生態(tài)學(xué)研究試驗設(shè)計

第七章生態(tài)學(xué)研究試驗設(shè)計試驗設(shè)計的基本原則試驗設(shè)計的主要類型環(huán)境干擾排除的試驗設(shè)計解決如何設(shè)計試驗的問題。第一節(jié)試驗設(shè)計的基本原則廣義上的生態(tài)學(xué)試驗有兩類測定性試驗mensurativeexperiments：對研究對象的真實特性進行測定。如進行同一種群在兩種棲境下的大小測定。處理性試驗manipulativeexperiments：是對研究對象進行處理的試驗。處理一般有多個。試驗單元experimentalunit：試驗材料中可劃分的最小單位。即能進行試驗處理的最小對象。試驗單元要與亞樣方相區(qū)分。事例1：研究火災(zāi)對草原物種多樣性的影響，分別選取了兩個10ha的草原，一個進行火燒，一個沒被火燒。分別在兩草原中調(diào)查10m2的樣方各50個。則該處理的試驗單元為多少個？事例2：在肥料影響植物生長的研究中，在兩個區(qū)域中分別選取50個小區(qū)，隨機地進行四種肥料的處理。該處理的試驗單元為多少？事例3：為明確緯度對樹木生長速率的影響，分別測定了100棵樹及其所處的緯度。該測定試驗中的試驗單元為多少？問題：隨機選取9株Bt棉，研究三種鹽分脅迫(高鹽、中等、低等鹽分)對棉株生長的影響。請說出本試驗的試驗單元及數(shù)量？生態(tài)學(xué)研究應(yīng)遵守的總原則：每個試驗必須設(shè)有對照CK。設(shè)重復(fù)。對照是指沒進行處理的試驗單元。問題：要測定黑麥草對紫莖澤蘭生長的影響，你覺得是否要設(shè)定對照？如果需要，如何設(shè)對照？ABCK采用多個不同處理來判斷哪個處理最理想的試驗，可不要獨立設(shè)置對照。因為每個處理就是另外處理的對照。實例：研究溫度對棉蚜繁殖的影響時，設(shè)立了20、24、28、32℃四個溫度則可，而不必另外設(shè)對照。請問只設(shè)兩個溫度，一個為對照可以嗎？時空控制研究對照的設(shè)置進行處理前后的比較降低試驗偏差的方法試驗的隨機化設(shè)置重復(fù)設(shè)置對照一、隨機化Randomizaion隨機是一切統(tǒng)計分析的基石，是為了獲得無偏的試驗誤差。生態(tài)學(xué)試驗中要時時做到盡可能的隨機隨機抽樣對試驗單元進行隨機處理完全隨機設(shè)計(Completelyrandomizeddesign)試驗單元在時間或空間上的分布嚴(yán)格地隨機隨機區(qū)組設(shè)計(Randomizedblockdesign)試驗區(qū)劃分出區(qū)組，區(qū)組內(nèi)部的理化特性等相對一致，而區(qū)組間有較大差異。試驗單元分散地安排在各區(qū)組中。順序設(shè)計(systematicdesign)將處理順序地安排到各個小區(qū)內(nèi)。試驗結(jié)果難以排除時間和空間因子的影響。二、重復(fù)ReplicationReplications：多次進行基本試驗。研究高鹽對Bt棉生長的影響時，同樣的鹽濃度選用了3株生育期相同的棉苗。研究高溫對棉蚜體形大小影響時，在同樣高溫下測定了30頭棉蚜的體長。重復(fù)間是相互獨立的。每種試驗的重復(fù)至少需要2次及以上。假重復(fù)(pseudoreplication)不是真正意義上的重復(fù)簡單的假重復(fù)：在一個重復(fù)中抽取許多樣方進行調(diào)查。犧牲性假重復(fù)：在數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析之前，已把重復(fù)數(shù)據(jù)統(tǒng)到了一起。時間型假重復(fù)：對同一重復(fù)進行不同時間調(diào)查。重復(fù)的均衡和集中其目的是讓試驗結(jié)果更精確選用更為同質(zhì)性的試驗單元。使用能在每個試驗單元中均可測定的相關(guān)變量來進行分析，獲取信息。使用更多的重復(fù)。使用一個有效的試驗設(shè)計(重復(fù)數(shù)與對照)。均衡設(shè)計就是在不同處理中平均設(shè)計重復(fù)。第二節(jié)試驗設(shè)計類型一、直線加性模型

