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1、第二章 田间试验的设计与实施,第一节 田间试验的特点和要求第二节 田间试验的误差与土壤差异第三节 田间试验设计的原则第四节 控制土壤差异的小区技术第五节 常用的田间试验设计第六节 田间试验的布置与管理第七节 田间试验的观察记载和测定第八节 温室与实验室的试验,第一节 田间试验的特点和要求,一、田间试验的特点二、田间试验的基本要求,一、田间试验的特点(1)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，这是田间试验的重要特点。试验材料本身便存在产生试验误差的多种因素。(2)田间试验是在开放的自然条件下进行的，因而田间试验的环境条件也存在着导致试验产生试验误差，包括系统误差和随机误差的多种可能
2、性。,二、田间试验的基本要求,(1)试验目的要明确(2)试验条件要有代表性(3)试验结果要可靠(4)试验结果要能够重演(5)体现唯一差异原则,第二节 田间试验的误差与土壤差异,一、田间试验的误差二、试验地的土壤差异三、试验地选择和培养,一、田间试验的误差,(一)田间试验的误差来源,(1)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(3)进行试验时外界条件的差异,(二)控制田间试验误差的途径,(1)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(3)控制引起差异的外界主要因素,选择肥力均匀的试验地；试验中采用适当的小区技术；应用良好的试验设计和相应的统计分析。
3、,二、试验地的土壤差异,试验地的土壤差异来源,（1）由于土壤形成的基础不同，历史原因造成土壤的物理性质与化学性质方面有很大差异；（2）由于在土地利用上的差异，如种植不同作物，以及在耕作、栽培、施肥等农业技术上的不一致等。,土壤差异集中地表现为土壤肥力的差异。以往研究证明，土壤差异具有持久性。,测定土壤差异程度的方法,最简单的方法是目测法，即根据前茬作物生长的一致情况加以评定。更精细地测定土壤肥力差异，可采用空白试验或均一性试验。,空白试验(blank test)即在整个试验地上种植单一品种的作物，这种作物以植株较小而适于条播的谷类作物为好。在整个作物生长过程中，从整地到收获，采用一致的栽培和管
4、理措施，并对作物生长情况作仔细观察，遇有特殊情况如严重缺株、病虫害等，应注明地段、行数以作为将来分析时的参考。收获时，将整个试验地划分为面积相同的大量单位小区，依次编号，分开收获，得到产量数据。根据各单位小区的数据，可以画成产量连续面积图或等肥线图(图2.1）。,图2.1 土壤肥力变异图,土壤差异通常有两种表现形式：一种形式是肥力高低变化较有规则，即肥力从大田的一边到另一边逐渐改变，这是较为普通的肥力梯度形式；另一种形式是斑块状差异，即田间有较为明显的肥力差异的斑块，面积可大可小，分布亦无一定的规则。,三、试验地选择和培养,(1)试验地的土壤肥力要比较均匀一致。(2)选择的田块要有土地利用的历
5、史记录。(3)试验地最好选平地，在不得已的情况下，可采用同一方向倾斜的缓坡地，但都应该是平整的。(4)试验地的位置要适当。(5)对拟选作试验用的田块，特别是在建立固定的试验地时，除掌握整个试验地的土壤一般情况及土地利用历史外，若有可能，最好还要进行空白试验。(6)试验地采用轮换制，试验单位至少应有二组以上试验地，一组田块进行试验，另一组的田块则进行匀田种植，以备轮换。,第三节 田间试验设计的原则,田间试验设计(field experiment design),广义-是指整个试验研究课题的设计，包括确定试验处理的方案，小区技术，以及相应的资料搜集、整理和统计分析的方法等；,狭义-专指小区技术，特
6、别是重复区和试验小区的排列方法。,科学田间试验设计的三个基本原则,1.重复(replication)2.随机(random)3.局部控制(local control),1.重复(replication)试验中同一处理种植的小区数即为重复次数。重复的作用:估计试验误差 试验误差是客观存在的，但只能由同一处理的几个重复小区间的差异估得。同一处理有了二次以上重复，就可以从这些重复小区之间的产量(或其它性状)的差异估计误差。降低试验误差 数理统计学已证明误差的大小与重复次数的平方根成反比。重复多，则误差小，有四次重复的试验，其误差将只有二次重复的同类试验的一半。此外，通过重复也能更准确地估计处理效应。
