田间育种试验的设计和实施
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可以方便地安排大量的处理，对照所占试验地 较少。
缺点：
但各处理在小区内的安排未经随机，所以估计 的试验误差有偏性，理论上不能应用统计分析 进行显著性测验，尤其是有明显土壤肥力梯度 时，品种间比较将会发生系统误差。
二、随机排列的试验设计
1、 完全随机设计
是将各处理完全随机地分配给不同的试验单位（小 区），每一个处理的重复次数可以相等也可以不 相等。亦即每一供试单位都有相等的机会(概率)接 受所有可能处理的试验设计方法。这种设计只应 用了试验设计三大原则中的随机和重复两大原则， 没有应用局部控制。
第三节 小区技术
一、小区
小区(plot)：安排一个试验处理的试验单元(试验单
元：指接受某种处理的试验材料的一个独立单位)。 它可以是一盆植物、一头家畜、一个培养皿中的培 养物、一片叶子等。试验单元是提供处理的一个具 有随机误差的观察值的独立单位。对田间试验来说， 小区是一个试验处理一次重复所占的地块。
2、把第一个区组划分为与处理数相同的小区，
• 对照占有的试验单位太多，达到整个试验地的 三分之一或更多，土地利用率低。
• 各重复区内的处理均为顺序排列，所以不能无 偏估计试验误差。
2、间比法设计（indirect comparison)
一般仅用于单因素试验，常用于育种初期阶段,如 选种圃、品系鉴定圃以及良种繁育时的株行圃。 特点： (1)是在每两个对照之间安排3个或3个以上处理， (2)各重复区的第一个和最后一个小区一定是对照 (3)当各重复区排列成多排时，不同重复区内处理
1、小区面积
试验小区面积的大小难以硬性规定，一般试验 小区面积的变动范围为6~60m2。在具体确定小区面 积时，应考虑以下各方面： ： 试验的种类： 作物的种类： 试验地土壤差异的程度与形式 边际效应和生长竞争
边际效应:(margial effect)是指小区两边或两 端的植株因占有较大空间和土地而表现的 生长优势。生长竞争。
试验处理对试验指标所起的增加或减少的作用。
3、 简单效应(simple effect) ：
同一因素内两种水平 间试验指标的相差。
4、平均效应(main effect) ：
一个因素内各简单效应的平均数 (主要效应, 主 效)
5、交互作用(interection effect)，简称互作 ：
因素内各简单效应的平均差异。
优点：应用了试验设计的重复和局部控制原则， 而且其一个局部控制单位实际上是比区组更小 的两个试验单位（处理与对照彼此相邻），对 比法设计使试验处理与对照的比较有较高的精 确度,并有利于观察。
缺点：
• 一个试验只能有一个对照（所以一般只能用于 单因素试验），各处理与对照相比较的精确度 较高，而各处理相比较的精确度较低。
返回随机区组设计
重复
三
原
则
随机
局部控制
无偏估计试验误差 降低试验误差 作
统计推断
用 提高精确度
图2.1 试验设计的三个基本原则的关系和作用
综上所述，遵循重复、随机排列和局部 控制三项原则进行试验设计并配合适当 的生物统计分析方法，就能准确地估计 试验处理效应，获得无偏的、较小的试 验误差估计，使各处理间的比较得出可 靠的结论。
个处理设置一个对照，使每一处理都可与其相邻 的对照直接比较。
不同重复区内处理的排列顺序可以 是逆向式或阶梯式
I 1 CK 2 3 CK 4 5 CK 6 7 CK 8
II 7 CK 8 1 CK 2 3 CK 4 5 CK 6
III 5 CK 6 7 CK 8 1 CK 2 3 CK 4
图2.2 8个处理3次重复对比法设计小区 排列示意图（逆向式）
第二节 试验设计原则
狭义的试验设计：(试验环境设计)指在安排试验时， 按试验目的要求和试验地(空间)的具体条件，将各个处 理小区在试验地(空间)上进行合理的设置和排列。 试验设计的主要作用： 1、估计试验误差 2、降低试验误差，提高试验的精确度 3、无偏地估计处理效应 试验设计应遵循的三个基本原则：
2、类别
