【本章提要】
试验的基本概念和试验种类；
试验误差的来源和控制途径；
试验设计的基本原则、试验单元的设计以及常用的试验设计方法。
什么是试验？——试验就是通过比较以判断哪一种措施更好的方法
l 试验与实验的区别
《辞海》释义：
【实验】设计来检验一个理论或证实一种假设是否正确而进行的一系列操作或实践活动。
【试验】为了解某物的性能或某事的结果而进行的尝试性活动。
一般而论，实验可理解为实际验证，其结果基本上是可以预测的；而试验则为尝试验证，其结果存在较多不确定因素。
l 试验的作用
试验→示范→推广，是农业技术推广的基础。
试验也是科学研究的延续，是对即将推广的技术成果的再创造，是农业推广必不可少的重要环节。
试验技能是农业推广人员的一项最基本的、重要的也是常用的技能。
§1 概述
一、基本术语
试验指标（Experimental Indicator）——指度量试验结果的标志，如作物产量、病情指数、某些物质的含量等；
试验因素（Experimental Factor）——试验中所研究的由人为控制的可能影响试验指标的因子称为试验因素，如品种、密度、施肥量等；
水平（Level）——一个试验因素所划分的具体的、可操作的不同等级或状态；如不同的品种、不同的密度、不同的施肥量等；试验因素设定了几种状态或划为几个数量等级，其就有几个水平。——每个因素至少有2个水平。只有一个水平的称之为试验条件。
处理（Treatment）——一个试验单元内的水平的总称；——单因素试验中，试验因素的每一个水平就是一个试验处理；多因素试验中，不同因素的水平相互组合构成一个试验处理。
试验方案（Experimental Project）——一个试验的全部处理的总和；
试验单元（Unit）——试验中能接受不同处理的试验载体，也叫试验单位；——试验单元的形式是多种多样的，它可以是一个试验小区、一株树，也可以是一盆植物等等。在试验结果的统计分析中，通常一个试验单元要有一个数据参与统计计算。
田间试验的试验单元称为小区：小区（Plot）——用于安排不同水平的一小块地段；
二、试验的种类
试验的种类很多，由于分类方法不同种类也不同。试验统计中一般按试验因素的多少划分为：
（一）单因素试验（singie-factor experiment）——在同一个试验中只研究某一种因素的若干个水平的试验叫单因素试验，也叫单因子试验。
【案例】调查发现某地玉米品种老化，今引入6个品种：南校18号、花单1号、桂单22号、桂单26号、正大619 、迪卡007进行比较
（二）多因素试验（multiple-factor experiment）——在同一个试验中同时研究两个或两个以上的因素的试验叫多因素试验或复因素试验。
多因素试验中各个因素的不同水平的配合叫水平组合，一个试验全部水平组合（处理）数等于各因素水平数的乘积。
【案例】欲了解某地不同品种的适宜施肥量，进行了一个对比试验。品种有 A1、A2 两个；施肥量分为重肥（B1）、中肥（B2）和轻肥（B3）3 种。
（三）综合性试验（comprehensive experiment）——不完全的复因素试验、或者说是复因素设计的全部处理中的极少部分处理的比较。
如某10因素试验，每个因素2个水平，共有210=1024个处理（水平组合），不利于比较，可从中抽3-5个理论上认为较好的处理进行比较
§2 试验误差及其控制
在农业试验中，试验误差是客观存在的，不可能完全消除，只能尽力减少。
一、试验误差的概念
（一）随机误差和系统误差
在植物生长发育过程中和在试验过程中，由于存在一些人们无法控制的偶然因素而使试验结果发生的偏差称为随机误差（random error）。
在试验中，若存在着一种或几种条件在处理间同样有不平等待遇时，由此而引起试验结果的偏差叫系统误差（systematic error）。
一般说来，试验误差（Experimental Error ）主要指随机误差
l 试验误差与试验差错：在正确的操作下，由于试验条件的差异而造成的观察结果与真实值之间偏差为误差；而差错是操作不正确导致的。
（二）试验误差的衡量——精确度和准确度
准确度是指观察结果接近真实值的程度。准确度是衡量系统误差的依据，准确度越高，系统误差就越小。
同一试验中，相同处理不同重复观察值之间的接近程度叫精确度。衡量精确度的依据是试验误差，误差越小说明精确度越高。
二、试验误差的来源及控制
1、试验材料本身的差异及控制
〖来源分析〗种子、种苗、肥料及农药等
〖控制途径〗选择均匀一致的试验材料；保证每个处理的小区获得的试验材料具有同等质量。加大播种量。
2、试验过程中操作质量的差异及控制
〖来源分析〗从播种到收割等农事操作管理及观察测定的不一致性
