試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí)

1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí)目目 錄錄一二三四五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求試驗(yàn)誤差及其控制途徑試驗(yàn)誤差及其控制途徑試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)一試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)（experimental design）是進(jìn)行生物學(xué)研究的重要工具。常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)有對(duì)比設(shè)計(jì)（鄰比設(shè)計(jì)和間比設(shè)計(jì)）、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、裂區(qū)設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)等。試驗(yàn)設(shè)計(jì)也可分為田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)和室內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。一試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí) 田間試驗(yàn)的研究對(duì)象和材料是生物體本身，由農(nóng)作物或其他生物體本身

2、的反應(yīng)來直接檢測(cè)試驗(yàn)的效果。田間試驗(yàn)是在開放的自然條件下進(jìn)行的因而田間試驗(yàn)環(huán)境條件的差異易導(dǎo)致試驗(yàn)誤差的產(chǎn)生。室內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究者通過大量實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)一個(gè)理論或證實(shí)一種假設(shè)而進(jìn)行的一系列操作。一試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念二基本概念 二 在一項(xiàng)試驗(yàn)中，試驗(yàn)指標(biāo)是根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康亩x定的，不同的試驗(yàn)?zāi)康倪x用不同的試驗(yàn)指標(biāo)。 例如：在考察不同土壤條件對(duì)植物地上生物量的影響時(shí)，地上生物量是試驗(yàn)指標(biāo)；在考察不同施肥配方對(duì)小麥產(chǎn)量的影響時(shí)，小麥產(chǎn)量是試驗(yàn)指標(biāo)。1、試驗(yàn)指標(biāo)試驗(yàn)指標(biāo)（index variable）基本概念 二試驗(yàn)指標(biāo)可分為兩類：定量指標(biāo)和定性指標(biāo) 定量指標(biāo)：可以用數(shù)量表示的指標(biāo)。如干草產(chǎn)

3、量、土壤PH值等。 定性指標(biāo)：不能用數(shù)量表示的指標(biāo)。如玉米品種，牧草適口性等。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌梢赃x擇一個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)，也可以同時(shí)選擇多個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)，前者稱為單指標(biāo)試驗(yàn)，后者成為多指標(biāo)試驗(yàn)。1、試驗(yàn)指標(biāo)試驗(yàn)指標(biāo)（index variable）基本概念 二 在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中可能對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)產(chǎn)生影響的條件稱為試驗(yàn)因素。 例如：在考察不同土壤條件對(duì)植物地上生物量的影響時(shí)，土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤水分、土壤質(zhì)地等，這些都是影響地上生物量的因素。 定量因素：取值可以在某一區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化。 定性因素：只能取有限個(gè)類別。 2、試驗(yàn)因素試驗(yàn)因素（factor）基本概念 二 在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，為考察試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影

4、響情況，要使試驗(yàn)因素處于不同的狀態(tài)，把試驗(yàn)因素所處的不同狀態(tài)稱為因素的水平。 例如：反應(yīng)溫度是因素A，它的取值范圍是100-200，在此范圍內(nèi)若選擇150、165、180處做試驗(yàn)，則這些溫度稱為因素A的水平。3、因素水平因素水平（level of factor）基本概念 二 試驗(yàn)處理是指各試驗(yàn)因素的不同水平之間的聯(lián)合搭配。因此，試驗(yàn)處理也叫因素的水平組合或組合處理。（處理的多少等于參加試驗(yàn)各因素各水平的乘積）例如：三因素三水平試驗(yàn)共有333=27個(gè)處理。4、試驗(yàn)處理試驗(yàn)處理（level of factor）試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求三試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本要求三 田間試驗(yàn)的基本

5、要求：試驗(yàn)?zāi)康拿鞔_；試驗(yàn)條件要有代表性；試驗(yàn)結(jié)果要可靠；試驗(yàn)結(jié)果具有重演性。室內(nèi)試驗(yàn)的基本要求：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)合理；室驗(yàn)儀器操作精細(xì)；能夠采用相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)誤差及其控制途徑試驗(yàn)誤差及其控制途徑四試驗(yàn)誤差及其控制途徑四1、試驗(yàn)誤差的概念、試驗(yàn)誤差的概念 試驗(yàn)測(cè)量值（觀察值）與理論真值（客觀存在的準(zhǔn)確值）間的差異。 偶然性誤差：由于偶然性因素或其他不可控制的環(huán)境條件造成的觀測(cè)值偏離處理真值的部分。 系統(tǒng)誤差：在一次試驗(yàn)中某個(gè)處理或某幾個(gè)處理的觀測(cè)值重復(fù)定向出現(xiàn)偏高或偏低的現(xiàn)象。注意：系統(tǒng)誤差多數(shù)是由人為主觀因素造成的，所以系統(tǒng)誤差是可以消除的。而隨機(jī)誤差是不可以消除的，但是我