试验方案可按其供试因素的多少分为以下二类： ①单因素试验(single-factor experiment ) 在整个试验中只比较一个因素的不同水平间的差异，
其他因素均作为试验条件而严格控制的试验称为单 因素试验 。 ②多因素试验 （multiple-factor experiment ) 在试验中需要比较两个或两个以上的试验因素间的 差异，其他试验条件均严格控制的试验称为多因素 试验 。可以根据因素的数目多少分为二因素试验， 三因素试验，……，等。
第四节 常用的试验设计
一、顺序排列的试验设计
1、对比法设计(contrast design)又称邻比法设
计（neighbor comparison design）。 一般用于单因素试验，试验处理数目不宜过多，
通常在10个以内。如少数品种比较试验及生产示 范性试验。
特点：每一处理均直接排列于对照旁边，即每隔两
第二章 试验的设计 和实施
第一节 试验方案 第二节 试验设计原则 第三节 小区技术 第四节 常用的试验设计
因素
品种 A B C
(质量)水平
施肥量 5kg/亩 10kg/亩 15kg/亩 20kg/亩
(数量)水平
处理组合数 = 各因素水平数相乘
处理组合
A 5kg/亩 A 10kg/亩 A 15kg/亩 A 20kg/亩 B 5kg/亩 B 10kg/亩 B 15kg/亩 B 20kg/亩 C 5kg/亩 C 10kg/亩 C 15kg/亩 C 20kg/亩
试验方案按照各处理组合实施的情况可分为
完全试验方案或完全方案：是将ab个处理全面实 施的试验方案。
不均衡试验方案（unbalanced design）：是将完 全试验方案中一些次要的处理去掉或者选主要的 因素水平进行试验，即将最有效的处理组成不均 衡方案。
均衡不完全试验方案（balanced partly-executed design）：是从完全试验方案中挑选部分有代表 性的水平组合进行试验。如正交试验设计。
三、处理效应
1、试验指标(experimental indicator) ：用
于衡量试验效果的指示性状。
指标
显示观察对象的属性
定性指标 如施药后个体反映 出有效与无效、受 害与未受害、死亡 与存活等
定性资料
显示观察对象的量 定量指标
如产量、株高、茎 粗、土壤容量、含 水量等
定量资料
2、处理效应 （treatment effect）：
CEC B D
ADEA C
E BA D B
图2.4 k = 5，n = 3的完全设计排列小区排列示意图 一般用于无环境差异的试验。如：实验室培养试 验及网、温室的盆钵试验 返回随机区组
完全随机设计的主要优缺点
主要优点： 试验设计简便、应用灵活，适合于单因素及
多因素试验，试验处理的重复次数可以相等 也可以不等，可以满足不同处理对结果的精 确度要求不同的试验。 统计分析简便且估计误差的精确性较高。 不足之处： 没有应用局部控制原则，所以在应用时要求 试验环境条件要均匀一致。
的排列可采用阶梯式或逆向式。
(4)如果一块土地上不能安排整个重复区的小 区，则可接到另一块土地上，但开始时必须 设置一个对照，此对照称为额外对照 （ExCK）。
间比设计有两个基本要求：
是对照应当均匀地分布在整个试验地上 是任何两个对照之间都要安排相同数目
的处理。
I
C K
1
2
3
4
C K
5
6
7
8
C K
9
10 11 12
C K
13 14 15 16
C K
II
C K
1615
14 13
C K
12 11 10
9
C K
8
7
6
5
C K
4
3
2
1
C K
II I
C K
1
2
3
4
C K
5
6
7
8
C K
9
10 11 12
C K
13 14 15 16
C K
图2.3 16个品种3次重复间比法排列(逆向式)
优点：
应用了试验设计的重复和局部控制原则，而且 每一段处理两侧都有对照作比较；
重复最主要的作用：是估计试验误差，同时也能 降低试验误差。
二、随机排列(random assortment)
随机排列：指试验方案所规定的每一个处 理安排在试验地的哪一个小区上要排除主 观因素的影响，采取随机的方式来确定。