〖控制途径〗各处理的操作管理要做到时间（同一项操作应在同一天完成）、人员（同一项操作应由同一个人或同一批人完成）、数量（每个小区所获得的物资应是等量的）的一致性，以保证质量的一致性
3、外界环境条件的差异及控制
（1）自然环境如光、温、水、气；
〖控制途径〗选择地势平坦、开阔的田地；
（2）生物因素如病虫草鼠害及人畜危害；
〖控制途径〗做好病虫草鼠害的防治，以防为主；设立保护行；
（3）土壤肥力的差异。
〖控制途径〗控制土壤肥力差异的主要措施：
①选择肥力均匀一致的田地
②采用适宜的田间设计方法降低误差
③运用适当的统计分析方法估计误差
§3 试验设计
试验设计（experimental design）——就是对试验的环境进行科学合理的安排布置。其主要内容包括试验单元的规格设计及试验单元数量和位置的规划。
一、试验设计的基本原则
设计的主要目的是降低试验误差和估计试验误差，提高试验的精确度。因此，在进行试验设计时必须严格遵循试验设计的三个基本原则——
（一）设置重复
重复（repetition）——在试验中每种处理安排的试验单元数。
一个处理所安排的试验单元数称重复次数；
一般同一试验中，各处理的重复次数是一致的。
【案例】某试验有5个处理：A、B、C、D、E，通过比较得到试验结果是否表明E处理最好而A处理最差呢？
如果试验条件不一致同样可能造成不同小区的差异
因此有必要再做一次重复试验
对比两次试验的结果，得出的结论也许就更接近真实情况
重复的作用：估计试验误差；降低试验误差
重复是试验统计分析的基础！！
（二）随机排列
随机排列（random assortment）——每一个处理及每一个重复都有同等的机会被安排在某一特定的空间和时间环境中，以消除某些处理或其重复可能占有的“优势”或“劣势”，保证试验条件在空间和时间上的公平性。
随机的作用：获得无偏的误差估计。
随机的方法：①抽签；②查随机数字表；③电脑随机（利用Excel的随机函数RANDBETWEEN或RAND产生随机数字，然后按各处理编号顺序将处理安排到试验单元中。）。
（三）局部控制
局部控制（local control）——将整个试验环境或试验单元分成若干个小环境或小组，使同一小环境或小组内非试验因素尽量一致。
每个比较一致的小环境或小组，称为一个区组（block）。在同一区组内各处理能且只能出现一次。
局部控制的作用：在重复的基础上，进一步降低试验误差。
实施局部控制时，区组如何划分，应根据具体情况确定：
如果日期(时间)变动会影响试验结果，就可以把不同试验日期(时间)划分为区组；
如果试验空间会影响试验结果，可把不同空间划为区组；
如果全部试验用几台同型号的仪器或设备，考虑仪器或设备间差异的影响，可把不同仪器或设备划为区组；
如果有若干个人员进行试验的操作，考虑他们的操作技术、固有习惯等方面的差异，可把不同操作人员划分为区组；
二、试验单元设计
试验单元的形式是多种多样的，试验单元的设计，应根据具体情况确定。
田间试验单元称为小区，下面以田间试验为主，介绍试验单元(小区)的设计要点。
（一）小区的面积、形状和方向
1、小区面积大小的确定
一般小区面积在20～60㎡之间，但由于不同试验特点的不同，小区面积还可能会有较大的变化。确定小区面积时应考虑的因素有：
①试验内容：品种试验的小区可以小一些，而栽培和植保试验的小区面积应该大一些；
②作物类别：密植作物的小区可适当小些，一般10～15㎡，而稀植作物的试验小区面积要大一些，20～30㎡（以品种试验为例）。
③试验的阶段任务：初期探索性的试验，由于处理数较多，小区面积可以较小，而后期的精确比较试验处理数较少，小区面积要大一些。
④土壤肥力差异
⑤试验地总面积的大小和处理数的多少
⑥试验过程取样的需要
⑦边际效应和生长竞争。边际效应是指小区两边或两端的植株，因占较大空间而表现的差异。因此，边际效应大的相应需增大小区面积。
2、小区形状的确定
小区的几何形状为矩形，试验设计中小区的形状主要指矩形的长宽比
一般小区 长：宽=3～10：1（狭长形）
但在小区之间处理效应相互干扰影响较大时（如喷雾试验等），长：宽=1～2 ：1 （近正方形）
3、小区方向的确定
小区方向主要指小区长边的走向或植株行向。具体要求：
①小区长边与土壤肥力变化方向平行；
②小区长边与缓坡方向平行；
③小区长边与不同茬口的分界线垂直；
④在与上述要求不相矛盾的情况下，小区长边最好与试验区旁的主干道垂直。
其它试验单元的设计
盆栽试验，一般以3～20个盆为1个试验单元；
组培试验，一般以5～10个培养皿为1个试验单元；
食用菌试验，一般以10～15袋或瓶为1个试验单元
（二）重复次数
重复次数的多少，一般应根据试验所要求的精确度确定。
重复次数越多虽然精确度超高，但过多的重复次数并不能显著提高精确度，且过多的重复次数还会造成试验规模和成本的增加。