6、們只要了解試驗(yàn)誤差的來源并采取相應(yīng)的措施，就可以降低試驗(yàn)誤差，從而達(dá)到提高試驗(yàn)精確度和準(zhǔn)確度的目的。試驗(yàn)誤差及其控制途徑四2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在試驗(yàn)研究中，所獲得的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)）總是有差異的，即使在同一條件下進(jìn)行試驗(yàn)，所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也不完全一樣。 任何的試驗(yàn)結(jié)果都可以表示兩部分之和，即 X=m+em: 被控因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響之和。（常量）e: 試驗(yàn)中未加控制的因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響之和，也 稱為試驗(yàn)誤差。（隨機(jī)變量）X: 試驗(yàn)數(shù)據(jù)（隨機(jī)變量）試驗(yàn)誤差及其控制途徑四3、田間試驗(yàn)的誤差來源、田間試驗(yàn)的誤差來源試驗(yàn)材料固有的差異試驗(yàn)時(shí)農(nóng)事操作和管理技術(shù)的不一致所引起的差異。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)外

7、界條件的差異試驗(yàn)誤差及其控制途徑四4、控制田間試驗(yàn)誤差的途徑、控制田間試驗(yàn)誤差的途徑 田間試驗(yàn)過程中引起差異的外界因素主要是土壤差異造成的，通常采用以下措施來降低由于土壤差異引起的試驗(yàn)誤差：選擇肥力均勻的試驗(yàn)地 試驗(yàn)中采用適當(dāng)?shù)男^(qū)技術(shù)精心選擇合適的試驗(yàn)單位應(yīng)用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)誤差及其控制途徑四5、試驗(yàn)地的土壤肥力差異、試驗(yàn)地的土壤肥力差異土壤肥力差異的測(cè)定測(cè)定方法：空白試驗(yàn)土壤肥力差異產(chǎn)生1、土壤在形成過程中造成的差異2、土壤利用過程中造成的土壤肥力差異土壤肥力差異的種類1、趨向式肥力差異2、斑塊式肥力差異減少土壤差異的措施1、均地播種或綠肥掩青2、試驗(yàn)地輪換使用試驗(yàn)誤差及其控制途徑四6、

8、試驗(yàn)地的選擇、試驗(yàn)地的選擇(1)要有代表性，能夠代表將來準(zhǔn)備推廣試驗(yàn)結(jié)果地區(qū)的自然條件和生產(chǎn)條件。(2)土壤肥力均勻，地勢(shì)平坦。(3)位置適當(dāng)，避開樹木、高大建筑物、交通要道、容易受人畜禽糟蹋的地方。試驗(yàn)誤差及其控制途徑四7、室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的誤差來源、室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的誤差來源試驗(yàn)材料（質(zhì)量、純度不一致、不同批次產(chǎn)品）試驗(yàn)儀器和設(shè)備（精度、磨損、未校正）試驗(yàn)環(huán)境條件（溫度、濕度、氣壓等）試驗(yàn)操作（操作人員的習(xí)慣、素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)）試驗(yàn)誤差及其控制途徑四8、室內(nèi)試驗(yàn)誤差控制途徑、室內(nèi)試驗(yàn)誤差控制途徑選擇純合一致的試驗(yàn)材料改進(jìn)操作管理制度，使之標(biāo)準(zhǔn)化 精心選擇試驗(yàn)單位采用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)誤差及其控制途徑四9