每一处理都有相等的机会被设置在任 何一个试验小区上。
试验设计中采用重复与随机排列相结合的 方法就能够得到无偏的试验误差估计值。
水平
N1 N2
N2 – N1
III P
P1
10 16
P2
18 20
6 2
P2- P1
8
4
(2-6)/2=(4-8)/2=-2
水平
N1 N2
N2 – N1
IV P
P1
10 16
P2
18 14
6 -4
P2- P1 8 -2 (-4-6)/2=(-2-8)/2=-5
三、试验方案的设计要点
1.明确试验目的 2.根据试验目的确定合理的试验方案 3.确定合理的水平数和水平间距 4.贯彻唯一差异原则 5.设置对照 6.正确处理试验因素及试验条件间交互作用
三、局部控制(local control)
局部控制就是分范围、分地段地控制非试验因 素（试验条件），使各处理所受的影响趋于最 大程度的一致。
在田间试验中就是将要比较的试验处理设置在 土壤较均匀的局部地段内，以便控制试验条件、 减少试验误差，又称为划分区组（block）。然 后，在各个区组上实行重复和随机排列。
表1.1 氮、磷肥两因素试验结果(解释各种效应)
试验 因素
wenku.baidu.com
N
水平
N1 N2
N2 – N1
I
P
P1
10 16
P2
18 24
6 6
P2- P1
8
8
水平
N1 N2
(6-6)/2=(8-8)/2=0 N2 – N1
II
P
P1
10 16
P2
18 28
6 10
P2- P1 8 12 (10-6)/2=(12-8)/2=2
二、试验方案的概念和类别
1、概念
广义的包括试验处理设计，环境设计，处理操作方式、
内容及时间等实施步骤在内的整个试验计划。
狭义的是指试验处理的设计，是根据试验目的和要求所
拟定的将在试验中进行比较的一组试验处理的总称。 处理设计（treatment design）是指试验因素和水平的设 置、试验处理的挑选以及不同处理的分组和分配的设计。 环境设计(environmental design)是指试验单位大小、排列 与重复等与控制环境因素及其对试验结果的影响的设计。
区分配在相对同质的一个区组内，使同一区组 内的环境差异尽可能小一些，而不同区组之间 可以存在较大差异。
三、保护行
保护行一般宽1~2m，不少于试验材料 的平均高度。
最好种植早熟、抗倒和外形易于识别 的品种。
设置保护行的作用是保护试验材料不 受外来因素如人畜等的践踏和损害， 防止试验地四周的小区受到空旷地特 殊环境条件即边际影响，使处理间能 有正确的比较。保护行通常用英文字 母“G”表示
在边际效应明显的试验中，方形小区是有利的，
二、区组和小区排列
区组(block)：每个重复内所包含的同一试验的 所有处理。即一组小区，通常指一次重复的所 有处理小区，也称重复区
一个区组可排成一排，亦可排成两排或多排， 同一区组的各处理或品种必须设置在同一直线
上，。 排列区组应遵循局部控制原则，将全部处理小
生长竞争:(growth competition)是指当相邻 小区种植不同品种或施用不同肥料时，由 于株高、分蘖力等性状表现的不同，通常 将有一行或更多的边行受到影响，即一方 受到抑制，一方获得生长优势。
2、小区的形状
长方形尤其是狭长形小区，其试验误差常比方形 小区为小
小区的长宽比一般设置为3~10﹕1，有时可达 20﹕1。
1、重复 2、随机 3、局部控制 通过试验设计和小区技术能进一步减少环境(如土壤)差
异对试验结果的影响。
一、重复(replication)
重复是指在一个试验中同一处理设置的试验单位 数。田间试验的重复是指同一处理种植的小区数。 在试验中，每一处理种植一个小区，称为一次重 复。若每处理种植两个小区，称为两次重复；其 余类推。
2、随机区组设计
随机区组设计是根据“局部控制”的原则，将 试验地按肥力梯度程度划分为等于重复次数的 区组，一个区组安排一次重复，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 用而最基本的设计。
随机区组设计的方法
