第一章 田间试验概述
【内容提要】 田间试验就是在大田条件下进行的试验。田间试验的任务就是在大田条件
下评价农业生产新技术、新产品和新品种的实际效果，解决农业生产中需要解决的问题；必须
满足试验目的明确、试验条件有代表性、试验结果准确可靠和试验结果可重演四项基本要求；
精心选择试验因素和处理、正确设计试验方案；科学控制试验地的土壤肥力差异及其他来源的
试验误差；合理设置试验小区的形状、面积，合理设置保护区（行）和对照；在重复、随机和局部
控制原则指导下设计对比法、间比法、完全随机、完全随机区组、拉丁方、裂区等常用试验设计，
并正确实施。
【学习重点】 田间试验的基本要求，试验方案设计，试验误差和土壤肥力差异控制，小区
技术，试验设计原则，随机区组设计，裂区设计等。
【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】 试验方案设计，小区技术，绘制田间种植图，试验的实施。
在大田条件下进行的试验称为田间试验（fieldexperiment）。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。因此，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
果等问题必须进行田间试验。田间试验是进行农业科学研究的主要形式，虽然除田间试验外，
进行农业科学研究也采用盆栽、温室、实验室以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，这些试验只有在要
求对环境条件作较严格的控制时才加以应用，一般说来，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、新产品和新品种的实际效果，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。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田间试验，新育成品
种需要进行播种期与播种量试验；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；研究肥水增产效果的肥水耦合试验也需要在田间进行。
（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，对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的任务之一。
（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
单位委托进行的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下达一些田间
试验项目。例如，农作物新品种展示、高产示范方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，作物新品种的播种期与密度试验，就是要确定作物新品种的最佳播种期和最适密度，安排
试验时，就要根据已有的资料和经验，预期可能的最佳播种期和最适密度。这样就可以围绕可
能的最佳播种期安排播种期处理，围绕可能的最佳密度安排密度处理；否则，最佳播种期和最
佳密度可能不包括在播种期处理和密度处理范围内，必然导致试验失败。
田间试验最根本、最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，明确进行试验
的目的。由于有些田间试验需要较长的时间，就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，那么开始一轮新品种选育时
就要预见到10年后社会和经济发展对作物新品种的需求以及变化了的生产条件，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作用。例
如，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，则对试验
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，选择一块特别
肥沃和有灌溉条件的高肥水地块作为试验地，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，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保持一致。否则，若比较的各个品种所处小区肥力不
匀，或前茬、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，在注意其他条件一致的原则时，也不能机械套用这一原则。例如，将成
熟期不同的品种同时收获，其结果反而不能准确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，找出规律性的东西；第三，
