n07第四章动物营养实验设计

1、动物营养实验设计动物营养实验设计赵胜军赵胜军 博士博士2007.12.5主要内容主要内容n基本概念基本概念n实验设计的基本要素实验设计的基本要素n实验设计的要求实验设计的要求n实验设计的基本原则实验设计的基本原则n实验设计的一些共性问题实验设计的一些共性问题n实验设计类型及随机化方法实验设计类型及随机化方法一、基本概念一、基本概念科学研究的基本程序科学研究的基本程序n提出一个欲待研究的问题提出一个欲待研究的问题(发现问题或选题发现问题或选题)n科学研究设计科学研究设计(专业设计和统计设计专业设计和统计设计)n获取试验与观察的资料获取试验与观察的资料(搜集资料搜集资料)n数据审核与计算机录入数据

2、审核与计算机录入(整理资料整理资料)n分析资料分析资料(描述性统计和统计推断描述性统计和统计推断)n分析结果的合理解释分析结果的合理解释(专业结论专业结论)生物学实验与统计学生物学实验与统计学n生物学是一门实验性科学，实验是与数据分不开的生物学是一门实验性科学，实验是与数据分不开的n有计划地收集数据，经过整理、思考和统计学的分有计划地收集数据，经过整理、思考和统计学的分析，从而得出正确的结论析，从而得出正确的结论n统计学是分析实验结果的得力工具，但是，如果缺统计学是分析实验结果的得力工具，但是，如果缺少系统的资料，统计学工具也是无能为力的少系统的资料，统计学工具也是无能为力的总体和样本总体和样

3、本n总体总体n根据研究目的确定的有代表性的、所有研究对象的全体。根据研究目的确定的有代表性的、所有研究对象的全体。( (例：断奶仔猪例：断奶仔猪) )n样本样本n从特定的研究总体中，随机选择一部分个体。从特定的研究总体中，随机选择一部分个体。( (例：一个动例：一个动物饲养试验中物饲养试验中150150头断奶仔猪头断奶仔猪) )n统计分析的目的统计分析的目的n基于样本资料的信息，推论一个总体的规律基于样本资料的信息，推论一个总体的规律总体和样本总体和样本总体样本基于样本资料基于样本资料的推论的推论对总体规律的推断例：所有高胆固醇患者例：在一个临床试验中 150例高胆固醇患者例：试验药物治疗 降

4、低了胆固醇实验设计的重要性实验设计的重要性n为了有利于实验结果的分析，在实验前就应当根据为了有利于实验结果的分析，在实验前就应当根据统计学的要求制定出一套完整的实验方案统计学的要求制定出一套完整的实验方案n实验过程就是方案的具体实施过程实验过程就是方案的具体实施过程n必要的数据决不可丢失，不必要的数据大胆舍弃必要的数据决不可丢失，不必要的数据大胆舍弃动物营养试验动物营养试验n目的目的n研究动物对试验日粮的反应程度研究动物对试验日粮的反应程度n程序程序n立题立题n查阅文献查阅文献n拟定开题报告拟定开题报告n论证论证n实施方案实施方案n统计分析统计分析n提交试验报告提交试验报告动物营养试验分类动物

5、营养试验分类n从研究的目的可以分为从研究的目的可以分为n探索性研究探索性研究n验证性研究验证性研究 n从研究的指标可以分为从研究的指标可以分为n单变量研究单变量研究n多变量研究多变量研究n从研究的时限可以分为从研究的时限可以分为n前瞻性研究前瞻性研究n回顾性研究回顾性研究n横断面研究横断面研究 n从研究的形式可以分为从研究的形式可以分为n实验研究实验研究n观察对比研究观察对比研究动物营养试验分类动物营养试验分类n实验研究实验研究n在人为控制实验的主要条件下进行的在人为控制实验的主要条件下进行的, ,以动物或人为以动物或人为研究对象、前瞻性、随机对照的验证性研究研究对象、前瞻性、随机对照的验证性

6、研究（用统计设计原则控制实验研究中存在的偏倚）（用统计设计原则控制实验研究中存在的偏倚）n观察研究观察研究n对特定动物或人群进行观察、分析比较，从而找出对特定动物或人群进行观察、分析比较，从而找出事物变化的规律，在研究过程中研究者不能对研究事物变化的规律，在研究过程中研究者不能对研究对象的特征进行控制对象的特征进行控制 。（用统计分析方法分析资料中的混杂因素）（用统计分析方法分析资料中的混杂因素）实验研究中存在的误差实验研究中存在的误差n误差误差(error)n即为实际观察值与真值之差。任何实验研究的结果都不可即为实际观察值与真值之差。任何实验研究的结果都不可避免地会出现不同程度的误差避免地会

7、出现不同程度的误差n种类主要有两类种类主要有两类n系统误差系统误差(systematic error)n随机误差随机误差(random error)n实验设计的主要目的实验设计的主要目的n控制系统误差控制系统误差n尽量减小随机误差尽量减小随机误差误差的种类误差的种类n系统误差系统误差n在实际观察过程中，由于仪器未校正、测量者感官的某种障碍、研究者掌握在实际观察过程中，由于仪器未校正、测量者感官的某种障碍、研究者掌握评价指标的标准偏高或偏低等原因，使观察值不是分散在真值两侧，而是有评价指标的标准偏高或偏低等原因，使观察值不是分散在真值两侧，而是有方向性、系统性或周期性地偏离真值方向性、系统性或周

