第二章田间试验的设计与实施 田间试验的设计广义:包括试验方案和试验环境的设计及试验计划的制订等 狭义:则仅指试验环境的设计。 第一节田间试验设计的若干基本概念 一、小区 小区:一个试验处理一次重复所占的地块称为小区。 1、小区面积 小区面积的大小对于减少土壤差异,对试验结果精确度有相当的关系 试验小区的大小难以硬性规定,通常,小区面积的变化范围为6-60m2。确定具体试验 的小区面积时应考虑以下因素: (1)试验的种类: (2)试验的精确度: (3)作物的种类种: (4)土壤差异: (4)需常取样、边际效应和生长竞争比较明显的试验小区应大 边际效应:指种植在小区或试验地边上的植株因其光照、通风和根系吸收范围等生长 条件与中间的植株不同而产生的差异 生长竞争:指不同处理的相邻小区之间的影响 2、小区的形状 小区形状:多为长方形或正方形。采用狭长小区均能较全面地包括不同肥力的土壤 相应减少小区之间的土壤差异,提高试验的精确度。狭长小区还有利于田间操作和观察记 载。长方形小区的长宽比一般为3:1或5:1。 正方形小区比长方形小区的周长小,受边际效应影响的面积较小。有些试验如农药和 灌溉试验等,其处理效应往往会扩及到邻区,所以采用正方形或接近正方形小区较好。 3、重复次数 指每个试验处理所种植的小区数目。 ★从理论上说试验设置的重复次数越多试验误差越小。 重复的次数一般根据试验精确度的要求、试验地土壤差异、试验地面积等因素来决定
1 第二章 田间试验的设计与实施 田间试验的设计广义：包括试验方案和试验环境的设计及试验计划的制订等． 狭义：则仅指试验环境的设计。 第一节 田间试验设计的若干基本概念 一、小区 小区：一个试验处理一次重复所占的地块称为小区。 1、小区面积 小区面积的大小对于减少土壤差异，对试验结果精确度有相当的关系。。 试验小区的大小难以硬性规定，通常，小区面积的变化范围为 6－60m2。确定具体试验 的小区面积时应考虑以下因素： （１） 试验的种类： （２） 试验的精确度： （３） 作物的种类种： （４） 土壤差异： （４） 需常取样、边际效应和生长竞争比较明显的试验小区应大。 边际效应：指种植在小区或试验地边上的植株因其光照、通风和根系吸收范围等生长 条件与中间的植株不同而产生的差异。 生长竞争：指不同处理的相邻小区之间的影响。 2、 小区的形状 小区形状：多为长方形或正方形。采用狭长小区均能较全面地包括不同肥力的土壤， 相应减少小区之间的土壤差异，提高试验的精确度。狭长小区还有利于田间操作和观察记 载。长方形小区的长宽比一般为 3：1 或 5：1。 *正方形小区比长方形小区的周长小，受边际效应影响的面积较小。有些试验如农药和 灌溉试验等，其处理效应往往会扩及到邻区，所以采用正方形或接近正方形小区较好。 ３、重复次数 指每个试验处理所种植的小区数目。 ＊从理论上说试验设置的重复次数越多试验误差越小。 重复的次数一般根据试验精确度的要求、试验地土壤差异、试验地面积等因素来决定
二、区组和小区排列 区组:即一组小区,通常指一次重复的所有处理小区,也称重复区 试验区组的安排:可根据田间具体情况而定。如试验地为长方形且重复次数不多时, 可采用单排式(图2.la)。如试验地形状整齐,可采用双排或多排式(图2.1b和c)。无如 何排列区组都应遵循局部控制原则,排列方向与的主要肥力梯度一致(图2.2),使同一组 内的土壤差异尽可能小一些,而不同区组之间可以存在较大差异。区组内的差异较小可减 少试验误差,增加试验的精确度。