试验设计与数据处理在农林生产中的应用

　　摘要试验设计与数据处理是以概率论、数理统计及线性代数为理论基础,结合专业知识和实践经验,研究经济、合理地安排试验方案以及系统、科学地分析处理试验结果的一项科学技术。综述了试验设计与数据处理的发展和分类,并探讨了其在农林业生产中的应用。
　　关键词试验设计;数据处理;农林业生产
　　
　　试验设计是统计学的重要分支,它属于一般研究方法中的科学试验方法的范畴,是由试验方法与数学方法,特别是统计方法相互交叉而形成的一门科学,是与样本理论、估计理论和检验理论同时发展起来的。试验设计是为了得到试验目的和搜集到可靠的资料,制定出试验次数少、误差小、实行科学控制的试验方案。解决问题的方式方法(即策略),直接影响对问题的解决过程。其现已广泛应用于各行各业,如化工、医药、微生物、军事工程、食品等诸多领域。
　　1试验设计的发展
　　试验设计最早来源于农业试验,可追溯到20世纪20年代。试验设计学科的奠基人Fisher在《研究工作者的统计方法》一书中最早提出了“试验设计”术语。《试验设计》(1935)一书标志着试验设计学科的诞生。他在书中首次系统地介绍了试验设计的原理和方法,如试验设计的3条基本原理:随机、重复、区域控制。在试验设计发展的道路上,Fisher创立的传统试验设计是第1个里程碑[1]。正交表的构造和开发是第2个里程碑,日本田口式正交表设计法是突出的代表,而我国研创的正交试验设计法与田口式正交表设计法相比,程序更简单,指导理论正确合理,优化效率更高[2]。与欧美式艰深的多因素优化方法相比,更简洁易行。日本学者田口玄一开发的稳健试验设计是第3个里程碑。
　　在试验设计方法发展上,国内外不断提出新的试验设计方法的理论[3-6]。Yates(1933)提出重复试验中的混杂原理,提倡用不完全区组的排列方式,又提出复因子试验的混杂方案(1935),进一步提出多品种试验的格子设计和分析方法(1936—1937)。Cochran(1937—1939)提出田间长期试验设计。Bose和Nair(1939)提出部分平衡不完全区组设计。Finney(1945)提出复因子试验设计的分式方法以及裂区混杂设计等。Yates(1949)提出农业轮作试验设计。Kemthorne(1952)及Cochran和Cox(1957,1992)的2本经典著作较系统全面地介绍了试验设计的原理和方法。Federer(1956)提出了增广设计。Taguchi(1957)提出稳健参数设计。Scheffe(1958)提出配方设计。Box(1958)提出反应面设计。方开泰(1980)提出均匀设计。Lin等(1983,1985)提出修饰增广设计。Patterson(1983)等提出α格子设计。
　　2试验设计的概况
　　2.1试验设计的方法分类与原则
　　试验设计的基本工具是正交表,正交表是根据均匀分布的思想,运用组合数学理论构造的一种数学表格。试验设计的方法很多,不同的方法用于解决在实际工作中所遇到的不同的问题,应用最广泛和最具典型性的方法有区组设计、正交设计、参数设计、回归设计、均匀设计、混料设计、饱和设计与超饱和设计[7]。我们也可以根据不同的目的把试验设计中的问题大致分为五大类:处理比较,变量筛选,响应面探查,系统优化,系统稳健性。试验设计的主要作用是降低试验次数,提高试验精度,使研究人员从试验结果中获得无偏的处理效应及试验误差的估计,进行正确而有效的比较。为了控制干扰因子引起的差异,降低试验误差,在试验设计中要遵循3条基本原则:重复、随机化、区域控制。
　　2.2试验设计的系统方法
　　科学试验设计可分为3个阶段:试验设计阶段、试验实施阶段、试验分析阶段。通常可以遵循以下7个步骤进行:目标阐述、选择响应、选择因子与水平、制定试验计划、实施试验、分析数据、作出结论。