常用的田间试验设计.ppt
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1、第五节 常用的田间试验设计根据田间试验设计的原理,小区技术的要求和根据田间试验设计的原理,小区技术的要求和试验地的具体条件,将各试验小区在试验地上做最试验地的具体条件,将各试验小区在试验地上做最合理的设置和排列,称为合理的设置和排列,称为田间试验设计田间试验设计。常用的田间试验设计按照小区排列的方式,分常用的田间试验设计按照小区排列的方式,分为为顺序排列顺序排列和和随机排列随机排列两大类。两大类。第三章 试验设计技术一、顺序排列的田间试验设计一、顺序排列的田间试验设计 定义定义:重复内试验小区按既定顺序排列的重复内试验小区按既定顺序排列的田间设计。田间设计。常用的顺序排列田间试验设计:常用的顺
2、序排列田间试验设计:对比法设计对比法设计 间比法设计间比法设计(一)对比法设计(一)对比法设计特点特点 每一处理小区均直接排列于对照小区旁边,每一处理小区均直接排列于对照小区旁边,每隔两个处理小区设一个对照小区,处理可与相邻每隔两个处理小区设一个对照小区,处理可与相邻的对照小区直接比较,故称对比法设计。的对照小区直接比较,故称对比法设计。如试验处理数为偶数,则各重复开始时先设一如试验处理数为偶数,则各重复开始时先设一个处理小区,然后设一个对照小区,以后每隔两个个处理小区,然后设一个对照小区,以后每隔两个处理小区设一个对照小区,直到全部供试品种或处处理小区设一个对照小区,直到全部供试品种或处理排
3、完为止。理排完为止。比如引进比如引进6个品种,以本地主栽品种做对照,做个品种,以本地主栽品种做对照,做品种比较试验,用对比法排列如下页图。品种比较试验,用对比法排列如下页图。图8图图3-73-7处理为偶数的对比法田间排列处理为偶数的对比法田间排列图图3-83-8处理为奇数的对比法田间排列处理为奇数的对比法田间排列1CK23CK45CK61CK23CK45CK67CKCK12C K34CK56CK7也可用下面的排列方式也可用下面的排列方式 对比法设计通常采用三或四次重复。对比法设计通常采用三或四次重复。在重复的排列上,根据试验地的形状,土壤肥力线的走在重复的排列上,根据试验地的形状,土壤肥力线的
4、走向以及供试品种或处理的多少不同,可采用单排式(图向以及供试品种或处理的多少不同,可采用单排式(图3-93-9)、)、双排式或多排式。双排式或多排式。图图3-9 3-9 单排式对比法田间排列(三次重复)单排式对比法田间排列(三次重复)为了避免同一处理排在一条直线上,为了避免同一处理排在一条直线上,可采用逆向式排列(图可采用逆向式排列(图3-10)或阶梯式排列(图或阶梯式排列(图3-11)。)。对比法设计对比法设计 适用于一般不超过适用于一般不超过10个处理的比较试验和示范试验。个处理的比较试验和示范试验。主要优点主要优点:1 处理和对照相邻,土壤肥力接近,有较高的精确度;处理和对照相邻,土壤肥
5、力接近,有较高的精确度;2 直观性强,便于观察比较;直观性强,便于观察比较;3 方法简单,易于掌握。方法简单,易于掌握。主要缺点主要缺点:1 对照小区过多,占试验地的三分之一,土地利用率不对照小区过多,占试验地的三分之一,土地利用率不高,在人力物力上也造成一些浪费高,在人力物力上也造成一些浪费;2 各个处理之间不能进行直接比较;各个处理之间不能进行直接比较;3 存在生长竞争的误差;存在生长竞争的误差;4 不能进行试验误差的无偏估计,故不适于统计分析方不能进行试验误差的无偏估计,故不适于统计分析方法进行试验结果分析。法进行试验结果分析。(二)间比法设计特点特点 每个重复的第一和末端一个小区一定是