在实施局部控制的情况下区组间较大的差异并不会增加 试验误差。 试验小区在区组内的排列:顺序排列(正向式、逆向式、阶梯式排列) (两种形式) 随机排列随机排列是各处理小区在各区组内的 排列顺序都是随机确定的(图2.2)。随机排列可避免顺序排列中某些处理总是排列在一起 而产生的系统误差,提高试验的精确度并提供无偏的试验误差估计。 三、保护行 设置保护行的作用是保护不受外来因素如人、畜等的践踏和损害,防止靠近试验地四 周的小区受到过大的边际效应的影响。保护行通常用英文字母“G”表示 第二节田间试验的设计原则 狭义的田间试验设计:(试验环境设计)指在安排试验时,按试验目的要求和试验地 的具体条件,将各个处理小区在试验地上进行合理的设置和排列 试验设计的主要作用:是估计和降低试验误差,提高试验的精确度,使研究人员能从 试验结果中获得无偏的误差及处理效应的估计,从而进行正确而有效的比较分析 通过试验设计和小区技术能进一步减少土壤差异对试验结果的影响 田间试验的设计要遵循3个原则 重复 试验中同一处理种植多个小区或种植多次称为重复,种植的小区数目称为重复次数 每个处理种植一个小区就是一次重复,每个处理种植两个小区就是两次重复。 重复最主要的作用:是估计试验误差,同时也能降低试验误差 二、随机排列 随机排列:指试验方案所规定的每一个处理安排在试验地的哪一个小区上要排除主观 因素的影响,采取随机的方式来确定
2 二、区组和小区排列 区组：即一组小区，通常指一次重复的所有处理小区，也称重复区。 试验区组的安排：可根据田间具体情况而定。如试验地为长方形且重复次数不多时， 可采用单排式（图 2.1a）。如试验地形状整齐，可采用双排或多排式（图 2.1b 和 c）。无如 何排列区组都应遵循局部控制原则，排列方向与的主要肥力梯度一致（图 2.2），使同一组 内的土壤差异尽可能小一些，而不同区组之间可以存在较大差异。区组内的差异较小可减 少试验误差，增加试验的精确度。在实施局部控制的情况下区组间较大的差异并不会增加 试验误差。 试验小区在区组内的排列： 顺序排列 （正向式、逆向式、阶梯式排列） （两种形式） 随机排列 随机排列是各处理小区在各区组内的 排列顺序都是随机确定的（图 2.2）。随机排列可避免顺序排列中某些处理总是排列在一起 而产生的系统误差，提高试验的精确度并提供无偏的试验误差估计。 三、保护行 设置保护行的作用是保护不受外来因素如人、畜等的践踏和损害，防止靠近试验地四 周的小区受到过大的边际效应的影响。保护行通常用英文字母“G”表示 第二节 田间试验的设计原则 狭义的田间试验设计： （试验环境设计）指在安排试验时，按试验目的要求和试验地 的具体条件，将各个处理小区在试验地上进行合理的设置和排列。 试验设计的主要作用： 是估计和降低试验误差，提高试验的精确度，使研究人员能从 试验结果中获得无偏的误差及处理效应的估计，从而进行正确而有效的比较分析。 通过试验设计和小区技术能进一步减少土壤差异对试验结果的影响。 田间试验的设计要遵循 3 个原则。 一、重复 试验中同一处理种植多个小区或种植多次称为重复，种植的小区数目称为重复次数。 每个处理种植一个小区就是一次重复，每个处理种植两个小区就是两次重复。 重复最主要的作用：是估计试验误差，同时也能降低试验误差。 二、随机排列 随机排列：指试验方案所规定的每一个处理安排在试验地的哪一个小区上要排除主观 因素的影响，采取随机的方式来确定
