研究方案与试验设计技术-1完整版

研究方案与试验设计技术第一节

试验方案的确定

第二节

试验误差及其控制

第三节

试验设计三原则

第四节

试验设计的分类

第五节

常用试验设计第一节

试验方案的确定一、相关概念1、试验设

计

----

根

据

研

究

目

的

和

统

计

要

求

而

制

定

的

一

个

有

计划收集原始数据的具体实施方案。在这个方案下，必要的数据不丢失，不必要的不收集

2、试验方案----用来做比较的一组处理的总和。是

根

据

试

验

目

的

和

要

求

所

拟

定

的

进

行

比

较

的

一

组

试

验

处

理

的

总

称

。

具

体

就

是

指

试

验

指

标

、

试

验

因

素

和

处

理

、

重

复次数、对照以及设计方法的确定等等。激素插条生根试验方案（激素种类、浓度、枝条类型三因素多个处理）3、试验处理-----试验中为了检验（比较）某种效应

（指标）而对研究对象采用的（不一致的）措施。该措施是一种物质、用量、方法，应能保证回答提出

的假设。事先设计好的实施在试验单元上的具体措施叫试验处理，

简称处理。单因素试验时，试验因素的一个水平就是1个处理。

多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干个水平组合（处理），每个水平组合就是1个处理。处理的多少等于参试各因素水平的乘积。如3因素3水平试

验共有3×3×3=27个处理。4、试验指标(experimental

indicator)

-----试验中用

来判断处理效果好坏的标准（指示性状）。定量指标（数量形状）----可直接用数据表示的指标，

如株产、新梢长度（计量资料，连续性变量）、叶片数、

果实数（计数资料，非连续性变量）定性指标（质量性状）---只能观察描述，不能通过

测量而直接用数据表示的指标，如果实色泽、风味、品种

抗病性。定性指标的定量化----分级法、评分法、统计次数法（统计某些性状出现与不出现的次数，

如裂果与不裂果出现的次数）、秩

次

法

（

将

各

处

理

结

果

按

好

好

依

次

排

队

，

排

队

的

名次为秩，按各处理的秩的和统计分析）、化

学

分

析

法

（

用

花

青

苷

反

映

果

实

色

泽

、

用

叶

绿

素

含量反映叶色）、电泳带？指标要为试验目的（目标）服务5、试验因素（因子）-----对试验效应（指标）有影响的，

在试验中需要考察的条件、

原因或因子。试

验

因

素

是

可

变

动

的

条

件

：

影

响

试

验

效

应

的

因

素

很

多

，

按

单

一

差

异

原

则

，

非

考

查

因

素

不

是

试

验

因

素

，

如

研

究

施

肥

方

式，不同的施肥方式是变动的，其他因素如土壤、肥料种类、

植

株

大

小

、

品

种

等

，

不

是

本

试

验

要

考

查

的

，

要

求

一

致

（

不

变

动），它们不是试验因素。单因素试验------只研究某一因素若干处理的试验复因素试验-----研究两个或两个以上的因素的试验。可

以考察因素间的交互作用。6、水平（level）

----每个因素的不同状态在

试

验

设

计

中

，

1

个

因

素

选

几

个

水

平

，

就

称

该

因

素

为

几

水

平因素。如：微

生

物

的

培

养

温

度

A

（

℃

）

设

计

30

，

40

，

50

三

个

级

别

，

培

养

温

度

为

3

水

平

因

素

；

培

养

时

间

B

（

min

）

设

置

20

，

40

，

60

，80

四个水平，培养时间为4水平因素。（单因素试验中处理和水平等价）7、处理组合（treatment

combination）----复因素试验中，

因素和水平的组合8、重复(replication)

-----同一处理（组合）实施（出现）

的次数。9、试验效应(experimental

effect)

—

试验处理对

试验指标所起的增加或减少作用。10、简单效应(simple

effect)