8、期性地偏离真值n这类误差可以通过实验设计和技术措施来消除或使之减少这类误差可以通过实验设计和技术措施来消除或使之减少n观察性研究由于组间不可比性产生的系统误差，又称为观察性研究由于组间不可比性产生的系统误差，又称为偏倚偏倚n随机误差随机误差n实验或观察条件的随机波动造成的实测值与真值之差。实验或观察条件的随机波动造成的实测值与真值之差。n这种波动是随机的，在一次测定中随机误差的大小、方向无法预言，但在大这种波动是随机的，在一次测定中随机误差的大小、方向无法预言，但在大量重复测定中，可呈现其统计规律性（如服从正态分布）量重复测定中，可呈现其统计规律性（如服从正态分布）常见系统误差及控制方法常见系

9、统误差及控制方法n选择性偏倚选择性偏倚n产生于研究的设计阶段，主要由于纳入研究对象及将研究对象分组所采产生于研究的设计阶段，主要由于纳入研究对象及将研究对象分组所采用的方法不正确造成的，用的方法不正确造成的，随机化随机化能有效地控制这类误差的产生。能有效地控制这类误差的产生。n测量误差测量误差n可能发生在研究的全部测定过程或观察过程，主要由于实验条件、操作可能发生在研究的全部测定过程或观察过程，主要由于实验条件、操作标准与方法以及主观方面等因素所造成，严格的标准与方法以及主观方面等因素所造成，严格的盲法盲法能有效控制这类误能有效控制这类误差的产生。差的产生。n混杂偏倚混杂偏倚n产生于资料分析阶

10、段，主要由于某些非实验因素与实验因素的效应混在产生于资料分析阶段，主要由于某些非实验因素与实验因素的效应混在一起，全部或部分地掩盖或夸大了所研究因素与效应之间真实联系，一起，全部或部分地掩盖或夸大了所研究因素与效应之间真实联系，配配对设计和分层分析对设计和分层分析能有效消除这类偏倚。能有效消除这类偏倚。研究中重要的随机误差研究中重要的随机误差n在抽样研究中最重要的随机误差是在抽样研究中最重要的随机误差是抽样误差抽样误差n抽样误差抽样误差在生物实验中最主要的来源是在生物实验中最主要的来源是个体的变异个体的变异。n这是一种难以控制的、不可避免的误差。但抽样误差是有这是一种难以控制的、不可避免的误差

11、。但抽样误差是有一定规律的。一定规律的。n研究和运用抽样误差的规律，是根据样本估计总体时所必研究和运用抽样误差的规律，是根据样本估计总体时所必须领会的基本概念之一，也是统计学的重要内容之一。须领会的基本概念之一，也是统计学的重要内容之一。试验设计的作用试验设计的作用 n合理安排试验因素，提高研究质量合理安排试验因素，提高研究质量n如规定实验组的条件，配置适当的对照组，选择研究方法如规定实验组的条件，配置适当的对照组，选择研究方法等等n控制误差，使研究结果保持较好的稳定性控制误差，使研究结果保持较好的稳定性n如对混杂因素的处理，对不同来源变异的分析，维护必要如对混杂因素的处理，对不同来源变异的分

12、析，维护必要的均衡性等的均衡性等n通过较少的观察例数，获取尽可能丰富的信息通过较少的观察例数，获取尽可能丰富的信息n如采用定量指标，选择线性或非线性回归分析，为使用高效如采用定量指标，选择线性或非线性回归分析，为使用高效率设计创造条件等率设计创造条件等二、实验设计的基本要素二、实验设计的基本要素处理因素处理因素(treatment，factor)n研究者根据研究目的欲施加或欲观察的，能作用研究者根据研究目的欲施加或欲观察的，能作用于实验单位并引起直接或间接效应的因素，于实验单位并引起直接或间接效应的因素，又称又称实验因素实验因素 n主动施加的某种外部干预主动施加的某种外部干预(或措施或措施)n

13、如使用或不使用某种添加剂等如使用或不使用某种添加剂等n客观存在的客观存在的n如观察羊毛生长程度与季节的关系如观察羊毛生长程度与季节的关系非处理因素非处理因素n除了除了“处理因素处理因素”以外的对实验结果产生影以外的对实验结果产生影响的其它影响因素响的其它影响因素 n在非处理因素中，有的是可以控制，有的不能控制在非处理因素中，有的是可以控制，有的不能控制n因此在确定处理因素的同时，根据专业知识与实验条因此在确定处理因素的同时，根据专业知识与实验条件，尽可能找出对研究结果产生影响的非处理因素，件，尽可能找出对研究结果产生影响的非处理因素，以便进行控制以便进行控制 实验单位实验单位(experime

14、nt unit)n指接受一种处理并作实验观察的基本单位，是处理因素作用的客体指接受一种处理并作实验观察的基本单位，是处理因素作用的客体n实质上实验单位所代表的就是根据研究目的而确定的研究目标之总体实质上实验单位所代表的就是根据研究目的而确定的研究目标之总体n一般情况下一个实验单位即为一个受试对象。一般情况下一个实验单位即为一个受试对象。n在选择受试对象时，应满足两个基本条件：在选择受试对象时，应满足两个基本条件：n对处理因素敏感对处理因素敏感n反应必须稳定反应必须稳定实验效应实验效应(experimental effects) n是处理因素作用于受试对象的反应或结果是处理因素作用于受试对象的反

15、应或结果n一般通过实验指标一般通过实验指标(即变量即变量)来表达来表达n观察指标可分为观察指标可分为n客观指标客观指标是借助仪器等进行测量来反映研究对象的客是借助仪器等进行测量来反映研究对象的客观状态或观察结果观状态或观察结果n主观指标主观指标是由受试者回答或研究者定性判断来描述观是由受试者回答或研究者定性判断来描述观察结果察结果 观察指标的选择要求观察指标的选择要求n关联性关联性n指标与研究目的有本质的联系，应能确切反映处理因素的作用指标与研究目的有本质的联系，应能确切反映处理因素的作用n客观性客观性n尽量选用客观指标作为主要观察指标尽量选用客观指标作为主要观察指标n灵敏性灵敏性n指标能正确

