田间试验设计和实施

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1、田间试验设计和实施田间试验设计和实施第一节第一节 田间试验的特点和要求田间试验的特点和要求1 1、田间试验的研究对象和材料是生物体本身、田间试验的研究对象和材料是生物体本身, ,由农作物或其他生物体本由农作物或其他生物体本身的反应来直接检测试验的效果身的反应来直接检测试验的效果, ,这是田间试验的重要特点。这是田间试验的重要特点。2 2、田间试验是在开放的自然条件下进行的，因而田间试验环境条件的、田间试验是在开放的自然条件下进行的，因而田间试验环境条件的差异易导致试验误差的产生。差异易导致试验误差的产生。二、田间试验的基本要求二、田间试验的基本要求1 1、试验目的要明确试验目的要明确2 2、试

2、验条件要有代表性试验条件要有代表性3 3、试验结果要可靠试验结果要可靠4 4、试验、试验结果具有重演性结果具有重演性一、田间试验的特点一、田间试验的特点第二节第二节 田间试验的误差与土壤差异田间试验的误差与土壤差异苦苦乐乐学学亦亦一、田间试验的误差一、田间试验的误差一）试验误差的概念一）试验误差的概念 试验测量值（观察值）与理论真值（客观存在的准确值）间的差异。试验测量值（观察值）与理论真值（客观存在的准确值）间的差异。1、偶然性误差（随机误差）：由于偶然性因素或其它不可控制的环境、偶然性误差（随机误差）：由于偶然性因素或其它不可控制的环境条件造成的观测值偏离处理真值的部分。条件造成的观测值偏

3、离处理真值的部分。2、系统误差：在一次试验中某个处理或某几个处理的观测值重复定向、系统误差：在一次试验中某个处理或某几个处理的观测值重复定向出现偏高或偏低的现象。出现偏高或偏低的现象。注意：由试验误差的概念我们知道，系统误差多数是由人为主观因注意：由试验误差的概念我们知道，系统误差多数是由人为主观因素造成的，所以系统误差是可以消除的。而随机误差是不可以消除素造成的，所以系统误差是可以消除的。而随机误差是不可以消除的，但是我们只要了解试验误差的来源并采取相应的措施，就可以的，但是我们只要了解试验误差的来源并采取相应的措施，就可以降低试验误差，从而达到提高试验精确度和准确度的目的。降低试验误差，从

4、而达到提高试验精确度和准确度的目的。二二)田间试验的误差来源田间试验的误差来源 1.试验材料固有的差异试验材料固有的差异 2.试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异 3.进行试验时外界条件的差异进行试验时外界条件的差异 三三)控制田间试验误差的途径控制田间试验误差的途径1.选择同质一致的试验材料选择同质一致的试验材料 2.改进操作和管理技术，使之标准化改进操作和管理技术，使之标准化 3.控制引起差异的外界主要因素控制引起差异的外界主要因素 田间试验过程中引起差异外界因素主要是土壤差异造成的，通常采用田间试验过程中引起差异外界因素主要是土壤差异造

5、成的，通常采用以下三种措施来降低由于土壤差异引起的试验误差以下三种措施来降低由于土壤差异引起的试验误差(1)选择肥力均匀的试验地选择肥力均匀的试验地(2)试验中采用适当的小区技术试验中采用适当的小区技术(3)应用合理的试验设计应用合理的试验设计事事业业成成功功来来自自奋奋斗斗二、试验地的土壤肥力差异二、试验地的土壤肥力差异二二)土壤肥力差异的产生土壤肥力差异的产生1 1、土壤在形成过程中造成的差异土壤在形成过程中造成的差异2 2、土壤利用过程中造成的土壤肥力差异土壤利用过程中造成的土壤肥力差异三）土壤肥力差异的种类三）土壤肥力差异的种类1 1、趋向式肥力差异趋向式肥力差异 2、斑块式肥力差异斑