随机排列的方法既可以采用抽签法,又可以采用随机数字表法,用随机数字表(附表1) 来确定各处理的排列位置 试验设计中采用重复与随机排列相结合的方法就能够得到无偏的试验误差估计值 三、局部控制 局部控制是分范围分地段地控制非处理因素,使非处理因素对各处理的影响趋向最大 程度的一致 例:四瓜四分 综上所述,遵循重复、随机排列和局部控制3项原则进行田间试验设计并配合适当的 生物统计分析方法,就能准确地估计试验处理效应,获得无偏的、较小的试验误差估计, 使各处理间的比较得出可靠的结论 第三节顺序排列的试验设计 、对比法设计 (这种设计常用于少数处理的比较试验和示范试验) 特点:每个处理小区均与对照区相邻,使每个处理均可与其相邻的对照直接比较,故 叫对比法。 (偶数时可排列如图24a,奇数时可排列如图24b) 优点:由于相邻小区之间土壤肥力的相似性,对比法设计使试验处理与对照的比较有 较高的精确度,并有利于观察。 缺点:对照区过多,要占据三分之一的试验地面积,土地的利用率不高 二、间比法设计 (间比法设计主要用于处理数较多,精确度要求不太高且采用随机区组设计有困难的 试验,是育种前期经常采用的方法) 特点:每两个对照区之间排列若干处理小区 (通常是4或9个,重复2-4次) 优点:设计简单,播种收获不易发生差错,可按品种的成熟期或株高等排列以减少植 株间的生长竞争等。 缺点:估计的误差有偏,理论上不能应用生物统计方法进行处理间的差异显著性测验。 当有明显的土壤肥力梯度时处理间的比较将会发生系统误差
3 随机排列的方法既可以采用抽签法，又可以采用随机数字表法, 用随机数字表（附表 1） 来确定各处理的排列位置。 试验设计中采用重复与随机排列相结合的方法就能够得到无偏的试验误差估计值。 三、局部控制 局部控制是分范围分地段地控制非处理因素，使非处理因素对各处理的影响趋向最大 程度的一致。 例：四瓜四分 综上所述，遵循重复、随机排列和局部控制 3 项原则进行田间试验设计并配合适当的 生物统计分析方法，就能准确地估计试验处理效应，获得无偏的、较小的试验误差估计， 使各处理间的比较得出可靠的结论。 第三节 顺序排列的试验设计 一、对比法设计 (这种设计常用于少数处理的比较试验和示范试验) 特点：每个处理小区均与对照区相邻，使每个处理均可与其相邻的对照直接比较，故 叫对比法。 （偶数时可排列如图 2.4a，奇数时可排列如图 2.4b） 优点：由于相邻小区之间土壤肥力的相似性，对比法设计使试验处理与对照的比较有 较高的精确度，并有利于观察。 缺点：对照区过多，要占据三分之一的试验地面积，土地的利用率不高。 二、间比法设计 （间比法设计主要用于处理数较多，精确度要求不太高且采用随机区组设计有困难的 试验，是育种前期经常采用的方法） 特点：每两个对照区之间排列若干处理小区。 （通常是 4 或 9 个，重复 2－4 次） 优点：设计简单，播种收获不易发生差错，可按品种的成熟期或株高等排列以减少植 株间的生长竞争等。 缺点：估计的误差有偏，理论上不能应用生物统计方法进行处理间的差异显著性测验。 当有明显的土壤肥力梯度时处理间的比较将会发生系统误差
第四节随机排列的试验设计 完全随机设计 完全随机设计:是所有的处理和重复小区在整个试验地上完全随机排列的设计方法 假定一个盆栽试验有7个处理和一个对照,重复3次,设计方法如下: 1、确定试验单位总数具体的试验单位可以是一个田间小区,一个花盆或一次测定 等。本试验7个处理加上一个对照,3次重复共需24个花盆。 2、试验单位编号将24个花盆顺序编号。 3、用随机的方法将各处理安排于各个试验单位本例采用抽签法确定随机顺序,具体 做法如下 准备24张大小相同的纸片,分别写上处理代号。