16、反映效应变化的最小数量或最小水平指标能正确反映效应变化的最小数量或最小水平 n可用性可用性n指标能反映效应的特点，与该指标的灵敏度和特异度有关指标能反映效应的特点，与该指标的灵敏度和特异度有关n精确性精确性n包含准确度包含准确度(效度效度)和精密度和精密度(信度信度)两个方面两个方面n稳定性稳定性n变异程度变异程度三、试验设计的要求三、试验设计的要求1.代表性代表性n 试验材料（包括动物）的选择能代表总体（群体）试验材料（包括动物）的选择能代表总体（群体）水平水平n试验条件应能反映将来推广试验结果所在地区的自试验条件应能反映将来推广试验结果所在地区的自然条件、饲料状况和管理水平等，以便在具体条

17、件然条件、饲料状况和管理水平等，以便在具体条件下应用下应用n既要代表目前条件，同时还要看到某些技术将被采既要代表目前条件，同时还要看到某些技术将被采用的可能性用的可能性2.正确性正确性 n准确性：准确性：n试验结果是否接近于真值试验结果是否接近于真值n由于真值是未知的，所以我们只能用样本的统计数来推断由于真值是未知的，所以我们只能用样本的统计数来推断n n精确性精确性n是指试验误差的大小，可用多次测定值的变异程度衡量是指试验误差的大小，可用多次测定值的变异程度衡量n试验误差首先是试验材料本身固有的差异造成的变异，其试验误差首先是试验材料本身固有的差异造成的变异，其次是由于在试验环境条件和操作过

18、程中造成的误差次是由于在试验环境条件和操作过程中造成的误差n准确性不等于精确性，但要获得高的准确性，必须准确性不等于精确性，但要获得高的准确性，必须首先提高精确性首先提高精确性 3.重演性重演性 n对于推广试验结果至关重要对于推广试验结果至关重要n要尽量避免人为因素引起的误差要尽量避免人为因素引起的误差 4.一致性一致性n包括遗传背景、年龄、性别、胎次、体重、包括遗传背景、年龄、性别、胎次、体重、生理状态、健康状况等等生理状态、健康状况等等n应使这些条件尽量相同或相近应使这些条件尽量相同或相近5.易行性和经济性易行性和经济性n在复制动物模型时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎在复制动物模型

19、时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。经济原则。n它们容易作到遗传背景明确，体内微生物可加控制、模型性显它们容易作到遗传背景明确，体内微生物可加控制、模型性显著且稳定，年龄、性别、体重等可任意选择，而且价廉易得、著且稳定，年龄、性别、体重等可任意选择，而且价廉易得、便于饲养管理，因此可尽量采用。便于饲养管理，因此可尽量采用。n除了在动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，而且在模型除了在动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，而且在模型复制的方法上、指标的观察上也都要注意这一原则。复制的方法上、指标的观察上也都要注意这一原则。 四、实验设计的基本原则四、实验设计的基本原则1. 对照对照

20、(control)n有比较才有鉴别，比较的基础就是对照，对照设立有比较才有鉴别，比较的基础就是对照，对照设立正确与否，关系到科研结论的正确性及成果价值正确与否，关系到科研结论的正确性及成果价值n对照的重要意义对照的重要意义n可排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响可排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响n可消除或减少实验误差可消除或减少实验误差对照组的作用对照组的作用处理组处理组 处理因素处理因素+非处理因素非处理因素 处理效应处理效应+非处理效应非处理效应对照组对照组 (无无) 非处理因素非处理因素 (无无) 非处理效应非处理效应比较结果比较结果 处理因素处理因素 处理效应处

21、理效应n排除排除“非处理因素非处理因素”的影响，从而衬托出的影响，从而衬托出“处理因素处理因素”的作用。的作用。对照组的设置时必须具备三个条件对照组的设置时必须具备三个条件n专设专设n任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。不得借任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。不得借用文献上的记载或以往研究的、其它研究的资料作为本研用文献上的记载或以往研究的、其它研究的资料作为本研究之对照组究之对照组n同步同步n对照组与实验组设立之后，在整个研究进程中始终处于同对照组与实验组设立之后，在整个研究进程中始终处于同一空间和同一时间一空间和同一时间n对等对等n除研究因素外，对照组具备与实验组对等的一

22、切因素除研究因素外，对照组具备与实验组对等的一切因素2.随机化随机化(randomization)n总体中每一个观察单位都有同等机会被抽取为样本成员可能总体中每一个观察单位都有同等机会被抽取为样本成员可能n研究对象均有同等机会被分入试验各组中研究对象均有同等机会被分入试验各组中n随机化的意义随机化的意义n避免有意无意夸大或缩小组间差别所导致的实验结果的偏差避免有意无意夸大或缩小组间差别所导致的实验结果的偏差n抽样研究的理论和统计分析方法都是以随机化为基础的，要求研究设抽样研究的理论和统计分析方法都是以随机化为基础的，要求研究设计必须遵循的原则计必须遵循的原则n非处理因素在不同的处理组间保持均衡

23、，从而达到控制实验误差的目非处理因素在不同的处理组间保持均衡，从而达到控制实验误差的目的的 随机与随意随机与随意n随机：随机：random 机会均等，客观性机会均等，客观性n随意：随意：as will 随主观意愿，主观性随主观意愿，主观性n良好的随机化分组，不仅能控制已知的良好的随机化分组，不仅能控制已知的非处理因素，而且还能控制未知的非处非处理因素，而且还能控制未知的非处理因素理因素随机的三个含义随机的三个含义n抽样随机抽样随机代表性代表性n每一个符合条件的研究对象被收入研究范畴的机会相同，每一个符合条件的研究对象被收入研究范畴的机会相同，即总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来即总体中每