6、对照小区;每个重复的第一和末端一个小区一定是对照小区;两个对照小区之间排列同样多个处理小区,通常是两个对照小区之间排列同样多个处理小区,通常是4个个至至9个。个。一般设二至四次重复。一般设二至四次重复。重复的排列:重复的排列:单排式,双排式单排式,双排式 多排式。多排式。在采用双排式或多排式时,为避免相同处理排在一条直在采用双排式或多排式时,为避免相同处理排在一条直线上,宜采用逆向双排式(图线上,宜采用逆向双排式(图3-12)和阶梯多排式()和阶梯多排式(3-13)额外对照小区(额外对照小区(Extra check)采用间比法设计采用间比法设计 如果供试品种较多,在一条土地上不能安排完重复如果
7、供试品种较多,在一条土地上不能安排完重复内的全部小区,则可在第二条土地上接下去排。内的全部小区,则可在第二条土地上接下去排。但在第二条土地开始时,仍要设置一个对照小区,但在第二条土地开始时,仍要设置一个对照小区,这个小区称为额外对照小区(这个小区称为额外对照小区(Extra check),用),用Ex.Ck表示表示 (图(图3-14)。)。间比法设计间比法设计常用于育种工作初期的鉴定试验常用于育种工作初期的鉴定试验,也也可用于供试品种较多可用于供试品种较多而试验精确度要求不太高的而试验精确度要求不太高的品种比较试验品种比较试验。这种试验设计的优缺点大体和对比法设计相似,这种试验设计的优缺点大体
8、和对比法设计相似,虽比对比法设计节省了对照小区的用地,可是虽比对比法设计节省了对照小区的用地,可是直观直观性却没有对比法设计强;精确度没有对比法设计高性却没有对比法设计强;精确度没有对比法设计高。二、随机排列的田间试验设计二、随机排列的田间试验设计重复内各试验处理小区排列的位置是随机的,重复内各试验处理小区排列的位置是随机的,任何一个处理都有同等机会设置在重复内任何一个任何一个处理都有同等机会设置在重复内任何一个小区上,这样田间设计就是小区上,这样田间设计就是随机排列的试验设计随机排列的试验设计。常用的随机排列田间设计有:常用的随机排列田间设计有:完全随机设计完全随机设计 巢式设计巢式设计 随
9、机区组设计随机区组设计拉丁方设计拉丁方设计 裂区设计裂区设计 正交试验设计正交试验设计 随机排列试验设计随机排列试验设计是一大类田间设计方法是一大类田间设计方法 它们的它们的共同优点共同优点:1、由于采用了随机排列,能减少相邻小区间由于由于采用了随机排列,能减少相邻小区间由于生长竞争所造成的误差;生长竞争所造成的误差;2、获得的试验结果能够进行方差分析和显著性测、获得的试验结果能够进行方差分析和显著性测验。验。(一)完全随机设计(一)完全随机设计k个处理,个处理,n次重复次重复 完全随机设计完全随机设计将试验地划分为将试验地划分为nk个试验小区,顺次编号为个试验小区,顺次编号为1、2、3nk;
10、将将k个处理的代号写在完全相同的小纸片上,每个处理代号写个处理的代号写在完全相同的小纸片上,每个处理代号写n 张,共张,共nk张,揉成纸团,混匀张,揉成纸团,混匀;随机抽取纸团随机抽取纸团,抽得的第一个纸团写的处理安排在抽得的第一个纸团写的处理安排在1号小区,第号小区,第二个纸团写的处理安排在二个纸团写的处理安排在2号小区,号小区,第第nk个纸团写的处理安排个纸团写的处理安排在最后一个小区。在最后一个小区。这样的设计叫作这样的设计叫作完全随机设计完全随机设计(Completely Randomized Design)。用随机数字表安排用随机数字表安排5个品种蔬菜个品种蔬菜A、B、C、D、产量比