—

同一因素内两种

水平间试验指标的相差称为简单效应。11、平均效应(main

effect)

—

一个因素内各简单

效应的平均数称为平均效应，亦称主要效应，简称主

效。12、交互作用(interection

effect)，简称互作

—

因素内各简单效应的平均差异称为交互作用。二、确定试验方案的原则和方法1、单一差异原则指在同一试验的不同处理之间，理论上只允许存在

一个能够对试验效应产生影响的原因，其他条件必须完

全一致。（1

）

选

择

一

致

的

条

件

（

试

验

材

料

）

；

例

如

灌

水

量

试

验，灌溉水水质、灌水时间和施肥量和施肥时间应严格一致。（2

）

突

出

试

验

因

子

的

试

验

效

果

，

尽

量

排

除

非

试

验

因素的限制除

了

试

验

因

素

以

外

，

应

控

制

非

试

验

因

素

尽

可

能

一

致

，

才

能

使

试

验

因

素

的本质差异正确地反映出来，从而突出试验因素个处理的试验效果。有明确的目的性：抓

住

关

键

，

突

出

重

点

，

使

试

验

研

究

的

目

的

更

加

明确更加具体。设

置

本

底

，

增

加

对

照

：

含

氮

激

素

、

碱

性

物

质

（

多

胺

）

试验与研究任务有关的诸因素，彼此相互联系，但在一个

试验中又不能对全部因素都进行研究，而只能选择一部分

作为试验因素。但非试验因素对试验因素总是有一定影响的，有时甚至有很

显著的影响。例如，磷肥的肥效常受土壤氮素供应的影响，当土

壤氮素供应不足时，磷肥肥效就不能充分发挥，甚至完全无效。

因此，为尽量排除非试验因素的影响，在肥料试验中，常设置肥

底。例如：研究过磷酸钙肥效试验的方案就可设置：①不施肥

（CK1）；②NK（肥底）（CK2）；③肥底十过磷酸钙。设置肥底实质上就是使非试验因素处于相对一致、比较良好

的状态，以有利于试验因素效应的充分发挥。在复因素试验中，有些肥料配合比较完全，可以不设置肥底。（3）设计好对照，要保证试验有严密的可比性

（有比较才能鉴别）不仅试验处理间可以相互比较，而且还要能准确说

明所研究的问题。例如：根外喷肥试验，仅设置喷肥与不喷肥两个处理，虽然可比，但不够

严密（因为喷肥处理，喷“肥和水”，试验结果无法判断是肥料的作用还

是水的效果，因此，还应有喷洒等量清水）。可

比

性

另

一

个

重

要

方

面

，

就

是

试

验

方

案

中

除

所

研

究

的因素外，需设置标准处理（或称对照check，以

CK代

表）作为研究比较的标准。如：1）以存在的问题为对照。如灌水试验以不灌

为对照，喷灌效果试验以地面灌为对照等。2）以当前生产水平为对照。如灌溉方式试验，

以当地群众习惯采用的方式（如漫灌）作为对照。3）以群众先进生产水平为对照。2、处理恰当处

理

是

试

验

成

败

的

关

键

，

要

能

回

答

假

设

；

要

可

操

作

、

管理和推广能接受3、试验设计应简单化、小型化在不影响试

验

正

确

性

的

原

则

下

，

应

使

试

验

设

计

简

单

化

、

小

型

化

，

但小型试验必须是试验材料一致性强，环境条件也应一致。试验方案繁简要得当，力求试验因素简单、明确三

个

因

素

以

内

，

因

素

太

多

，

难

以

找

到

一

致

的

条

件

（

生

根试验：激

素种类、浓

度、品种、

枝条、时期

）

。

可

分

成

几个小试验。4、水平设计要恰当，要有一个中心水平；水平

间

距