因为本试验有3次重复,所以每个处 理代号要写3张。然后将纸片折叠后充分混合再从中抽取。每张纸片抽出后都不再放回, 依次抽取出全部24张纸片,以各处理被抽取的顺序号为花盆号。 (完全随机设计是随机排列的试验设计中最简单的一种方法,只满足试验设计三项基 本原则中的重复和随机排列两项原则。) 主要优点:对各处理的重复次数没有限制,可以相等也可以不相等 不足之处:没有遵循局部控制原则,所以要求试验地较为均匀一致,不存在有明显方 向性的肥力差异。 完全随机设计常用于温室和盆栽试验以及处理内变异相差较大的遗传试验等。 、随机区组设计 随机区组设计全面遵循了试验设计的3项基本原则,方法如下: 特点 (1)根据局部控制原则将试验地划分成与重复次数相等的区组,每个区组里安排一次 重复的所有处理(包括对照)。发挥局部控制的效果,使区组内土壤肥力相对均匀一致, 而区组之间可以有较大的土壤肥力差异 (2)区组划分成与处理数相等的小区,每个小区里随机地安排一个处理。每个区组的 随机都要分别独立地进行。 优点: (1)能获得无偏的试验误差估计进而对试验结果进行差异显著性测验 (2)通过局部控制能控制单方向的土壤肥力差异,有效地减少试验误差; (3)设计简单易行,单因素试验和多因素试验均可采用 (4)对试验地的要求不高,必要时不同的区组可分散设置。 不足之处:处理数不能太多,一般在10个左右,不超过20个。 随机区组设计是田试的首选方法,应用极广泛。实践中应用随机区组设计时应注意以下3 个问题
4 第四节 随机排列的试验设计 一、完全随机设计 完全随机设计：是所有的处理和重复小区在整个试验地上完全随机排列的设计方法。 假定一个盆栽试验有 7 个处理和一个对照，重复 3 次，设计方法如下： 1、 确定试验单位总数 具体的试验单位可以是一个田间小区，一个花盆或一次测定 等。本试验 7 个处理加上一个对照，3 次重复共需 24 个花盆。 2、 试验单位编号 将 24 个花盆顺序编号。 3、 用随机的方法将各处理安排于各个试验单位 本例采用抽签法确定随机顺序，具体 做法如下： 准备 24 张大小相同的纸片，分别写上处理代号。因为本试验有 3 次重复，所以每个处 理代号要写 3 张。然后将纸片折叠后充分混合再从中抽取。每张纸片抽出后都不再放回， 依次抽取出全部 24 张纸片，以各处理被抽取的顺序号为花盆号。 （完全随机设计是随机排列的试验设计中最简单的一种方法，只满足试验设计三项基 本原则中的重复和随机排列两项原则。） 主要优点： 对各处理的重复次数没有限制，可以相等也可以不相等 不足之处：没有遵循局部控制原则，所以要求试验地较为均匀一致，不存在有明显方 向性的肥力差异。 完全随机设计常用于温室和盆栽试验以及处理内变异相差较大的遗传试验等。 二、随机区组设计 随机区组设计全面遵循了试验设计的 3 项基本原则，方法如下： 特点： （1）根据局部控制原则将试验地划分成与重复次数相等的区组，每个区组里安排一次 重复的所有处理（包括对照）。发挥局部控制的效果，使区组内土壤肥力相对均匀一致， 而区组之间可以有较大的土壤肥力差异。 （2）区组划分成与处理数相等的小区，每个小区里随机地安排一个处理。每个区组的 随机都要分别独立地进行。 优点： （１） 能获得无偏的试验误差估计进而对试验结果进行差异显著性测验； （２） 通过局部控制能控制单方向的土壤肥力差异，有效地减少试验误差； （３） 设计简单易行，单因素试验和多因素试验均可采用； （４） 对试验地的要求不高，必要时不同的区组可分散设置。 不足之处：处理数不能太多，一般在 10 个左右，不超过 20 个。 随机区组设计是田试的首选方法，应用极广泛。实践中应用随机区组设计时应注意以下 3 个问题
