第二章 田间试验设计技术
进行园艺科学研究的方法很多,有调查研究法、田间
试验法、室内试验及盆栽试验等方式。其中以田间试验为
最主要的方法,因为,不论是园艺植物的品种选育试验、
栽培试验或植保等方面的试验,对我们所要研究的主要内
容或提出的理论、假说等都必须在田间试验中验证其优劣
或鉴定其实用价值,而田间试验是最接近于生产实践的试
验活动,是科研工作和生产活动相联系的重要环节。
什么是田间试验? 田间试验就是在人为控制条件下进
行试验处理,使非研究条件对试验的影响接近一致,突出
主要研究内容,以差异对比法为基础,观测比较不同处理
的反应和效果。
第一节 试验设计基础
试验设计广义的讲是指整个课题(包括各个环节)的
设计,狭义的讲专指小区技术。
一, 试验设计中的基本概念
( 一 ) 试验指标 在试验中用来判断试验处理效果好坏的标
准称为试验指标 ( 简称指标 ) 。
( 二 ) 试验因素 对试验指标有影响, 在试验中需加以考察
的条件叫试验因素, 简称因素或因子, 否则称非试验因素
或非试验条件 。
( 三 ) 试验处理 是指试验因素的不同状态或不同的数量
级别, 简称处理, 也叫水平 。
( 四 ) 处理组合 在单因素试验时, 处理和水平的概念是
等价的, 但在复因素试验时, 处理则是指各个因素水平的
组合, 叫处理组合 。 在完全实施的试验中, 处理组合数等
于各因素水平数的乘积 。
( 五 ) 试验方案 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 。
二, 试验设计的应掌握的原则
( 一 ) 各类不同的试验应采用不同的试验设计
园艺植物种类较多, 栽培方法差异较大, 试验性质有
所不同, 因此各类不同的试验应有不同的试验设计 。
( 二 ) 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 。
( 三 ) 试验设计应该突出试验因子的试验效果
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 。
( 四 ) 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, 设臵重复,
局部控制试验设计的基本原理, 以便得出正确的试验结果 。
三, 处理的设计方法
( 一 ) 单因子的处理设计
在一次试验中, 只对一个因子进行研究的试验叫单因子
试验, 把这个因子如何划分为若干个水平称为处理设计 。
1, 质量性差异的单因子处理设计:这种单因子是不可分
割的, 只能按它固有的单位进行处理设计 。
2, 数量性差异的单因子处理设计:这种单因子可以采用
不同的方法分割成不同的等级, 每个等级即为一个处理 。
分割常用的方法:
? 等差法:在选定中心处理之后, 按照等差的差距向两端
分别设臵处理的方法 。
?等比法:在选定中心处理后, 按照等比的差距向两端分
设处理的方法 。
在数量性差异的单因子处理设计中, 中心处理的选定
不是随机的, 通常选取预备试验中较好的水平或是前人报
道的较为适当的水平作为中心处理 。 处理间距要适当, 不
可过大或过小 。
(二)复因子处理设计
1.完全实施方案的复因素处理:通常是把各个单因子划分
为若干个处理之后,再把各因子不同水平组合起来,即处理
组合。例如有两个因素的试验 A因素有 3个水平,B因素 3个水
平,则处理共有 9个。
2.不完全实施方案的多因素处理,如果进行多因素试验
时,若完全实施,则处理数太多,难以实施,往往采用部分
实施方案,例如采用正交设计方法,只将全部处理组合中的
一部分处理用来进行试验。
四, 试验设计过程中应注意的问题
( 一 ) 防止不注意试验设计, 随心所欲地进行试验 。
( 二 ) 注意试验设计的针对性和灵活性
( 三 ) 试验设计要周到, 细致, 全面地用文字固定下来
