生态学实验“伪重复”设计

近期写作研究方案,导师问:取样的数据能否代表这个样地情况?一脸懵逼,我并没有严格论证。写作研究方案的时候常常思路混乱,因为想要解决的问题太多,要用同一套地方,又要考虑实验的工作量,许多问题搅在一起,这锅粥就不好喝了。

以下主要内容源自   汪诗平. 生态学试验设计与解释中的常见问题[J]. 生态学报, 2009, 29(7):3901-3910.

试验是把处理因素的效应与干扰因素的效应区分开的过程,控制干扰因素,重复处理效应。一个“好”的试验,统计检验的显著差异可证明处理效应存在,而一个“坏”的试验,统计检验的显著差异本身并不能证明处理效应的真实存在。如果要做统计检验,必须符合统计检验的前提条件:独立性、重复数据。

生态学试验设计中的常见问题:1. 处理效应无重复,将试验单位内的若干抽样当做重复,伪重复(Pseudoreplication)1984Hurlbert提出。2.试验有重复,但干扰因素不是以随机的方式影响各处理,各试验单位没在统计学上相互独立,把对同一对象的前后多次测量当做重复。3.把处理组分别设置在生态梯度的两端。

1.简单伪重复

两块不同处理的样地上的多次取样,误认为是重复取样,其实处理的重复只有一次,

step1 处理本身被重复=====前提是试验单位要独立,控制干扰因素,确定处理因素,对处理因素进行重复

step2 每组处理下(即试验小区内)抽样的重复====抽样越多越精确,目的在于估计每一个处理小区的“真实值”。

e.g. 比较4个林分类型凋落物量以及组成的差异,但每个林分类型只选取了一个样地作为“代表”,虽然样地内设置n个收集框,但林分类型(处理)只重复1次,样地内收集框只是在step2的抽样重复,在不停地接近“真实值”。  应该增加林分类型的样地数量。

思考:明确处理因素和预测干扰因素,来设计试验,时刻追问自己处理因素有重复吗?干扰因素有没有随机的作用到你的各组试验单位上?每组处理是不是相互独立?

2.反复测量结果视为重复

上个例子也符合本条。

反复错误往往出现在试验单位没有相互独立,把对同一对象的多次测定结果当做重复。如对一试验小区在时间序列上反复抽样并测定,但处理并未独立。wrong

思考:明确处理因素和预测干扰因素,来设计试验,时刻追问自己处理因素有重复吗?干扰因素有没有随机的作用到你的各组试验单位上?每组处理是不是相互独立?

3.混淆时空格局与处理效应

反应变量存在巨大的时空变异,所以处理的梯度方向不能与某个干扰因素的梯度方向相重合,但可以正交(例如采用区组设计)。即试验单位的各方面条件(除处理因素外)要尽可能一致。但是野外试验的干扰因素往往难以严格控制,这要求设计者尽可能减小误差。如果干扰因素对反应变量影响的时空格局已知,那么同一处理的重复试验单位要避免在时间和空间上聚集在一起。e.g.研究植物的ABC3种生态性在气孔上的差异?就不能在早晨测定A8个,中午B8个,下午C8个,植物气孔一天内已知是有规则性变化,所以必须将时间打破。

干扰因素必须得到控制!
时刻追问自己:当前的试验设计(或者数据分析方法)是否能把处理效应从可能的时空变异格局中区分出来?是不是即使没有处理效应、纯粹的时空变异也会得到当前的结果?

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