第二章试验基础知识

第二章试验设计的基本知识第一节试验设计的几个基本概念一、指标：在试验设计中把判断试验效果好坏的标准称为试验指标。1、径流量或径流模数、侵蚀量和侵蚀模数；2、成活率、生长量、生物量、蓄积量；3、单株产量、单位面积产量；4、温度、湿度、风速、土壤水分、土壤肥力等。二、试验因素：指可能影响试验指标的条件。1、影响土壤侵蚀的因素：降雨量、雨强；地形、坡度、坡长；耕作方式；植被类型等。2、影响苗木产量的因素：施肥量、灌水量、种植密度等。3、影响幼树成活生长的因素：树种特性（抗旱性、耐涝性、喜光性、耐荫性、速生性等）；苗木质量（根系、地径、树高）；立地条件（土壤水分、土壤养分等）。三、处理与水平：1、在单因素试验中，将因素分成不同的等级，称为处理或水平。如研究同一立地条件上不同树种的造林造林技术时，树种为处理或水平。2、在双因素或多因素试验中，各因素的不同等级，称为水平；各水平的组合，称为处理组合（简称处理）。如苗圃水肥调控试验，灌水因素有A1和A2两个水平，施肥因素有B1和B2两个水平。处理组合为A1B1、A1B2、A2B1和A2B2。。四、试验的基本要求1、明确试验目的，选择试验对象；2、确定试验因素和水平；3、采用适宜的试验设计方法布设试验；4、对试验指标进行测定和记录；5、汇总和整理数据，用SPSS软件对数据进行统计分析；6、得出试验结果，并对其进行分析和评价。。第二节试验误差及其控制一、试验误差：按照误差产生的原因及性质，可分为系统误差和随机误差。1、系统误差也称片面误差，指试验处理以外的其它条件明显不一致所造成的误差。它是由于试验的初始条件相差较大，立地条件不同，苗木参差不齐、修剪、施肥、灌水、松土锄草不一致，测量的仪器不准、标准试剂未经校正，以及观测、记载、抄录、计算中的错误所引起。系统误差影响试验的准确性。2、随机误差：指通过控制，使试验条件相对一致后不能消除的误差。它是由许多无法控制的内在和外在的偶然因素所造成。随机误差带有偶然性质，在试验中，即使十分小心也难以消除。随机误差影响试验的精确性。如苗木大小、土壤肥力、水分不均匀性，试验小区的微小差异，病虫害的影响等。这种误差有时大，有时小，有时正，有时负，方向不定。当测量次数足够多时，随机误差完全符合统计规律，误差的大小和正负是由概率决定的。二、误差来源1、试验材料固有的差异试验中所采用的试验材料，在遗传和生长发育等方面存在的差异，如试验材料基因、种子大小或苗木大小的差异等等。2、管理和操作不一致所引起的差异试验过程中整地、种子处理、播种、间苗、施肥、灌水、起苗、栽植、松土除草、修枝不一致所造成的差异；观测时间和仪器操作不一致所造成的误差。3、外界条件的差异试验地土壤结构、质地、理化性质及肥力的差异，地势高低起伏，生物群落不同；病虫害不同，人畜践踏，风雨影响等的试验误差。这些误差较难控制。因此，要选择合适的试验地，并采用适宜的试验设计和精确的小区技术，使误差减少到最小程度。三、控制误差的途径1、选择均匀一致的试验材料，控制试验材料误差树木是多年生的木本植物，繁殖方法不同，如种子繁殖和营养繁殖，种子繁殖的苗木变异很大，扦插、嫁接繁殖因插穗、砧木及接穗的差异，必然引起植株的差异，加之多年环境（气候、土壤等）差异的积累，试验材料差异很大。因此，造林试验应选择同一年龄、同一繁殖方法、生长健壮、整齐一致的苗木作为试验材料，控制试验材料误差。2、选择有代表性的试验地，控制外界环境条件不一致引起的差异（1）选择有代表性的试验地试验地的自然条件因具有典型性，能代表该地区的气候、地势、土壤等方面。山区试验地要考虑地形、坡向、坡度、海拔及土壤水分、温度等因子，尽可能选环境条件一致的试验地。（2）试验地不要太靠近大的建筑物、公路、铁路、水塘等，以免受遮荫、人畜践踏和积水的影响。