La diferencia entre diseño de bloques aleatorios, diseño completamente aleatorio y diseño de cuadrado latino

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De acuerdo con los principios del diseño de la prueba de campo, los requisitos técnicos de la parcela y las condiciones específicas del sitio de prueba. , el mejor sitio de prueba La configuración y disposición razonables de cada parcela experimental se denomina diseño de experimento de campo. Si el diseño de la prueba es razonable es una de las claves para una prueba exitosa. Los diseños de experimentos de campo comunes se pueden dividir en dos categorías: disposición secuencial y disposición aleatoria según la disposición de las parcelas en el área repetida.

La disposición secuencial significa que todos los tratamientos del experimento se organizan en un orden determinado en cada región repetida. Las ventajas de este diseño son: el método de diseño es simple, fácil de observar y operar en el sitio y no comete errores. La disposición puede basarse en el tipo, variedad, período de floración, altura y potencial de crecimiento de las plantas probadas para reducir los efectos marginales. Y en un solo experimento se pueden incluir una gran cantidad de tratamientos. Las desventajas son: los requisitos para el sitio de prueba y los materiales de prueba están unificados, y se ve afectado por errores sistemáticos cuando hay cambios de gradiente direccionales obvios en condiciones que no son de prueba, como el suelo. Más importante aún, el error de la prueba no se puede estimar correctamente, por lo que los métodos de análisis estadístico basados ​​en la teoría de la probabilidad no se pueden utilizar para probar la importancia de los resultados de la prueba. Este diseño se utiliza principalmente para algunas pruebas simples de un solo factor, pruebas preliminares y pruebas de demostración. Los arreglos secuenciales comúnmente utilizados incluyen diseños de contraste y diseños de comparación indirecta. La distribución característica del diseño comparativo es que cada variedad o tratamiento se dispone directamente al lado de la parcela de control, y se establece una parcela de control por cada dos parcelas experimentales. Este diseño es adecuado para experimentos con no más de 10 tratamientos. La ventaja es que los resultados de la prueba son muy precisos. Este método es intuitivo, fácil de observar y comparar, y puede utilizarse para pruebas productivas en las últimas etapas de las pruebas de variedades. La desventaja es que el área de control ocupa demasiado espacio y la tasa de utilización del sitio de prueba no es alta. También provocó cierto desperdicio de mano de obra y recursos materiales. La disposición característica del diseño del método de contraste es que la primera y la última celda de cada área repetida deben ser celdas de control, es decir, se dispone el mismo número de variedades o celdas de tratamiento entre cada dos celdas de control, generalmente 4 u 8 individuales. En comparación con el método de contraste, este método ahorra espacio experimental y puede acomodar más números de procesamiento, pero no es tan intuitivo como el método de contraste. A menudo se utiliza para pruebas de identificación en las primeras etapas del trabajo de mejoramiento y pruebas de comparación de variedades cuando hay muchas variedades para probar pero la precisión de la prueba es baja.

Disposición aleatoria significa que la disposición de cada tratamiento experimental y control dentro de un área replicada es aleatoria. Este tipo de diseño experimental generalmente se diseña de acuerdo con los tres principios básicos del diseño experimental, por lo que sus ventajas son: puede superar la influencia de errores sistemáticos causados ​​por factores no experimentales como el suelo, mejorar la precisión del experimento y tener estimaciones de error correctas. Se puede probar la significancia de los resultados experimentales obtenidos. Su desventaja es que el diseño en el sitio es irregular, la observación y la operación en el sitio son inconvenientes y es fácil cometer errores si no se tiene cuidado. El método de diseño de arreglo aleatorio se utiliza principalmente en experimentos científicos con plantas hortícolas. Por lo tanto, nos centramos en un diseño de prueba de campo de permutación aleatoria.

Los diseños de ensayos de campo aleatorios comúnmente utilizados incluyen: diseño completamente aleatorio, diseño anidado, diseño de bloques aleatorios, diseño de cuadrado latino, diseño de bloques divididos, diseño experimental ortogonal, etc.

