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田间试验设计

试验标准(依此文件),试验流程:责任部门、责任人常用的田间实验设计一、顺序排列的试验设计(一)、对比法设计这种设计常用于少数品种的比较试验及示范试验,其排列特点是每一供试品种均匀直接排列于对照区旁边,使每一小区可与其相邻旁的对照区直接比较。

如图1为8个品种3次重复的对比法排列。

这类设计由于相邻小区特别是狭长相邻小区之间土壤肥力的相似性,亦可获得较精确的结果,并有利于实施与观察。

但对照区过多,要占试验田面积的1/3,土地利用率不高。

一般重复次数可为3~6次,必要时还可适当增加。

每一重复内的各小区都是顺序排列。

重复排列成多排时,不同重复内小区可排列成阶梯式,以避免同一处理的各小区排在一直线上。

(二)、间比法设计在育种试验前期阶段如鉴定圃试验供试的品系(种)数多,要求不太高,而用随机区组排列有困难,可用此法。

间比法设计的特点是,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2~4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)。

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3。

顺序排列设计的优点是设计简单,操作方便,可按品种成熟期、株高等排列,能减少边际效应和生长竞争。

但缺点是这类设计虽通过增设对照,并安排重复区以控制误差,但各处理在小区内的安排不随机,所以估计的试验误差有偏性,理论上不能应用统计分析进行显著性测验,尤其是有明显土壤梯度时,品种间比较将会发生系统误差。

二、随机排列的试验设计(一)完全随机设计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者不相等,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用。

例如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。

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实验及网、温室的盆钵试验。

(二)、随机区组设计亦称完全随机区组设计这种设计的特点是根据“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,一区组安排一重复,区组内各处理都独立地随机排列。

这是随机排列设计中最常用而最基本的设计。

随机区组设计有以下优点:(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。

不足之处在于这种设计部允许处理数太多,一般不超过20个。

因为处理多,区组必然增大,局部控制的效率降低,而且只能控制一个方向的土壤差异。

对于随机区组各小区的随机排列此处以随机数字法举例说明如下:例如有一包括8个处理的试验,只要将处理分别给以1,2,3,4,5,6,7,8的代号,然后从随机数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个处理在区组内的排列次序。

有更多重复时,照样进行随机以确定处理小区的位置。

总之,不仅以区组内每一处理的位置随机,并且各区组内小区的随机都是独立进行。

多于9个处理的试验,可同样查随机数字表。

如有12各处理,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。

随机区组在田间布置时,应考虑都试验精确度与工作便利等方面,以前者为主。

设计的目的在于降低实验误差,宁使区组之间占有最大的土壤差异,而同区组内各小区间的变异应尽可能小。

一般从小区形状而言,狭长形小区之间的土壤差异为最小,而方形或接近方形的区组之间的土壤差异大。

因此,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(如图4)。

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,可将小区布置成两排,如图5。

如上所述,若试验地段的限制,使一个试验的所有区组不能排列在一块土地上时,可将少数区组设在另一地段,即各个区组可以分散设置,但一区组内的所有小区必须布置在一起。

(三)、拉丁方设计拉丁方设计将处理从纵横两个方向排列为区组(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进行局部控制的随机排列的设计。

如图6所示为5×5拉丁方。

每一直行及每一横行都成为一区组或重复,而每一处理在每一直行或纵行都只出现一次。

所以,拉丁方设计的处理数、重复数、直行数、横行数均相同。

由于二个方向划分成区组,拉丁方排列具有双向控制土壤差异的作用,即可以从直行和横行两个方向消除土壤差异,因而有较高的精确度。

拉丁方设计的主要优点为精确度高,但缺乏伸缩性,因为在设计中,重复数必须等于处理数,两者相互制约。

处理数多,则重复次数会过多,处理数少,则重复次数必然少,导致试验估计误差的自由度太少,鉴别试验处理间差异的灵敏度不高。

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(4×4)拉丁方。

此外,布置这种设计时,不能将一直行或一横行分开设置,要求有整块地平坦的土地,缺乏随机区组那样的灵活性。

第一直行和第一横行均匀顺序排列的拉丁方称标准方。

拉丁方甚多,但标准方较少。

如3×3只有一个标准方。

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k×k标准方,可化出k!(k-1)!个不同的拉丁方。

进行拉丁方设计时,首先应根据处理数k从拉丁方的标准方表中选择一个k×k的标准方。

但在实际应用上,为了获得所需的拉丁方,可简捷地从选择标准方的基础上进行横行、直行及处理的随机。

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:(4×4)拉丁方:随机取4个标准方中的一个,随机所有直行及第二、三、四横行,也可以随机所有横行和直行,再随机处理。

(5×5)及更高级拉丁方:随机所有直行、横行处理。

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。

首先取上面所列的(5×5)选择标准方。

再从随机数字表中,以铅笔尖任意落于一行,查随机数字,将0和大于5的数字去掉,得1、4、5、3、2,随机直行的随机。

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(5×5)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,如图7。

(四)裂区设计裂区设计是多因素试验的一种设计方式。

在多因素试验中,如处理组合数不太多,而各个因素的效应同等重要时,采用随机区组设计;如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。

裂区设计与多因素试验的随机区组设计在小区排列上有明显的差别。

在随机区组中,二个或更多因素的效应同等重要时,采用随机去组设计;如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。

裂区设计与多因素试验的随机区组设计在小区排列上有明显的差别。

在随机区组中,二个或更多因素的各个处理组合的小区皆均等地随机排列在一区内。

而在裂区设计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;按主处理所划分的小区成为主区,亦称整区,主区内按各副处理所划分的小区称为副区,亦称裂区。

从第二个因素来讲,一个主区就是一个区组,但是从整个试验所有处理组合讲,一个主区仅是一个不完全区组。

由于这种设计将主区分裂为副区,副区之间比主区之间更为接近,从而副处理间的比较比主处理间的比较更为准确。

通常在下列几种情况下,应用裂区设计。

(1)、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。

例如耕地、肥料、灌溉等试验,耕、肥、灌等处理宜作为主区;而另一因素如品种等,则可设置于副区。

(2)、试验中某一因素的主效比另一因素的主效更为重要,而要求更精确地比较,或二个因素间的交互作用比其主效时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8。

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列成拉丁方,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5×2、5×3、5×4、6×2、6×3、7×2、7×3等。

(五)、再裂区设计裂区设计若再需引进第三个因素的试验,可以进一步做成在再裂区,即在裂区内再划分为更小单位的小区,称为再裂区,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。

再裂区设计比较复杂,但实际试验研究需要采用它时,可用以研究因素之间的一些高级互作,且能估计三种试验误差,有利于解决实际问题。

兹举例说明设计步骤。

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。

(1)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,每一中区划分为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。

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