24、个个体有相同的机会被抽到样本中来n分组随机分组随机均衡性均衡性n每个研究对象被分配到不同处理组的机会相同每个研究对象被分配到不同处理组的机会相同n实验顺序随机实验顺序随机平衡顺序或季节的影响平衡顺序或季节的影响n每个研究对象先后接受处理的机会相同每个研究对象先后接受处理的机会相同随机化方法随机化方法n随机化分组过程随机化分组过程n麻将牌分牌过程麻将牌分牌过程n随机化工具随机化工具n抽签、掷骰子（色子）、抽牌、摇号、模球等。抽签、掷骰子（色子）、抽牌、摇号、模球等。n随机数表（使用方便）随机数表（使用方便） n计算机软件（可重现性）计算机软件（可重现性） 3.重复重复(replication)n

25、是指在相同的实验条件下进是指在相同的实验条件下进行实验过程的重复行实验过程的重复n重复是消除或减小非处理因重复是消除或减小非处理因素影响的重要方法之一素影响的重要方法之一n重复程度的表现为样本含量重复程度的表现为样本含量的大小和重复次数的多少的大小和重复次数的多少n影响样本含量大小的因素影响样本含量大小的因素n资料的性质资料的性质 n误差大小误差大小n均衡性的好坏均衡性的好坏 n实验效应的强弱实验效应的强弱n因素的多少因素的多少4.局部控制局部控制 n采用分组之后在组内随机配置，即随机区组设计的办法可把采用分组之后在组内随机配置，即随机区组设计的办法可把系统误差分为组间（区组问）和组内（区组内

26、）的系统误差系统误差分为组间（区组问）和组内（区组内）的系统误差n组间系统误差无妨，组内系统误差由组内随机配置转化为随组间系统误差无妨，组内系统误差由组内随机配置转化为随机误差，并且实行区组内条件保持一致（或均等）的管理方机误差，并且实行区组内条件保持一致（或均等）的管理方法，法，即局部控制即局部控制，尽量缩小随机误差，尽量缩小随机误差n这样根据需要在各区组内设置重复，即使区组间差异增大，这样根据需要在各区组内设置重复，即使区组间差异增大，区组内局部控制的精度可以始终保持不变区组内局部控制的精度可以始终保持不变五、实验设计的一些共性问题五、实验设计的一些共性问题 1.因素与水平的选取因素与水平

27、的选取 n因素的选取方法因素的选取方法 n对因素对因素A、B分别做单因素试验分别做单因素试验n对因素对因素A、B做二因素试验做二因素试验nA、B两因素的水平组合中，只做认为合适的部分组合两因素的水平组合中，只做认为合适的部分组合n水平的选取方法水平的选取方法 n通常选通常选2个或个或3个水平，只有在特殊场合下才考虑取个水平，只有在特殊场合下才考虑取4个以上水平。超过个以上水平。超过5个水平个水平时，试验组数增加，对试验的实施不利时，试验组数增加，对试验的实施不利 n水平梯度设置通常要经过预试验水平梯度设置通常要经过预试验n在多因素试验中、可将水平数错位配置，这样交互作用项的变化范围缩小，采用在

28、多因素试验中、可将水平数错位配置，这样交互作用项的变化范围缩小，采用部分实施就容易了部分实施就容易了 2.试验规模的确定试验规模的确定 n试验规模的大小取决于对试验精度的要求试验规模的大小取决于对试验精度的要求n试验精度的影响因素试验精度的影响因素n最小显著差数最小显著差数n变异程度变异程度n误差自由度误差自由度(1)最小显著差数最小显著差数n最小显著差数是两个平均数的差异达到显著水平的临界值。最小显著差数是两个平均数的差异达到显著水平的临界值。两平均数之差大于、等于此临界值时，判断为差异显著；小两平均数之差大于、等于此临界值时，判断为差异显著；小于此临界值时，判断为差异不显著于此临界值时，判

29、断为差异不显著n最小显著差愈小，表明试验愈精细，精度愈高；反之，则表最小显著差愈小，表明试验愈精细，精度愈高；反之，则表明试验愈粗放，精度愈差明试验愈粗放，精度愈差n最小显著差数的大小与试验动物的头（只）数、重复的设置最小显著差数的大小与试验动物的头（只）数、重复的设置数、试验指标的变异程度有关数、试验指标的变异程度有关 最小显著差的要求最小显著差的要求n在探索性试验在探索性试验n只要试验结果能反映出某种趋势，为进一步的研究提供必要的线只要试验结果能反映出某种趋势，为进一步的研究提供必要的线索和信息即可，至于差异是否显著，不必强求索和信息即可，至于差异是否显著，不必强求n中试或鉴定性试验中试或

30、鉴定性试验n必须首先确定最小显著差数的大小，使试验结果有一个可靠而明必须首先确定最小显著差数的大小，使试验结果有一个可靠而明确的结论确的结论最小显著差数的要求最小显著差数的要求n一般情况下，对体重（包括日增重）、体尺等以绝对数表示的指标，其一般情况下，对体重（包括日增重）、体尺等以绝对数表示的指标，其最小显著差数可用最小显著差数可用相对相差相对相差（差数占平均数的百分比）表示，通常以不（差数占平均数的百分比）表示，通常以不超过超过5%为宜为宜n象产蛋率、瘦肉率等以百分数表示的指标，其最小显著差数可用象产蛋率、瘦肉率等以百分数表示的指标，其最小显著差数可用绝对相绝对相差差表示，通常以不超过表示，

