第一章 田間試驗概述
【內容提要】 田間試驗就是在大田條件下進行的試驗。田間試驗的任務就是在大田條件
下評價農業生產新技術、新產品和新品種的實際效果，解決農業生產中需要解決的問題；必須
滿足試驗目的明確、試驗條件有代表性、試驗結果準確可靠和試驗結果可重演四項基本要求；
精心選擇試驗因素和處理、正確設計試驗方案；科學控制試驗地的土壤肥力差異及其他來源的
試驗誤差；合理設置試驗小區的形狀、面積，合理設置保護區（行）和對照；在重復、隨機和局部
控制原則指導下設計對比法、間比法、完全隨機、完全隨機區組、拉丁方、裂區等常用試驗設計，
并正確實施。
【學習重點】 田間試驗的基本要求，試驗方案設計，試驗誤差和土壤肥力差異控制，小區
技術，試驗設計原則，隨機區組設計，裂區設計等。
【學習難點】 試驗誤差和土壤肥力差異控制，隨機區組設計，裂區設計。
【要求掌握的基本技能】 試驗方案設計，小區技術，繪制田間種植圖，試驗的實施。
在大田條件下進行的試驗稱為田間試驗（fieldexperiment）。農業生產在大田中進行，受
光照、氣溫、降雨和土壤等自然生態因子的影響。因此，要評價農業生產新技術在當地達到的
預期效果如何、農作物新品種或新的豐產措施有無增產效果、新農藥或新的防治病蟲害措施效
果等問題必須進行田間試驗。田間試驗是進行農業科學研究的主要形式，雖然除田間試驗外，
進行農業科學研究也采用盆栽、溫室、實驗室以及其他方式進行試驗（如作物育種過程中的溫
室加代，研究作物礦質營養吸收的盆栽試驗等），但是，這些試驗的環境條件與大田生產差別較
大，試驗結果不能代表田間試驗的結果，難以直接應用于大田生產。因此，這些試驗只有在要
求對環境條件作較嚴格的控制時才加以應用，一般說來，它們只是農業科學試驗的輔助方式。
可見，田間試驗是農業科學研究中不可替代的主要研究手段。
第一節 田間試驗的任務和要求
一、田間試驗的任務與來源
田間試驗的任務就是在大田條件下評價農業生產新技術、新產品和新品種的實際效果，解
決農業生產中需要解決的問題。農業生產在田間進行，只有在與農業生產實際條件相似的田
間進行的試驗中表現優良的農業科學研究成果，才有可能在生產實踐中得到推廣應用，發揮其
增產增效的作用。征集一個地區新育成的作物品種進行區域試驗，評價這些品種的推廣利用
價值，供生產上擇優利用；通過播期與播量試驗，優化新育成品種的栽培技術，實現良種良法結
合；通過育種試驗，將各具不同優良特性的親本雜交，選育出高產、多抗、優質的作物新品種；通
過肥水耦合試驗，確定優質高效的施肥灌水技術等都需要進行田間試驗。
田間試驗任務的來源主要有以下幾個方面。
（1）農業生產實踐中發現或提出了新的問題，需要通過田間試驗進行解決。由于農業生
產在田間進行，田間試驗是直接為農業生產服務的。因此，當時當地農業生產中亟待解決的問
題是田間試驗任務的首要來源。例如，新品種選育和節水灌溉研究都需要田間試驗，新育成品
種需要進行播種期與播種量試驗；研究植物激素對農作物生長發育的影響，需要在田間進行激
素劑量與使用時期試驗；研究肥水增產效果的肥水耦合試驗也需要在田間進行。
（2）農業科學工作者經常需要通過田間試驗開展有關作物生長發育和遺傳規律以及作物
與環境之間相互關系等的研究。雖然其中的許多內容也可以在實驗室、溫室或人工氣候室中
進行，但是在田間進行試驗更符合作物的實際生長情況。可見，對有關作物生長發育和遺傳規
律及其生境的基礎研究也是田間試驗的任務之一。
（3）不同地區和不同單位之間經常有相同或類似的項目需要進行研究，但各個地區或單
位的條件不同，不可能也不必要都開展研究。通常可以委托具備較好試驗條件的地區或單位
來進行獨立研究或由位于不同地區的多個單位進行多點試驗協作研究。因此，受其他地區或