6、块式肥力差异 四）减少土壤差异的措施四）减少土壤差异的措施1 1、均地播种或绿肥掩青均地播种或绿肥掩青2 2、试验地轮换使用试验地轮换使用 一一)土壤肥力差异的测定土壤肥力差异的测定测定方法：空白试验测定方法：空白试验高高低低三、试验地的选择三、试验地的选择1、要有代表性，能够代表将来准备推广试验结果地区的、要有代表性，能够代表将来准备推广试验结果地区的自然条件和生产条件自然条件和生产条件 。2、土壤肥力均匀，地势平坦、土壤肥力均匀，地势平坦。 3、位置适当，避开树木、高大建筑物、交通要道、容、位置适当，避开树木、高大建筑物、交通要道、容易受人畜禽糟蹋的地方。易受人畜禽糟蹋的地方。第三节第三节

7、 田间试验设计的原则田间试验设计的原则一、重复原则一、重复原则(replication) 试验中同一处理种植的小区数即为重复次数试验中同一处理种植的小区数即为重复次数 2、重复的作用、重复的作用（1）估计试验误差）估计试验误差 （2）降低试验误差，提高试验精确度）降低试验误差，提高试验精确度 3、重复次数的确定、重复次数的确定 田间试验：田间试验：3-4次为宜次为宜实验室实验：实验室实验：5-6次为宜次为宜 1、定义：、定义：二、随机排列原则二、随机排列原则是指一个处理或处理组合被安排在哪一个试验小区靠随是指一个处理或处理组合被安排在哪一个试验小区靠随机方法确定，而不受人的主观影响机方法确定，

8、而不受人的主观影响2、随机排列的作用、随机排列的作用（1）避免系统误差）避免系统误差（2）随机排列与重复相结合可以提供一个无偏的试验误差无偏估值随机排列与重复相结合可以提供一个无偏的试验误差无偏估值3、随机排列的方法、随机排列的方法 （1）随机数字表法）随机数字表法（2）抽签法）抽签法1、定义：、定义：三、局部控制原则三、局部控制原则指分范围分地段控制非处理因素，使这些非处理因素对处理的指分范围分地段控制非处理因素，使这些非处理因素对处理的影响能够最大限度趋向一致影响能够最大限度趋向一致 将试验地划分成等于重复数的区组，各处理在一个区组将试验地划分成等于重复数的区组，各处理在一个区组内只出现一

9、次，区组内的小区数等于处理数内只出现一次，区组内的小区数等于处理数 划分区组时应使区组的长边划分区组时应使区组的长边应与肥力梯度垂直，小区的应与肥力梯度垂直，小区的长边应与肥力梯度平行。长边应与肥力梯度平行。可有效降低由于试验地肥力可有效降低由于试验地肥力差异而引的试验误差，提高差异而引的试验误差，提高试验准确性试验准确性 1、定义：、定义：2、局部控制方法：、局部控制方法：3、局部控制的作用、局部控制的作用高高低低注意：注意：第四节第四节 控制土壤差异的小区技术控制土壤差异的小区技术一、试验小区的面积一、试验小区的面积1、试验小区（、试验小区（experimental plot）：在田间试验

10、中，安排一个处理的小）：在田间试验中，安排一个处理的小块地段称试验小区，简称小区块地段称试验小区，简称小区(plot) 2、小区面积与试验误差的关系、小区面积与试验误差的关系CV小区面积小区面积 试验误差试验误差随着小区面积的增加而减小，但面积随着小区面积的增加而减小，但面积增加到一定程度误差减少的幅度变小，因此，小增加到一定程度误差减少的幅度变小，因此，小区面积不能无限增大区面积不能无限增大 。作物种类作物种类试验类型试验类型试验环境差异试验环境差异其它其它 （如边际效应或生长竞争）（如边际效应或生长竞争）3、小区面积的确定、小区面积的确定第四节第四节 控制土壤差异的小区技术控制土壤差异的小

11、区技术二、小区的形状二、小区的形状是指小区长度与宽度的比例是指小区长度与宽度的比例 长方形长方形(狭长形）小区狭长形）小区 正方形小区正方形小区3-10 : 1长方形小区长方形小区正方形小区正方形小区1、小区的形状：、小区的形状：2、小区的种类：、小区的种类：3、长方形小区的长宽比：、长方形小区的长宽比：注意：注意：1、当土壤肥力呈梯度变化时，小区的方向必、当土壤肥力呈梯度变化时，小区的方向必 须使长的一边与肥力变化方向平行，区组方向与须使长的一边与肥力变化方向平行，区组方向与肥力梯度方向垂直；肥力梯度方向垂直；2、边际效应较大时，采用方形小区更有利。、边际效应较大时，采用方形小区更有利。三、