三、拉丁方设计 (拉丁方设计是一种在纵横两个方向同时进行局部控制的设计方法,从纵横两个方向 看都是随杋区组排列,因此可以控制双向土壤肥力差异,得到比随机区组设计更为精确的 试验结果。) 特点:将k个处理排成一个k×k拉丁方,使得每一个处理在每一行或每一列中都只出 现一次。每一行及每一列都成为区组(重复),行称为横行区组,列称为纵行区组。因此 拉丁方设计有几个处理就必须设置几次重复,拉丁方设计的处理数=重复数=横行区组数 =纵行区组数。 优点:是从纵横两个方向同时进行局部控制,且各处理均衡分布在整个试验区,可以 控制任意方向上的土壤肥力差异,因此试验的精确度高,是各种常用的试验设计中精确度 最高的一种。 缺点:由于其重复次数等于处理数,因此不适用于处理数很少或很多的试验。 四、裂区设计 裂区设计是应用于二因素试验的设计方法。这种方法把两个因素分两次分别进行设计 先按单因素随机区组设计的方法设计第一个因素(主处理),由此形成的小区称为主区 然后将每个主区都划分为与第二个因素(副处理)的水平数相等的小区,在这些小区中随 机地排列第二个因素的各个水平。 这种在主区里面形成的小区称 为副区,裂区设计也因将主区分裂 为副区而得名。 裂区设计有一些特点:应用裂 区设计时要考虑这些特点,以便充 分发挥其作用。 1、两个因素以及交互作用的精确度不同与同等条件下的随机区组设计相比,裂区设 计的主处理因重复次数少而精确度相对较低,副处理因重复次数多并且可以实施以主区为 单位的局部控制而精确度较高,交互作用的精确度也较高。因此,当试验对两个因素的精 确度有不同要求时应采用裂区设计,把要求精确度低的因素作为主处理安排在主区,要求 精确度高的因素作为副处理安排在副区。以交互作用为主要研究对象的试验也可采用裂区 2、两个因素的处理面积不同主处理所在的主区面积大,副处理所在的副区面积小 因此,当试验的两个因素对面积有不同要求时应采用裂区设计,把要求面积较大的因素如 灌溉、耕作和施肥等作为主处理安排在主区,把要求面积较小的因素如播种时间、密度和 品种等作为副处理安排在副区,以利于试验的操作、田间管理和调查记载
5 三、拉丁方设计 （拉丁方设计是一种在纵横两个方向同时进行局部控制的设计方法，从纵横两个方向 看都是随机区组排列，因此可以控制双向土壤肥力差异，得到比随机区组设计更为精确的 试验结果。） 特点：将 k 个处理排成一个 k×k 拉丁方，使得每一个处理在每一行或每一列中都只出 现一次。每一行及每一列都成为区组（重复），行称为横行区组，列称为纵行区组。因此 拉丁方设计有几个处理就必须设置几次重复，拉丁方设计的处理数＝重复数＝横行区组数 ＝纵行区组数。 优点：是从纵横两个方向同时进行局部控制，且各处理均衡分布在整个试验区，可以 控制任意方向上的土壤肥力差异，因此试验的精确度高，是各种常用的试验设计中精确度 最高的一种。 缺点：由于其重复次数等于处理数，因此不适用于处理数很少或很多的试验。 四、 裂区设计 裂区设计是应用于二因素试验的设计方法。这种方法把两个因素分两次分别进行设计。 先按单因素随机区组设计的方法设计第一个因素（主处理），由此形成的小区称为主区； 然后将每个主区都划分为与第二个因素（副处理）的水平数相等的小区，在这些小区中随 机地排列第二个因素的各个水平。 