每一项试验最好在同一地区重复进行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、试验因素多少、试验设计类型、
试验小区面积、试验地点数、试验年份数不同，可以将田间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种期试验、播种量试验，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理，如农药试验、综合防治试验等。
（二）按试验因素多少分类
试验因素（experimentfactor）就是要在试验中研究其变动对试验结果产生影响的因素。
按照试验因素的多少，试验可分为单因素试验和多因素试验（复因素试验）。此外，还有组合因
素试验。
1.单因素试验
只研究一个因素效应的试验称为单因素试验。单因素试验设计简单、目的明确、试验结果
易于分析，但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称为多因素试验。多因素试验往往依其供试因素数
称谓，如品种×播种期×播种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，而且可以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种期×播种量试验就是一个二因素试验，其既可研究播种期和播种量
的单独效应，也可研究二者的交互作用。
3.组合因素试验
组合因素试验是指将一个试验因素的某个特定水平与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的处理对待。这
种试验主要用于综合技术研究。例如，在河南郑州‘豫农202’最适宜的播种期为10月10日，
播种量为8kg/666.7m2；‘豫麦18’最适宜的播种期为10月20日，播种量为9kg/666.7m2；‘豫
农035’最适宜的播种期为10月10日，播种量为8kg/666.7m2；‘豫麦2号’最适宜的播种期为
10月8日，播种量为8kg/666.7m2；‘豫农949’最适宜的播种期为10月15日，播种量为
8.5kg/666.7m2。这样可以形成一个有5个特定处理组合的组合因素试验。
（三）按试验设计类型分类
田间试验按试验设计（experimentdesign）类型可分为对比法设计（contrastdesign）试验、
间比法设计（intervalcontrastdesign）试验、完全随机设计（completelyrandomdesign）试验、
完全随机区组设计（completelyrandomblockdesign）试验、裂区设计（splitplotdesign）试验、
正交设计（orthogonaldesign）试验、平衡不完全区组设计（balancedincompletelyblockdesign）
试验、平衡格子方设计（balancedlatticedesign）试验等。这些试验中的大部分将在后面
介绍，此不赘述。
（四）按试验小区面积分类
试验小区（experimentplot）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。一般地讲，试验小区面积在333m2以下的试验称为小
区试验，试验小区面积在333m2以上的试验称为大区试验。大区试验耕作栽培条件接近大田
生产，每个大区都可能碰上较肥或较瘦的地段，因此代表性和准确性都较好，而且便于示范推
广，对试验结果的分析也比较省事，但试验条件难以严格控制，而且人力物力消耗较多，所以不
适用于探索性试验。大区试验一般用于和生产比较接近的田间试验，如作物品种或栽培技术
等的大区对比试验、新品种展示试验等；大区试验一般不设重复。小区试验在一定程度上克服
了大区试验的缺点，特别在育种试验的初期、中期阶段，试验的处理数较多，而每一处理的种子
量较少，设置大区试验有困难。所以一般应先进行小区试验，在小区试验选优淘劣的基础上再
做大区对比示范试验。大多数田间试验都是小区试验，小区试验一般要设置重复。
（五）按试验地点数分类
按试验地点数多少，试验可以分为单点试验和多点试验。单点试验只在一个地点进行；多
点试验要在两个或两个以上的地点按相同的试验方案进行，可以研究试验处理对不同地点气
候、土壤等自然生态因子的反应。如果试验结果欲在多个地区推广就应进行多点试验，作物新
品种的区域试验就是多点试验。
（六）按试验年份数分类
按试验年份数多少，试验可以分为一年试验和多年试验。一个试验只进行一年称为一年
试验；按同一试验方案将一个试验进行两年或两年以上称为多年试验，多年试验可以研究试验
处理对不同年份的气候等自然生态因子的反应。由于年际间气候特点往往存在较大差异，所
以一个试验最好进行两年以上，这样才能使试验结果客观可靠，具有推广利用价值。
此外，还有将多年试验与多点试验结合形成的多年多点试验，这样在一个试验中既可研究
试验处理对不同地点气候、土壤等自然生态因子的反应，也可研究试验处理对年际间气候因子
的反应。作物新品种的区域试验通常是多年多点试验。