12、重复次数三、重复次数ACKBCCKDDCKCBCKA 试验重复次数的确定依据：试验次数多少根据试验所要求的精确度、试验地试验重复次数的确定依据：试验次数多少根据试验所要求的精确度、试验地土壤差异大小、试验材料如种子的数量、试验地面积、小区大小等具体情况而土壤差异大小、试验材料如种子的数量、试验地面积、小区大小等具体情况而定。一般情况下田间试验重复定。一般情况下田间试验重复3-4次次,实验室试验重复实验室试验重复5-6次次. 四、对照区的设置四、对照区的设置对照是处理的比较标准，以对照是处理的比较标准，以CK（check）表示表示 （1）衡量处理的优劣）衡量处理的优劣（2）估计和矫正试验单位的差

13、异）估计和矫正试验单位的差异对对照照顺顺序序排排列列CECKADBDCAEBCK对对照照随随机机排排列列五、保护行五、保护行(区）的设置区）的设置1、设置保护行的目的、设置保护行的目的（1）保护试验材料免受人畜损害）保护试验材料免受人畜损害（2）减少边际效应的影响）减少边际效应的影响2、设置保护行原则、设置保护行原则（1）保护行需设置）保护行需设置4行以上，太少达不到预期目的行以上，太少达不到预期目的 （2）成熟期应早于处理，这样保护行可提前收获，减少混杂，同）成熟期应早于处理，这样保护行可提前收获，减少混杂，同时也可减少鸟类危害时也可减少鸟类危害六、区组（六、区组（block）的排列）的排列

14、1、定义：指安排全部处理小区的相对同质的一块土地、定义：指安排全部处理小区的相对同质的一块土地 2、区组排列的原则：同一区组内土壤肥力尽可能相对一致，区组、区组排列的原则：同一区组内土壤肥力尽可能相对一致，区组间土壤肥力可以有差异间土壤肥力可以有差异 3、区组的排列方式：可排成一排也可排成两排或多排，这要依据试、区组的排列方式：可排成一排也可排成两排或多排，这要依据试验地的地形及肥力差异情况而定验地的地形及肥力差异情况而定 第五节第五节 常用的田间试验设计常用的田间试验设计一、顺序排列的试验设计一、顺序排列的试验设计一）对比试验设计一）对比试验设计二）间比试验设计二）间比试验设计二、随机排列的

15、试验设计二、随机排列的试验设计一）完全随机试验设计一）完全随机试验设计二）随机区组试验设计二）随机区组试验设计三）裂区试验设计三）裂区试验设计一、顺序排列的试验设计一、顺序排列的试验设计一一) 对比法设计对比法设计(contrast design)1、设计特点：每一供试处理的设计特点：每一供试处理的小区均直接按某种顺序排列于小区均直接按某种顺序排列于对照区的旁边，即每隔两个处对照区的旁边，即每隔两个处理小区有一对照区，重复间的理小区有一对照区，重复间的小区排列有阶梯式和逆向式两小区排列有阶梯式和逆向式两种排列方法种排列方法 现有现有6个小麦品种进行产量试个小麦品种进行产量试验，依据株高进行编号

16、为验，依据株高进行编号为1、2、3、4、5、6、对照为、对照为CK案例：案例：41ck 23ck54ck6保保护护行行保保护护行行保保护护行行保保护护行行5ckckck6123走走 道道保保护护行行保保护护行行保保护护行行保保护护行行1ck 23ck54ck66ckckck54321走走 道道2、对比试验设计优缺点、对比试验设计优缺点设计较简单，每一处理均与对照相邻，容易观察比较，且设计较简单，每一处理均与对照相邻，容易观察比较，且处理与邻近对照相比较，精确度高。处理与邻近对照相比较，精确度高。缺点：缺点： （1） CK所占的小区太多，导致试验地面积过大，增加了工所占的小区太多，导致试验地面积