1、按照划分区组的要求，把试验地等分为n
个区组（区组数=重复数），注意区组长边 应垂直于肥力梯度方向；
缺点：
但各处理在小区内的安排未经随机，所以估计 的试验误差有偏性，理论上不能应用统计分析 进行显著性测验，尤其是有明显土壤肥力梯度 时，品种间比较将会发生系统误差。
二、随机排列的试验设计
1、 完全随机设计
是将各处理完全随机地分配给不同的试验单位（小 区），每一个处理的重复次数可以相等也可以不 相等。亦即每一供试单位都有相等的机会(概率)接 受所有可能处理的试验设计方法。这种设计只应 用了试验设计三大原则中的随机和重复两大原则， 没有应用局部控制。
第三节 小区技术
一、小区
小区(plot)：安排一个试验处理的试验单元(试验单
元：指接受某种处理的试验材料的一个独立单位)。 它可以是一盆植物、一头家畜、一个培养皿中的培 养物、一片叶子等。试验单元是提供处理的一个具 有随机误差的观察值的独立单位。对田间试验来说， 小区是一个试验处理一次重复所占的地块。
2、把第一个区组划分为与处理数相同的小区，
• 对照占有的试验单位太多，达到整个试验地的 三分之一或更多，土地利用率低。
• 各重复区内的处理均为顺序排列，所以不能无 偏估计试验误差。
2、间比法设计（indirect comparison)
一般仅用于单因素试验，常用于育种初期阶段,如 选种圃、品系鉴定圃以及良种繁育时的株行圃。 特点： (1)是在每两个对照之间安排3个或3个以上处理， (2)各重复区的第一个和最后一个小区一定是对照 (3)当各重复区排列成多排时，不同重复区内处理
1、小区面积
试验小区面积的大小难以硬性规定，一般试验 小区面积的变动范围为6~60m2。在具体确定小区面 积时，应考虑以下各方面： ： 试验的种类： 作物的种类： 试验地土壤差异的程度与形式 边际效应和生长竞争
边际效应:(margial effect)是指小区两边或两 端的植株因占有较大空间和土地而表现的 生长优势。生长竞争。
试验处理对试验指标所起的增加或减少的作用。
3、 简单效应(simple effect) ：
同一因素内两种水平 间试验指标的相差。
4、平均效应(main effect) ：
一个因素内各简单效应的平均数 (主要效应, 主 效)
5、交互作用(interection effect)，简称互作 ：
因素内各简单效应的平均差异。
优点：应用了试验设计的重复和局部控制原则， 而且其一个局部控制单位实际上是比区组更小 的两个试验单位（处理与对照彼此相邻），对 比法设计使试验处理与对照的比较有较高的精 确度,并有利于观察。
缺点：
• 一个试验只能有一个对照（所以一般只能用于 单因素试验），各处理与对照相比较的精确度 较高，而各处理相比较的精确度较低。
返回随机区组设计
重复
三
原
则
随机
局部控制
无偏估计试验误差 降低试验误差 作
统计推断
用 提高精确度
图2.1 试验设计的三个基本原则的关系和作用
综上所述，遵循重复、随机排列和局部 控制三项原则进行试验设计并配合适当 的生物统计分析方法，就能准确地估计 试验处理效应，获得无偏的、较小的试 验误差估计，使各处理间的比较得出可 靠的结论。
个处理设置一个对照，使每一处理都可与其相邻 的对照直接比较。
不同重复区内处理的排列顺序可以 是逆向式或阶梯式
I 1 CK 2 3 CK 4 5 CK 6 7 CK 8
II 7 CK 8 1 CK 2 3 CK 4 5 CK 6
III 5 CK 6 7 CK 8 1 CK 2 3 CK 4
图2.2 8个处理3次重复对比法设计小区 排列示意图（逆向式）
第二节 试验设计原则
狭义的试验设计：(试验环境设计)指在安排试验时， 按试验目的要求和试验地(空间)的具体条件，将各个处 理小区在试验地(空间)上进行合理的设置和排列。 试验设计的主要作用： 1、估计试验误差 2、降低试验误差，提高试验的精确度 3、无偏地估计处理效应 试验设计应遵循的三个基本原则：
2、类别
试验方案可按其供试因素的多少分为以下二类： ①单因素试验(single-factor experiment ) 在整个试验中只比较一个因素的不同水平间的差异，