Primero, diseño completamente aleatorio

(1) El concepto de diseño completamente aleatorio

Supongamos que hay k tratamientos (incluidos los controles) en el experimento, y cada tratamiento Si se requieren n repeticiones, el sitio experimental se puede dividir en nk parcelas experimentales (todas las unidades de prueba = NK). Todas las unidades experimentales se dividen aleatoriamente en K grupos según el tamaño de N, y todas las unidades experimentales del mismo grupo reciben el mismo tratamiento (o variedad). Este diseño se llama diseño completamente aleatorio. Este diseño es un diseño experimental típico que aplica el principio de aleatoriedad y realmente cumple con el requisito de que cada tratamiento o variedad tenga la misma oportunidad de establecerse en cualquier área experimental. El método de diseño específico es el siguiente:

Método de diseño completamente aleatorio

Actualmente, se está utilizando un diseño completamente aleatorio para pruebas de comparación de variedades en algunas plantas hortícolas. Hay cinco variedades A, B, C, D y E, repetidas cuatro veces. En este momento, K = 5, N = 4, NK = 5×4 = 20 parcelas de prueba (todas las unidades de prueba se dividen en 20 bloques). Su ubicación en el sitio se muestra en la Figura 2-5. Los números del 1 al 20 están ordenados. Luego seleccione al azar cuatro parcelas a la vez para ordenar una variedad hasta que las cinco variedades estén ordenadas. (Figura 2-5).

Las comunidades se pueden aleatorizar mediante sorteo o consultando una tabla de números aleatorios. El método de lotería consiste en hacer una placa con los códigos de las áreas residenciales del 1 al 20, mezclarlos bien y sortear varias veces para determinar el orden. Dibuja un número, vuelve a colocarlo y continúa dibujando. Si el número es igual al número sorteado en la sesión anterior, no será válido. Dibuja 4 números a la vez para organizar una variedad. Por ejemplo, el primer grupo dibuja 9, 15, 18 y 10 para organizar una variedad; el segundo grupo se numera 1, 13, 3, 16 y organiza las variedades B. Etcétera. Consultar la tabla de números aleatorios puede reemplazar la lotería, eliminando el procedimiento de lotería. Por ejemplo, puede leer números de dos dígitos en cualquier dirección a partir de cualquier fila o columna de la tabla de números aleatorios (porque hay 20 celdas) y sacar los datos en el rango de 1 a 20 de la mantisa (si la Se eliminan los números duplicados, continúe leyendo), y luego divida los datos leídos en cinco grupos en orden, y cada grupo puede organizar una variedad. Si llegas al final del proceso de lectura, puedes girar a la izquierda, derecha o en diagonal para continuar leyendo. Ahora supongamos que la lectura comienza en la fila 10, columnas 9-10, y los resultados son: 4, 6, 5, 12, 13, 7, 2, 3, 1, 9, 20, 8, 65438+.

Por tanto, la variedad A se dispone en las parcelas 4, 6, 5 y 12; la variedad B se dispone en las parcelas 13, 7, 2 y 3, y así sucesivamente hasta disponer 5 variedades. Si el diseño experimental adopta el principio de control local, el método de disposición aleatoria de cada tratamiento en cada área es el mismo que el método de lotería o el método de tabla de números aleatorios mencionados anteriormente.

Los valores observados obtenidos del diseño completamente aleatorio son datos de un solo grupo.

Ventajas y desventajas del diseño completamente aleatorio

1. Ventajas del diseño completamente aleatorio: (1) El número de repeticiones es flexible. El número de repeticiones de cada proceso puede ser igual o desigual. Al diseñar experimentos, sólo es necesario agruparlos según diferentes tiempos de repetición.

Figura 2-5 Diagrama de Pareto in situ diseñado completamente al azar

Simplemente agrupe según el diferente número de repeticiones. (2) El diseño experimental y el análisis estadístico de los resultados experimentales son relativamente simples y convenientes. Si el número de repeticiones es igual, los datos con el mismo número de observaciones dentro del grupo se utilizarán para el análisis de varianza; si el número de repeticiones es diferente, los datos con diferente número de observaciones dentro del grupo se analizarán para determinar la varianza. (3) No es necesario estimar el área faltante. (4) Maximizar el grado de libertad al estimar el error de la prueba mientras se minimiza la f crítica requerida para probar la significancia, mejorando así la sensibilidad de la prueba.