第二节 试验方案的制订
试验方案是根据试验目的所拟订的一组试验处理或处理组合的总称。有时试验方案也指
整个试验计划，包括试验目的和依据、供试试验材料、试验处理、小区设置、种植方法、田间管
理、观察记载项目、收获考种、试验结果分析方法等。试验方案是试验的蓝图，必须认真细致的
进行拟订，不能草率了事。
一、试验因素与水平
在田间试验中有各种各样的因素影响试验结果，有些因素是试验的条件称为条件因素。
例如，气候条件（光照、气温、降雨等）和土壤肥力等在大多数情况下都是试验的条件因素。在
试验中对其进行研究的因素称为试验因素。例如，在品种比较试验中品种是试验因素，在播种
期与播种量试验中播种期和播种量是试验因素，在施肥试验中肥料类型和施肥量是试验因素。
将一个试验因素从质或量的方面分成若干个试验项目，称为处理或水平。例如，在品种比
较试验中使用了10个品种，那么品种这个试验因素就具有10个处理或水平；同样若一个施肥
试验使用了3种肥料，每种肥料又有3个施肥量，那么肥料种类和施肥量两个试验因素都各有
3个处理或3个水平。
在多因素试验中将一个试验因素的各水平同其他试验因素的各水平相互搭配起来构成处
理组合。例如，在一个玉米品种×密度试验中，如果选用‘豫玉22’、‘丹玉405’和‘郑单958’3
个玉米品种，3000株/666.7m2、3750株/666.7m2、4500株/666.7m2、5250株/666.7m24种密
度，那么这个试验就有12个处理组合：‘豫玉22’/（3000株/666.7m2）、‘丹玉405’/（3000株/
666.7m2）、‘郑单958’/（3000株/666.7m2）、‘豫玉22’/（3750株/666.7m2）、‘丹玉405’/
（3750株/666.7m2）、‘郑单958’/（3750株/666.7m2）、‘豫玉22’/（4500株/666.7m2）、‘丹玉
405’/（4500株/666.7m2）、‘郑单958’/（4500株/666.7m2）、‘豫玉22’/（5250株/666.7m2）、
‘丹玉405’/（5250株/666.7m2）、‘郑单958’/（5250株/666.7m2）。
一个试验因素若是从量的方面分成若干试验处理（水平），各相邻处理（水平）之间的间距
可以相等也可以不等。
二、试验处理效应
在田间试验中，用于衡量试验效果的指示性状称为试验指标（experimentindex）。在一个
试验中衡量试验效果的指标可以是一个，也可以是多个，这要根据研究目的和专业知识确定。
例如，在作物品种区域试验中，要考察的试验指标通常有生育期、产量及其构成因素、株高、穗
部性状、抗病性、抗虫性、抗逆性、品质等几十个试验指标。
虽然在田间试验中通常可考察的试验指标很多，但也不能面面俱到，要根据研究目的，分
清主次，抓住主要方面，量力而行，合理确定试验指标。
试验处理效应（treatmenteffect）是试验因素对性状，即试验指标所起的增进或减少作用，
一般用试验处理平均数（average）与试验总平均数的差来度量。例如，一个品种比较试验共用
了10个品种，其株高分别为75cm、82cm、77cm、85cm、67cm、76cm、79cm、71cm、80cm、78cm，
可以算出其平均数为77cm，那么其效应依次分别为-2cm、5cm、0cm、8cm、-10cm、-1cm、
2cm、-6cm、3cm、1cm。试验处理效应也称为主效（maineffect）。
两个或两个以上试验因素结合起来产生的额外效应称为交互作用（interactioneffect），简
称互作。交互作用也可以说是一个因素的各水平在另一个因素的各水平上表现不一致的现
象。例如，两个小麦品种和两种施氮量的试验结果（表1-1），种植小麦品种甲施纯氮13kg/
666.7m2、产量为500kg/666.7m2，种植小麦品种乙施纯氮13kg/666.7m2、产量为550kg/
666.7m2；若种植小麦品种甲施纯氮16kg/666.7m2、产量为560kg/666.7m2，种植小麦品种乙
施纯氮16kg/666.7m2、产量为650kg/666.7m2。那么，单纯将品种由甲换为乙，施纯氮13kg/
666.7m2将增产50kg/666.7m2；单纯将施纯氮由13kg/666.7m2提高到16kg/666.7m2，小麦
品种甲将增产60kg/666.7m2；因而，品种乙施纯氮16kg/666.7m2的预期产量应为610kg/
666.7m2，而实际产量为650kg/666.7m2，比预期多的40kg/666.7m2就是交互作用。但交互
作用通常不是这样推算和表示的，而是用处理组合的平均数、产生交互作用的试验因素的相应
处理的平均数和整个试验的总平均数的代数和来估算。
表1-1 两个小麦品种和两种施氮量的试验结果（解释交互作用）
（单位：kg/666.7m2）
品 种施纯氮13kg/666.7m2的产量施纯氮16kg/666.7m2的产量平 均
甲500560530乙550650600平均525605565
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