生态学试验设计

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2.生态学试验设计的基本原则
(1)重复原则(replication) 试验中同一处理设置的小区数,称为重复次数。重复的作用是估 计实验误差,同一处理的几个重复之间的差异可以估计试验误差;重复 的另一作用是降低试验误差,试验误差的大小与重复的平方根成反比。 (2)随机原则(random assortment) 随机排列是指一个区组中每一个处理都有同等的机会设置在任何 一个试验小区上,以避免任何主观因素的干扰。 (3)局部控制原则(local contral) 就是将整个试验环境分为若干个相对最为一致的小环境,再在小 环境里设置成套处理,即在田间分地段、分范围地控制土壤差异等非处 理环境因素,使之对各试验小区的影响达到最大程度的一致。
4. 常用的田间试验设计方法
4.1 顺序排列的试验设计 (1)对比法设计(contrast design) 对比设计法使每一个处理小区均直接排列于对照区旁边,可与其旁边 的对照直接比较。每个重复内的各小区都是顺序排列的。重复排列成多排 时,不同重复内小区可排列成阶梯式或逆向式,避免同一处理的各小区排 在一条直线上。 Ⅰ 1 Ⅱ 7
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (2)随机区组设计(randomized blocks design) 根据“局部控制”的原则,将试验地按肥力程度分为等于重复次数 的区组,一区组安排一个重复,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且最基本的设计方法。该设计方法的优点是: 设计简单,容易掌握;富于伸缩性,单因素、多因素以及综合性的试验 都可以应用;能提供无偏的误差估计,并有效地减少单向的肥力误差; 对实验地的地形要求不严,必要时不同区组可分散地设置在不同的地段 上。该设计方法的缺点是不允许处理太多,一般不超过20个。
B F D A C E
C D E F A B
D C F E B A
E A B C F C
F E A B
A B C D E
B C D E F G A
C D E F G A B
D E F G A B C
E F G A B C D
F G A B C D E
G A B C D E F
D
F
D
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4. 常用的田间试验设计方法
3. 控制田间试验误差的小区技术
(1)小区面积 在一定范围内,小区面积增加,试验误差减少,但减少不是 同比例的。试验小区的面积一般在5-60m2。对于种植密度大的作物, 小区适当可小些;种植密度小的作物小区面积则应该大些。 (2)小区形状 小区的形状是指小区长度与小区宽度的比例。在通常情况下, 长方形小区易于减少土壤差异。小区的长宽比可为(3-10)。小区 的形状应根据试验地的形状、面积以及小区多少和大小等调整决定。
3. 控制田间试验误差的小区技术
(3)重复次数 重复次数的多少,一般根据试验所要求的精确度、试验地土壤 差异大小、试验材料的数量、试验地的面积、小区大小等决定。小 区面积较小的试验通常可以重复3-6次;小区面积较大者一般可重复 3-4次。 (4)对照区的设置 田间试验应设置对照区(check,以CK表示),作为处理比较的 标准。
4.2 随机排列的试验设计 (1)完全随机设计(completely random design) 将各处理随机分配到各小区,每个处理的重复可以相等或不等,这 种设计对实验单元的安排灵活机动,单要素或多要素皆可应用。这类设 计分析简便,但要求试验的环境要素要相当均匀,所以一般用于实验室 培养试验及网室、温室的盆钵试验。
西部生态与生物资源开发联合研究中心
1.生态学试验的基本特点
① 单因素试验(single-factor experiment) 整个试验过程中只改变、比较一个试验因素(factor)的不同水平 (level),其他作为试验条件的因素均严格控制一致。这是一种最基 本的最简单的试验方案。但如果选取的因素恰当也是很有意义的。 ② 多因素试验(multiple-factor experiment) 同一试验方案中包含两个或两个以上的试验因素,各个因素都分为 不同的水平,其他试验条件均应严格控制一致。各因素不同水平的组 合成为处理组合(treatment combination),处理组合数是各供试因 素水平数的乘积。这种试验的目的一般在于明确各因素的相对重要性 和相互作用,并从中评选出一个或几个最优的处理组合。
3. 控制田间试验误差的小区技术
(5)保护行的设置 由于边缘效应的存在,易造成试验地边缘产生试验误差。应在 试验地周围设置保护行(guarding row),一方面可以防止边缘效 应,另一方面减少外来(如人畜等进入)因素的干扰。 (6)重复区或区组和小区的排列 把全部处理小区分配于具有相对同质的一块土地上,称为一个 区组(block)。一般实验设置3-4个重复,分别安排在3-4个区组上。 这时重复和区组完全相等,每一个区组包括全部处理,称为完全区 组;也有少数情况,一个重复安排在几个区组上,每个区组只安排 部分处理,称为不完全区组。
“生态学研究方法”第二讲
生态学试验设计
1.生态学试验的基本特点
(1)综合性与层次性 任何一个生态学现象和生态学过程都是多种生物要 素和环境要素共同作用的结果。这些相互作用在多种尺 度上发生。决定了生态学试验的综合性和层次性。 生态学试验根据供试生态因子的多少和试验目标的 不同,通常可分为单因素试验、多因素试验和综合试验。
CK
2 8 6
3 1 7
CK
4 2 8
5 3 1
CK
6 4 2
7 5 3
CK
8 6 4
8个处理3次重 复对比排列(阶 梯式)
CK
CK
CK
CK