2. Desventajas del diseño completamente aleatorio

(1) La distribución de una misma variedad o parcelas tratadas es irregular y desordenada, lo que dificulta su observación y registro.

(2) Dado que no se aplica el principio de control local, cuando hay una gran diferencia en la fertilidad del suelo o en los materiales de prueba, el error de prueba aumenta y no se puede eliminar. Por lo tanto, este diseño experimental sólo es adecuado para su uso cuando la fertilidad del suelo y los materiales de prueba son uniformes y hay alrededor de 20 campos experimentales.

Este diseño experimental es muy adecuado para experimentos de laboratorio, invernadero y hongos comestibles.

Segundo diseño anidado

(1) El concepto de diseño anidado

Si los objetos de investigación se dividen en varios grupos, cada grupo se divide en varios grupos. Hay varios subgrupos y cada subgrupo tiene varios diseños de observación, lo que se denomina diseño anidado. El grupo se divide en subgrupos y varias observaciones de los subgrupos se diseñan como un diseño anidado de dos niveles. Si un subgrupo se divide en varios subgrupos, el número de observaciones en los subgrupos se denomina diseño anidado de tres niveles. Por analogía, pueden existir estructuras anidadas de varios niveles.

(2) Método de diseño anidado

Al estudiar el contenido de nutrientes del suelo en un área determinada, generalmente se seleccionan al azar varias parcelas de muestra y luego se seleccionan al azar varias muestras de cada parcela de muestra. analizado varias veces en las muestras de suelo en cada punto de muestreo, que es un diseño anidado de dos niveles. Otro ejemplo es el estudio de los residuos tras la pulverización de pesticidas sobre varias especies o variedades vegetales. Cada verdura se puede plantar en varias macetas (o parcelas), y cada maceta (parcela) puede tener varias plantas. Luego, cada cepa se analizó una vez, lo que también fue un diseño anidado de dos niveles. Si se realizan múltiples análisis en cada planta, se denomina diseño anidado de tres niveles.

En todos los niveles de diseños anidados, al menos un nivel debe ser aleatorio, muestreado aleatoriamente o organizado aleatoriamente; de ​​lo contrario, no se obtendrán estimaciones de error de prueba imparciales.

El diseño anidado más simple debe ser el diseño anidado de primer nivel. Si hay una diferencia significativa en el peso de una sola bola de varias variedades de col china, puede seleccionar al azar varios bulbos de hojas de cada variedad y pesarlos por separado, y luego realizar un análisis de varianza unidireccional en los datos agrupados.

Todas las observaciones obtenidas mediante el diseño anidado son datos agrupados unidireccionales de subgrupos dentro del grupo, denominados datos agrupados del sistema, que se pueden utilizar para el análisis de varianza de los datos agrupados del sistema.

(3) Ventajas y desventajas del diseño anidado

1. Ventajas del diseño anidado:

(1) Este diseño es simple y ampliamente utilizado. Este diseño es adecuado tanto para experimentos de campo como para experimentos de laboratorio y de invernadero.

(2) Debido a que debe haber al menos un nivel de aleatoriedad en el diseño de la prueba, se puede obtener una estimación del error de prueba insesgada. En términos generales, cuantas más series aleatorias se utilicen, más representativos serán los resultados de la prueba y mayor será la precisión del análisis.

2. Desventajas del diseño anidado:

(1) Dado que no hay repetición, si hay un efecto de factor que no es de prueba entre grupos, no se puede identificar. Por lo tanto, cuando se utiliza un diseño anidado, se debe prestar más atención a mantener la coherencia de los factores no experimentales.

(2) Para muestras seleccionadas al azar, el tamaño de la muestra debe ser lo suficientemente grande; de ​​lo contrario, la representatividad no será fuerte, lo que aumentará el error de muestreo y reducirá la precisión del análisis y los resultados de las pruebas.

Tercer diseño de bloques aleatorios

(1) El concepto de diseño de bloques aleatorios

Según el nivel de fertilidad del suelo, el campo experimental se divide en iguales al número de repeticiones de bloques, un bloque es una repetición. Luego, cada bloque se subdivide en unidades iguales al número de tratamientos. Los procesos en los bloques están ordenados aleatoriamente, lo cual es un diseño de bloques aleatorios.