單位委托進行的研究也是田間試驗任務的一個重要來源。
（4）根據農業生產發展的需要，各級農業行政部門或科研主管部門經常會下達一些田間
試驗項目。例如，農作物新品種展示、高產示范方等都是田間試驗任務的來源。
二、田間試驗的基本要求
無論哪種類型的田間試驗，要得到正確可靠的結果，使其在科學種田中發揮參謀和促進作
用，都必須滿足以下四項基本要求。
（一）試驗目的要明確
試驗目的要明確就是對試驗要解決的問題有充分的了解，對預期結果做到心中有數。例
如，作物新品種的播種期與密度試驗，就是要確定作物新品種的最佳播種期和最適密度，安排
試驗時，就要根據已有的資料和經驗，預期可能的最佳播種期和最適密度。這樣就可以圍繞可
能的最佳播種期安排播種期處理，圍繞可能的最佳密度安排密度處理；否則，最佳播種期和最
佳密度可能不包括在播種期處理和密度處理范圍內，必然導致試驗失敗。
田間試驗最根本、最主要的目的是解決農業生產或科學研究中的問題。因此，制訂試驗方
案、選擇試驗項目時，要抓住當時當地農業生產或科學研究中急需解決的問題，明確進行試驗
的目的。由于有些田間試驗需要較長的時間，就必須預見到試驗結果推廣時可能變化了的社
會需求。例如，選育一個作物新品種通常需要10年以上的時間，那么開始一輪新品種選育時
就要預見到10年后社會和經濟發展對作物新品種的需求以及變化了的生產條件，明確10年
后要解決的問題。
（二）試驗條件要有代表性
試驗條件要有代表性就是要求田間試驗的各項試驗條件要接近試驗結果欲推廣地區的自
然條件和生產條件，只有這樣才能使試驗結果在欲推廣地區的生產上發揮增產增效作用。例
如，欲推廣地區土壤比較黏重，不夠肥沃，肥料來源尚有困難，水利條件也不夠理想，則對試驗
地、供試品種和各項試驗技術措施的選擇就必須與這些具體條件相適應。否則，選擇一塊特別
肥沃和有灌溉條件的高肥水地塊作為試驗地，并選用喜肥水品種，用其試驗結果指導欲推廣地
區的生產，顯然很難達到預期目的，還很有可能帶來巨大損失。此外，在考慮代表性的同時還
要有預見性，隨著社會經濟的發展，肥、水等生產條件會不斷改善，農業機械化水平也在不斷提
高。由于有的試驗往往需要數年才有結果，如果不考慮試驗結果欲推廣地區數年后可能出現
的生產條件，試驗成果就難以在生產上發揮較大作用。
（三）試驗結果要準確可靠
進行田間試驗時，必須堅持唯一差異原則，隨時隨地注意試驗的準確性，力求避免造成不
應有的試驗誤差。例如，品種比較試驗的目的在于比較不同品種的豐產能力，除比較的品種
外，土壤肥力及栽培管理措施應盡可能保持一致。否則，若比較的各個品種所處小區肥力不
勻，或前茬、澆水、中耕等田間管理措施不一，時間早晚不同，收獲不一致，就會大大影響試驗的
準確性。但應該指出，在注意其他條件一致的原則時，也不能機械套用這一原則。例如，將成
熟期不同的品種同時收獲，其結果反而不能準確反映這些品種的生產能力。
（四）試驗結果要有重演性
試驗結果的重演性是指在相同或類似的條件下進行同樣的試驗或生產實踐，能獲得類似
的結果。田間試驗結果具有重演性，才能使試驗結果推廣應用于大田生產。為了滿足重演性
的要求，必須注意下面幾個環節：第一，完全掌握試驗所處的自然條件和生產條件；第二，有及
時、準確、完整的田間觀察記載，以便分析產生各種試驗結果的原因，找出規律性的東西；第三，
每一項試驗最好在同一地區重復進行2~3年，以便弄清作物對不同年份氣候條件的反應；第
四，如果將試驗結果推廣到其他地區，還應進行多點試驗。
三、田間試驗的種類
田間試驗一般以作物為研究對象。依據試驗項目的性質、試驗因素多少、試驗設計類型、
試驗小區面積、試驗地點數、試驗年份數不同，可以將田間試驗從不同的角度分成不同的種類。