31、通常以不超过3个百分点个百分点为宜为宜n在处理以组为重复的前提下，每重复的样本含量可适当少些在处理以组为重复的前提下，每重复的样本含量可适当少些n在处理以个体为重复的情况下，样本数不应少于在处理以个体为重复的情况下，样本数不应少于6。当然，这也与试验。当然，这也与试验动物本身的生物学特性有关动物本身的生物学特性有关（2）变异程度）变异程度n最小显著差数与变异程度有关。变异程度越大，则试验误差越大，最最小显著差数与变异程度有关。变异程度越大，则试验误差越大，最小显著差也越大。小显著差也越大。n变异程度常用标准差（变异程度常用标准差（S）和变异系数（）和变异系数（C.V.）表示，计算公式如下）表示

32、，计算公式如下 SC.V.=100%X21()S=n1niiXX家畜常用指标的变异程度家畜常用指标的变异程度n对体重、体尺等测定值，标准差的大小随平均数而对体重、体尺等测定值，标准差的大小随平均数而变化，而变异系数则相对稳定。变化，而变异系数则相对稳定。n一般一般家畜体重家畜体重的变异系数为的变异系数为12%左右，左右，鸡为鸡为14%左右左右n消化率消化率的标准差，的标准差，草食动物为草食动物为2.6%左右，左右，鸡为鸡为3.7%左右左右n鸡产蛋率鸡产蛋率的标准差为的标准差为7.5%左右左右（3）误差自由度）误差自由度n最小显著差数也与误差自由度（最小显著差数也与误差自由度（dfe）有关。）有

33、关。 自由度越大，自由度越大，t 0.05的值越小，最小显著差数也越小的值越小，最小显著差数也越小n所以，在试验设计时，如条件允许，应尽量加大误差自由度，所以，在试验设计时，如条件允许，应尽量加大误差自由度，通常以通常以1020为宜为宜n误差自由度与试验设计方法有关：误差自由度与试验设计方法有关：n在试验动物只数一定的情况下，每重复内的动物数越少，在试验动物只数一定的情况下，每重复内的动物数越少，则重复数越多，误差自由度越大则重复数越多，误差自由度越大n误差自由度小于误差自由度小于5的试验很难提供有意义的数据的试验很难提供有意义的数据,提高显著提高显著水准可减少犯第水准可减少犯第类错误的可能性

34、，但同时也增大了犯第类错误的可能性，但同时也增大了犯第II类错误的可能性。类错误的可能性。n因此，可适当增大试验样本的含量，以降低试验误差，提因此，可适当增大试验样本的含量，以降低试验误差，提高试验的精确性高试验的精确性（4）试验动物总数的确定）试验动物总数的确定n最小显著差数、变异程度、误差自由度与试验动物头数之最小显著差数、变异程度、误差自由度与试验动物头数之间的数量关系见公式（间的数量关系见公式（3）和（）和（4）。知道任何三者，即可）。知道任何三者，即可求得第四者求得第四者 n式中，式中，LSD0.05为平均数绝对相差的最小显著差数，为平均数绝对相差的最小显著差数， L0.05为平均数

35、相对相差的最小显著差数。为平均数相对相差的最小显著差数。n当每个重复组有当每个重复组有m头（只）时，则应按如下公式换算为一个体为单头（只）时，则应按如下公式换算为一个体为单位的标准差和变异系数：位的标准差和变异系数：n实验指标为产蛋率、瘦肉率等相对数值时，应用公式（实验指标为产蛋率、瘦肉率等相对数值时，应用公式（3），实验指），实验指标为体重、体尺等绝对指标时，应用公式（标为体重、体尺等绝对指标时，应用公式（4）。）。n在随机区组实验中，当在随机区组实验中，当dfe=12,P=0.05和和0.01的理论值下降就减慢了。的理论值下降就减慢了。因此建议以自由度不少于因此建议以自由度不少于12作为考

36、虑重复的基本数据，作为考虑重复的基本数据，K为重复数，为重复数，m为处理数，则为处理数，则mSSm1 2K =1m -1.mCVCVm牛羊增重实验每组最低要求的试验动物头数牛羊增重实验每组最低要求的试验动物头数组平均值间差异的预期值组平均值间差异的预期值（kg）组内标准差（组内标准差（kg）牛牛羔羊羔羊57.51012.515202530牛牛11.522.53456羔羊羔羊2.50.548511328487.51.5132234481021320284812.52.513183148153132234482041320282551318306133.试验日粮的设计试验日粮的设计n试验目的不同，

37、日粮设计的类型、组成以及营养水平均有所差异，试验目的不同，日粮设计的类型、组成以及营养水平均有所差异，这些差异会直接影响到试验结果。这些差异会直接影响到试验结果。n采用饲养试验评定饲料生物学效价时，大多需要配置基础日粮。为采用饲养试验评定饲料生物学效价时，大多需要配置基础日粮。为了研究方便排除日粮组成等因素的干扰，有时还需要设定纯合或半了研究方便排除日粮组成等因素的干扰，有时还需要设定纯合或半纯合日粮。有些试验因子随日粮类型和营养水平不同，试验结果也纯合日粮。有些试验因子随日粮类型和营养水平不同，试验结果也不一样。因此，对于这个问题必须慎重考虑。不一样。因此，对于这个问题必须慎重考虑。n某些程