7、,2.随机(random)随机是指一个区组中每一处理都有同等的机会设置在任何一个试验小区上，避免任何主观成见。进行随机排列的方法:抽签法计算器(机)产生随机数字法利用随机数字表(附表1)。,3.局部控制(local control)局部控制就是将整个试验环境分成若干个相对最为一致的小环境，再在小环境内设置成套处理，即在田间分范围分地段地控制土壤差异等非处理因素，使之对各试验处理小区的影响达到最大程度的一致。因为在较小地段内，试验环境条件容易控制一致。这是降低误差的重要手段之一。,重 复,随 机,局部控制,无偏的试验误差估计,降低试验误差,图2.2 田间试验设计三个基本原则的关系和作用,第四节
8、控制土壤差异的小区技术,一、试验小区的面积二、小区的形状三、重复次数四、对照区的设置五、保护行的设置六、重复区(或区组)和小区的排列,一、试验小区的面积,小区(plot)-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(plot)。,试验小区面积的大小，一般变动范围为660m2。而示范性试验的小区面积通常不小于330m2。,可以从以下各方面考虑确定一个具体试验的小区面积：,试验种类：(2)作物的类别(3)试验地土壤差异的程度与形式(4)育种工作的不同阶段(5)试验地面积(6)试验过程中的取样需要(7)边际效应和生长竞争,图2.3 变异系数与小区面积大小的关系（根据两个水稻空白试验的产
9、量数据）,二、小区的形状,小区的形状是指小区长度与宽度的比例。适当的小区形状在控制土壤差异提高试验精确度方面也有相当作用。,小区的长宽比可为(310)1，甚至可达201，试验地形状和面积以及小区多少和大小等调整决定。,在通常情形下，长方形尤其是狭长形小区，容易调匀土壤差异，使小区肥力接近于试验地的平均肥力水平。亦便于观察记载及其农事操作。而在边际效应值得重视的试验中，方形小区是有利的。,三、重复次数,重复次数即每一处理的试验小区数，试验设置重复次数越多，试验误差越小。多于一定的重复次数，误差的减少很慢，精确度的增进不大，而人、物力的花费大大增加，并不经济。,重复次数的多少，一般应根据试验所要求
10、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、小区大小等而具体决定。对精确度要求高的试验，重复次数应多些。试验田土壤差异较大的，重复次数应多些，土壤差异较为一致的可少些。,四、对照区(check，以CK表示)的设置,作为处理比较的标准，设置对照区的目的是：,(1)便于在田间对各处理进行观察比较时作为衡量品种或处理优劣的标准；(2)用以估计和矫正试验田的土壤差异。通常在一个试验中只有一个对照，有时为了适应某种要求，可同时用两个各具不同特点的处理作对照。,五、保护行的设置,在试验地周围设置保护行(guarding row)的作用是：,保护试验材料不受外来因素如人、畜等的践踏和损害
11、；防止靠近试验田四周的小区受到空旷地的特殊环境影响即边际效应，使处理间能有正确的比较。,保护行的数目视作物而定，如禾谷类作物一般至少应种植4行以上的保护行。,六、重复区(或区组)和小区的排列,区组(block)-将全部处理小区分配于具有相对同质的一块 土地上，这称为一个区组(block)完全区组-一般试验须设置34次重复，分别安排在34个区组上，这时重复与区组相等，每一区组或重复包含有全套处理，称为完全区组。不完全区组-少数情况下，一个重复安排在几个区组上，每个区组只安排部分处理，称为不完全区组。,小区在各重复内的排列方式：顺序排列或随机排列 顺序排列-可能存在系统误差，不能作出无偏的误差估计
12、。随机排列-是各小区在各重复内的位置完全随机决定，可避免系统误差，提高试验的准确度，还能提供无偏的误差估计,第五节 常用的田间试验设计,一、顺序排列的试验设计二、随机排列的试验设计,一、顺序排列的试验设计,(一)对比法设计(contrast design)(二)间比法设计(interval contrast design),(一)对比法设计(contrast design),这种设计的排列特点是每一供试品种均直接排列于对照区旁边，使每一小区可与其邻旁的对照区直接比较。,图2.5 8个品种3次重复对比排列(阶梯式),(二)间比法设计(interval contrast design),间比法设计