Linearadditivemodels處理效應(yīng)和試驗單元效應(yīng)屬于加性關(guān)系。即測定值大小由三部分組成：依賴于試驗單元的值＋依賴于處理的值+誤差。處理效應(yīng)在所有試驗單元中均是一個恒定值。例，六個火燒區(qū)和非火燒區(qū)椰樹的密度為：小區(qū)號非火燒區(qū)小區(qū)號火燒區(qū)

16712982359248101511114

69122試分析每個測定出的密度值的組成加性模型估計椰樹密度為：＝火燒和非火燒小區(qū)內(nèi)椰樹的平均密度＋火燒或非火燒的效應(yīng)＋實驗誤差小區(qū)非火燒火燒1612923524815114692平均8.02.0總平均5.0

非火燒處理效應(yīng)＝非火燒區(qū)密度-所有區(qū)密度＝8-5＝3

火燒處理效應(yīng)＝火燒區(qū)椰樹的平均密度-所有區(qū)內(nèi)椰樹的平均密度＝2-5=-3對火燒3號區(qū)的密度2進行直線加性模型分解為：測定值(2)＝總平均密度(5)+火燒處理效應(yīng)(-3)+誤差(2-2)二、因子設(shè)計單因子試驗設(shè)計較為簡單。多因子(一般為兩因子)時較為復(fù)雜。多因子試驗時要求：每一處理的各水平要與另一處理的各水平一一匹配。實例：兩種溫度和三種鹽分組合對魚產(chǎn)卵量的影響，必須是每種溫度下均做三種鹽分處理，即有6個溫度和鹽分的組合。多因子試驗可分析因子間的互作interact。因子間存在互作時，數(shù)據(jù)變化線會出現(xiàn)分叉或交叉，無互作時則為平行線。季節(jié)區(qū)域因素主效應(yīng)分析A因素i水平的主效應(yīng)B因素j水平的主效應(yīng)AB兩素ij水平的互作效應(yīng)環(huán)境ABC平均樹種X50556055Y60676062.33Z70809080平均6067.337065.777主效應(yīng)：A=60-65.777=-5.78B=67.33-65.777=1.56C=70-65.777=4.22X=55-65.777=-10.78兩因子互作效應(yīng)：A-X=50-60-55+65.777=0.78B-X=55-67.33-55+65.777=-1.56各處理下的測定值可分解為：第三節(jié)環(huán)境影響的排除方法

BACI法采用處理前后對照區(qū)和處理區(qū)同一時間測量值的變化情況來排除環(huán)境對處理的影響。同時，也可采用多地點的重復(fù)。用Zar(1996)等提出的t測驗方法來檢驗處理與對照區(qū)有無顯著差異。差異顯著性檢測方法計算不同時間處理區(qū)和對照區(qū)測量值的差值dt=Ct-It分別計算處理前和處理后各時間差值dt的平均值及方差。計算處理前和處理后的t值A(chǔ)：處理后B：處理前自由度的校正（要求處理前后的方差相等）

查自由度為df，P=0.05水平的t值，如果計算的t值大于查表所得t值，則處理前后存在顯著差異。實例為研究紙漿排出對搖蚊豐度有無影響，測定了開工前和開工后不同年份排出口上方（對照區(qū)）及下方（處理區(qū)）搖蚊的數(shù)量，試確定排漿對搖蚊豐定度有無影響？年份上方下方差值dt19881417-319891214-219901517-31991（排漿）1621-519921324-1119931220-819941521-619951726-919961423-9t=5.59d