其他因素均作为试验条件而严格控制的试验称为单 因素试验 。 ②多因素试验 （multiple-factor experiment ) 在试验中需要比较两个或两个以上的试验因素间的 差异，其他试验条件均严格控制的试验称为多因素 试验 。可以根据因素的数目多少分为二因素试验， 三因素试验，……，等。
第四节 常用的试验设计
一、顺序排列的试验设计
1、对比法设计(contrast design)又称邻比法设
计（neighbor comparison design）。 一般用于单因素试验，试验处理数目不宜过多，
通常在10个以内。如少数品种比较试验及生产示 范性试验。
特点：每一处理均直接排列于对照旁边，即每隔两
第二章 试验的设计 和实施
第一节 试验方案 第二节 试验设计原则 第三节 小区技术 第四节 常用的试验设计
因素
品种 A B C
(质量)水平
施肥量 5kg/亩 10kg/亩 15kg/亩 20kg/亩
(数量)水平
处理组合数 = 各因素水平数相乘
处理组合
A 5kg/亩 A 10kg/亩 A 15kg/亩 A 20kg/亩 B 5kg/亩 B 10kg/亩 B 15kg/亩 B 20kg/亩 C 5kg/亩 C 10kg/亩 C 15kg/亩 C 20kg/亩
试验方案按照各处理组合实施的情况可分为
完全试验方案或完全方案：是将ab个处理全面实 施的试验方案。
不均衡试验方案（unbalanced design）：是将完 全试验方案中一些次要的处理去掉或者选主要的 因素水平进行试验，即将最有效的处理组成不均 衡方案。
均衡不完全试验方案（balanced partly-executed design）：是从完全试验方案中挑选部分有代表 性的水平组合进行试验。如正交试验设计。
三、处理效应
1、试验指标(experimental indicator) ：用
于衡量试验效果的指示性状。
指标
显示观察对象的属性
定性指标 如施药后个体反映 出有效与无效、受 害与未受害、死亡 与存活等
定性资料
显示观察对象的量 定量指标
如产量、株高、茎 粗、土壤容量、含 水量等
定量资料
2、处理效应 （treatment effect）：
CEC B D
ADEA C
E BA D B
图2.4 k = 5，n = 3的完全设计排列小区排列示意图 一般用于无环境差异的试验。如：实验室培养试 验及网、温室的盆钵试验 返回随机区组
完全随机设计的主要优缺点
主要优点： 试验设计简便、应用灵活，适合于单因素及
多因素试验，试验处理的重复次数可以相等 也可以不等，可以满足不同处理对结果的精 确度要求不同的试验。 统计分析简便且估计误差的精确性较高。 不足之处： 没有应用局部控制原则，所以在应用时要求 试验环境条件要均匀一致。
的排列可采用阶梯式或逆向式。
(4)如果一块土地上不能安排整个重复区的小 区，则可接到另一块土地上，但开始时必须 设置一个对照，此对照称为额外对照 （ExCK）。
间比设计有两个基本要求：
是对照应当均匀地分布在整个试验地上 是任何两个对照之间都要安排相同数目
的处理。
I
C K
1
2
3
4
C K
5
6
7
8
C K
9
10 11 12
C K
13 14 15 16
C K
II
C K
1615
14 13
C K
12 11 10
9
C K
8
7
6
5
C K
4
3
2
1
C K
II I
C K
1
2
3
4
C K
5
6
7
8
C K
9
10 11 12
C K
13 14 15 16
C K
图2.3 16个品种3次重复间比法排列(逆向式)
优点：
应用了试验设计的重复和局部控制原则，而且 每一段处理两侧都有对照作比较；
重复最主要的作用：是估计试验误差，同时也能 降低试验误差。
二、随机排列(random assortment)
随机排列：指试验方案所规定的每一个处 理安排在试验地的哪一个小区上要排除主 观因素的影响，采取随机的方式来确定。
每一处理都有相等的机会被设置在任 何一个试验小区上。