Este diseño aplica de manera integral los tres principios básicos del diseño de experimentos de campo. Es un diseño de experimentos de campo razonable y uno de los métodos de diseño experimental más comúnmente utilizados en el diseño de arreglos aleatorios.

(2) Método de diseño de bloques aleatorios

El diseño de bloques aleatorios suele utilizar de 3 a 5 repeticiones, que varían según la cantidad de tratamiento y los requisitos de precisión de la prueba.

En un diseño de bloques aleatorios, las celdas se organizan numerando primero cada tratamiento y luego organizando cada celda de tratamiento en el bloque (replicación) mediante sorteo o una ubicación en una tabla de números aleatorios. El método específico es el mismo que el descrito en el diseño completamente aleatorio, excepto que las celdas se organizan aleatoriamente en bloques y el proceso de disposición de cada bloque se realiza de forma independiente.

Se debe considerar la precisión de la prueba cuando se disponen bloques o réplicas en el campo. Para reducir los errores de prueba, se pueden organizar diferentes bloques de prueba en diferentes secciones con diferentes diferencias en la calidad del suelo, y las diferencias en la calidad del suelo dentro del mismo bloque de prueba deben ser lo más pequeñas posible. En lo que respecta a la forma del gráfico, un rectángulo es más apropiado y la forma del grupo de gráficos es para conectar los lados largos del gráfico, lo que ayuda a mejorar la precisión de la prueba.

Si todos los bloques de prueba de una prueba no se pueden organizar en el mismo sitio debido a limitaciones del sitio de prueba, se pueden colocar varios bloques de prueba en otro sitio, pero todos los bloques de prueba en el mismo bloque de prueba deben ser Dispuestos juntos, nunca separados. La siguiente figura muestra la disposición del ensayo de campo de las cuatro variedades de papa (A, B, C, D) en el ensayo comparativo.

Figura 2-6 Diseño de bloques aleatorios (cuatro repeticiones)

(C) Ventajas y desventajas del diseño de bloques aleatorios

1. diseño:

(1) El diseño es simple y fácil de dominar. El análisis estadístico de los resultados de las pruebas es relativamente simple.

(2) Flexible y ampliamente utilizado, se puede utilizar tanto para experimentos de un solo factor como para experimentos multifactoriales (en experimentos multifactoriales, se organiza una combinación de tratamientos para cada parcela).

(3) Puede proporcionar estimaciones de errores experimentales imparciales y controlar eficazmente las diferencias unidireccionales en la fertilidad del suelo, reduciendo así los errores experimentales.

(4) No existen requisitos estrictos sobre el tamaño y la forma de los sitios de prueba. Mientras el mismo bloque sea consistente, se pueden dispersar diferentes bloques.

2. Desventajas del diseño de bloques aleatorios

(1) El número de tratamientos no debe ser demasiado, de lo contrario aumentará el bloqueo y reducirá el efecto del control local. Generalmente el número de tratamientos debe ser inferior a 10 y no superior a 20 como máximo.

(2) El error causado por la diferencia de fertilidad en las dos direcciones no se puede controlar.

IV. Diseño del Cuadrado Latino

(1) Concepto de Diseño del Cuadrado Latino

El experimento del Cuadrado Latino divide el sitio experimental en bloques desde dos direcciones. Cada línea recta (columna) y línea horizontal (fila) se denomina bloque, y cada tratamiento ocurre una vez en cada línea recta y línea horizontal. Por tanto, el número de repeticiones, tratamientos, líneas rectas y líneas horizontales del diseño del cuadrado latino son iguales. En pocas palabras, un diseño experimental en el que K elementos se organizan en K filas y K columnas de modo que cada elemento aparece solo una vez en cada fila y columna se denomina diseño de cuadrado latino.

El cuadrado latino en el que se disponen secuencialmente la primera línea horizontal y la primera recta se llama cuadrado estándar. Sólo hay un cuadrado estándar del cuadrado latino de 3×3. A medida que aumenta el número de procesamiento k, el número de cuadrados estándar aumenta rápidamente. Por ejemplo, un cuadrado latino de 4×4 tiene cuatro cuadrados estándar; un cuadrado latino de 5×5 tiene 56 cuadrados estándar y un cuadrado latino de 6×6 tiene 9408 cuadrados estándar.

