植物營(yíng)養(yǎng)研究方法 第二章植物營(yíng)養(yǎng)的田間研究方法(第一次課) (2)

1、植物營(yíng)養(yǎng)研究法本章共6節(jié)：第一節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究方法的概述第二節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究的方案設(shè)計(jì)第三節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究的方法設(shè)計(jì)第四節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究的實(shí)施第五節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究資料的整理和總結(jié)第六節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究的示范與推廣第一節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究方法的概述 定義：在田間條件下研究植物營(yíng)養(yǎng)及其行為規(guī)律、供應(yīng)狀況和調(diào)控方法。 研究的主要內(nèi)容：田間肥料試驗(yàn)。一、田間研究方法的特點(diǎn)1.試驗(yàn)條件復(fù)雜2.貼近生產(chǎn)實(shí)際由于試驗(yàn)材料復(fù)雜，所以應(yīng)注意的問題：（1）試驗(yàn)材料的代表性：同一試驗(yàn)中應(yīng)力求一致（2）適當(dāng)增加試驗(yàn)重復(fù)和周期：一般重復(fù)3-4次，周期一般為3-5年（3）對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行局部控制：區(qū)組

2、設(shè)計(jì)（4）說明試驗(yàn)條件二、田間研究方法的類型1.按研究因素分：（1）單因素試驗(yàn)；（2）復(fù)/多因素試驗(yàn)；（3）綜合試驗(yàn)2.按小區(qū)面積分：（1）微區(qū)試驗(yàn)：4m2左右（2）小區(qū)試驗(yàn)：小區(qū)面積60-100m2（3）大區(qū)試驗(yàn)：300m23按試驗(yàn)點(diǎn)多少分：（1）單點(diǎn)試驗(yàn)：用于研究；（2）多點(diǎn)試驗(yàn)：推廣指標(biāo)、因素、水平和處理試驗(yàn)指標(biāo)：試驗(yàn)指標(biāo)：試驗(yàn)因素試驗(yàn)因素試驗(yàn)水平試驗(yàn)水平試驗(yàn)處理試驗(yàn)處理試驗(yàn)重復(fù)試驗(yàn)重復(fù)4. 按試驗(yàn)周期劃分：（1）短期試驗(yàn)：3-5年（2）中長(zhǎng)期試驗(yàn)：5年（3）長(zhǎng)期定位試驗(yàn)：10，甚至幾十年上百年5. 按作物劃分：（1）谷類作物：3-4年（2）果樹試驗(yàn)（3）蔬菜試驗(yàn)（4）牧草或草地試驗(yàn) 三

3、、田間研究方法的進(jìn)展第二節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)田間研究的方案設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的：制定能夠通過統(tǒng)計(jì)分析揭示試驗(yàn)效應(yīng)的措施回答做什么和怎么做。田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：（1）試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)：確定試驗(yàn)因素和試驗(yàn)處理，以形成試驗(yàn)方案（2）試驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)：下一節(jié)的內(nèi)容講到。一、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一些基本概念 因素：影響試驗(yàn)結(jié)果的每種原因或要素，稱作因素。 水平：同一試驗(yàn)因素中劃分的等級(jí)或狀態(tài)。 處理：不同試驗(yàn)因素與水平的搭配或組合。 試驗(yàn)方案：根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵笏鶖M定的一組要比較和研究的處理的總稱。二、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的原則 1. 目的要明確 2. 因素和水平設(shè)置要合理 3. 考慮對(duì)照、肥底和空白試驗(yàn) 4. 唯一差異性原則

4、 5. 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果要有所“預(yù)期” 6. 注意試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析的對(duì)應(yīng) 7. 注重試驗(yàn)效率對(duì)照種類（1）空白對(duì)照（CK1）以無肥處理作對(duì)照；（2）肥底對(duì)照（CK2）（3）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照（CK3）三、幾種常見試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)（一）單因素試驗(yàn)方案要點(diǎn)是：（1）確定水平的范圍：水平的上下限 （2）確定水平間距：水平的間隔（二）復(fù)因素試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1. 基本概念： 試驗(yàn)效應(yīng)(effect)：試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)所起的增加或減少的作用。（1）因素的簡(jiǎn)單效應(yīng)：其它因素水平相同條件下，另一因素不同水平間試驗(yàn)指標(biāo)的差異。（2）因素的主效應(yīng)：一個(gè)因素內(nèi)各簡(jiǎn)單效應(yīng)的平均數(shù)，也稱主效應(yīng)。（3）因素的交互作用： 多級(jí)連應(yīng)：在影響