对精确度要求较低的试验，1～2次重复；
对精确度要求较高的试验，3～4次重复；
实验室试验，由于试验单元较小，可安排3～6次重复
（三）保护行和走道的设置
1、保护行的作用及设置
作用：保护试验尽可能不受外界因素的干扰
设置：①在整个试验地的四周都应设置保护行。一般两边各设3行以上，两端各设2米以上。②小区内一般不设保护行，但在相邻小区之间的处理效应相互干扰影响较大时，可在每个小区两边各留1～2行作为保护行（即在管理上与小区内其它植株是一样的，只是不作为观察、测量、计产的对象）。
2、走道的作用与设置
作用：便于田间试验的栽培管理操作与观察测量
设置：①在两排小区（或两个区组）之间留0.5m宽的走道；②相邻小区之间一般不留走道，而是以行间距作为观察测量的通道。但对于密植作物（行距小于0.3m的作物），为便于操作，在相邻小区之间也可空出一行作为走道。
（四）区组的安排
区组（block）——安排一个试验的一次重复的一个局部区域，在这个局部中，每个处理必须且只能出现一个试验单元（小区）。
设置区组是控制试验环境差异的最简单而有效的方法之一。
区组安排原则上要求同一区组内各试验单元之间的环境条件差异应该尽可能小，而不同区组间环境条件差异可以较大，甚至可以把不同区组安排在不同试验环境内。
在田间试验中，视试验地的形状、大小、地势等环境因子的不同，重复或区组可排成一排，亦可排成两排或多排。
三、常用的试验设计方法
试验设计方法是指对一个试验中全部试验单元的位置进行科学合理安排。
常用的试验设计按试验单元排列方式可分为顺序排列设计与随机排列设计
（一）顺序排列设计
顺序排列设计的试验实施比较方便，一般用于精确度要求不高、不须作统计分析的早期探索性试验或示范性试验。
顺序排列设计主要有对比法设计（contrast design）和间比法设计（interval contrast design）
1、对比法设计
设计要点：每个处理的旁边都设置一个对照（CK）。
注意问题：处理数不宜过多，1～4个，最好是1～2个。不设重复或设2次重复。对2个处理的试验结果若要进行统计分析，须重复5次以上。
适用对象：主要用于大区生产性示范试验，一般每个小区面积在300㎡以上。
2、间比法设计
设计要点：每一行开始和最后一个小区都是对照，每隔4个或9个处理设置一个对照（CK）。
若每隔4个处理设置一个CK，则20个处理需要26个小区。
注意问题：处理数没有限制。一般不设重复。
适用对象：主要用于处理数量多、精确度要求不高、不须作统计分析的早期探索性试验，试验单元一般较小，有时甚至只有一行、一盆或一袋。
（二）随机排列设计
随机排列设计强调有合理的误差估计以排除误差的影响找出处理的本质效应。常用于对精确度要求较高的研究型试验。
随机排列设计主要有：完全随机设计（completely random design）、随机区组设计（randomized blocks design）、拉丁方设计（latin square design）、裂区设计（split-plot design）
1、完全随机设计
设计要点：将各处理（包括CK）完全随机地分配在不同的试验单元，每一处理的重复次数可以相等也可以不等。
【案例】比较3种生长素对油菜苗高的影响，以清水为对照，共计4个处理。若进行盆栽试验，1盆为1个试验单元，4次重复。采用完全随机设计，则需要16个试验单元（盆）。
注意问题：处理数不宜太多，对照(CK)与其它处理等价，只作为一个普通处理安排。由于试验无局部控制，要求试验环境条件相当均匀一致。一般重复3次以上。
适用对象：常用于在实验室、温室中进行的试验，也可用于土壤肥力均匀一致的田间试验。
2、随机区组设计
设计要点：
①将试验环境按重复次数要求划分为若干个大小相等的区组
②将每个区组按处理数划分为若干个大小相等的试验单元
③在每个区组内采用随机的方法将各处理安排到试验单元中，每个处理在同一区组内只能安排一个单元
【案例】5个处理，3次重复的随机区组设计。5个处理分别用A、B、C、D、E表示，若为田间试验，则试验共需要15个小区；试验设3次重复，即有3个区组，每个区组需划分5个小区
注意：在设计小区时，小区的宽度应是行 距或畦宽的整倍数
注意问题：对照（CK）与其它处理等价
①处理数不宜过多：单因素试验15个以内；复因素试验不宜超过20个
②重复3～6次，重复（区组）号以罗马数字表示，I、II、III、IV、V、VI……
③复因素试验中，必须以处理为单位随机安排（可用编号随机）
适用对象：随机区组试验综合运用了环境设计的三个基本原则，且设计较灵活，适用于处理数不太多且试验精确度要求较高的各种比较试验。
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