38、度上日粮设计就是因子设计，既要考虑因子在日粮中所起的某些程度上日粮设计就是因子设计，既要考虑因子在日粮中所起的作用程度及其范围，又要避免人为因素的影响。作用程度及其范围，又要避免人为因素的影响。日粮设计举例日粮设计举例n酶制剂的作用效果不但与动物的种类有关，而且与日粮构成密切酶制剂的作用效果不但与动物的种类有关，而且与日粮构成密切相关。在鸡日粮中，植酸酶的添加水平和效果因基础日粮的构成相关。在鸡日粮中，植酸酶的添加水平和效果因基础日粮的构成和其中植酸含量不同变化很大。和其中植酸含量不同变化很大。n抗生素在低营养水平日粮下比高营养水平下的使用效果更明显。抗生素在低营养水平日粮下比高营养水平下的使

39、用效果更明显。n在评定蛋氨酸及其羟基类似物的生物学效价时，基础日粮中必须在评定蛋氨酸及其羟基类似物的生物学效价时，基础日粮中必须缺乏蛋氨酸。如果基础日粮中蛋氨酸已满足需要，那么很容易得缺乏蛋氨酸。如果基础日粮中蛋氨酸已满足需要，那么很容易得出这两种产品的生物学效价相近的错误结论。出这两种产品的生物学效价相近的错误结论。4.测定指标的确定测定指标的确定n测试指标的选取要以能确切反映试验因子作用效果为前提，既要考虑针测试指标的选取要以能确切反映试验因子作用效果为前提，既要考虑针对性和灵敏性。又要考虑测试条件的局限性。对性和灵敏性。又要考虑测试条件的局限性。n通常选日增重、饲料转化率等容易测定的生产

40、性能指标作为测定指标。通常选日增重、饲料转化率等容易测定的生产性能指标作为测定指标。而对于某些生理生化指标的选取需要认真考虑，要紧扣试验目的，说明而对于某些生理生化指标的选取需要认真考虑，要紧扣试验目的，说明不了问题、没有意义的指标可以不选。不了问题、没有意义的指标可以不选。n就营养需要量而言，衡量指标不同，需要量有很大差别。所以，测试指就营养需要量而言，衡量指标不同，需要量有很大差别。所以，测试指标的选取并不是一成不变的，要根据多种条件综合考虑。标的选取并不是一成不变的，要根据多种条件综合考虑。5数据的收集与整理数据的收集与整理n试验研究实质上就是按照设计方案进行试验，获试验研究实质上就是按

41、照设计方案进行试验，获取必要的数据，通过正确的整理、统计与分析来取必要的数据，通过正确的整理、统计与分析来阐明论据。阐明论据。n数据是研究报告的核心部分，从事这方面的工作数据是研究报告的核心部分，从事这方面的工作应注意以下几个问题应注意以下几个问题 ：（1）保证记录的准确性和真实性）保证记录的准确性和真实性 n试验期间，应选用固定仪器设备，不要轻易更换。试验期间，应选用固定仪器设备，不要轻易更换。所用仪器设备要准确（应经常迸行校验）。所用仪器设备要准确（应经常迸行校验）。n属于测试方法上的问题要及时修正。采集样品及测属于测试方法上的问题要及时修正。采集样品及测量要有一定计划。同时，要真实记录，

42、严禁随意涂量要有一定计划。同时，要真实记录，严禁随意涂改或估计数据改或估计数据 （2）记录的数据文件要妥善保管，最）记录的数据文件要妥善保管，最好一式两份分别存放。好一式两份分别存放。（3）对原始数据要及时整理计算，对可疑数）对原始数据要及时整理计算，对可疑数据应反复究其原因。据应反复究其原因。 n确实以后，一般以确实以后，一般以平均数加（减）二倍标准平均数加（减）二倍标准差差为限，可以将极大值或极小值剔除。按缺为限，可以将极大值或极小值剔除。按缺值处理或采用适当的方法进行估计。值处理或采用适当的方法进行估计。 （4）按试验设计方案进行统计分析，在得出差异显）按试验设计方案进行统计分析，在得出

43、差异显著或不显著之后，还有必要再观察数据的变化规律著或不显著之后，还有必要再观察数据的变化规律 n有些试验表面看起来处理间数据差异较大，却得出有些试验表面看起来处理间数据差异较大，却得出差异不显著的结论，这时就要分析是否差异不显著的结论，这时就要分析是否重复太少重复太少，或是或是组间差异超过了处理间差异组间差异超过了处理间差异。n生物统计是建立在生物学和统计学基础之上的，如生物统计是建立在生物学和统计学基础之上的，如果生物学本身的理论建立不在充分的基础上，即便果生物学本身的理论建立不在充分的基础上，即便再准确计算也毫无意义。再准确计算也毫无意义。n反之，正确的理论也会由于不精确的计算而导致错反

44、之，正确的理论也会由于不精确的计算而导致错误的结论。因此，在做出统计结论之后，还必须再误的结论。因此，在做出统计结论之后，还必须再在生产上加以验证才行，决不能轻率定论。在生产上加以验证才行，决不能轻率定论。 六、实验设计类型及随机化方法六、实验设计类型及随机化方法n完全随机分组设计完全随机分组设计（the completely random design)the completely random design)n随机区组设计随机区组设计(the randomized block design)(the randomized block design)n交叉设计交叉设计(cross-over

45、design)(cross-over design)n拉丁方设计拉丁方设计(the Latin-square design)(the Latin-square design)n析因设计析因设计(factorial design)(factorial design)n正交设计正交设计(orthogonal design)(orthogonal design)n裂区设计裂区设计(the split-plot design)(the split-plot design)l.完全随机化设计完全随机化设计n按因子设计水平数目，将试畜随机分组，然后配置到按因子设计水平数目，将试畜随机分组，然后配置到各个处