5、試驗(yàn)結(jié)果的諸因素中，有些因素不僅單獨(dú)對(duì)響應(yīng)起作用，而且還與其它一個(gè)或多個(gè)因素聯(lián)合起來影響響應(yīng)值。這種聯(lián)合作用就稱為“交互作用”。如果兩個(gè)因素聯(lián)合則稱為雙因子交互作用；如果三個(gè)因素聯(lián)合則稱為叁因子交互作用；如果多個(gè)因素聯(lián)合則稱為多因子交互作用，或稱為高級(jí)交互作用；一般情況下，高級(jí)交互作用通?？梢院雎?。因素內(nèi)簡(jiǎn)單效應(yīng)之間差異的平均。水平水平 N N0 0 N1 N1 簡(jiǎn)單效應(yīng)簡(jiǎn)單效應(yīng) 平均效應(yīng)平均效應(yīng)/ /主主效應(yīng)效應(yīng) P P0 0 1747.5 2347.51747.5 2347.5 (2347.5-1747.5)=600 (2347.5-1747.5)=600 (600+945)/2=772.

6、5(600+945)/2=772.5 P1 P1 2070 30152070 3015 (3015-2070)=945 (3015-2070)=945 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 (2070-1747.5) (3015-2347.5)(2070-1747.5) (3015-2347.5)效應(yīng)效應(yīng) =322.5 =667.5=322.5 =667.5 平均平均 (322.5+667.5)/2=495(322.5+667.5)/2=495效應(yīng)效應(yīng)互作效應(yīng)（交互作用）互作效應(yīng)（交互作用）(945-600)/2=172.5(945-600)/2=172.5(667.5-322.5)/2=172.5(667.5-322.

7、5)/2=172.5水平 N0 N1 P0 10 16 P1 18 28 水平 N1 N2 P1 10 16 P2 18 24 水平 N1 N2 P1 10 16 P2 18 20 正交互作用：水平水平 N0 N1 N0 N1 簡(jiǎn)單效應(yīng)簡(jiǎn)單效應(yīng) 平均平均/ /主效應(yīng)主效應(yīng) P0 P0 10 1610 16 (16-10)=6 (16-10)=6 P1 P1 18 2818 28 (28-18)=10 (28-18)=10 (6+10)/2=8(6+10)/2=8 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 (18-10) (28-16)(18-10) (28-16)效應(yīng)效應(yīng) =8 =12=8 =12 平均平均/ /主主 (8+

8、12)/2=10(8+12)/2=10效應(yīng)效應(yīng)互作效應(yīng)互作效應(yīng)(10-6)/2=2(10-6)/2=2(12-8)/2=2(12-8)/2=2 無交互作用：水平水平 N1 N2 N1 N2 簡(jiǎn)單效應(yīng)簡(jiǎn)單效應(yīng) 平均效應(yīng)平均效應(yīng) P1 P1 10 1610 16 (16-10)=6 (16-10)=6 P2 P2 18 2418 24 (24-18)=6 (24-18)=6 (6+6)/2=6(6+6)/2=6 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 (18-10) (24-16)(18-10) (24-16)效應(yīng)效應(yīng) =8 =8=8 =8 平均平均 (8+8)/2=8(8+8)/2=8效應(yīng)效應(yīng)互作效應(yīng)互作效應(yīng)(6-6)/2=

9、0(6-6)/2=0(8-8)/2=0(8-8)/2=0 負(fù)交互作用：水平水平 N1 N2 N1 N2 簡(jiǎn)單效應(yīng)簡(jiǎn)單效應(yīng) 平均效應(yīng)平均效應(yīng) P1 P1 10 1610 16 (16-10)=6 (16-10)=6 P2 P2 18 2018 20 (20-18)=2 (20-18)=2 (6+2)/2=4(6+2)/2=4 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 (18-10) (20-16)(18-10) (20-16)效應(yīng)效應(yīng) =8 =4=8 =4 平均平均 (8+4)/2=6(8+4)/2=6效應(yīng)效應(yīng)互作效應(yīng)(2-6)/2=-2(4-8)/2=-22. 設(shè)計(jì)方法：（1）完全實(shí)施方案：將各試驗(yàn)因素不同水平一切可能的組合