17、过大，增加了工作量和成本，试验很不经济，作量和成本，试验很不经济，（2）没有遵循随机排列原则，不能无偏估计试验误差，）没有遵循随机排列原则，不能无偏估计试验误差，试验结果无法应用统计学方法进行数据分析。试验结果无法应用统计学方法进行数据分析。3、应用范围：、应用范围：多应用于处理数目较少的试验特别是生产示范试验多应用于处理数目较少的试验特别是生产示范试验 。优点：优点：二二) 间比法设计间比法设计(interval contrast design)1、设计特点：首尾两个小区为、设计特点：首尾两个小区为CK，每两个，每两个CK之间排列数目相同的处理之间排列数目相同的处理小区（小区（4个或个或9个

18、、个、14个、个、19个）；若不能将所有处理安排在同一条地块个）；若不能将所有处理安排在同一条地块上，需设置额外对照（上，需设置额外对照（EXCK），不同重复的排列可用逆向式或阶梯式），不同重复的排列可用逆向式或阶梯式 .CK12345678CKCK保保 护护 行行保保 护护 行行CK87654321CKCK保保 护护 行行保保 护护 行行走走 道道走走 道道保保 护护 行行保保 护护 行行间间比比试试验验田田间间种种植植图图2、间比试验设计的优缺点、间比试验设计的优缺点 优点：设计简单，可容纳更多的处理优点：设计简单，可容纳更多的处理 。 缺点缺点：（：（1）试验的精确度较差；）试验的精确度

19、较差； （2）没有遵循随机排列原则，不能无偏估计试验误差，）没有遵循随机排列原则，不能无偏估计试验误差， 试验结果无法应用统计学方法进行数据分析。试验结果无法应用统计学方法进行数据分析。3、应用范围：主要用于育种的前期阶段，材料较多而精确度要求、应用范围：主要用于育种的前期阶段，材料较多而精确度要求相对较低，如新品系的产量鉴定试验。相对较低，如新品系的产量鉴定试验。二、随机排列的试验设计二、随机排列的试验设计一一)完全随机设计完全随机设计(completely random design)1、设计特点：先划分小区或确定试验单位，小区数、设计特点：先划分小区或确定试验单位，小区数=处理（组合）数

20、处理（组合）数重复数，然后把处理或处理组合随机地安排在试验小区内。重复数，然后把处理或处理组合随机地安排在试验小区内。 案例：现有案例：现有A、B、D、C、E 共共5个小麦品种进行比较试验，重复个小麦品种进行比较试验，重复3次次（2）给每品种进行编号：）给每品种进行编号：A（1）,A（2）,A（3）,B（4）,B（5）,B（6）,C（7）C（8）,C（9）,D（10）,D（11）,D（12），），E（13）,E（14）,E（15）（3）采用随机数字表法或摸球法产生随机数字）采用随机数字表法或摸球法产生随机数字（1）划分小区：小区数）划分小区：小区数=5X3=15案例分析：案例分析：AAABBB

21、CCCDDDEEE9511513147832101211642、完全随机试验设计的优缺点、完全随机试验设计的优缺点 优点：优点：（1）有遵循了重复和随机原则，设计相对简单，试）有遵循了重复和随机原则，设计相对简单，试验结果能够进行统计分析；验结果能够进行统计分析； （2）完全随机设计中各处理或处理组合的重复数可以相）完全随机设计中各处理或处理组合的重复数可以相等，也可以不等，方便灵活等，也可以不等，方便灵活 。缺点：由于没有设置区组，所以就没有局部控制，不能有缺点：由于没有设置区组，所以就没有局部控制，不能有效地控制试验误差效地控制试验误差 。3、完全随机试验设计的应用范围、完全随机试验设计的