试验设计中采用重复与随机排列相结合的 方法就能够得到无偏的试验误差估计值。
水平
N1 N2
N2 – N1
III P
P1
10 16
P2
18 20
6 2
P2- P1
8
4
(2-6)/2=(4-8)/2=-2
水平
N1 N2
N2 – N1
IV P
P1
10 16
P2
18 14
6 -4
P2- P1 8 -2 (-4-6)/2=(-2-8)/2=-5
三、试验方案的设计要点
1.明确试验目的 2.根据试验目的确定合理的试验方案 3.确定合理的水平数和水平间距 4.贯彻唯一差异原则 5.设置对照 6.正确处理试验因素及试验条件间交互作用
三、局部控制(local control)
局部控制就是分范围、分地段地控制非试验因 素（试验条件），使各处理所受的影响趋于最 大程度的一致。
在田间试验中就是将要比较的试验处理设置在 土壤较均匀的局部地段内，以便控制试验条件、 减少试验误差，又称为划分区组（block）。然 后，在各个区组上实行重复和随机排列。
表1.1 氮、磷肥两因素试验结果(解释各种效应)
试验 因素
wenku.baidu.com
N
水平
N1 N2
N2 – N1
I
P
P1
10 16
P2
18 24
6 6
P2- P1
8
8
水平
N1 N2
(6-6)/2=(8-8)/2=0 N2 – N1
II
P
P1
10 16
P2
18 28
6 10
P2- P1 8 12 (10-6)/2=(12-8)/2=2
二、试验方案的概念和类别
1、概念
广义的包括试验处理设计，环境设计，处理操作方式、
内容及时间等实施步骤在内的整个试验计划。
狭义的是指试验处理的设计，是根据试验目的和要求所
拟定的将在试验中进行比较的一组试验处理的总称。 处理设计（treatment design）是指试验因素和水平的设 置、试验处理的挑选以及不同处理的分组和分配的设计。 环境设计(environmental design)是指试验单位大小、排列 与重复等与控制环境因素及其对试验结果的影响的设计。
区分配在相对同质的一个区组内，使同一区组 内的环境差异尽可能小一些，而不同区组之间 可以存在较大差异。
三、保护行
保护行一般宽1~2m，不少于试验材料 的平均高度。
最好种植早熟、抗倒和外形易于识别 的品种。
设置保护行的作用是保护试验材料不 受外来因素如人畜等的践踏和损害， 防止试验地四周的小区受到空旷地特 殊环境条件即边际影响，使处理间能 有正确的比较。保护行通常用英文字 母“G”表示
在边际效应明显的试验中，方形小区是有利的，
二、区组和小区排列
区组(block)：每个重复内所包含的同一试验的 所有处理。即一组小区，通常指一次重复的所 有处理小区，也称重复区
一个区组可排成一排，亦可排成两排或多排， 同一区组的各处理或品种必须设置在同一直线
上，。 排列区组应遵循局部控制原则，将全部处理小
生长竞争:(growth competition)是指当相邻 小区种植不同品种或施用不同肥料时，由 于株高、分蘖力等性状表现的不同，通常 将有一行或更多的边行受到影响，即一方 受到抑制，一方获得生长优势。
2、小区的形状
长方形尤其是狭长形小区，其试验误差常比方形 小区为小
小区的长宽比一般设置为3~10﹕1，有时可达 20﹕1。
1、重复 2、随机 3、局部控制 通过试验设计和小区技术能进一步减少环境(如土壤)差
异对试验结果的影响。
一、重复(replication)
重复是指在一个试验中同一处理设置的试验单位 数。田间试验的重复是指同一处理种植的小区数。 在试验中，每一处理种植一个小区，称为一次重 复。若每处理种植两个小区，称为两次重复；其 余类推。
2、随机区组设计
随机区组设计是根据“局部控制”的原则，将 试验地按肥力梯度程度划分为等于重复次数的 区组，一个区组安排一次重复，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 用而最基本的设计。
随机区组设计的方法
1、按照划分区组的要求，把试验地等分为n
个区组（区组数=重复数），注意区组长边 应垂直于肥力梯度方向；