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( 四 ) 在进行试验设计时, 应使其设计具有一定的可塑性
( 五 ) 在进行处理设计时, 处理间的级别要适当
( 六 ) 在进行试验设计时, 应特别注意设臵对照
( 七 ) 恰当处理试验设计的繁简程度
第二节 田间试验的种类
一, 按试验的性质分类
( 一 ) 品种试验 ( 二 ) 栽培试验 ( 三 ) 植保试验
二, 按试验阶段分类
( 一 ) 预备试验 ( 二 ) 正式田间试验 ( 三 ) 生产试验
三, 按试验因子的数量分类
( 一 ) 单因子试验 ( 二 ) 复因子试验 ( 三 ) 综合性试验
四, 按试验小区面积大小的分类
( 一 ) 小区试验 ( 二 ) 大区试验
五, 按试验年限, 地点及场所分类
一年试验和多年试验, 单点试验和多点试验, 设施试
验和露地试验 。
第三节 田间试验的基本要求
田间试验必须满足代表性, 正确性和重演性这三个基本
要求 。
一, 代表性
代表性是指试验区的条件, 应该能够代表该项成果将来
应用地区的自然条件, 生产条件和经济状况 。
二, 正确性
正确性是指试验结果正确可靠, 能够把品种或处理间
的差异真实地反映出来 。
三, 重演性
重演性是指通过田间试验所获得的试验结果, 在相同
或类似的条件下进行重复试验或大面积生产时, 可以获得
相同或相似的试验结果 。
第四节 试验误差
一, 误差的概念
在田间试验所得到的观察值中,除了含有处理的真实
效应外,还包含有其他非试验因素的干扰和影响,这样就
使处理的真实效应不能完全反映出来,这种使观察值偏离
试验处理真值的影响称试验误差,简称误差。一般可分为
两种:一种是系统误差,是由处理以外的其他非试验条件
的明显不一致所造成的。另一种是偶然误差,是指在严格
控制非试验条件相对一致后仍不能消除的偶发性误差,也
叫随机误差。
误差是衡量试验精确度的依据。试验误差与试验中发
生的错误是完全不同的,误差是不可避免的,而避免错
误发生是完全可以做到的。
二, 误差的来源
(一)土壤差异所引起的误差:包括土壤肥力差异和
土壤理化性质方面的差异。
(二)试验材料的差异:这是指试验中各处理的供试
材料在其遗传上和生长发育情况上存在着差异。
(三)、小气候差异造成的误差
(四)、作物群体间竞争引起误差
(五)、一些不易被人们所控制的、偶然性的原因造成
的误差
三, 控制误差的途径
(一)土壤差异的控制:可通过选择试验地、正确的小
区设计技术和应用良好的田间试验设计方法来排除、减少
和估计误差。
试验地选择要求:
(1 ) 试验地要有代表性
(2 )试验地的肥力要均匀一致
( 3)选作试验地的田块最好要有土地利用的历史纪录
( 4)位臵适当
( 5)地势要平坦
土壤肥力判断方法:
(1 ) 目测法:观察拟作为试验地的地块上生长着的植
物种类及其生长发育状况,如生长势和整齐程度来粗略判
断肥力差异状况。
(2)空白试验法,在 整个试验地上种植单一品种的作
物(以植株较小而适于条播的谷类作物为好),在作物生
长的整个过程中,从整地到收获,采用一致的栽培管理措
施,并对作物生长情况作仔细观察。收获时将整个试验地
划分为面积相等的若干单位,编号,分别计产,计算产量
的变异系数,根据变异系数的大小以及各测量小区产量高
低及分布情况来估计土土壤肥力差异及分布状况,单位间
变异系数大,则说明土壤差异大,否则反之。通常认为,
当空白试验测定的变异系数小于 10%或 15%时,才符合试验
地对土壤肥力均匀一致的基本要求。
(二)选择同质一致的试验材料
( 三 ) 改进操作和管理技术, 使之标准化
第五节 试验设计的基本原理
一, 重复原则
在试验中, 同名小区出现的次数称为重复 。 显然只有
重复次数大于或等于 2的试验才能称为有重复的试验 。 设臵
重复的作用是,估计误差和降低误差 。
二、随机原则
随机是指在一个重复区中的某一个处理究竟安排在哪