22、应用范围 此种设计适用于试验环境比较均匀一致的试验，如：盆栽此种设计适用于试验环境比较均匀一致的试验，如：盆栽试验、室内实验等。试验、室内实验等。二）随机区组试验设计二）随机区组试验设计现有一试验：有现有一试验：有A A、B B、C C、D D、E E 共共5 5个小麦新品种，需比较个小麦新品种，需比较它们在产量上是否存在显著差异，重复它们在产量上是否存在显著差异，重复3 3次，试验地具有趋次，试验地具有趋向式肥力差异，试选用合适的田间试验设计。向式肥力差异，试选用合适的田间试验设计。案例：案例： 1. 1.设计步骤：设计步骤：（1 1）划分区组：区）划分区组：区组的个数等于重复组的个数等于重

23、复次数，区组排列方次数，区组排列方向与环境变异方向向与环境变异方向一致。一致。（2 2）划分小区：小）划分小区：小区数等于处理数，区数等于处理数，小区的排列方向与小区的排列方向与环境变异方向垂直。环境变异方向垂直。（3 3）随机排列：所）随机排列：所有处理在每一区组有处理在每一区组内小区间随机排列。内小区间随机排列。 EBDACEBDACDCABE保保 护护 行行保保 护护 行行保保 护护 行行保保 护护 行行保保 护护 行行保保 护护 行行走走 道道走走 道道走走 道道走走 道道保保 护护 行行保保 护护 行行高高低低河南省小麦区试试验河南省小麦区试试验随机区组试验设计随机区组试验设计保护行

24、保护行处理处理组区组区走道走道2.2. 优点优点（1 1）设计简单，易于掌握；）设计简单，易于掌握；（2 2）富有弹性，适用于单因素、多因素试验；）富有弹性，适用于单因素、多因素试验；（3 3）可以控制单向肥力差异引起的试验误差；）可以控制单向肥力差异引起的试验误差；（4 4）遵循了田间试验设计的三个原则）遵循了田间试验设计的三个原则3.3. 缺点缺点（1 1）处理数不宜过多，一般不超过）处理数不宜过多，一般不超过2020个；个；（2 2）不能控制双向土壤差异。）不能控制双向土壤差异。4.4.适用范围适用范围 田间试验中最常用的试验设计，对试验精确度要求较田间试验中最常用的试验设计，对试验精确

25、度要求较高，处理数在高，处理数在1515个左右的单因素和多因素试验均适用。个左右的单因素和多因素试验均适用。三三)裂区试验设计裂区试验设计(split-plot design)1、裂区试验设计的方法、裂区试验设计的方法把试验地划分成区组，区组数等于重复数，区组的排列方向与环把试验地划分成区组，区组数等于重复数，区组的排列方向与环境变异方向一致境变异方向一致,区组之间设置走道，区组两端及四周设置保护行区组之间设置走道，区组两端及四周设置保护行 在每一区组内划分主区，主区等于主处理数在每一区组内划分主区，主区等于主处理数,主处理在每一主处理在每一区组内的主区间随机排列区组内的主区间随机排列在每一主

26、区内划分副区，副区等于副处理数，副处在每一主区内划分副区，副区等于副处理数，副处理在每一主区内的副区间随机排列理在每一主区内的副区间随机排列 注意：注意：在裂区设计中由于副区之间的试验条件比主区之间更为接近，因此，副在裂区设计中由于副区之间的试验条件比主区之间更为接近，因此，副区的试验误差小于主区的试验误差，所以我们常把研究因素中比较重要的那个因区的试验误差小于主区的试验误差，所以我们常把研究因素中比较重要的那个因素放在副区内称为副处理素放在副区内称为副处理。 （1）划分区组：）划分区组：（2）划分主区和）划分主区和 主处理随机排列：主处理随机排列：（3）划分副区和）划分副区和 副处理随机排列

27、：副处理随机排列： 在多因素实验中，如果处理组合数不太多，且各个因素的在多因素实验中，如果处理组合数不太多，且各个因素的效应同等重要时，可采用随机区组设计；但如果处理组合数较效应同等重要时，可采用随机区组设计；但如果处理组合数较多而且又有一些特殊要求时又应该怎么做呢？多而且又有一些特殊要求时又应该怎么做呢？案例案例1：为研究小麦新品种豫农：为研究小麦新品种豫农202的高产栽培措施，现的高产栽培措施，现设置一试验，其中灌水量设置设置一试验，其中灌水量设置3个水平，分别为个水平，分别为A1、A2、A3,密度设置密度设置3个水平个水平,分别为分别为B1、B2、B3，要求重复，要求重复3次，试设计一个

