第一章田间试验设计方法(2013)

自然科学
理论科学
实验科学
我国国家教育部定义是： “科学研究是指为了增 进知识包括关于人类文 化和社会的知识以及利 用这些知识去发明新的 技术而进行的系统的创 造性工作
抽样调查
科学试验
一般是指利用科研手段和装备，为了认识客观事物的内在本质和运动规律而 进行的调查研究、实验、试制等一系列的活动。为创造发明新产品和新技术 2提02供0/8理/12论依据。科学研究的基本任务就是探索、认识未知。
有“－”，平均起来正负相抵消等于0。若将其画成坐标图，
接近于一个对称的钟形图，在靠近0的＋、－范围内出现的
误差次数多，越远离0出现的次数越少。
随机误差和其他随机事件一样，在整体上具有统 计规律，若观测次数足够的多，各误差值围绕平 均误差值为零而变化，大的误差具有较少的频次， 小的误差出现的频数较多，等大的正向和负向的 误差具有同样多的频数。因而随机误差的频数分 布呈对称性。一般把这样的对称性分布叫做正态 误差分布或者叫高斯误差分布。
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第三节 试验误差及其控制
一、试验误差及其控制途径 1. 误差的概念
在科学研究中，试验处理常常受到各种非处 理因素的影响，使试验处理的效应不能真实地反 映出来，也就是说，试验所得到的观测值，不但 有处理的真实效应，而且还包含其它因素的影响， 这就出现了实测值与真值的差异，这种差异在数 值上的表现称为试验误差。
，观察值为
x
，观察
i
值的平均数为 x ，根据准确性和精确性的定义，
有 (xi ) 越小，准确性越高，(xi x) 越小，
精确性越高。
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3.田间误差的来源
试验误差的来源主要有下列几种：
•试验材料固有的差异 •试验实施的不一致性 •外界条件的差异
(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 误差的多种可能性。
一般而言，系统误差可以排除
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精确性
❖偶然误差(random error)
主要由于偶然因素引起的误差，其大小和正 负方向不定，完全决定于机会。又称为随机误差 (random error)
控制偶然误差的方法：增加重复次数、选 用均匀一致的实验单元、在试验中进行合理的 分组。
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4. 控制误差的途径
➢选择同质的试验材料； ➢改进操作和管理技术，使之标准化； ➢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。
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二、土壤差异与试验地的选择
1. 土壤差异的表现
（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。
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瘦土 壤 肥 力 梯 度 方 向
肥
区组3 区组2 区组1
过道
比较不同水稻品种对稻田节肢动物群落的影响（6个品种，设3次重复）
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局部控制主要用于控制土壤差异（田间试验）。 室内试验也可以用局部控制。
例如，在室内比较5种农药的杀虫效果，包括空白 对照共6个处理，每个处理重复3次。
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。
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2. 土壤差异的估测 ➢目测：即根据前茬作物生长的一致情况加 以评定。 ➢空白试验：blank test即在整个试验地上种 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
土 壤 肥 力 变 异 图
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随机误差的规律性
以大豆品种蛋白质含量的测
定为例，若从一批种子中抽取 100份样品，分别进行蛋白质含
f ( ) 68.27%
量的测定，若无系统偏差的干
95.45%
扰，则所获100个数据，将其平
-3
-2
-1
0
1
2
3
随机误差的分布模式
均数当作理论真值 ˆ ，根据
y ˆ 可计算出100个误差值。这100个误差值有“＋”
第一章 植物保护试验设计概述
➢科学研究与科学试验 ➢植保试验计划与方案 ➢试验误差及其控制 ➢常用田间试验设计 ➢田间试验的布置与管理 ➢温室与实验室的试验
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第一节 科学研究与科学试验
一、农业和生物学领域的科学研究
美国资源委员会对科 学研究的定义是： “科学研究工作是科 学领域中的检索和应 用包括对已有知识的 整理、统计以及对数 据的搜集、编辑和分 析研究工作
科学研究是指“反复探索”的意思，英文叫“re-search”。其中前缀re是“反复”的意思， 202s0e/a8r/c1h2是“探索”的意思。科学研究的内涵包含整理、继承知识和创新、发展知识两部分
三、科学研究的基本方法
1. 选题 2. 文献 3. 假说 4. 假说的检验 5. 试验的规划与设计
➢ 科研课题的选择是整 个研究工作的第一步。 试验课程包括国家或 企业指定课题和自选 课题目：
3. 试验地的选择与培养
▪土壤质地均匀，肥力一致； ▪有土地利用的历史记录； ▪地势平整； ▪位置适当； ▪进行空白试验； ▪采用轮换制；
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三、田间试验的基本原则
1. 重复 指每一个处理至少要有两个试验单元。 田间试验的重复次数是指试验中同一
个处理所种植的小区数。 重复的作用：
二、科学研究的基本过程
科学研究的目的在于探求新的知识、理论、 方法、技术和产品：
(1) 对所研究的命题形成一种认识或假说
(2) 根据假说安排相斥性的试验或抽样调查
(3) 根据试验结果进行推理，肯定或否定或修
改假说
从而形成结论，或开始新一轮的试验以验证修改完善后的假说， 如此循环发展，使所获得的认识或理论逐步发展、深化。
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A．长边方向与土壤肥力、坡向平行
Ⅰ
肥
力
梯
Ⅱ度
Ⅲ
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B．如果试验地有两种茬口，那么长边方向占 有两个茬地
甲茬 乙茬
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3.重复次数
试验设置重复次 数越多，试验误 差越小。但在实 际运用时，并非 重复越多越好。
平 均 100 数 80 的 60 误 40 差 20