9、、試驗(yàn)誤差特點(diǎn)、試驗(yàn)誤差特點(diǎn)小誤差比大誤差出現(xiàn)機(jī)會(huì)多正負(fù)誤差出現(xiàn)的次數(shù)近似相等當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)足夠多時(shí)，誤差的平均值趨向于零可以通過增加試驗(yàn)次數(shù)減小試驗(yàn)誤差隨機(jī)誤差不可完全避免試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的，在于減少試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精確度，使研究人員能從所開展的獲得無偏的處理平均值以及實(shí)驗(yàn)誤差的估計(jì)量從而能進(jìn)行正確而有效的比較。 為了有效地控制和降低試驗(yàn)誤差，田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)必須遵循下面三條基本原則:u重復(fù)（repetition） u隨機(jī)（random）u局部控制（local control） 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五重復(fù)原則重復(fù)原則 重復(fù)次數(shù)即試驗(yàn)

10、中同一處理種植的小區(qū)數(shù)。重復(fù)的作用重復(fù)的作用（1）估計(jì)試驗(yàn)誤差（2）降低低試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)精確度重復(fù)次數(shù)的確定重復(fù)次數(shù)的確定田間試驗(yàn)：3-4次為宜室內(nèi)試驗(yàn)：5-6次為宜試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五隨機(jī)排列原則隨機(jī)排列原則 隨機(jī)排列是指一個(gè)處理或處理組合被安排在隨機(jī)排列是指一個(gè)處理或處理組合被安排在哪一個(gè)試驗(yàn)小區(qū)靠隨機(jī)方法確定，而不受人的主哪一個(gè)試驗(yàn)小區(qū)靠隨機(jī)方法確定，而不受人的主觀影響。觀影響。隨機(jī)排列的作用隨機(jī)排列的作用（1）避免系統(tǒng)誤差（2）隨機(jī)排列與重復(fù)相結(jié)合可以獲得無偏的試驗(yàn)誤差估計(jì)。隨機(jī)排列的方法隨機(jī)排列的方法隨機(jī)數(shù)字表法、抽簽法試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五局部控制原則局部控制原則 局部控制是指分

11、范圍分地段控制非處理因素，使這些非處理因素對(duì)處理的影響能夠最大限度趨向一致。局部控制的作用局部控制的作用 可有效降低由于試驗(yàn)地肥力差異而引起的試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五局部控制原則局部控制原則局部控制方法 將試驗(yàn)地劃分成等于重復(fù)數(shù)的區(qū)組，各處理在一個(gè)區(qū)組內(nèi)只出現(xiàn)一次，區(qū)組內(nèi)的小區(qū)數(shù)等于處理數(shù)。注意：劃分區(qū)組時(shí)應(yīng)使區(qū)組的長邊與肥力梯度垂直，小區(qū)的長邊應(yīng)與肥力梯度平行。高高低低試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五試驗(yàn)小區(qū)的面積試驗(yàn)小區(qū)的面積試驗(yàn)誤差隨著小區(qū)面積的增加而減少，但面積增加到一定程度誤差減小的程度變小，因此，小區(qū)面積不能無限增大。試驗(yàn)小區(qū)面積的確定作物種類試驗(yàn)類型試驗(yàn)環(huán)境差異其它（

12、如邊際效應(yīng)或生長競爭）試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五試驗(yàn)小區(qū)的面積試驗(yàn)小區(qū)的面積小區(qū)的形狀長方形小區(qū)的長寬比：3-10:1注意： 當(dāng)土壤肥力呈梯度變化時(shí)，小區(qū)的方向必須使長的一邊與肥力變化方向平行，區(qū)組方向與肥力梯度方向垂直。邊際效應(yīng)較大時(shí)，采用方形小區(qū)小區(qū)更有利。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五對(duì)照原則對(duì)照原則對(duì)照是處理的比較標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)照是處理的比較標(biāo)準(zhǔn)，以CK（check）表示。）表示。（1）衡量處理的優(yōu)劣。（2）估計(jì)和矯正試驗(yàn)單位的差異。對(duì)照順序排列對(duì)照隨機(jī)排列試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五在室內(nèi)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:對(duì)照性原則：試驗(yàn)中設(shè)立對(duì)照組。單因素變量原則：控制其他因素不變，只改變其中某一個(gè)變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。平行重復(fù)原則：控制某種因素的變化幅度在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系試驗(yàn)計(jì)劃與設(shè)計(jì)試驗(yàn)計(jì)劃與設(shè)計(jì)提出數(shù)據(jù)的獲取方法提出數(shù)據(jù)的獲取方法試