13、的特点是，在一条地上，排列的第一个小区和末尾的小区一定是对照(CK)区，每二对照区之间排列相同数目的处理小区，通常是4或9个，重复24次。,各重复可排成一排或多排式。排成多排时，则可采用逆向式(图2.6)。,如果一条土地上不能安排整个重复的小区，则可在第二条土地上接下去，但是开始时仍要种一对照区，称为额外对照(Ex.CK)如图2.7。,图2.6 20个品种3次重复的间比法排列，逆向式,（、代表重复；1、2、3代表品种；CK代表对照）,图2.7 16个品种3次重复的间比排列，两行排3重复及Ex.CK的设置（、代表重复；1、2、3代表品种；CK代表对照；Ex.CK代表额外对照）,二、随机排列的试验
14、设计,(一)完全随机设计(completely random design)(二)随机区组设计(randomized blocks design)(三)拉丁方设计(latin square design)(四)裂区设计(split-plot design)(五)再裂区设计(split-split plot design)(六)条区设计(strip blocks design),(一)完全随机设计(completely random design),完全随机设计将各处理随机分配到各个试验单元(或小区)中，每一处理的重复数可以相等或不相等，这种设计对试验单元的安排灵活机动，单因素或多因素试验皆可应
15、用。,这类设计分析简便，但是应用此类设计必须试验的环境因素相当均匀，所以一般用于实验室培养试验及网、温室的盆钵试验。,例:要检验三种不同的生长素，各一个剂量，测定对小麦苗高的效应，包括对照(用水)在内，共4个处理，若用盆栽试验每盆小麦为一个单元，每处理用4盆，共16盆。随机排列时将每盆标号1，2，16;然后查用随机数字表或抽签法或计算机(器)随机数字发生法得第一处理为(14，13，9，8)，第二处理为(12，11，6，5)，第三处理为(2，7，1，15)，余下(3，4，10，16)为第四处理。,(二)随机区组设计(randomized blocks design)亦称完全随机区组设计(rand
16、om complete block design),特点:根据“局部控制”的原则，将试验地按肥力程度划分为 等于重复次数的区组，一区组亦即一重复，区组内各 处理都独立地随机排列。,优点：（1）设计简单，容易掌握；（2）富于伸缩性，单因素、多因素以及综合性的试 验都可应用；（3）能提供无偏的误差估计，并有效地减少单向的 肥力差异，降低误差；（4）对试验地的地形要求不严，必要时，不同区组 亦可分散设置在不同地段上。,小区的随机可借助于附表1随机数字表、抽签或计算机(器)随机数字发生法。以随机数字法为例说明如下：例如有一包括8个处理的试验，将处理分别给以1、2、3、4、5、6、7、8的代号，从随机数
17、字表任意指定一页中的一行，去掉0和9即可得8个处理的排列次序。如在该表2页第68行数字次序为5264862339，9718302620，去掉0和9以及重复数字而得到52648371，即为8个处理在区组内的排列。如有第二重复，则可再从表查另一行或一列随机数字，作为8个处理在第二区组内的排列次序。,多于9个处理的试验，可同样查随机数字表。如有12个处理，可查得任何一页的一行，去掉00、97、98、99后即得12个处理排列的次序。例如该表第4页第79行，每次读两位，得97、39、24、89、90、89、86、49、15、18、25、43、80、74、30、41、67、36、43、58、42、07、0
18、4、25、17、54、60、88、49、34、42，在这些随机数字中，除了将97等数字除去外，其余凡大于12的数均被12除后得余数，将重复数字划去，所得随机排列为3、12、5、6、2、1、7、8、10、4、9、11，最后一个数字乃随机查出11个数字后自动决定的。,随机区组在田间布置时，应考虑到试验精确度与工作便利等方面，以前者为主。在通常情况下，采用方形区组和狭长形小区能提高试验精确度。在有单向肥力梯度时，亦是如此，但必须注意使区组的划分与梯度垂直，而区组内小区长的一边与梯度平行(图2.8)。这样既能提高试验精确度，同时亦能满足工作便利的要求。如处理数较多，为避免第一小区与最末小区距离过远，可