Si el movimiento rectilíneo de un cuadrado estándar es el mismo que el movimiento rectilíneo de otro cuadrado estándar, entonces los dos cuadrados estándar se llaman yugos.

Los siguientes son algunos métodos estándar comúnmente utilizados (Tabla 2-2) para la selección y aplicación en el diseño experimental.

Tabla 2-2 Tablas cuadradas estándar de uso común

(2) Método de diseño del cuadrado latino

Al diseñar un cuadrado latino, en primer lugar, de acuerdo con el tamaño del número de procesamiento k, de Seleccione un cuadrado estándar k × k entre los cuadrados estándar. Sobre la base de seleccionar el cuadrado estándar, mediante el ajuste aleatorio de horizontal, vertical y mecanizado, se puede obtener un cuadrado estándar requerido. En términos generales, ¡cada cuadrado estándar de k × k se puede convertir en k! (k-1)! Una plaza latina diferente. No sólo se puede obtener una gran cantidad de nuevos cuadrados latinos mediante transferencia aleatoria, sino que también se puede evitar el orden de la primera fila y la primera columna de los cuadrados estándar. Por ejemplo, si hay cinco variedades de fresas, se prevé utilizar el diseño del cuadrado latino para realizar una prueba de comparación de rendimiento. Los pasos de diseño ahora se presentan de la siguiente manera:

1. Primero, numere o reemplace las cinco variedades con 1, 2, 3, 4 y 5, y seleccione un cuadrado estándar de 5 × 5.

2. Realiza una transferencia aleatoria en un tren recto y consulta la tabla de números aleatorios para obtener los números aleatorios 1, 4, 5, 3, 2. La primera línea no se mueve; la segunda línea se reemplaza por la cuarta línea; la tercera línea se reemplaza por la quinta línea; la cuarta línea se reemplaza por la quinta línea; cuadrado después de la transferencia en línea recta.

3. Sobre la base de la rotación directa, se realiza una transferencia horizontal aleatoria. Consulta la tabla de números aleatorios, los números aleatorios son 5, 1, 2, 4, 3. Reemplace la primera línea con la quinta línea; cambie el segundo recorrido por el primer recorrido, cambie el tercer recorrido por el segundo recorrido, y así sucesivamente, debe movilizar tanto la línea recta como la superficie latina del recorrido.

Figura 2-7 Disposición del campo de cinco variedades de fresas

4 Finalmente, aleatorice las variedades. Consulta la tabla de números aleatorios y obtén los números aleatorios 2, 5, 4, 1, 3. Este es el código de raza que se debe disponer en cada comunidad de A, B, C, D y E, es decir, A = 2, B = 5, C = 4, D = 1 y E = 3. Utilice el código de variedad para reemplazar los dos cuadrados latinos transferidos aleatoriamente y obtener el diseño de las cinco variedades de fresas en el campo.

(3) Ventajas y desventajas del diseño del cuadrado latino

1. Ventajas del diseño del cuadrado latino;

(1) El diseño del cuadrado latino se puede controlar desde dos direcciones Diferencias en la fertilidad del suelo con alta precisión.

(2) Generalmente se usa para pruebas de un solo factor y también se puede usar para pruebas de factores complejos con menos factores y niveles de prueba.

2. Desventajas del diseño del cuadrado latino:

(1) El número de repeticiones es igual al número de procesamiento y la flexibilidad no es fuerte. Si el tiempo de procesamiento es largo, habrá demasiadas repeticiones. Cuando el número de procesos y repeticiones es pequeño, el grado de libertad del error de estimación es demasiado pequeño y la precisión es baja. Por tanto, apto para ensayos de 5-8 variedades o tratamientos. Si el número de variedades o tratamientos es pequeño, para mejorar la precisión de la prueba, se puede utilizar un diseño de cuadrado latino compuesto, es decir, una prueba de cuadrado latino se puede repetir varias veces.

(2) La parcela de prueba debe ser plana y cuadrada, y carece de la flexibilidad del diseño de bloques aleatorios.