第一章田间试验概述
【内容提要】本章主要讲述田间试验设计的基本概念和试验方案的设计与实施。田间试验设计是统计分析的前提和基础。设计试验是为了有效地降低试验误差，提高试验的准确性和精确性，主要包括田间试验设计的一些基本概念（如试验因素、水平和试验指标等）、田间试验的任务和基本要求、制订试验方案的要点、田间试验误差的来源和控制途径、田间试验的基本原则和作用、试验地的土壤肥力差异和小区技术及田间试验中常用的一些试验设计等内容。
【学习重点】试验误差的来源和控制途径、小区技术、试验设计原则及其作用，以及不同随机排列类型试验设计的实施步骤、优缺点和应用范围等。
【学习难点】试验误差和土壤肥力差异控制、随机区组设计、裂区设计。
【要求掌握的基本技能】能够根据试验地的特点和试验具体要求，结合田间试验的小区技术和试验设计的原则设计出合理的试验，并能够绘制出试验的田间种植图和制订出试验实施方案。
在大田条件下进行的试验称为田间试验（field experiment）。农业生产在大田中进行，受光照、气温、降雨和土壤等自然生态因子的影响。因而，要评价农业生产新技术在当地达到的预期效果如何、农作物新品种或新的丰产措施有无增产效果、新农药或新的防治病虫害措施效果如何等问题都必须进行田间试验。田间试验是进行农业科学研究的主要形式，除此之外，也可采用盆栽、温室、实验室及其他方式进行试验，如作物育种过程中的温室加代、研究作物矿质营养吸收的盆栽试验等。但是，这些试验的环境条件与大田生产差别较大，试验结果不能代表田间试验的结果，难以直接应用于大田生产。因此，只有在对环境条件要求比较严格时，才加以应用，一般来说，它们只是农业科学试验的辅助方式。可见，田间试验是农业科学研究中不可替代的主要研究手段。
第一节田间试验的任务和要求
一、田间试验的任务与来源
田间试验的任务就是在大田条件下评价农业生产新技术、新产品及其实际效果，解决农业生产中需要解决的问题。农业生产在田间进行，只有在与农业生产实际条件相似的田间进行的试验中表现优良的农业科学研究成果，才有可能在生产实践中得到推广应用，发挥其增产增效的作用。例如，征集一个地区新育成的作物品种进行区域试验，评价这些品种的推广利用价值，供生产上择优利用；通过播期与播量试验，优化新育成品种的栽培技术，实现良种良法结合；通过育种试验，将各具不同优良特性的亲本杂交，选育出高产、多抗、优质的作物新品种；通过肥水耦合试验，确定优质、高效的施肥灌水技术等，都需要进行田间试验。
田间试验任务的来源主要有以下几个方面。
（1）农业生产实践中发现或提出了新的问题，需要通过田间试验进行解决。由于农业生产在田间进行，田间试验是直接为农业生产服务的。因此，当时当地农业生产中亟待解决的问题是田间试验任务的首要来源。例如，新品种选育和节水灌溉研究都需要进行田间试验；新育成品种需要进行播期与播量试验；研究植物激素对农作物生长发育的影响，需要在田间进行激素剂量与使用时期试验；研究肥水增产效果也需要在田间进行肥水耦合试验。
（2）农业科学工作者经常需要通过田间试验开展有关作物生长发育和遗传规律，以及作物与环境之间相互关系等的研究。虽然其中的许多内容也可以在实验室、温室或人工气候室中进行，但是在田间进行试验更符合作物的实际生长情况。可见，有关作物生长发育和遗传规律及其生境的基础研究也是田间试验任务的来源之一。
（3）不同地区和不同单位之间经常有相同或类似的项目需要进行研究，但各个地区或单位的条件不同，不可能也不必要都开展研究。通常可以委托具备较好试验条件的地区或单位来进行独立研究，或由位于不同地区的多个单位进行多点试验协作研究。因此，受其他地区或单位的委托进行研究也是田间试验任务的一个重要来源。
（4）根据农业生产发展的需要，各级农业行政部门或科研主管部门经常会安排一些田间试验项目，如农作物新品种展示、高产示范等都是田间试验任务的来源。