一个小区,不能由试验者的主观意志进行排列,而完全是
由机会决定的。随机的作用是估计误差。 随机排列是估计试
验误差的重要手段,也是应用生物统计方法分析试验结果的
前提。
三, 局部控制
局部控制就是分范围、分地段的控制非试验因素,使之
对各处理的影响趋于最大程度的一致,也就是说通过对试验
小区的合理安排,把误差控制在一个局部范围内。
局部控制是用来排除规律性非试验因子干扰的重要手段,
其主要功能是降低试验误差 。
第六节 小区设臵技术
一, 小区面积, 形状和方向
试验小区,安排每一个处理所需用材料的基本单位成为
一个试验小区,简称小区,
一般地讲, 在一定范围内, 随小区面积的增加, 试验误
差减小 。 同时 适当的小区形状和方向在控制误差提高试验
精确度方面也有相当作用 。
一般情况下长方形尤其是狭长小区的误差较方形小区为小,
长方形小区的长宽比一般在 4~6,1为宜。小区的方向则是
小区的长边应与非试验因素变化方向相平行。
二,重复次数
增加重复次数,有利于降低试验误差。但并非重复次
数越多越好,重复次数过多,因为重复次数增加到一定时,
误差的降低缓慢,且由于整个试验材料、试验地的增加,
难于保证对各处理的各项管理操作以及观察记载的一致,
反而会引起误差增加。一般讲,园艺植物正式田间试验 通
常设臵 3~6次重复;采用单株小区时,重复次数应至少在 4
次以上。从统计学的角度看,重复次数以试验误差的自由
度不小于 10为宜。
三,设臵对照
有比较才有鉴别,因此试验方案中一定要安排有对照。
一般在一个试验中只设一个对照,但有时为满足多个试验目
标的要求可以设臵 2个或 2个以上对照。
设臵对照时一定要注意其代表性和合理性,例如品种比
较试验,一般应以当地主栽优良品种为对照;进行栽培技术
方面的试验时以当地最常用的栽培管理技术为对照;根外追
肥、浸种、扦插等试验时应以叶面喷清水、清水浸种或插条
等等。
对照对照区在田间的排列方式,通常分为顺序式和非顺
序式两种顺序式是每隔一定数量的处理设置一个对照区,非
顺序式排列是将对照区按处理小区一样处理,在试验中随机
排列。每一个重复区(区组)内都要设置对照区。对对照区
的要求是:除了不进行试验处理之外,其余各种条件及各项
管理操作均应与处理小区的相一致。
四,设置保护区或保护行
为了使试材能在比较一致的环境条件下正常生长发育,
试验地应设置保护行或保护区,以 G表示。保护行的作用
是:① 使试材不受偶然性因素的影响,如人、畜践踏等。
② 使试材在相对一致的生态环境中生长发育,防止边际效
应的影响。
边际效应是指试验地四周的小区或小区边上的植株受
到光照、通风、营养、水分等条件的不同而使其生长发育
与试验地内部的小区或小区内部的植株生长发育有所差异。
对保护行的植株不进行任何处理和观察测定。设置保
护行的方式有:在试验地四周设置;当区组分散布置时,
在区组四周设置;在小区四周设置(特别是小区之间有能
引起边际效应的因素存在时)。 保护行的种植数应本着经
济有效的原则,既减少占地面积,又能起到保护作用。
第七节 常用的试验设计方法
常用的田间试验设计按照小区在重复区内的排列方式,可
以分为顺序排列和随机排列两大类。顺序排列是指试验中的
各个处理在各重复区内按一定的顺序进行排列。 此法不能正
确估计试验误差,所以不能进行以概率论为基础的统计分析
方法进行试验结果的显著性测验。 这种设计多用于一些简单
的单因素试验、预备试验以及示范性试验。常用的顺序排列
设计有对比法设计、间比法设计。
随机排列指各试验处理以及对照在一个重复区中的排列
是随机的。 可以克服土壤及其他非试验因素给试验造成的系
统误差的影响,有正确的误差估计,获得的试验结果能够进
行显著性测验。 但田间排列不规则,观察记载及田间操作不
太方便,不小心时易发生差错。在园艺植物科学试验中主要
采用的是随机排列的设计方法。因此我们重点介绍随机排列
的田间试验设计。