Wybór projektu eksperymentalnego

W badaniach rolniczych ważne jest, aby wybrać odpowiedni projekt eksperymentalny na początku próby, tak aby analizy przeprowadzone na koniec sezonu były statystycznie znaczące. Zanim przyjrzymy się bliżej różnym rodzajom projektów, warto poświęcić trochę czasu na zrozumienie, dlaczego ich potrzebujemy.

Załóżmy, że hodowca roślin wybiera dwie działki, które są tak podobne, jak to tylko możliwe i wysiewa tę samą odmianę na każdej z nich. Nawet jeśli hodowca traktuje każde poletko w identyczny sposób, gdy mierzy plony z każdego poletka, będą się one różnić.

Różnica ta nazywana jest błąd eksperymentalny. Aby hodowca mógł podjąć rozsądną decyzję dotyczącą wydajności dwóch lub więcej odmian, musi mieć oszacowanie błędu eksperymentalnego w próbie. Jeśli zmierzona różnica między odmianami jest większa niż błąd eksperymentalny, hodowca może mieć pewność, że jedna odmiana jest lepsza od drugiej.
Hodowca ma do dyspozycji dwa narzędzia do pomiaru błędu eksperymentalnego: replikacja i randomizacja.

Powielanie pomaga w dokładniejszym oszacowaniu błędu eksperymentalnego, a randomizacja zapobiega wpływowi innych niekontrolowanych źródeł zmienności na wyniki.

Całkowicie randomizowany projekt

Całkowicie randomizowany projekt jest najprostszym ze wszystkich projektów. W całkowicie randomizowanym projekcie prawdopodobieństwo przypisania każdego zabiegu do poletka jest jednakowe.
Całkowicie randomizowany projekt ma wiele zalet: można dostosować dowolną liczbę zabiegów i replikacji; analiza jest prosta i może łatwo poradzić sobie z brakującymi wykresami; stopnie swobody błędu są wyższe niż jakikolwiek inny projekt o tej samej liczbie zabiegów, co pozwala na dokładniejsze oszacowanie błędu eksperymentalnego.

Całkowicie randomizowane projekty mają jedną wadę, ponieważ wymagają, aby poletka były mniej lub bardziej jednolite. Jeśli istnieje wysoki stopień zmienności na poletkach, na przykład z powodu zmienności gleby, wówczas oszacowanie błędu eksperymentalnego będzie mniej dokładne, a prawdziwe różnice między zabiegami mogą nie być wykrywalne.

Zazwyczaj całkowicie randomizowane projekty są stosowane, gdy wiadomo, że miejsce badania jest szczególnie jednolite.
Mogą być również bardzo przydatne w scenariuszach, w których oczekuje się, że duża liczba poletek nie powiedzie się podczas próby, ponieważ analiza ocalałych poletek pozostaje prosta.

Randomizowany kompletny projekt blokowy

Randomizowany kompletny projekt blokowy jest zdecydowanie najczęstszym projektem eksperymentalnym spotykanym obecnie wśród badaczy rolnictwa. Działki są grupowane w bloki na podstawie ich podobieństwa, np. podobnych typów gleby. Działki są następnie przypisywane do zabiegów w taki sposób, że każdy zabieg występuje raz w każdym bloku. W związku z tym każdy blok zawiera
możliwe leczenie, stąd projekt "kompletnego bloku".

Planując kompletny projekt blokowy, badacz musi upewnić się, że wszelka zmienność w bloku jest zminimalizowana, podczas gdy zmienność między blokami powinna być zmaksymalizowana. Jeśli zmienność w miejscu badania jest niewielka, bloki można umieścić obok siebie. Jeśli jednak istnieje gradient zmienności w miejscu, w którym ma być zlokalizowany test, bloki powinny być ułożone w liniach prostopadłych do gradientu. W rzeczywistości nie ma potrzeby, aby bloki sąsiadowały ze sobą ze względów praktycznych związanych z pomiarami i działaniami terapeutycznymi.

W razie potrzeby bloki mogą być całkowicie oddzielone od siebie, o ile lokalizacja nie jest tak różna, aby zastosować efekt leczenia (np. umieszczenie jednego bloku w nawadnianej części pola, a drugiego w części nienawadnianej byłoby równoznaczne z efektem leczenia i należy tego unikać).
Może to być przydatne na przykład w przypadku, gdy lokalizacja prób obejmuje różne rodzaje gleby.

Latin Square Design

Projekt podzielonej działki

W badaniach rolniczych często stosuje się wiele czynników obróbki, na przykład testowanie trzech różnych dawek azotu w połączeniu z trzema różnymi rodzajami upraw.
Można to osiągnąć za pomocą randomizowanego kompletnego projektu blokowego, w którym każda kombinacja dwóch czynników występuje w każdym bloku. Jednak niektóre zabiegi mogą być trudne lub niemożliwe do zastosowania w ten sposób.

Sprzęt uprawowy jest zwykle w skali gospodarstwa komercyjnego i wymaga dużych poletek, podczas gdy azot może być stosowany ręcznie na znacznie mniejszych poletkach.
Aby poradzić sobie z tymi komplikacjami, badacz rolnictwa ma do dyspozycji projekt podzielonego poletka. W tym projekcie jeden czynnik jest przypisany do dużych poletek w randomizowanym, kompletnym projekcie blokowym. Te duże poletka są następnie dzielone na mniejsze poletka, na których losowo stosuje się zabiegi drugiego czynnika.

Jak opisano powyżej, główną zaletą projektów podzielonych poletek jest umożliwienie bardziej efektywnej obsługi czynników leczenia, które wymagają różnych rozmiarów poletek. Projekty podzielonych poletek pozwalają również na dodanie nowych zabiegów do trwającego eksperymentu poprzez dodanie większej liczby dużych poletek do bloków.
Ponieważ istnieją dwa rozmiary poletek, projekty podzielonych poletek generują dwa błędy eksperymentalne, po jednym dla każdego rozmiaru. Może to często oznaczać, że potrzebne są duże różnice w obserwacjach, aby wykazać znaczącą różnicę. Wadą tego rozwiązania jest również to, że wymaga ono bardziej złożonej analizy.

Strip Plot Design

Niekompletny projekt działki