7个研究因素（包括交互作用）。个研究因素（包括交互作用）。 正交表在构造上有两个特点：正交表在构造上有两个特点： A每一列不同数字出现次数相同；每一列不同数字出现次数相同； B任何任何2列构成的有序数出现次数相同。列构成的有序数出现次数相同。 所以，正交设计方案具有均衡性，即可以从任何一列所以，正交设计方案具有均衡性，即可以从任何一列 单独分析出一个研究因素的效应。单独分析出一个研究因素的效应。 植物营养研究法章试验设计28 （2）表

24、头设计：表头设计是正交设计的关键，）表头设计：表头设计是正交设计的关键， 其实质是确定试验因素的列号位置。其实质是确定试验因素的列号位置。 对于对于4因素试验，如果不考虑交互作用，则可因素试验，如果不考虑交互作用，则可 用表用表L L8 8(2(27 7) )，如果要考虑如果要考虑AB、BC、BD的交互作的交互作 用，则选用表用，则选用表L L8 8(2(27 7) )不同的表头不同的表头 。 （3）实施方案的设计：将正交表试验因素的）实施方案的设计：将正交表试验因素的 水平赋予具体实施内容就得到了实施方案。水平赋予具体实施内容就得到了实施方案。 植物营养研究法章试验设计29 4回归设计：上述

25、设计适用于用回归设计：上述设计适用于用t检验或方差分检验或方差分 析方法分析不同试验处理或试验因素的效应。析方法分析不同试验处理或试验因素的效应。 但在植物营养和施肥领域中，常需要研究但在植物营养和施肥领域中，常需要研究 产量等生物效应与施肥量等试验因素之间的定产量等生物效应与施肥量等试验因素之间的定 量关系，这类试验需要用回归分析方法进行统量关系，这类试验需要用回归分析方法进行统 计，因而需要制定能够和有利于进行回归分析计，因而需要制定能够和有利于进行回归分析 的设计方案的设计方案 植物营养研究法章试验设计30 （1）回归设计的原则：）回归设计的原则： A处理数：回归分析是要建立试验因素效应

26、方程，处理数：回归分析是要建立试验因素效应方程， 因此，试验处理数不能少于效应方程待估参数的个数，因此，试验处理数不能少于效应方程待估参数的个数， 并要为统计检验留有足够大的剩余自由度。并要为统计检验留有足够大的剩余自由度。 B水平数：因产量和营养投入量之间的关系服从报水平数：因产量和营养投入量之间的关系服从报 酬递减律，因此，每个试验因素至少酬递减律，因此，每个试验因素至少3水平才能建立水平才能建立 植物营养生物效应的回归方程。植物营养生物效应的回归方程。 C信息矩阵：线性或线性化回归方程回归系数求解信息矩阵：线性或线性化回归方程回归系数求解 矩阵公式为：矩阵公式为：b=A-1B，其中其中A

27、为信息矩阵。只有为信息矩阵。只有A的的 行列式行列式0，回归系数才有解，而且越大，回归系数才有解，而且越大， 设计方案越优良。设计方案越优良。 AA 植物营养研究法章试验设计31 （2）设计方法：凡符合上述设计要求的试验方案，均衡、不均）设计方法：凡符合上述设计要求的试验方案，均衡、不均 衡，都可以作为回归设计方案。衡，都可以作为回归设计方案。 还需注意：还需注意： A回归和方差分析试验设计要消除非试验因素的影响；回归和方差分析试验设计要消除非试验因素的影响； B施肥量一般以养分表示和计算。施肥量宜取整数，水平间距施肥量一般以养分表示和计算。施肥量宜取整数，水平间距 往往取相等间距。往往取相等间距。 C某些随时间变化的试验效应，试验因素的水平设计不必取等某些随时间变化的试验效应，试验因素的水平设计不必取等 间距，开始时水平间距宜小，以后可适当加大间距，开始时水平间距宜小，以后可适当加大 D在定量研究方面，回归分析的目的是从有限处理的效应差异在定量研究方面，回归分析的目的是从有限处理的效应差异 上寻求试验因素和试验效应的定量关系，因此，回归设计对试验上寻求试验因素和试验效应的定量关系，因此，回归设计对试验 条件，特别是土壤肥力均匀性的要求较一般试验设计更为严格。条件，特别是土壤肥力均匀性的要求较一般试验设计更为严格。 植物营养研究法章试验设计3