46、理中去。处理因素、试畜来源、管理和环境条各个处理中去。处理因素、试畜来源、管理和环境条件等尽量一致。它适用于组间非试验因素差异忽略不件等尽量一致。它适用于组间非试验因素差异忽略不计的情况计的情况n两种处理平均数的比较用两种处理平均数的比较用t检验，多种处理用检验，多种处理用F检验。检验。完全随机化分组设计完全随机化分组设计 预选对象预选对象受试对象受试对象对照组对照组纳入标准纳入标准实验组实验组随机化随机化随机分组步骤随机分组步骤n编号编号n将将N N个实验单位从个实验单位从1 1到到N N编号。动物可按体重大小顺序。编号。动物可按体重大小顺序。n用计算机软件产生均匀分布的随机数，每个实验单位

47、对应一个随用计算机软件产生均匀分布的随机数，每个实验单位对应一个随机数。机数。n对随机数从小到大排序。对随机数从小到大排序。n分组分组n排序后的随机数中，前排序后的随机数中，前n n个随机数对应的编号为第个随机数对应的编号为第1 1组，第组，第n+1n+1个个随机数至第随机数至第2n2n个随机数对应的编号为第个随机数对应的编号为第2 2组，依此类推。组，依此类推。完全随机分组设计特点完全随机分组设计特点n简便易行，结果统计分析也较简单。简便易行，结果统计分析也较简单。n直接将实验单位分组增加了处理组内的误差，特别是当样本较小时，直接将实验单位分组增加了处理组内的误差，特别是当样本较小时，各种非

48、实验因素在各处理组中的分布不易达到平衡，使试验结果的各种非实验因素在各处理组中的分布不易达到平衡，使试验结果的统计分析的检验把握度较小，降低了研究结论的可靠性。统计分析的检验把握度较小，降低了研究结论的可靠性。n果两种处理试验单位变异很大，难于达到条件一致，在符合配对的情况下，果两种处理试验单位变异很大，难于达到条件一致，在符合配对的情况下，可以考虑用配对设计，如同胎同性别仔猪、同一试验对象的前后两次观察值，可以考虑用配对设计，如同胎同性别仔猪、同一试验对象的前后两次观察值，都可以认为是配对的。但若找不到配对动物，也不要勉强配对都可以认为是配对的。但若找不到配对动物，也不要勉强配对n如果试验规

49、模过大，组间难以达到条件一致，就必须采用随机区组设计，否如果试验规模过大，组间难以达到条件一致，就必须采用随机区组设计，否则会混淆试验因子的真正效果。则会混淆试验因子的真正效果。 2随机区组设计随机区组设计n在组间难以达到一致的情况下，可采用设置区组的在组间难以达到一致的情况下，可采用设置区组的局部控制方法，这样可把组间误差单独分开，从而局部控制方法，这样可把组间误差单独分开，从而突出了试验因子的差异程度。突出了试验因子的差异程度。 随机分组 随机分组 随机分组 随机分组 预 选 对 象 研 究 对 象 纳入 标准 区组 1 区组 2 区组 3 区组 n ? ? ? 按配伍 条件 4 个水平

50、4 个水平 4 个水平 4 个水平 随机区组设计随机区组设计(randomizaed block design) 随机区组设计特点随机区组设计特点n当时，随机区组设计就是通常所说的配对设计当时，随机区组设计就是通常所说的配对设计n实验单位的自然属性通常是动物的窝别（同窝的只动物），受试者实验单位的自然属性通常是动物的窝别（同窝的只动物），受试者个体（属于同一个体的个实验单位）等个体（属于同一个体的个实验单位）等n若按某个非实验因素形成区组，则要选择对试验结果影响较大的因素，若按某个非实验因素形成区组，则要选择对试验结果影响较大的因素，如果实验日期对实验结果有影响，则应按实验日期形成区组如果实验

51、日期对实验结果有影响，则应按实验日期形成区组n根据不同的研究目的，区组的选择方式亦可不同，但都应遵循根据不同的研究目的，区组的选择方式亦可不同，但都应遵循“区组区组间差别越大越好，区组内差别越小越好间差别越大越好，区组内差别越小越好”的原则。的原则。 随机区组设计应注意的问题随机区组设计应注意的问题 n在系统误差比较大的情况下，把它分离出去（设置区组）十分有在系统误差比较大的情况下，把它分离出去（设置区组）十分有利。但分离区组减少了误差自由度，从而降低了检验的精确性。利。但分离区组减少了误差自由度，从而降低了检验的精确性。因此，在误差与区组间期望均方相差无几的情况下，不宜设置区因此，在误差与区

52、组间期望均方相差无几的情况下，不宜设置区组。组。n如果因子各水平对区组的反映缺乏相似性，就不能把各个区组的如果因子各水平对区组的反映缺乏相似性，就不能把各个区组的试验结果合并。同时，试验因子与区组有交互作用时，不应采用试验结果合并。同时，试验因子与区组有交互作用时，不应采用无重复的随机区组设计。无重复的随机区组设计。n在畜牧试验中，常把试验场、同一场内的不同畜舍、试验日期、在畜牧试验中，常把试验场、同一场内的不同畜舍、试验日期、家畜的窝别和胎次等作为区组。随机区组设计与一些复杂的试验家畜的窝别和胎次等作为区组。随机区组设计与一些复杂的试验设计相比，分析简单，处理被与重复数没有严格的限制。设计相

53、比，分析简单，处理被与重复数没有严格的限制。3交叉设计交叉设计n交又设计是指处理因素在不同个体或期别间进行对调。交又设计是指处理因素在不同个体或期别间进行对调。n如，研究尿素对泌乳奶牛的饲用价值，可设置对照料如，研究尿素对泌乳奶牛的饲用价值，可设置对照料A1和尿素和尿素配合饲料配合饲料A2，两组奶牛在三个泌乳期分别按下列方式给料，第，两组奶牛在三个泌乳期分别按下列方式给料，第一组：一组：A1A2A1；第二组：；第二组：A2A1A2。同理，可将试验。同理，可将试验分为前期和后期，处理在两组间进行对换。分为前期和后期，处理在两组间进行对换。n这种方法的优点是可消除个体和期别间的误差，能用较少的试这