19、将小区布置成两排(图示2.9)。,图2.8 8个品种4个重复的随机区组排列,肥力梯度,图2.9 16个品种3个重复的随机区组，小区布置成两排,(三)拉丁方设计(latin square design),拉丁方设计将处理从纵横二个方向排列为区组(或重复)，使每个处理在每一列和每一行中出现的次数相等（通常一次），所以它是比随机区组多一个方向局部控制的随机排列的设计。如图2.10所示为55拉丁方。,图2.10 55拉丁方,优点:精确度高缺点:缺乏伸缩性,拉丁方设计的通常应用范围只限于48个处理。当在采用4个处理的拉丁方设计时，为保证鉴别差异的灵敏度，可采用复拉丁方设计，即用2个(44)拉丁方。,第一
20、直行和第一横行均为顺序排列的拉丁方称标准方。拉丁方甚多，但标准方较少。如33只有一个标准方。,A B CB C AC A B,将每个标准方的横行和直行进行调换，可以化出许多不同的拉丁方。一般而论，每个kk标准方，可化出个不同的拉丁方。,不同处理数的拉丁方的随机略有不同，一般按以下所示步骤进行：(44)拉丁方：随机取4个标准方中的一个，随机所有直行及第2、3、4横行，也可以随机所有横行和直行，再随机处理。(55)及更高级拉丁方：随机所有直行、横行和处理。,设有5个品种分别以1、2、3、4、5代表，拟用拉丁方排列进行比较试验。取上面所列的(55)选择标准方。从随机数字表中，以铅笔尖任意落于一行，查
21、随机数字，将0和大于5的数字去掉，得1、4、5、3、2，即为直行的随机。再点一行，如得5、1、2、4、3，即为横行的随机。再点一行，得2、5、4、1、3，即为品种随机。将(55)选择标准方按上面三个随机步骤，就得到所需的拉丁方排列(图2.11)。,图2.11（55）拉丁方的随机,(四)裂区设计(split-plot design),裂区设计是多因素试验的一种设计形式。,在多因素试验中,处理组合数较多而又有一些特殊要求时，往往采用裂区设计。,主区(main plot)按主处理所划分的小区称为主区，亦称整区.副区 主区内按各副处理所划分的小区称为副区，亦称裂区(split-plot)。,在裂区设计
22、时先按第一个因素设置各个处理(主处理)的小区；然后在这主处理的小区内引进第二个因素的各个处理(副处理)的小区.,通常在下列几种情况下，应用裂区设计:,在一个因素的各种处理比另一因素的处理可能需要更大的面积时，为了实施和管理上的方便而应用裂区设计。(2)试验中某一因素的主效比另一因素的主效更为重要，而要求更精确的比较，或二个因素间的交互作用比其主效是更为重要的研究对象时，亦宜采用裂区设计，将要求更高精确度的因素作为副处理，另一因素作为主处理。(3)根据以往研究，得知某些因素的效应比另一些因素的效应更大时，亦适于采用裂区设计，将可能表现较大差异的因素作为主处理。,下面以品种与施肥量两个因素的试验说
23、明裂区设计。如有6个品种，以1、2、3、4、5、6表示，有3种施肥量，以高、中、低表示，重复3次，则裂区设计的排列可如图2.12。图中先对主处理(施肥量)随机，后对副处理(品种)随机，每一重复的主、副处理随机皆独立进行。,裂区设计在小区排列方式上可有变化，主处理与副处理亦均可排成拉丁方，这样可以提高试验的精确度。尤其是主区，由于其误差较大，能用拉丁方排列更为有利。主、副区最适于拉丁方排列的多因素组合有52、53、54、62、63、72、73等。,图2.12 施肥量与品种二因素试验的裂区设计（施肥量为主区，品种为副区；、代表重复）,(五)再裂区设计(split-split plot design
24、),裂区设计若再需引进第三个因素的试验，可以进一步做成再裂区，即在裂区内再划分为更小单位的小区，称为再裂区(split-split plot design)，然后将第三个因素的各个处理(称为副副处理），随机排列于再裂区内，这种设计称为再裂区设计。,举例说明再裂区设计设计步骤 设有3种肥料用量以A1、A2、A3表示，作为主处理(a=3)，重复3次即3个区组(r=3)；4个小麦品种以B1、B2、B3、B4表示，作为副处理(b=4)；2种播种密度以C1、C2表示，作为副副处理(c=2)，作再裂区设计。,先将试验田(地)划分为等于重复次数的区组，每一区组划分为等于主处理数目的主区，每一主区安排一个主处