二、田间试验的基本要求
无论哪种类型的田间试验，要得到正确、可靠的结果，使其在科学种田中发挥参谋和促进作用，都必须满足以下四项基本要求。
（一）试验目的要明确
试验目的要明确就是对试验要解决的问题有充分的了解，对预期结果做到心中有数。例如，作物新品种的播期与密度试验，就是要确定作物新品种的*佳播期和*适密度，安排试验时，要根据已有资料和经验，预期可能的*佳播期和*适密度。这样就可以围绕可能的*佳播期安排播期处理，围绕可能的*佳密度安排密度处理；否则，*佳播期和*适密度可能不包括在播期处理和密度处理范围内，必然导致试验失败。
田间试验*根本、*主要的目的是解决农业生产或科学研究中的问题。因此，制订试验方案，选择试验项目时，要抓住当时当地农业生产或科学研究中急需解决的问题，明确试验目的。由于有些田间试验需要较长的时间，因此必须预见到试验结果推广时可能变化了的社会需求。例如，选育一个作物新品种通常需要10年以上的时间，那么在一轮新品种选育一开始就要预见到10年后社会和经济发展对作物新品种的需求与变化了的生产条件，明确10年后要解决的问题。
（二）试验条件要有代表性
试验条件要有代表性就是要求田间试验的各项试验条件要接近试验结果欲推广地区的自然条件和生产条件，只有这样才能使试验结果在欲推广地区的生产上发挥增产增效的作用。例如，如果欲推广地区土壤比较黏重，不够肥沃，肥料来源尚有困难，水利条件也不够理想，则试验地、供试品种和各项试验技术措施的选择，就必须与这些具体条
件相适应。否则，选择了一块特别肥沃和有灌溉条件的高肥水地块作试验地，并选用喜肥水品种，用其试验结果指导欲推广地区的生产，显然很难达到预期目的，还很有可能带来巨大损失。此外，在考虑代表性的同时还要有预见性，随着社会经济的发展，肥、水等生产条件会不断改善，农业机械化水平也在不断提高。由于有的试验往往需要数年才有结果，如果不考虑试验结果欲推广地区数年后可能出现的生产条件，试验成果就难以在生产上发挥较大作用。
（三）试验结果要准确可靠
进行田间试验时，必须坚持唯一差异原则（principle of only one difference），随时随地注意试验的准确性，力求避免造成不应有的试验误差。例如，品种比较试验的目的在于比较不同品种的丰产能力，除比较的品种外，土壤肥力及栽培管理措施应尽可能一致。否则，若比较的各个品种所处小区肥力不匀，或者前茬、浇水、中耕等田间管理措施不一，时间早晚不同，收获不一致，就会大大影响试验的准确性。但应该指出的是：在注意其他条件一致的原则时，不能机械地套用这一原则，如将成熟期不同的品种同时收获，其结果反而不能准确地反映这些品种的生产能力。
（四）试验结果要有重演性
试验结果的重演性是指在相同或类似的条件下进行同样的试验或生产实践，能获得类似的结果。田间试验结果具有重演性，才能使试验结果推广应用于大田生产。为了满足重演性的要求，必须注意下面几个环节：第一，完全掌握试验所处的自然条件和生产条件；第二，有及时、准确、完整的田间观察记载，以便分析产生各种试验结果的原因，找出其中的规律；第三，每一项试验*好在本地重复进行2～3年，以便弄清作物对不同年份气候条件的反应；第四，如果将试验结果推广到其他地区，还应进行多点试验。
三、田间试验的种类
田间试验一般以作物为研究对象。依据试验项目的性质、试验因素数、试验设计类型和试验小区的面积、试验地点数、试验年份数，可以将试验从不同的角度分成不同的种类。
（一）按试验项目的性质分类
田间试验根据供试项目的性质，一般可分为7类。
1．遗传试验主要研究作物各性状的遗传特点和遗传规律，估算各类遗传参数。例如，为科学评价杂交亲本和估算遗传参数进行的双列杂交试验、为确定作物性状的遗传模型和估算基因效应进行的多世代群体试验都是遗传试验。
