试验设计与统计分析Experimental design and statistics主编：明道绪副主编：欧阳西荣 谭章林 徐向宏 马朝芝北京：科学出版社出版 20057 第一章 田间试验第一节 田间试验概述一、 田间试验的意义、任务与要求（一） 田间试验的意义与特点 田间试验(field experiment）是指在田间土壤、自然气候等环境条件下栽培作物，并进行与作物有关的各种科学研究的试验.作物生产是在田间进行的，田间是各种农作物的基本生活环境,作物的产量、品质及特征特性的表现，是田间各种环境条件综合作用的结果要选育新的高产优质品种、认识作物的生长发育规律、或探索新的增产技术措施，都必须在大面积生产的田间条件下进行试验.对于新的科研成果、或从外地引进的新品种、新技术是否增产显著等等，也必须在田间条件下进行比较试验，以确定其推广应用价值.因此,在解决农业生产实际问题而进行的农业科学研究中，田间试验占有重要的和不可替代的地位由于农业科学试验材料和内容的复杂性，除田间试验外,还须采用多种试验方式，如实验室试验、温室试验等实验室或温室试验能较严格地控制在田间条件下难以控制的某些试验条件(如温度、光照、土壤水分等），有助于揭示作物生长发育规律；利用人工气候箱(室）进行试验，可对温度、湿度、日照和光强等同时调节，模拟某种自然气候条件,对于研究农业生产的理论问题具有重大的意义。
但这些试验研究结果能不能在大田生产中应用，都还必须经过田间试验的检验.因此，田间试验是大面积推广农业科技成果的准备阶段，是农业科学试验的重要形式田间试验除了试验研究因素的变动以外，其他环境条件就是或接近大面积生产的有代表性的条件,其研究成果应用到实际生产中就容易获得预期的效果，容易实现大面积推广因此，田间试验获得的科技成果,可很快转化为现实生产力田间试验与环境条件以及农业生产条件密切相关，概括起来具有以下几个主要特点：1、研究的对象和材料是农作物，以农作物生长发育的反应作为试验指标研究其生长发育规律、各项栽培技术或条件的效果不同作物各有不同的遗传特性，同一作物的不同品种也具有不同的遗传特性，有其自身的生长发育规律，对外界环境条件各有不同的反应，要求一定的适宜条件才能满足其正常生长发育而田间试验是在自然的条件下进行试验,自然条件是多变的，要保证田间试验结果可靠，必须在不同环境条件下进行一系列的田间试验，才能确定作物品种及其相应的栽培技术的适宜区域.2、田间试验具有严格的地区性和季节性农业生产的最大特点之一是地区性很强.任何优良品种、栽培技术、病虫害防治措施等，都因时间、地点和条件的不同而表现出不同的效果。
在一个地区进行田间试验获得的研究成果，最适宜在当地推广应用；从外地引进的新品种、新技术都必须在当地进行田间试验，以确定其推广应用价值由于农作物生长发育受到气候条件的影响和限制，所以田间试验的季节性很强而且,田间试验的周期长，从试验开始到结束,常常需要农作物的整个生长季节,有的一年只能进行一次，有的试验还要继续进行若干年，才能获得结果.3、田间试验普遍存在试验误差.由于田间试验受到所有外界环境条件的影响，特别是受到客观存在的土壤差异的影响，使田间试验的结果包含着试验误差.因此，在进行田间试验的过程中，既要讲求田间试验技术,试验材料具有足够的代表性，还要注意取样技术等问题，尽量减少试验误差，又要应用生物统计方法来分析试验资料，以正确估计误差，得到可靠的结论二）田间试验的任务 田间试验的主要任务包括以下几个方面：1、田间试验的根本任务是在自然或田间条件下选育和鉴定新的作物品种和改进农业生产技术,客观地评定优良品种及其适应区城，研究各项增产技术措施及其应用范围，使科研成果能够合理地应用和推广，尽快转化为生产力，发挥其在农业生产上的作用2、田间试验是联系农业科学与生产实践的桥梁农业科学的成果和理论，通过田间试验被广泛地应用到农业生产实践中去，生产实践的经验通过田间试验上升到理论，就能更有效地指导农业生产。