11、较试验,采用完全随机设计,、产量比较试验,采用完全随机设计,重复四次。重复四次。k=5,n=4,nk=5 x 420(个试验小区)(个试验小区)把试验地划分为把试验地划分为20个小区,其田间位置如图个小区,其田间位置如图3-14所示,按顺序给予所示,按顺序给予1至至20的编号。的编号。翻开附表翻开附表1随机数字表的任一页,笔尖随意落下,笔尖点到或靠近随机数字表的任一页,笔尖随意落下,笔尖点到或靠近的数字开始,读出四位数。比如点到第一页第的数字开始,读出四位数。比如点到第一页第24行第行第20列的列的1,读一个,读一个四位数为四位数为1015。然后利用前两位数作行,后两位数作列,即查第。然后利用
12、前两位数作行,后两位数作列,即查第10行第行第15列,得座标点为列,得座标点为4,从,从4开始向下连读出开始向下连读出20个不同的三位数(重复数据个不同的三位数(重复数据不要,取三位数是为了避免出现过多的重复数据)为:不要,取三位数是为了避免出现过多的重复数据)为:441 717 577 799 005 628 093 662 774 360951 429 888 014 280 723 169 157 612 620根据数据的大小,编好秩次,记于数据的下面。根据数据的大小,编好秩次,记于数据的下面。从左端开始,按从左端开始,按n=4共分为共分为5组。第一组组。第一组9 15 10 18小区安
13、排品种小区安排品种A;第二组;第二组1 13 3 14安排品种安排品种B;以;以此类推,即同组各此类推,即同组各 小区接受相同处理小区接受相同处理。根据每个处。根据每个处理得到的秩次号码到试验地与小区的编号理得到的秩次号码到试验地与小区的编号“对号入座对号入座”(图(图3-15)。)。9 15 10 18;1 13 3 14;17 7 20 8;19 2 6 16;5 4 11 12试验得到的全部观测值为单向分组资料。试验得到的全部观测值为单向分组资料。完全随机设计的优点完全随机设计的优点完全随机设计的优点:1.重复次数富有伸缩性,各处理的重复次数可以相重复次数富有伸缩性,各处理的重复次数可以
14、相等,也可以不相等。等,也可以不相等。2.设计和结果分析比较简单,设计和结果分析比较简单,重复次数相等,采用组内观测值数目相等资料的重复次数相等,采用组内观测值数目相等资料的方差分析;方差分析;重复次数不等,采用组内观测值数目不等资料的重复次数不等,采用组内观测值数目不等资料的方差分析。方差分析。3.可不进行缺区估计。可不进行缺区估计。完全随机设计的缺点 完全随机设计的缺点完全随机设计的缺点:1.同处理小区的分布没有规律,比较零乱,不便同处理小区的分布没有规律,比较零乱,不便于观察记载。于观察记载。2.由于没有应用局部控制原则,在土壤肥力差异由于没有应用局部控制原则,在土壤肥力差异较大的情况下
15、,增加了试验误差,而且无法剔除。较大的情况下,增加了试验误差,而且无法剔除。因此,这种试验设计只适合在土壤肥力均匀,供因此,这种试验设计只适合在土壤肥力均匀,供试小区在试小区在20个左右的情况下使用。个左右的情况下使用。本设计很适合于实验室、温室以及食用菌方面的本设计很适合于实验室、温室以及食用菌方面的试验。试验。(二)巢式设计(二)巢式设计把研究对象把研究对象分成分成分成分成若干组,每组内分若干亚组,若干组,每组内分若干亚组,而每个亚组内又有若干个观测值的设计,称为而每个亚组内又有若干个观测值的设计,称为巢式巢式设计(设计(Neested Design)。上述定义是上述定义是二级巢式设计二级