25、理。本例，先将试验地划分为三个区组，每一区组划分为3个主区，每一主区安排一种肥料用量。(2)每一主区划分为等于副处理数目的裂区(即副区)，每一裂区安排一个副处理。本例，每一主区划分为4个裂区，每一裂区安排一个小麦品种。(3)每裂区再划分为等于副副处理数目的再裂区，每一再裂区安排一个副副处理。本例，每一裂区再划分为2个再裂区，每一再裂区安排一种密度。全部处理都用随机区组排列，如图2.13所示。,图2.13 小麦肥料用量（A）、品种（B）和密度（C）的再裂区设计,(六)条区设计(strip blocks design),条区设计是属裂区设计的一种衍生设计，如果所研究的两个因素都需要较大的小区面积，
26、且为了便于管理和观察记载，可将每个区组先划分为若干纵向长条形小区，安排第一因素的各个处理(A因素）；再将各区组划分为若干横向长条形小区，安排第二因素的各个处理(B因素），这种设计方式称为条区设计。,假定第一因素(A因素)有4个处理，第二因素(B因素)有3个处理，其3个重复的条区设计如图2.14所示。,图2.14 A因素四个处理、B因素三个处理的条区设计,第六节 田间试验的布置与管理,一、田间试验计划的制订二、试验地的准备和田间区划三、种子准备四、播种或移栽五、栽培管理六、收获及脱粒,一、田间试验计划的制订,(一)田间试验计划的内容一般包含以下项目：(1)试验名称(2)试验目的及其依据，包括现有
27、的科研成果、发展趋势以及预期的试验结果(3)试验年限和地点(4)试验地的土壤、地势等基本情况和轮作方式及前作状况(5)试验处理方案(6)试验设计和小区技术(7)整地播种施肥及田间管理措施(8)田间观察记载和室内考种、分析测定项目及方法(9)试验资料的统计分析方法和要求(10)收获计产方法(11)试验的土地面积、需要经费、人力及主要仪器设备(12)项目负责人、执行人,(二)编制种植计划书,种植计划书把试验处理安排到试验小区作为试验记载簿之用。,内容：肥料、栽培、品种、药剂比较等试验的种植计划书：处理种类(或代号)、种植区号(或行号)、田间记载项目等；育种工作各阶段(除品种比较)的试验：今年种植区
28、号(或行号)、去年种植区号(或行号)、品种或品系名称(或组合代号)、来源(原产地或原材料)以及田间记载项目等。不论哪种试验，都应按其应包括的项目依上述次序划出表格。,二、试验地的准备和田间区划,图2.15 小麦品种比较试验田间种植图,三、种子准备,在品种试验及栽培或其它措施的试验中，须事先测定各品种种子的千粒重和发芽率。按照种植计划书(即田间记载本等)的顺序准备种子，避免发生差错。需要药剂拌种以防治苗期病虫害的，应在准备种子时作好拌种，以防止苗期病虫害所致的缺苗断垄。准备好当年播种材料的同时，须留同样材料按次序存放仓库，以便遇到灾害后补种时应用。,四、播种或移栽,播种时应力求种子分布均匀，深浅
29、一致，如要进行移栽，取苗时要力求挑选大小均匀的秧苗，以减少试验材料的不一致；整个试验区播种或移栽完毕后，应立即播种或移栽保护行。,五、栽培管理,试验田的栽培管理措施可按当地丰产田的标准进行，在执行各项管理措施时除了试验设计所规定的处理间差异外，其它管理措施应力求质量一致，使对各小区的影响尽可能没有差别。,六、收获及脱粒,最好能将小区产量折算成标准湿度下的产量。折算公式如下：,第七节 田间试验的观察记载和测定,一、田间试验的观察记载二、田间试验中的取样测定,田间试验中常采用的观察项目：（1）气候条件的观察记载（2）田间农事操作的记载（3）作物生育动态的记载（4）收获物的室内考种与测定,一、田间试验的观察记载,二、田间试验中的取样测定,取样测定的要点：(1)取样方法合理，保证样本有代表性。(2)样本容量适当，保证分析测定结果的精确性。(3)分析测定方法要标准化，所用仪器要经过标定，药品要符合纯度要求，操作要规范化。,第八节 温室与实验室的试验,设计参考：(1)“唯一差异原则”同样适用于温室和实验室试验中试验方案和试验条件的设计。(2)重复、随机排列及局部控制三原则同样适用于温室和实验室试验的设计。其中区组因素与田间试验不同，不再是土地，而是其他相应的生态条件因素。,