3、田间试验研究成果可推动农业生产和农业科学向前发展通过田间试验探索农作物的生长发育规律及其与自然环境和栽培条件的关系，制定出合理而有效的增产技术措施，以实现农业的高产、优质、高效还可以做出示范，推动大面积生产同时，推广、传授先进技术，培养农技人员,促进农业技术革命，提高农业科学水平三）田间试验的要求 农作物生长在开放环境的土壤中，始终受到各种外界环境因素的综合影响，各地的环境条件不同，对作物的生长发育具有不同的影响，在不同环境条件下的试验结果不尽相同由于田间试验的环境条件难以精确控制,增加了进行试验的复杂性,试验结果一般都存在或大或小的试验误差为了有效地做好试验，使试验结果能够在提高农业生产和农业科学的水平上发挥应有的作用，对田间试验的要求是：1、试验目的要明确 为了提高农业生产水平和效益，推动农业科学的发展，在深入生产实际调查和阅读大量参考文献的基础上，选择有科学性、针对性、现实性、先进性、预见性的研究课题进行试验研究，要能够解决当前生产中的实际问题、选育出新的作物品种、研究出新的农业生产技术或综合配套措施对试验的预期结果要心中有数，进行试验前最好能对试验结果提出符合科学理论的假说。
2、试验要有代表性和先进性 代表性是指进行田间试验的条件要能够代表其研究结果将要推广应用地区的自然条件和生产水平，这决定了试验结果的可能推广利用程度和研究成果的应用价值.否则由于农业生产的地域性，研究成果的推广应用就会受到限制试验的先进性是指试验研究除了结合当前实际外，还要考虑到农业生产的发展前景，试验条件既要代表目前水平，还要注意到将来可能被广泛采用的条件,考虑到其他学科的发展对农业生产的影响，使试验结果既能符合当前需要,有推广市场，又要有一定先进性，推动农业生产和农业科学的发展.3、试验结果要正确可靠 田间试验的结果是用来指导大田生产的，其研究结果必须正确可靠，才能保证研究结果的推广应用给农业生产产生应有效益而田间试验中的误差常常是难以避免的，试验误差影响研究结果的正确性，这就要求在进行田间试验的过程中，必须严格控制试验条件，尽可能减少试验误差,要努力提高试验的准确性和精确性，使试验结果正确、可靠准确性（accuracy)也叫准确度,指在试验中某一试验指标或性状的观测值与其真值接近的程度设某一试验指标或性状的真值为μ，观测值为 x，若 x与μ相差的绝对值|x－μ|小，则观测值x的准确性高；反之则低。
精确性(precision)也叫精确度，指试验中同一试验指标或性状的重复观测值彼此接近的程度若观测值彼此接近，即任意二个观测值xi 、xj 相差的绝对值 | xi－ xj | 小,则观测值精确性高；反之则低.试验的准确性、精确性合称为正确性.由于真值μ常常不知道，所以准确性不易度量，但利用统计方法可度量精确性要保证试验结果具有较高的准确性和精确性，要注意：(1)试验条件要一致，除了处理因素外，其它一切管理措施和条件要尽可能相同；（2）准确地执行各项试验技术，避免发生人为的错误；（3）观察记载标准要明确、一致，同一项目或性状最好由相同人员完成4、试验结果要具有重演性 试验结果的重演性是指在相同的条件下再次进行同一试验，应能获得与原试验相同的结果.只有试验结果符合客观规律、能够重演，才有推广应用价值试验结果的重演性取决于试验的正确执行和试验条件的代表性一般说来，只要试验条件的代表性和一致性好，试验结果正确，试验结果是能够重演的.与实验室里精确控制试验条件的化学、物理试验结果可准确地重复不完全一样,田间试验中不仅农作物本身具有变异性，在作物生长发育的过程中，更是受到各种环境条件变化的影响，可允许试验结果略有出入(如产量略高或略低一点）,但试验结果表现出来的规律和变化趋势应一致.为了避免环境条件特殊变化影响试验结果的正确性，保证试验结果能够重演，可将试验在多种试验条件下重复进行多次，例如品种区域试验常常在多个地点进行2-3年，以对各供试品种进行全面正确评价.二、 田间试验常用术语（一） 试验指标（experimental index） 用来衡量试验结果的好坏或处理效应的高低，在试验中具体测定的性状或观测的项目称为试验指标。