（一）按試驗項目的性質分類
田間試驗根據供試項目的性質，一般可分為7類。
1.遺傳試驗
主要研究作物各性狀的遺傳特點和遺傳規律，估算各類遺傳參數。例如，為科學評價雜交
親本和估算遺傳參數進行的雙列雜交試驗、為確定作物性狀的遺傳模型和估算基因效應進行
的多世代群體試驗都是遺傳試驗。
2.生理生化試驗
主要研究作物的生長發育規律及其生理特點，測定各項生理生化指標和作物器官的化學
組成。例如，在田間測定作物群體或個體的光合效率、呼吸特性等生理生化指標。
3.生態試驗
主要研究作物對自然和人工生態條件的反應，確定作物的適宜生境和營養來源。
4.土肥試驗
研究土壤特性和不同土壤類型的產量潛力、施肥效果等。
5.作物育種試驗
培育作物新品種進行的試驗包括親本和雜交后代的種植，新品系的產量鑒定和比較，新品
種的區域試驗等。
6.作物栽培與耕作試驗
研究作物栽培技術的播種期試驗、播種量試驗，還有輪作、間作等試驗。
7.病蟲草害防治試驗
研究作物病蟲草害防治的技術與機理，如農藥試驗、綜合防治試驗等。
（二）按試驗因素多少分類
試驗因素（experimentfactor）就是要在試驗中研究其變動對試驗結果產生影響的因素。
按照試驗因素的多少，試驗可分為單因素試驗和多因素試驗（復因素試驗）。此外，還有組合因
素試驗。
1.單因素試驗
只研究一個因素效應的試驗稱為單因素試驗。單因素試驗設計簡單、目的明確、試驗結果
易于分析，但不能了解因素間的相互關系是其局限性。例如，作物育種研究中通常進行的品種
比較試驗，只研究品種這一個試驗因素，因此品種比較試驗就是單因素試驗；再如，施肥量試驗
只研究施肥量這一個試驗因素對作物產量及其他性狀的影響，因此也屬于單因素試驗。
2.多因素試驗
研究兩個或兩個以上因素效應的試驗稱為多因素試驗。多因素試驗往往依其供試因素數
稱謂，如品種×播種期×播種量是一個三因素試驗。多因素試驗不僅可以研究各因素的單獨
效應，而且可以研究兩個或兩個以上因素結合起來的交互作用。多因素試驗比單因素試驗更
符合作物的生長發育規律，但多因素試驗的設計和結果分析比較復雜。例如，研究一個小麥新
品種優化栽培措施的播種期×播種量試驗就是一個二因素試驗，其既可研究播種期和播種量
的單獨效應，也可研究二者的交互作用。
3.組合因素試驗
組合因素試驗是指將一個試驗因素的某個特定水平與其他試驗因素的某些特定水平搭配
形成一些特定的處理組合，試驗和結果分析時把各特定處理組合作為單因素的處理對待。這
種試驗主要用于綜合技術研究。例如，在河南鄭州‘豫農202’最適宜的播種期為10月10日，
播種量為8kg/666.7m2；‘豫麥18’最適宜的播種期為10月20日，播種量為9kg/666.7m2；‘豫
農035’最適宜的播種期為10月10日，播種量為8kg/666.7m2；‘豫麥2號’最適宜的播種期為
10月8日，播種量為8kg/666.7m2；‘豫農949’最適宜的播種期為10月15日，播種量為
8.5kg/666.7m2。這樣可以形成一個有5個特定處理組合的組合因素試驗。
（三）按試驗設計類型分類
田間試驗按試驗設計（experimentdesign）類型可分為對比法設計（contrastdesign）試驗、
間比法設計（intervalcontrastdesign）試驗、完全隨機設計（completelyrandomdesign）試驗、
完全隨機區組設計（completelyrandomblockdesign）試驗、裂區設計（splitplotdesign）試驗、
正交設計（orthogonaldesign）試驗、平衡不完全區組設計（balancedincompletelyblockdesign）