2．生理生化试验主要研究作物的生长发育规律及其生理特点，测定各项生理生化指标和作物器官的化学组成。例如，在田间测定作物群体或个体的光合效率、呼吸特性等生理和生化指标。
3．生态试验主要研究作物对自然和人工生态条件的反应，确定作物的适宜生境和营养来源。
4．土肥试验研究土壤特性和不同土壤类型的产量潜力、施肥效果等。
5．作物育种试验培育作物新品种进行的试验，包括亲本和杂交后代的种植、新品系的产量鉴定和比较、新品种的区域试验等。
6．作物栽培与耕作试验研究作物栽培技术的播期试验、播量试验，还有轮作、间作等试验。
7．病虫草害防治试验研究作物病虫草害防治的技术与机制，如农药试验、综合防治试验等。
（二）按试验因素数分类
试验因素（experimentalfactor）是指在试验中研究其变动对试验结果影响的对象，简称因素或因子。按试验因素的多少，试验可分为单因素试验、多因素试验（复因素试验）和综合性试验。
1．单因素试验只研究一个因素效应的试验叫单因素试验。单因素试验设计简单、目的明确、试验结果易于分析，不能了解因素间的相互关系是其局限性。例如，作物育种
研究中通常进行的品种比较试验，只研究品种这一个试验因素，因此品种比较试验就是单因素试验。再如，施肥量试验，只研究施肥量这一个试验因素对作物产量及其他性状的影响，因此，也属于单因素试验。
2．多因素试验研究两个或两个以上因素效应的试验叫多因素试验，多因素试验往往根据其供试因素数进行命名，如品种×播期×播量是一个三因素试验。多因素试验不仅可以研究各因素的单独效应，而且能研究两个或两个以上因素结合起来的交互作用。多因素试验比单因素试验更符合作物的生长发育规律，但多因素试验的设计和结果分析比较复杂。例如，研究一个小麦新品种优化栽培措施的播期×播量试验就是一个二因素试验，既可研究播期和播量的单独效应，也能研究二者的交互作用。
3．综合性试验综合性试验是指将一个试验因素的某个特定水平同其他试验因素的某些特定水平搭配形成一些特定的处理组合，试验和结果分析时把各特定处理组合作为单因素进行处理对待。这种试验方案主要用于综合技术研究。例如，在河南郑州‘豫农202’*适宜的播期为10月10日，播量为8kg/667m2；‘豫麦18’*适宜的播期为10月20日，播量为9kg/667m2；‘豫农035’*适宜的播期为10月10日，播量为8kg/667m2；‘豫麦2号’*适宜的播期为10月8日，播量为8kg/667m2；‘豫农949’*适宜的播期为10月15日，播量为8.5kg/667m2。这样可以形成一个有5个特定处理组成的组合因素试验。
（三）按试验设计类型分类
按试验设计（experiment design）类型，田间试验可分为对比法设计（contrast design）试验、间比法设计（interval contrast design）试验、完全随机设计（completely random design）试验、完全随机区组设计（completely random block design）试验、裂区设计（split plot design）试验、正交设计（orthogonal design）试验、平衡不完全区组设计（balanced incompletely block design）试验、平衡格子方设计（balanced lattice design）试验等。这些试验中的大部分将在后面介绍，此处不赘述。
（四）按试验小区的面积分类
试验小区（experiment plot）是田间试验中一个处理（treatment）或处理组合（treatment combination）一次实施所占用的地段，简称小区（plot）。一般
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