28、合理的田间试验。次，试设计一个合理的田间试验。案例分析：本试验中灌水对周围影响较大，为减少因此案例分析：本试验中灌水对周围影响较大，为减少因此而造成的试验误差需设置较大小区面积，所以应采用裂而造成的试验误差需设置较大小区面积，所以应采用裂区试验设计，把灌水的各处理放在主区内，把密度的各区试验设计，把灌水的各处理放在主区内，把密度的各处理放在副区内处理放在副区内 。第一步：划分第一步：划分3个区组，个区组，区组之间设置走道，区组之间设置走道，并在区组两端及四周并在区组两端及四周设置走道和保护行设置走道和保护行 第二步：因为主处理第二步：因为主处理有有3个，所以在每个个，所以在每个区组内划分区组内

29、划分3个主区个主区,主处理在每一重复的主处理在每一重复的主区内随机排列主区内随机排列第三步：因为有第三步：因为有3个个副处理，所以在每一副处理，所以在每一主区内划分主区内划分3个副区个副区 ,副处理在每一主区内副处理在每一主区内的副内随排列的副内随排列 高高低低走走 道道保保 护护 行行保保 护护 行行走走 道道走走 道道保保护护行行保保护护行行保保护护行行保保护护行行保保护护行行保保护护行行走走 道道A3A1A2A3A2A1A1A2A3B2B1B3B1B3B2B2B3B1B2B3B1B2B3B1B1B3B2B3B1B2B1B2B3B2B3B1 案例案例2:2:有一个含四个品种的苹果品种比较试

30、验，是三次有一个含四个品种的苹果品种比较试验，是三次重复的随机区组。田间排列如图。重复的随机区组。田间排列如图。 几年后，苹果结几年后，苹果结果了，为了考察施果了，为了考察施肥对不同品种的效肥对不同品种的效应，又要安排一个应，又要安排一个由三种肥料（由三种肥料（、）构成的考）构成的考察因素。用裂区设察因素。用裂区设计。计。豫农豫农202播期播量裂区试验播期播量裂区试验10月月21日日10月月7日日10月月14日日播量播量1播播量量4播播量量2播播量量32、裂区试验设计的优缺点、裂区试验设计的优缺点优点：优点： （1）对更多特殊要求的二因素试验比较适合）对更多特殊要求的二因素试验比较适合 （2）

31、满足田间试验设计的三个基本原则，能够较为精确地估）满足田间试验设计的三个基本原则，能够较为精确地估计出试验误差计出试验误差 缺点：缺点： 设计比较复杂设计比较复杂 3、裂区试验设计的应用范围、裂区试验设计的应用范围（1）一个因素比另一个因素需要更大的面积的试验）一个因素比另一个因素需要更大的面积的试验（2）两个因素处理的精确度不一样）两个因素处理的精确度不一样（3）两个因素的效应差异较大）两个因素的效应差异较大,或主要考察的是两因素间的交互作用，或主要考察的是两因素间的交互作用，而不是主效应而不是主效应(4) 单因素试验已实施单因素试验已实施,需增加一个因素需增加一个因素本章小结本章小结重点掌

32、握内容重点掌握内容1、两个概念：试验误差，系统误差、两个概念：试验误差，系统误差2、田间试验误差的来源及其控制措施、田间试验误差的来源及其控制措施3、土壤肥力差异的测验方法，土壤肥力差异的表现形式、土壤肥力差异的测验方法，土壤肥力差异的表现形式4、田间试验设计的原则及其作用、田间试验设计的原则及其作用5、常用的、常用的5种田间试验设计方法种田间试验设计方法思考题思考题1、采取哪些综合措施可以有效降低田间试验误差和消除系统误差？、采取哪些综合措施可以有效降低田间试验误差和消除系统误差？2、针对不同的试验如何选择合理的田间试验设计，依据是什么？、针对不同的试验如何选择合理的田间试验设计，依据是什么？作业：作业：P34页，；页，；