这种在主区里面形成的小区称 为副区，裂区设计也因将主区分裂 为副区而得名。 裂区设计有一些特点：应用裂 区设计时要考虑这些特点，以便充 分发挥其作用。 1、 两个因素以及交互作用的精确度不同 与同等条件下的随机区组设计相比，裂区设 计的主处理因重复次数少而精确度相对较低，副处理因重复次数多并且可以实施以主区为 单位的局部控制而精确度较高，交互作用的精确度也较高。因此，当试验对两个因素的精 确度有不同要求时应采用裂区设计，把要求精确度低的因素作为主处理安排在主区，要求 精确度高的因素作为副处理安排在副区。以交互作用为主要研究对象的试验也可采用裂区 设计。 2、 两个因素的处理面积不同 主处理所在的主区面积大，副处理所在的副区面积小。 因此，当试验的两个因素对面积有不同要求时应采用裂区设计，把要求面积较大的因素如 灌溉、耕作和施肥等作为主处理安排在主区，把要求面积较小的因素如播种时间、密度和 品种等作为副处理安排在副区，以利于试验的操作、田间管理和调查记载
3、两个因素受生长竞争的影响不同主处理各水平间的生长竞争仅存在于主区边缘 但主区数量少因而受生长竞争的影响也较小。副处理各水平间的生长竞争存在于每个副区 的边缘,因为副区数量多而受生长竞争的影响较大。因此,如果根据以往的经验已知某个 因素的水平间差异较大时应把它作为主处理安排在主区,把另一个因素作为副处理安排在 4、条区设计 条区设计是裂区设计的一种衍生设计,与普通裂区设计的不同之处:两个因素不分主 次,两者的各个水平互为主区 具体做法:先将每个区组划分为若干个纵向主区,安排第一个因素(A)的各个水平 然后再将每个区组划分为若干横向主区,安排第二个因素(B)的各个水平 例:现仍以上述水稻施肥量与品种的二因素试验为例说明其设计方法。 1、依据局部控制原则将试验地划分为3个区组 2、把每个区组划分为3个纵向主区,每个纵向主区里随机地安排A因素的一个水平 3、再把每个区组划分为4个横向主区,每个横向主区里随机地安排B因素的一个水 平。设计结果见图2.14 特点:是两个因素的各个水平互为主区,所以两个因素均有较大的面积,便于试验操 作、田间管理和调查记载。条区设计对两个主效应的分析精确度均相对较低,但对交互作 用的分析有较高精确度是其特点之
6 3、 两个因素受生长竞争的影响不同 主处理各水平间的生长竞争仅存在于主区边缘， 但主区数量少因而受生长竞争的影响也较小。副处理各水平间的生长竞争存在于每个副区 的边缘，因为副区数量多而受生长竞争的影响较大。因此，如果根据以往的经验已知某个 因素的水平间差异较大时应把它作为主处理安排在主区，把另一个因素作为副处理安排在 副区。 4、 条区设计 条区设计是裂区设计的一种衍生设计，与普通裂区设计的不同之处：两个因素不分主 次，两者的各个水平互为主区。 具体做法：先将每个区组划分为若干个纵向主区，安排第一个因素（A）的各个水平； 然后再将每个区组划分为若干横向主区，安排第二个因素（B）的各个水平。 例：现仍以上述水稻施肥量与品种的二因素试验为例说明其设计方法。 1、 依据局部控制原则将试验地划分为 3 个区组。 2、 把每个区组划分为 3 个纵向主区，每个纵向主区里随机地安排 A 因素的一个水平。 3、 再把每个区组划分为 4 个横向主区，每个横向主区里随机地安排 B 因素的一个水 平。设计结果见图 2.14。 特点：是两个因素的各个水平互为主区，所以两个因素均有较大的面积，便于试验操 作、田间管理和调查记载。条区设计对两个主效应的分析精确度均相对较低，但对交互作 用的分析有较高精确度是其特点之一