16、巢式设计。如果亚组内再分几个小组,小组内有若干个观如果亚组内再分几个小组,小组内有若干个观测值,称为测值,称为三级巢式设计三级巢式设计。以此类推,可有以此类推,可有多级巢式设计多级巢式设计。在巢式设计的各分级中,在巢式设计的各分级中,至少有一级是随机的至少有一级是随机的(随机抽样,或是随机排列),否则就得不到无偏(随机抽样,或是随机排列),否则就得不到无偏的试验误差估计。的试验误差估计。最简单的巢式设计是一级巢式设计。最简单的巢式设计是一级巢式设计。巢式设计所得的全部观测值为组内分亚组的单巢式设计所得的全部观测值为组内分亚组的单向分组资料,简称系统分组资料,可进行向分组资料,简称系统分组资料,
17、可进行系统分组系统分组资料的方差分析资料的方差分析。优点:优点:1.设计简单,应用广泛。田间试验、温室和实设计简单,应用广泛。田间试验、温室和实验室试验均可用。验室试验均可用。2.由于设计中至少有一级随机,因而可获得无由于设计中至少有一级随机,因而可获得无偏的试验误差估计。采用随机的级数愈多,试验结偏的试验误差估计。采用随机的级数愈多,试验结果分析的精确度愈高。果分析的精确度愈高。缺点:缺点:1.不设重复,若组间存在非处理效应,无法鉴不设重复,若组间存在非处理效应,无法鉴别出来。别出来。2.对于随机抽取的样本,样本容量应该足够大,对于随机抽取的样本,样本容量应该足够大,否则抽样误差大,样本代表
18、性不强,结果分析的精否则抽样误差大,样本代表性不强,结果分析的精确度降低。确度降低。(三)随机区组设计(三)随机区组设计将试验地按土壤肥力差异划分为等于重复次数将试验地按土壤肥力差异划分为等于重复次数的区组,一个区组即一次重复。的区组,一个区组即一次重复。然后把每个区组再划分成等于处理数的小区。然后把每个区组再划分成等于处理数的小区。区组内各处理随机排列,这就是区组内各处理随机排列,这就是随机区组设计随机区组设计(Randomized Block Design)。)。随机区组设计随机区组设计 全面地运用了田间试验设计的三条基本全面地运用了田间试验设计的三条基本原则,是一种比较合理的田间试验设计
19、,目前田间试验中原则,是一种比较合理的田间试验设计,目前田间试验中最最常采用常采用。通常采用三至五次重复,因处理多少和对试验精确度要通常采用三至五次重复,因处理多少和对试验精确度要求不同而异。求不同而异。例如某地马铃薯播种期试验,从立春开始每隔半个月播例如某地马铃薯播种期试验,从立春开始每隔半个月播种一次,共播四次,采用随机区组设计,重复四次,小区面种一次,共播四次,采用随机区组设计,重复四次,小区面积积13.3平方米,其田间设计如图平方米,其田间设计如图3-16。优点优点:1设计简单,容易掌握,试验结果的统计分析也不复杂。设计简单,容易掌握,试验结果的统计分析也不复杂。2伸缩性强,应用广泛,
20、单、复因子试验均可采用(复因伸缩性强,应用广泛,单、复因子试验均可采用(复因子试验中每个小区安排一个处理组合)。子试验中每个小区安排一个处理组合)。3.能提供无偏的试验误差估计并有效地控制单向土壤肥力差能提供无偏的试验误差估计并有效地控制单向土壤肥力差异,降低试验误差。异,降低试验误差。4.对试验地大小、形状要求不严格,只要求同一区组内有较对试验地大小、形状要求不严格,只要求同一区组内有较大的一致性,不同区组可以分散。大的一致性,不同区组可以分散。缺点缺点:1处理数目不宜太多,否则区组加大,会降低局部控制的处理数目不宜太多,否则区组加大,会降低局部控制的效果。一般处理数目以效果。一般处理数目以