試驗、平衡格子方設計（balancedlatticedesign）試驗等。這些試驗中的大部分將在后面
介紹，此不贅述。
（四）按試驗小區面積分類
試驗小區（experimentplot）是田間試驗中一個處理（treatment）或處理組合（treatment
combination）一次實施所占用的地段。一般地講，試驗小區面積在333m2以下的試驗稱為小
區試驗，試驗小區面積在333m2以上的試驗稱為大區試驗。大區試驗耕作栽培條件接近大田
生產，每個大區都可能碰上較肥或較瘦的地段，因此代表性和準確性都較好，而且便于示范推
廣，對試驗結果的分析也比較省事，但試驗條件難以嚴格控制，而且人力物力消耗較多，所以不
適用于探索性試驗。大區試驗一般用于和生產比較接近的田間試驗，如作物品種或栽培技術
等的大區對比試驗、新品種展示試驗等；大區試驗一般不設重復。小區試驗在一定程度上克服
了大區試驗的缺點，特別在育種試驗的初期、中期階段，試驗的處理數較多，而每一處理的種子
量較少，設置大區試驗有困難。所以一般應先進行小區試驗，在小區試驗選優淘劣的基礎上再
做大區對比示范試驗。大多數田間試驗都是小區試驗，小區試驗一般要設置重復。
（五）按試驗地點數分類
按試驗地點數多少，試驗可以分為單點試驗和多點試驗。單點試驗只在一個地點進行；多
點試驗要在兩個或兩個以上的地點按相同的試驗方案進行，可以研究試驗處理對不同地點氣
候、土壤等自然生態因子的反應。如果試驗結果欲在多個地區推廣就應進行多點試驗，作物新
品種的區域試驗就是多點試驗。
（六）按試驗年份數分類
按試驗年份數多少，試驗可以分為一年試驗和多年試驗。一個試驗只進行一年稱為一年
試驗；按同一試驗方案將一個試驗進行兩年或兩年以上稱為多年試驗，多年試驗可以研究試驗
處理對不同年份的氣候等自然生態因子的反應。由于年際間氣候特點往往存在較大差異，所
以一個試驗最好進行兩年以上，這樣才能使試驗結果客觀可靠，具有推廣利用價值。
此外，還有將多年試驗與多點試驗結合形成的多年多點試驗，這樣在一個試驗中既可研究
試驗處理對不同地點氣候、土壤等自然生態因子的反應，也可研究試驗處理對年際間氣候因子
的反應。作物新品種的區域試驗通常是多年多點試驗。
第二節 試驗方案的制訂
試驗方案是根據試驗目的所擬訂的一組試驗處理或處理組合的總稱。有時試驗方案也指
整個試驗計劃，包括試驗目的和依據、供試試驗材料、試驗處理、小區設置、種植方法、田間管
理、觀察記載項目、收獲考種、試驗結果分析方法等。試驗方案是試驗的藍圖，必須認真細致的
進行擬訂，不能草率了事。
一、試驗因素與水平
在田間試驗中有各種各樣的因素影響試驗結果，有些因素是試驗的條件稱為條件因素。
例如，氣候條件（光照、氣溫、降雨等）和土壤肥力等在大多數情況下都是試驗的條件因素。在
試驗中對其進行研究的因素稱為試驗因素。例如，在品種比較試驗中品種是試驗因素，在播種
期與播種量試驗中播種期和播種量是試驗因素，在施肥試驗中肥料類型和施肥量是試驗因素。
將一個試驗因素從質或量的方面分成若干個試驗項目，稱為處理或水平。例如，在品種比
較試驗中使用了10個品種，那么品種這個試驗因素就具有10個處理或水平；同樣若一個施肥
試驗使用了3種肥料，每種肥料又有3個施肥量，那么肥料種類和施肥量兩個試驗因素都各有
3個處理或3個水平。
在多因素試驗中將一個試驗因素的各水平同其他試驗因素的各水平相互搭配起來構成處
理組合。例如，在一個玉米品種×密度試驗中，如果選用‘豫玉22’、‘丹玉405’和‘鄭單958’3
個玉米品種，3000株/666.7m2、3750株/666.7m2、4500株/666.7m2、5250株/666.7m24種密