4、选择适宜的试验设计方法控制误差（1）调查分析试验地的环境影响因子，从中找出差异较大的主导因子。（2）根据主导因子的差异，选择适宜的试验设计方法对误差进行控制。3、改进管理和操作技术控制误差（1）管理的质量和数量要一致。（2）技术操作要一致。第四节试验设计的原则与小区、区组设置技术一、试验设计的原则（一）重复（replication)指在一个试验中每个处理出现的次数或同一处理安排的小区数。其作用为：1、估算试验误差：如果两个处理各有一个重复，则二者之间的差异只有一个数值，无法判断这一差异是由两处理本身产生的，还是由试验误差的。如果每个处理设置两个或两个以上的重复，则可以断定同一处理间的差异是由不易控制的试验误差引起的。因此，试验重复可以估算误差。2、降低试验误差，提高试验的精确性平均数标准误Sx=S/√n，即误差的大小与重复次数的平方根成反比，重复次数多误差小。通过增加重复次数，增大自由度，可降低显著性水平的临界值，从而易反映处理间的差异。所以，重复能提高试验的精确性。3、扩大试验的代表性只有增加重复才能得到代表性较大的试验结果，为示范和推广提供科学依据。一般来说，苗圃试验设5-10个重复，造林试验占地面积大，可设10-20个重复。（二）随机排列：指处理的重复或小区排列次序的随机化。在统计分析中，如果从总体中随机抽取样本，对每个样本随机地施以不同的处理，或把各个处理随机地安排在试验小区上，就满足了观测值及误差的独立分布，使差异显著性检验有效，这就是随机排列的作用。如果用随机排列和重复相结合，就能提供无偏的试验误差估计值。随机排列可用抽签法和随机数字表进行。（三）局部控制指在试验地内分段控制非处理因素的差异，使各种非处理因素的影响趋于一致，致从而减少试验误差，提高试验的精确性。重复虽能降低误差，但由于重复的增加，试验面积增大，某一主要影响因素，如土壤水分或肥力的差异随之增大，这样，即使增加重复次数，也不会有效地降低误差。因此，造林时可将试验地（土壤水分的高低）按重复次数划分为几个区组，使同一区组内的土壤水分基本相同，区组之间差异较大。这就要采用局部控制的原则。二、试验小区、重复和区组的设置技术（一）试验小区：在试验中，安排一个处理的小块地段称为小区。1、小区的大小适当的增加小区面积会减少误差，当小区面积增加到一定程度后，试验误差的降低就不明显。对于一块一定面积的试验地而言，增大小区面积势必减少重复次数，从而降低试验的精确性。因此，小区面积应按试验的性质和要求、试验材料和试验地环境条件等进行确定。一般来说，造林试验小区面积为1-2亩，生产试验小区面积可扩大到5亩以上。2、小区的形状和方向(1)形状:一般为长方形和正方形。在通常情况下，长方形小区的试验误差比正方形小。(2)方向：在坡地，小区的方向应与坡面上下方向平行；风大的地区，小区的方向应与主风向平行。设计时作到小区与小区之间的条件一致，可降低误差，提高试验的精确性。就林木而言，小区的株数为：乔木4—20株，灌木20—40株，苗圃苗木50—100株。果树研究也可用单株小区。小区的排列按随机法进行排列。(二）重复次数重复次数应按精确度的要求、试验地的立地条件、小区的大小等具体条件而定，当精确度要求高、立地条件差异大、小区面积较小时，重复次数应增多，否则可少些。对造林试验而言，一般设置5—10个重复。（三）设置对照区试验研究中，常把对照作为与处理比较的标准。目的是：有利于观察比较和衡量处理的优劣；估计和矫正试验地土壤的好坏。设置对照的方式为随机排列设置。（五）设置保护行1、试验地周围设置保护行，其宽度与小区相当或稍宽。2、区组两侧或周围（分散区组）设置保护行。（四）区组的设置不同处理的每一个小区组成一个区组。因试验立地条件的差异，区组可设置一排、两排、多排或分散排列。其原则为同一区组内立地条件应尽可能一致，不同区组之间可存在较大差异。