要恰当中心水平来自预备试验和前人的工作基础等差法（细）、等比法（粗）、随机法激素浓度水

平

间

距

要

恰

当

-----

激

素

浓

度

设

置

，

间

距

太

小

----

浪

费

，

没有多大意义；太大-----找不出真正差别5、试验结果便于统计分析进

行

试

验

设

计

时

，

就

应

该

考

虑

到

将

来

的

试

验

结

果

便

于

数

理统计分析。因此应合理地运用小区的随机排列、设置重复、

局部控制试验设计的基本原理，以便得出正确的试验结果。列1：桃根茎叶水浸液对毛桃幼苗生长的影响及其物质成

分分析【方法】将10年生桃树的根和枝叶剪成2~3cm的小段，

用10倍水浸提48h，充分浸提，用浸提液浇灌。取根、茎、

叶各1g，95%乙醇提取，用GC-MS分析根茎叶中的化学成

分【结果】桃树根的浸提液明显地抑制幼苗的生长。根

系

中

化

感

物

质

的

种

类

比

茎

叶

多

，

其

中

扁

桃

甙

的

含

量

根

﹥

茎﹥叶；根系中苯甲酸的含量约为茎中的100倍【结论】所以认为桃根的水浸液抑制生长的原因可能

与这些化感物质有关。例2：桔树与花生间作对红壤水分平衡与养分状况的影响

处理：花生地桔树＋花生间作地结论：桔树＋花生间作系统能有效改善养分状况-1例3：The

Effect

of

Lead

on

Growth

and

Endogenous

Growth

Substance

of

Cucumber

Seedling

in

GreenhouseCucumber

seeds

(Jin-yanNo.4

)

wereprovided

by

Yahua

Hunan

VegetableStock

Limited

Company,China.Cucumber

seeds

weregrown

hydroponically

in

Hoaglandsolution.

Cucumber

seedlings

having

the

second

leaf

werenaturalized

into

substrate

of

vermiculite

and

treated

with

nutritionsolution

containing

0,

100,

200,

300,

500,

700,

900

mg·mL

Pb(NO3)2

.

Every

treatment

was

repeated

for

three

times.例4：镉胁迫对丽春桃树体中镉积累及根系生长的影响

试验设5个处理，待缓苗期间根系出现新发白色生长根时，更换新营养液，新营养液

中分别加入浓度

为1mg.L-1

，2

mg.L-1

，4

mg.L-1，8mg.L-1

，16

mg.L-1，64mg.L-1的Cd(NO3)2，以Cd1、Cd2、Cd4、

Cd8、Cd16、Cd64表示；以不加Cd(NO3)2为对照（Cd

0），其中对照溶液镉背景值为2.87µg.L-1

。试验设单

株小区，5次重复，随机区组排列。例5：嫁接对东北山樱根际细菌群落结构及多样性的

影响嫁接植株树龄约30年（东北山樱首次作为甜樱

桃砧木在该地坐地苗嫁接），植株生长健壮，品种

不详。未嫁接植株为相邻野生东北山樱。于2008年5

月1日，8月8日，11月4日（分别处于萌芽期，新梢

停长期，落叶期）采集根际土，对照土样采集自周

围无植物处。土样装入无菌袋内带回实验室，除去

杂物，过100目筛备用。例6：让盆土自然干旱，轻度干旱胁迫盆土含

水量12.56%；中度胁迫盆土含水量8.89%；重度

胁迫盆土含水量6.10%；以未受胁迫苗为对照，

对照盆土含水量74.29%。随机区组设计，单株

小区，每处理6盆苗。(土壤类型?