度，那么這個試驗就有12個處理組合：‘豫玉22’/（3000株/666.7m2）、‘丹玉405’/（3000株/
666.7m2）、‘鄭單958’/（3000株/666.7m2）、‘豫玉22’/（3750株/666.7m2）、‘丹玉405’/
（3750株/666.7m2）、‘鄭單958’/（3750株/666.7m2）、‘豫玉22’/（4500株/666.7m2）、‘丹玉
405’/（4500株/666.7m2）、‘鄭單958’/（4500株/666.7m2）、‘豫玉22’/（5250株/666.7m2）、
‘丹玉405’/（5250株/666.7m2）、‘鄭單958’/（5250株/666.7m2）。
一個試驗因素若是從量的方面分成若干試驗處理（水平），各相鄰處理（水平）之間的間距
可以相等也可以不等。
二、試驗處理效應
在田間試驗中，用于衡量試驗效果的指示性狀稱為試驗指標（experimentindex）。在一個
試驗中衡量試驗效果的指標可以是一個，也可以是多個，這要根據研究目的和專業知識確定。
例如，在作物品種區域試驗中，要考察的試驗指標通常有生育期、產量及其構成因素、株高、穗
部性狀、抗病性、抗蟲性、抗逆性、品質等幾十個試驗指標。
雖然在田間試驗中通常可考察的試驗指標很多，但也不能面面俱到，要根據研究目的，分
清主次，抓住主要方面，量力而行，合理確定試驗指標。
試驗處理效應（treatmenteffect）是試驗因素對性狀，即試驗指標所起的增進或減少作用，
一般用試驗處理平均數（average）與試驗總平均數的差來度量。例如，一個品種比較試驗共用
了10個品種，其株高分別為75cm、82cm、77cm、85cm、67cm、76cm、79cm、71cm、80cm、78cm，
可以算出其平均數為77cm，那么其效應依次分別為-2cm、5cm、0cm、8cm、-10cm、-1cm、
2cm、-6cm、3cm、1cm。試驗處理效應也稱為主效（maineffect）。
兩個或兩個以上試驗因素結合起來產生的額外效應稱為交互作用（interactioneffect），簡
稱互作。交互作用也可以說是一個因素的各水平在另一個因素的各水平上表現不一致的現
象。例如，兩個小麥品種和兩種施氮量的試驗結果（表1-1），種植小麥品種甲施純氮13kg/
666.7m2、產量為500kg/666.7m2，種植小麥品種乙施純氮13kg/666.7m2、產量為550kg/
666.7m2；若種植小麥品種甲施純氮16kg/666.7m2、產量為560kg/666.7m2，種植小麥品種乙
施純氮16kg/666.7m2、產量為650kg/666.7m2。那么，單純將品種由甲換為乙，施純氮13kg/
666.7m2將增產50kg/666.7m2；單純將施純氮由13kg/666.7m2提高到16kg/666.7m2，小麥
品種甲將增產60kg/666.7m2；因而，品種乙施純氮16kg/666.7m2的預期產量應為610kg/
666.7m2，而實際產量為650kg/666.7m2，比預期多的40kg/666.7m2就是交互作用。但交互
作用通常不是這樣推算和表示的，而是用處理組合的平均數、產生交互作用的試驗因素的相應
處理的平均數和整個試驗的總平均數的代數和來估算。
表1-1 兩個小麥品種和兩種施氮量的試驗結果（解釋交互作用）
（單位：kg/666.7m2）
品 種施純氮13kg/666.7m2的產量施純氮16kg/666.7m2的產量平 均
甲500560530乙550650600平均525605565
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