10、均作為試驗(yàn)處理的設(shè)計(jì)方案稱為完全實(shí)施方案。處理數(shù)=水平的因素次冪優(yōu)點(diǎn)：（a）每個(gè)因素的各個(gè)水平都相互搭配，具有均衡可比性和正交性。（b）因素間不產(chǎn)生效應(yīng)混雜，提供的試驗(yàn)信息較多。 均衡可比性：各因素不同水平在進(jìn)行比較時(shí)，與這些不同水平搭配的其他因素和是相同的。 正交性：a、任一列中，各水平都出現(xiàn)，且出現(xiàn)的次數(shù)相等；b、任兩列之間各種不同水平的所有可能組合都出現(xiàn)，且對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)相等 （2）不完全實(shí)施方案：選擇完全實(shí)施方案的部分試驗(yàn)方案進(jìn)行的試驗(yàn)。 處理數(shù)少 所得效應(yīng)不完全（三）正交設(shè)計(jì) 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)就是安排多因素試驗(yàn) 、尋求最優(yōu)水平組合 的一種高效率試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念 正交

11、試驗(yàn)設(shè)計(jì)是利用正交表來安排與分析多因素試驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法。它是由試驗(yàn)因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)的，通過對(duì)這部分試驗(yàn)結(jié)果的分析了解全面試驗(yàn)的情況，找出最優(yōu)的水平組合。 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)是：用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，通過對(duì)部分試驗(yàn)結(jié)果的分析，了解全面試驗(yàn)的情況。 正因?yàn)檎辉囼?yàn)是用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)的，它不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)各因素效應(yīng)、交互作用一一分析；當(dāng)交互作用存在時(shí)，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)有上述不足，但它能通過部分試驗(yàn)找到最優(yōu)水平組合 ，因而很受實(shí)際工作者青睞。 2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理 在試驗(yàn)安排中 ，每個(gè)因素在研究的范圍內(nèi)選幾

12、個(gè)水平，就好比在選優(yōu)區(qū)內(nèi)打上網(wǎng)格 ，如果網(wǎng)上的每個(gè)點(diǎn)都做試驗(yàn)，就是全面試驗(yàn)。例如，要考察N用量、P用量和K用量對(duì)植物產(chǎn)量的影響。每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn) 。 A因素是N用量，設(shè)A1、A2、A3 3個(gè)水平；B因素是P用量，設(shè)B1、B2、B3 3個(gè)水平；C因素為K用量，設(shè)C1、C2、C3 3個(gè)水平。這是一個(gè)3因素3水平的試驗(yàn)，各因素的水平之間全部可能組合有27種 。 全面試驗(yàn)：可以分析各因素的效應(yīng) ，交互作用，也可選出最優(yōu)水平組合。但全面試驗(yàn)包含的水平組合數(shù)較多，工作量大 ，在有些情況下無法完成 。 若試驗(yàn)的主要目的是尋求最優(yōu)水平組合，則 可利用正交表來設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)。 正交設(shè)計(jì)就是從選優(yōu)區(qū)全面

13、試驗(yàn)點(diǎn)（水平組合）中挑選出有代表性的部分試驗(yàn)點(diǎn)（水平組合）來進(jìn)行試驗(yàn)。圖10-1中標(biāo)有試驗(yàn)號(hào)的九個(gè)“()”，就是利用正交表L9(34)從27個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中挑選出來的9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。即： (1)A1B1C1 (2)A2B1C2 (3)A3B1C3 (4)A1B2C2 (5)A2B2C3 (6)A3B2C1 (7)A1B3C3 (8)A2B3C1 (9)A3B3C2 9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在選優(yōu)區(qū)中分布是均衡的，在立方體的每個(gè)平面上 ，都恰是3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；在立方體的每條線上也恰有一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。 9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布于整個(gè)立方體內(nèi) ，有很強(qiáng)的代表性，能夠比較全面地反映選優(yōu)區(qū)內(nèi)的基本情況。 3 正交表及其基本性質(zhì)（1）以表2