54、种方法的优点是可消除个体和期别间的误差，能用较少的试验动物获得较高的精度。验动物获得较高的精度。n但必须满足下列条件：（但必须满足下列条件：（1）忽略因子间的交互作用；（）忽略因子间的交互作用；（2）没）没有处理残效；（有处理残效；（3）两组试畜头数应相等。）两组试畜头数应相等。交叉设计准备阶段 时期1 清洗期 时期2 (run in) 处理A (wash out) 处理B准备阶段 时期1 清洗期 时期2 (run in) 处理B (wash out) 处理A 交叉设计特点交叉设计特点n由于处理和处于先后两个实验阶段的机会相等，因此，平衡了由于处理和处于先后两个实验阶段的机会相等，因此，平衡了

55、实验顺序的影响。而且能把不同处理之间的差别与时间先后顺序之实验顺序的影响。而且能把不同处理之间的差别与时间先后顺序之间的差别，还有受试者个体间差别分开分析，因此，该设计的实验间的差别，还有受试者个体间差别分开分析，因此，该设计的实验效率较高。效率较高。n交叉设计的一个限制条件是，当处理停止时应该没有残留效应，即交叉设计的一个限制条件是，当处理停止时应该没有残留效应，即当处理或停止使用时，其效力不能持续到下一个时间阶段。否当处理或停止使用时，其效力不能持续到下一个时间阶段。否则，处理或的效果就无法判定。则，处理或的效果就无法判定。4.4.拉丁方设计拉丁方设计n是交叉设计的进一步扩展是交叉设计的进

56、一步扩展n是指用个拉丁字母排成行列的方阵，并要求每行、每列中是指用个拉丁字母排成行列的方阵，并要求每行、每列中每个字母都只出现一次，这样的方阵叫阶拉丁方或称拉丁每个字母都只出现一次，这样的方阵叫阶拉丁方或称拉丁方。方。n在拉丁方设计中，实验单位按两种属性或非实验因素形成区组，在拉丁方设计中，实验单位按两种属性或非实验因素形成区组，即每个实验单位既属于一个行区组，又属于一个列区组。因此，拉即每个实验单位既属于一个行区组，又属于一个列区组。因此，拉丁方设计的基本单位是一个丁方设计的基本单位是一个“方格方格”，有，有 个实验单位，每个个实验单位，每个区组内共安排个处理，每个处理用拉丁字母表示。区组内

57、共安排个处理，每个处理用拉丁字母表示。时，拉丁方的基本结构如下。每个实时，拉丁方的基本结构如下。每个实验单位的观察指标记录在相应的格子内。验单位的观察指标记录在相应的格子内。 列区组行区组拉丁方设计举例表4、家兔 血糖下降的百分比家兔编号试验日期1号2号3号4号第一天C 32.7A 11.2B 23.2D 48.1第二天B 26.2D 31.8C 28.9A 18.7第三天A 4.0C 14.0D 27.5B 25.6第四天D 33.2B 16.5A 21.2C 40.2研究目的: 研究四种胰岛素注射液剂量对家兔 血糖下降的百分比的影响.拉丁方设计特点拉丁方设计特点n试验顺序产生系统误差，用消

58、除区组间差异的办法可以剔除这种差异。试验顺序产生系统误差，用消除区组间差异的办法可以剔除这种差异。对于泌乳奶牛，在不同个体和不间泌乳阶段都分别设置一套因子。对于泌乳奶牛，在不同个体和不间泌乳阶段都分别设置一套因子。n区组因子与被检验的因子之间不应当有交互作用。如果前一试验阶段的区组因子与被检验的因子之间不应当有交互作用。如果前一试验阶段的处理有残效，就会全部包括在误差项里而增大误差。为此，每个阶段之处理有残效，就会全部包括在误差项里而增大误差。为此，每个阶段之前必须有一定的预试期，使残效消失，或延长试验期，只使用后半期的前必须有一定的预试期，使残效消失，或延长试验期，只使用后半期的数据进行分析

59、。数据进行分析。n拉丁方设计可用较少的动物获得较多的试验结果。为了克服缺值，扩大拉丁方设计可用较少的动物获得较多的试验结果。为了克服缺值，扩大误差自由度，提高检验的精确性，可设置重复或与随机区组结合进行。误差自由度，提高检验的精确性，可设置重复或与随机区组结合进行。5.5.析因设计析因设计 n是一种多因素的交叉分组设计。它不仅可检验每个因素各水是一种多因素的交叉分组设计。它不仅可检验每个因素各水平间的差异，而且可检验各因素间的交互作用。平间的差异，而且可检验各因素间的交互作用。n两个或多个因素如存在交互作用，表示各因素不是各自独立两个或多个因素如存在交互作用，表示各因素不是各自独立的，而是一个

60、因素的水平有改变时，另一个或几个因素的效应的，而是一个因素的水平有改变时，另一个或几个因素的效应也相应有所改变。也相应有所改变。 22析因设计析因设计A因素因素B因素因素A1A2B1A1 B1A2 B1B2A1 B2A2 B2完全随机设计22析因试验 表表5 5、 家兔神经缝合后的轴突通过率家兔神经缝合后的轴突通过率(%)(%) A A( (缝合方法缝合方法) ) 外膜缝合外膜缝合( (A A1 1) ) 束膜缝合束膜缝合 ( (A A2 2) ) B B( (缝合后时间缝合后时间) 1) 1月月( (B B1 1) 2) 2月月( (B B2 2) 1) 1月月( (B B1 1) 2) 2