估计试验误差 降低试验误差
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2. 随机
指试验中的不同处理都有同等的机会设置在任
何一个试验小区上，即重复中的某一个处理究竟 安排在哪一个小区，不要有主观成见，完全由随
机的方法确定。
随机的作用
获得无偏的试验误差估计值
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3. 局部控制
➢在试验中，当试验环境或试验单位差异较大时， 仅根据重复和随机化两原则进行设计不能将试验环 境或试验单位差异所引起的变异从试验误差中分离 出来，因而试验误差大，试验的精确性与检验的灵 敏度低。
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四、控制土壤差异的小区技术
1.小区面积
在田间试验中，安排一个处理的小块地 段称为试验小区（plot）。
试验小区面积的大小，一般变动范围为6—60m2。而 示范性试验的小区面积通常不小于330m2。
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可以从以下各方面考虑确定一个具体试验的小 区面积：
(1)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) 试验地面积 (5) 试验过程中的取样需要 (6) 边际效应和生长竞争
作为试验中处理间比较标准的处理称做对 照（check），以CK表示。
设置对照的目的：
在田间对各处理进行比较时，有利于
作为衡量处理优劣的标准；
利用对照区估计和矫正试验地的土壤差异
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5.设置保护行
试验地和试验小区四周种植的非试验处理区 域称为保护行（guard row）。
保护行的作用： 保护试验材料不受外来因素的损害； 防止靠近试验田四周的小区受到空旷地
变异系数与小区面积大小的关系（根据两个水 稻空白试验的产量数据）
2.小区的形状和方向
小区的形状有长方形和正方形两种：
小区的长宽比可为(3～10):1，甚至可达20:1。 边际效应、生长竞争强烈的情况，土壤差异型不 清，方形小区是有利的。
小区的方向专指长方形小区而言，指 长方形小区长边的方向。
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将每次所取样品测定的结果称为一个观察
值，以y 表示。理论值或真值，以 表示， 则 y ，即观察值=真值+误差，每一
观察值都有一误差 ，可正，可负 。
y
2. 误差的种类
பைடு நூலகம்
准确性
❖系统误差(systematic error)
由非研究的因素所形成的实验结果朝一 个方向的偏差，它有规律性，其大小和符号 基本相同。
0 0 20 40 60 80 100 120
重复次数
重复次数的多少，一般应根据试验所要求的精确度、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。
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4.设置对照区
在准备试虫时发现虫龄大小不一致，如果采用随 机分组，可以降低误差，但如果采用局部控制可 以得到更好的精度。
实施：将虫龄一致的试虫分为一组，共3组。每组 分成6小组（30头左右），6个小组分别用5种农药 及空白对照处理。
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重复
随机
局部控制
无偏的试验 误差估计
降低试验误差
田间试验设计三个基本原则的关系和作用
➢ 选题时应注意以下几 点：实用性、先进性、 创新性、可行性
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第二节 试验设计概述
一、试验设计的基本概念
广义理解是指试验研究课题设计，也就是 整个试验计划的拟定。包含课题名称、试验目的，研究
依据、内容及预期达到的效果，试验方案，供试单位的选取、 重复数的确定、试验单位的分组，试验的记录项目和要求，试 验结果的分析方法，经济效益或社会效益的估计 , 已具备的条 件 , 需要购置的仪器设备，参加研究人员的分工，试验时间、 地点、进度安排和经费预算，成果鉴定，学术论文撰写等内容。
➢为解决这一问题，在试验环境或试验单位差异大 的情况下，可将整个试验环境或试验单位分成若干 个小环境或小组，在小环境或小组内使非处理因素 尽量一致，这就是局部控制。
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实施：
将整个试验环境分成若干个最为一致 的小环境，称为区组（block）。
每一区组再按试验处理数目划分小区 （plot），一个小区随机安排一个处理。
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三、植保试验的特点与要求 （一）植保试验的特点
1. 试验干扰因素多 2. 试验具有复杂性 3. 试验周期长
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（二）植保试验的基本要求
1. 试验要有代表性
植保试验的代表性包括生物学和环境条件两 个方面的代表性。
2. 试验结果要可靠
包括试验的准确性和精确性。
3. 试验要有重演性
y
准确性和精确性
➢准确性(accuracy)也叫准确度，指在调查或试验中 某一试验指标或性状的观测值与其真值接近的程度。 ➢ 精确性(precision)也叫精确度，指调查或试验中 同一试验指标或性状的重复观测值彼此接近的程度。
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准确性与精确性示意图
•设某一试验指标的真值为
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随机误差的层次性
仍以大豆品种蛋白质含量测定为例，可以看到大 豆蛋白质测定中抽取样品时，因为取样过程的随机性 存在取样的随机误差，对于同一份样品，由于测定过 程中的随机因素导致存在随机误差，两者虽都是随机 误差，但发生的时段或层次不一样，因此，随机误差 具有层次性。这里前一阶段的是取样误差，后一阶段 的是测定过程误差。此时，观测值可表示为：
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狭义的理解是指试验单位的选取、重复数目 的确定及试验单位的分组。
生物统计中的试验设计主要指狭义的试验设计。 试验设计的目的是尽量避免系统误差，控制、降 低偶然误差，无偏估计处理效应，从而对样本所 在总体做出可靠、正确的推断。
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二、植物保护试验的任务
在于研究在自然或人为控制条件（生产或接 近生产条件）下，病、虫、杂草等有害生物及食 用菌、资源昆虫、有害生物的天敌等有益生物的 发生规律，探索对有益生物的充分保护利用和对 有害生物科学有效的综合治理技术措施，以便进 一步推广应用到生产实践中去，为我国高速度发 展的可持续农业生产服务。