相对含水量)第二节

试验误差及其控制了解来源，通过人工措施或试验设计控制一、概念误

差

----

因

非

处

理

因

素

的

干

扰

而

产

生

的

差

异

（

偏

离

真

值），只能尽量减小，不能完全清除。原

因

：

1

）

条

件

难

一

致

；

2

）

抽

样

、

样

本

差

异

；

3

）

指

标

测定差错----过失、粗心造成的，可避免。根据来源和

性质特点的

，误差分为

系统误差和偶然

误

差

两种。杨洪杨强洪(山强东(山农东业农大业学大园学艺园学艺院学)

院)测验题：1、科学研究的类型有哪些？2、科学研究的基本要求是什么？

3、科研选题的原则是什么？1、系统（片面）误差试验条件的明显不一致造成的，偏离真值，准确度不够，

有规律，有倾向性，能够避免：管理技术的差异-----标准化管理立地条件，如肥力、地势趋势-----采用合理小区技术

研究人员掌握的标准------由同一个人操作，一个人测一个指标（一人改一题）仪器、设备、分析手段------用同一个2、偶然（随机）误差随机发生，难以完全避免，不知道什么原因，但服从

统计规律（正态分布），测量次数足够多时，可用统计手

段分离出来。二、误差来源试验条件、试验材料

、试验操作的差异1、试验条件1）土壤差异----地形或地貌、土壤肥力上山------土层厚度、土壤质地、小气候、地势

下滩------地下水位、土壤结构、肥力重茬连作-----分泌、微生物、营养成分、微域结构

2

）

小

气

候

-----

地

形

、

坡

向

、

沟

谷

、

防

护

林

、

建

筑

物

、大的水面、枝方位、相邻小区株高

、温室内的不同位置

3）作物群体间竞争引起误差2、植株差异繁殖方式：亲合性、接芽的异质性苗

木

基

础

、

树

龄

、

距

授

粉

树

的

远

近

、

栽

培

管

理

、

病

虫

害、生长势种子大小、质量、遗传因素果树产量变异---随树龄和小区增大而下降cv=s/x

苹

果

单

株

变

异

cv%=40~110%

（

初

果

期

105~110%

；

盛果期40~60%）；

4株小区cv%=26~47%葡萄单株变异cv%=17%；

梨单株变异cv%=42~63%

干周变异小于产量（梨单株产量变异cv%=42~63%----干周17~42%）3、试验操作带来的差异（记载、取样误差）测量记载的时间、工具（仪器）、调查者掌握的标准不

一致；取样方法、样本容量、样本本身有差别；树冠的不同方位4、一些不易被人们所控制的、偶然性的原因造成的

误差包

括

病

虫

害

、

鸟

害

、

人

畜

为

害

、

自

然

灾

害

等

偶

然

因

素

造

成

的

误

差

，

它

具

有

一

定

随

机

性

，

对

各

个

处

理

小

区

的

影

响

不

完

全相同。三、误差控制途径①试验地和供试材料的选择、②适当的小区技术、③统计

（一）试验地的选择1、试验地要有代表性地势、土质、肥力、耕作条件应能代表各地的条件在山区果园开发中选择肥沃、灌溉无忧的果园，推广价值不大

2、地势平坦高低不平会影响土壤水、肥分布山地应选等高线或梯田3、土壤肥力应均匀趋向性：点发性：肥力分布估测：（肥力变异系数大于20%不宜做试验地）

①杂草生长情况②树体调查结果：干周，树冠大小，新梢长度③

空

白

试

验

：

播

种

一

年

生

长

作

物

，

分

区

测

产

，

绘

产

量

分布图④土壤结构与肥力（有机度）实测分析（综合性差）4、位置要适当避免边际效应：①四周空旷，阳光充足；

②交通方便；③有发展余地；④

不要靠近大的建筑、水面、防护林，应避开道路、堆肥场所等

特殊地块。试验地四周应种有相应的植物，以免试验地孤立而遭受其

他偶然因素，如人、畜、鸟等的影响，造成意外损失。管理、观察记载和看护的放便。5、选作试验地的田块最好要有土地利用的历史纪录土地利用上的不同对土壤肥力的分布及均匀性有很大影响，

故要选用近年来在土地利用上是相同或相近的地块。（二）试验植株的选择1、供试品种要有代表性选主栽品种或计划发展的品种依据