21、10个以内为宜,最多不能超过个以内为宜,最多不能超过20个处理。个处理。2.不能控制具有两个方向肥力差异所造成的误差。不能控制具有两个方向肥力差异所造成的误差。(四)拉丁方设计(四)拉丁方设计k个元素排成个元素排成k行行k列,每一个元素在每行每列仅列,每一个元素在每行每列仅出现一次的试验设计,就叫作拉丁方设计出现一次的试验设计,就叫作拉丁方设计(Latin Square Design).试验地在纵横两个方向上分成试验地在纵横两个方向上分成n列列n行,每一直行,每一直行(列)和横行(行)都成为区组,每一处理在每行(列)和横行(行)都成为区组,每一处理在每一直行和横行都只出现一次,所以拉丁方设计的
22、重一直行和横行都只出现一次,所以拉丁方设计的重复数、处理数、直行数和横行数均相等。复数、处理数、直行数和横行数均相等。拉丁方设计步骤拉丁方设计步骤选选择择标标准准拉拉丁丁方方横横行行随随机机纵纵列列随随机机处处理理随随机机第一直行和第一横行均为顺序排列的拉丁方称为第一直行和第一横行均为顺序排列的拉丁方称为标准方标准方。3x3的拉丁方只有一个标准方。的拉丁方只有一个标准方。随着处理数随着处理数k增加,标准方数目迅速增加增加,标准方数目迅速增加4x4拉丁方有拉丁方有4个个 5x5的拉丁方有的拉丁方有56个个 6x6的拉丁方的拉丁方有有9408个个一个标准方的直行和另一个标准方的横行完全相同,这两一
23、个标准方的直行和另一个标准方的横行完全相同,这两个标准方称为个标准方称为共扼方共扼方。常用的标准方(表常用的标准方(表37)优点优点:1从两个方向控制土壤肥力及微域气候差异,从两个方向控制土壤肥力及微域气候差异,精确度较高。精确度较高。2常用于单因子试验,也可用于试验因子或水常用于单因子试验,也可用于试验因子或水平不多的复因子试验。平不多的复因子试验。缺点缺点:1重复数必等于处理数,处理多时,则重复过重复数必等于处理数,处理多时,则重复过多;处理少时,重复少,则估计误差的自由度太小。多;处理少时,重复少,则估计误差的自由度太小。因此,只适于因此,只适于4-8个处理或处理组合的试验。个处理或处理
24、组合的试验。2.要求土地平整,具有或接近正方形,缺乏随机要求土地平整,具有或接近正方形,缺乏随机区组设计灵活性。区组设计灵活性。(五)裂区设计(五)裂区设计将试验地根据重复数将试验地根据重复数n划分为划分为n个区组;个区组;把各区组划分为等于主处理水平数把各区组划分为等于主处理水平数a的主区(整区)的主区(整区)将主处理各水平随机地排列到各个主区去将主处理各水平随机地排列到各个主区去把各主区划分为等于副处理水平数把各主区划分为等于副处理水平数b的副区(裂区)的副区(裂区)将副处理各水平随机地排列到各个副区去将副处理各水平随机地排列到各个副区去这种将整区(主区)分裂成裂区(副区)的设计,这种将整
25、区(主区)分裂成裂区(副区)的设计,叫作叫作 裂区设计(裂区设计(Split Plot Design)。裂区设计的特点裂区设计的特点 主处理分设在主区,副处理分设在副区主处理分设在主区,副处理分设在副区副区之间比主区之间更为接近副区之间比主区之间更为接近统计分析时,分别估计主区和副区的试验误差统计分析时,分别估计主区和副区的试验误差 副区的试验误差常小于主区的试验误差副区的试验误差常小于主区的试验误差副区的比较比主区的比较更为精确。副区的比较比主区的比较更为精确。下列情况可应用裂区设计:下列情况可应用裂区设计:1.一个因子的各处理水平比另一个因子的各处理水平要一个因子的各处理水平比另一个因子的
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