由于试验目的不同,选择的试验指标也不相同.农业试验中许多数量性状和质量性状都可以作为试验指标如作物的产量及其构成因子、农产品品质指标等等二） 试验因素（experimental factor） 指试验中人为控制的、影响试验指标的原因例如研究小麦高产栽培技术时，品种、密度、播种期、施N量等都对产量有影响，均可作为试验因素当试验中考察的因素只有一个时，称为单因素试验；若同时研究两个或两个以上的因素对试验指标的影响,则称为两因素或多因素试验试验因素常用大写字母A、B、C、…等表示三） 因素水平（factor level） 对试验因素所设定的量的不同级别或质的不同状态称为因素的水平，简称水平例如比较5个小麦品种产量的高低，这5个小麦品种就是品种这个试验因素的5个水平；研究4种施N量对小麦产量的影响，这4种特定的施N量就是施N量这一试验因素的4个水平因素水平用代表该因素的字母添加下标1,2，…,来表示如A1、A2、…，B1、B2、…，等.（四） 试验处理（experimental treatment） 事先设计好的实施在试验单位上的具体项目叫试验处理，简称处理在单因素试验中，实施在试验单位上的具体项目就是试验因素的某一水平。
例如进行小麦品种比较试验时，实施在试验单位上的具体项目就是种植某一品种小麦所以进行单因素试验时，试验因素的一个水平就是一个处理在多因素试验中,实施在试验单位上的具体项目是各因素的某一水平组合例如进行3个小麦品种和4种播种密度的两因素试验，整个试验共有34=12个水平组合，实施在试验单位上的具体项目就是某小麦品种与某播种密度的结合.所以，在多因素试验时,试验因素的一个水平组合就是一个处理五） 试验小区（experimental plot) 安排一个试验处理的小块地段称为试验小区，简称小区.（六） 试验单位(experimental unit) 亦称试验单元,是指施加试验处理的材料单位这个单位可以是一个小区，也可以是一穴、一株、一穗、一个器官等七） 总体（population) 根据试验研究目的确定的研究对象的全体称为总体（population），其中的一个研究单位称为个体(individual）个体是统计研究中的最基本单位,根据研究目的，它可以是一株植物，一个稻穗，也可以是一种作物，一个作物品种等八） 有限总体（finite population）与无限总体（infinite population) 包含无穷多个个体的总体称为无限总体；包含有限个个体的总体称为有限总体.（九） 样本（sample） 从总体中抽取的一部分供观察测定的个体组成的集合，称为样本。
对一个总体的研究，可以对总体中所有个体作全面观测，但耗费人力物力太多，难以实施;而且，试验研究过程中有些观测手段具有破坏性，即使总体容量不太大,也不允许对所有个体一一进行考察，多数情况下只能从总体中抽取一部分个体即样本进行观察测量 由样本特征来推断其总体性质是统计分析的基本手段，为此，样本必须具有较好的代表性，这就要求抽样应符合随机性和独立性两个要求，即总体的各个体具有同等的概率被抽取,且每次抽取一个个体后不影响下次抽样时各个体被抽取的概率从总体中采用随机方法抽取的样本称为随机样本（random sample）.随机样本具有较好的代表性十） 样。