14、-7為例： 表2-7是一張正交表，記號(hào)為L(zhǎng)8(27)，其中“L”代表正交表；L右下角的數(shù)字“8”表示有8行 ，用這張正交表安排試驗(yàn)包含8個(gè)處理(水平組合) ；括號(hào)內(nèi)的底數(shù)“2” 表示因素的水平數(shù)，括號(hào)內(nèi)2的指數(shù)“7”表示有7列 ，用這張正交表最多可以安排7個(gè)2水平因素。 常用的正交表已由數(shù)學(xué)工作者制定出來，供進(jìn)行正交設(shè)計(jì)時(shí)選用。2水平正交表除L8(27)外，還有L4(23)、L16(215)等；3水平正交表有L9(34)、L27(213)等 （2）正交表的基本性質(zhì) A：正交性 B：代表性 一方面：（1）任一列的各水平都出現(xiàn)，使得部分試驗(yàn)中包括了所有因素的所有水平； （2）任兩列的所有水平組合都

15、出現(xiàn)，使任意兩因素間的試驗(yàn)組合為全面試驗(yàn)。 另一方面：由于正交表的正交性，正交試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)必然均衡地分布在全面試驗(yàn)點(diǎn)中，具有很強(qiáng)的代表性。因此，部分試驗(yàn)尋找的最優(yōu)條件與全面試驗(yàn)所找的最優(yōu)條件，應(yīng)有一致的趨勢(shì)。 （3） 正交表的類別 A： 等水平正交表 各列水平數(shù)相同的正交表稱為等水平正交表。如L4(23)、L8(27)、L12(211)等各列中的水平為2，稱為2水平正交表；L9(34)、L27(313)等各列水平為3，稱為3水平正交表。 B: 混合水平正交表 各列水平數(shù)不完全相同的正交表稱為混合水平正交表。如L8(424)表中有一列的水平數(shù)為4，有4列水平數(shù)為2。也就是說該表可以安排一個(gè)4水平

16、因素和4個(gè)2水平因素。再如L16(4423)，L16(4212)等都混合水平正交表。 4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序流程：試驗(yàn)?zāi)康呐c要求、試驗(yàn)指標(biāo)、選因素定水平、因素與水平的確定、選擇合適的正交表、表頭設(shè)計(jì)、列試驗(yàn)方案（1）選因素、定水平，列因素水平表 根據(jù)專業(yè)知識(shí)、以往的研究結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)，從影響試驗(yàn)指標(biāo)的諸多因素中，通過因果分析篩選出需要考察的試驗(yàn)因素。一般確定試驗(yàn)因素時(shí)，應(yīng)以對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響大的因素、尚未考察過的因素、尚未完全掌握其規(guī)律的因素為先。試驗(yàn)因素選定后，根據(jù)所掌握的信息資料和相關(guān)知識(shí)，確定每個(gè)因素的水平，一般以2-4個(gè)水平為宜。對(duì)主要考察的試驗(yàn)因素，可以多取水平，但不宜過多（6），否則試驗(yàn)次數(shù)驟增。因素的水平間距，應(yīng)根據(jù)專業(yè)知識(shí)和已有的資料，盡可能把水平值取在理想?yún)^(qū)域。（2）選擇合適的正交表 正交表的選擇是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要問題。確定了因素及其水平后，根據(jù)因素、水平及需要考察的交互作用的多少來選擇合適的正交表。正交表的選擇原則是在能夠安排下試驗(yàn)因素和交互作用的前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗(yàn)次數(shù)。 一般情況下，試驗(yàn)因素的水平數(shù)應(yīng)等于正交表中的水平數(shù)；因素個(gè)數(shù)（包括交互作用）應(yīng)不大于正交表的列數(shù)；各因素及交互作用的自由度之和要小于所選正交表的總自由度，以便估計(jì)試驗(yàn)誤差。若各因素及交互作用的自由度之和等于所選正交表總自由度，則可采用有重復(fù)正交試