5
CK
CK
CK
CK
4. 常用的田间试验设计方法
4.1 顺序排列的试验设计 (2)间比法设计(interval contrast design) 间比设计法使每一条地上的第一个和最末一个小区一定是对 照区(CK)。每两个对照区之间排列相同数目的处理小区。通常 是4-9个,重复2-4次。
CK 1 2 3 4 5 6 CK 7 8 9 10 CK 1 2 3 4 5 CK
Ⅰ CK 6 7 8 9 10 CK 1 Ⅲ 10个品种3次重复的间比法排列,两行排3重复 2 3 4 CK 5
Ⅱ 6 7 8 9 10 CK
(ⅠⅡⅢ代表重复,1、2、3……代表品种,CK代表对照)
4. 常用的田间试验设计方法
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (3)拉丁方设计(latin square design)
A B C B C A C A B A B C D B A D C C D B A D C A B
A A B C D E B A D E C C E A B D D C E A B E D B C A B C D E F
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (4)条区设计(strip-blocks design) 条区设计是裂区设计的一种衍生设计,如果所研究的两个因素都 需要较大的小区面积,且为了便于管理和观察记载,可将每个区组划 分为若干个纵向长条形小区,安排第一个因素的各个处理(如A因 素);再将各区组划分为若干个横向长条形小区,安排第二个因素的 各个处理(如B因素)。条区设计方法的主要特点是,能估计三种实 验误差,分别用于检测两个因素的主效及其交互作用。但对两个因素 的主效测验则不如一般随机区组设计精确。因此,仅用于对交互作用 特别重视的试验。
2.生态学试验设计的基本原则
重 复 三 原 则 随机化 局部控制


试验 用


试验设计
原则的
3. 控制田间试验误差的小区技术
在田间试验中,安排一个处理的小地段称为试验小区,简称 小区(plot)。控制田间试验误差的小区技术通常包括: 小区面积的控制; 小区形状的设计; 重复次数的选择; 对照区的设置; 保护行的设置; 重复区或区组和小区的排列。
1.生态学试验的基本特点
(2)时空变异性 生态学试验大多属于田间试验,涉及生物要素和环境要素, 生物要素通常存在个体差异和遗传变异,环境要素存在明显的时 间和空间变异性。因此,生态学试验存在出现较大误差(包括系 统误差和随机误差)的可能性。 田间试验误差的可能来源: ①试验材料固有的误差; ②试验管理与操作技术不一致; ③试验条件不一致。
4.2 随机排列的试验设计 (4)裂区设计(split-plot design) 先按第一个因素设置各个处理(主处理)的小区,然后在这个主 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 理所划分的小区称为主区(main plot),亦称为主区或整区,整区内 按各个副处理所划分的小区称为副区,也称裂区(split-plot )。从第 二个因素来说一个主区就是一个区组,但是从整个试验所有处理组合 讲,一个主区仅仅是一个不完全区组。该设计方法通常用于以下三种 情况:在一个因素的各种处理比另一个因素的各种处理需要更大面积 时,便于管理;实验某一因素的主效比另一因素的主效更为重要,要 求有更精确的比较;根据以往研究得知,某些要素的效应比另一些要 素的效应更大时,将可能表现较大差异的因素作为主处理。
4. 常用的田间试验设计方法

4.2 随机排列的试验设计 (4)裂区设计(split-plot design)
1
5
2
5
4
1
2
4
3
6
3
4
3
6
2
6
5
1
高 Ⅱ
6 5 3 2 3 1 1 6 3 2 4 6 5
中 Ⅲ
3 2 1

4
2
1
4
2
4
6
5
2
5
4
1
3
5
4
6
1
6
5
3






3个施肥量和6个品种两因素试验的裂区设计
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (2)随机区组设计(randomized blocks design)

3 8 1 10 7 15 14 9 2 1 4

7 9 14 13 10 2 7

9 16 8 13 5 10
6 13 4 16 11 2 12 5 15 8
6
3 11 12 5 16 14 12 3
10个品种3次重 复的间比法排列 (逆向式) (ⅠⅡⅢ代表重 复,1、2、 3……代表品种, CK代表对照)

CK
1
2
3 8 3
7
4
5 6 5
6 7 5 6
4
8 3 8
9 2 9
10 CK
Ⅱ CK 10 9
1
CK

CK 1
2
4
7
10 CK
4. 常用的田间试验设计方法
4.1 顺序排列的试验设计 (2)间比法设计(interval contrast design)
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (2)随机区组设计(randomized blocks design)
Ⅰ 7 1 3 4 2 5 8 6
肥力梯度
Ⅱ 4 3 6 8 1 2 7 5
Ⅲ 2 1 8 7 6 4 5 3
Ⅳ 1 7 5 3 4 8 6 2
8个品种4个重复的随机区组排列
1
4
6 11 15
16个品种3个重复的随机区组排列,小区布置成两排
4. 常用的田间试验设计方法
4.2 随机排列的试验设计 (3)拉丁方设计(latin square design) 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。该设计方法的特点是, 处理数、重复数、直行数、横行数均相等,具有双向控制土壤差异的 作用,因而具有较高的精度。但实验设计无伸缩性,重复数必须等于 处理数,处理数太多会导致重复数过多。处理数太少又会影响试验误 差的自由度。通常拉丁方设计只限于4-8个处理。
西部生态与生物资源开发联合研究中心
1.生态学试验的基本特点
③ 综合性试验(comprehensive experiment) 综合性试验实际上也是一种多因素试验,但与上述多因素试验不 同。综合性试验中各因素的各水平不构成平衡的处理组合,而是将若干 因素的某些水平结合在一起形成少数几个处理组合。这种试验方案的目 的在于探讨一系列供试因素某些处理组合的综合作用,而不在于检测因 素的单独效应和相互作用。 单因素试验和多因素试验是分析性试验;综合性试验则是在对其主 导作用的那些因素及其相互关系已经基本清楚的基础上设计的试验。它 的处理组合就是一系列经过试验初步证实的优良水平的组合。
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