Il disegno degli esperimenti di campo, Università degli Studi di Perugia

Slide dall'Università degli Studi di Perugia sul disegno degli esperimenti di campo. Il Pdf approfondisce le fasi di progettazione, le caratteristiche delle parcelle e il loro impatto sull'esperimento. Questo materiale di Scienze, adatto per l'Università, è utile per lo studio autonomo.

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51 pagine

IL#DISEGNO#DEGLI#
ESPERIMENTI#DI#CAMPO
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FASI#DELLA#PROGETTAZIONE
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Anteprima

Il Disegno degli Esperimenti di Campo

Fasi della Progettazione

  • Individuazione del background (ricerca bibliografica)
  • ipotesi scientifica;
  • definizione dell'obiettivo;
  • identificazione dei fattore/i sperimentale/i;
  • identificazione dei soggetti sperimentali e delle repliche;
  • identificazione delle variabili da rilevare;
  • allocazione randomizzata dei trattamenti (mappa dell'esperimento)
  • esecuzione dell'esperimento

ANDREA ONOFRI (DSA3 - UNIPG)

2ERA

D. M

Definizione Ipotesi Scientifica

IPOTESI SCIENTIFICA =>OBIETTIVO

  • CARATTERISTICHE OBIETTIVO
    • rilevanti
    • chiaramente definiti
    • specifici
    • misurabili
    • raggiungibili/realistici
    • temporalmente organizzati

ANDREA ONOFRI (DSA3 - UNIPG)

4ERA

D. M

Scelta dei Fattori Sperimentali

FATTORE SPERIMENTALE

  • DEFINIZIONE
    • Uno 'stimolo' sperimentale a cui sono sottoposti I soggetti prende il nome di fattore sperimentale, che può avere più livelli.
    • I livelli del fattore sperimentale prendono il nome di trattamenti (o tesi) sperimentali.

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6ESPERIMENTI (MULTI-)FATTORIALI

I disegni con più di un fattore sperimentale si dicono FATTORIALI

  • Possono essere:
    • incrociati (crossed) quando sono presenti in prova tutte le possibili combinazioni dei livelli di ogni fattore, oppure di esperimenti
    • innestati (nested) quando i livelli di un fattore cambiano al cambiare dei livelli dell'altro.

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7DISEGNO 'CROSSED'

  • Immaginiamo di voler studiare due fattori sperimentali: la varietà di girasole (tre livelli: A, B e C) e la concimazione (2 livelli: pollino e urea). Abbiamo quindi 6 possibili trattamenti (combinazioni): A-pollina, A-urea, B-pollina, B- urea, C-pollina e C-urea. Il disegno è completamente incrociato.

ANDREA ONOFRI (DSA3 - UNIPG)

8DISEGNO 'NESTED'

  • Immaginiamo di voler confrontare due specie in agricoltura biologica (orzo e triticale), con tre varietà ciascuna (A, B e C per orzo, D, E e F per triticale)
  • Sei trattamenti: orzo-A, orzo-B, orzo-C, triticale- D, triticale-E e triticale-F,
  • I livelli del fattore sperimentale 'varietà' cambiano a seconda dei livelli del fattore 'specie'.

ANDREA ONOFRI (DSA3 - UNIPG)

9CONTROLLO O TESTIMONE

Il testimone funge da RIFERIMENTO per tutti gli altri trattamenti

  • Può essere
    • non sottoposto a trattamento
    • trattato con placebo
    • trattato secondo le modalità usuali o tipiche

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10ERA

D. M

Scelta Unità Sperimentali

SOGGETTI = UNITÀ SPERIMENTALI

  • DEFINIZIONE
    • sono le più piccole unità che ricevono lo 'stimolo' rappresentato dal trattamento, in modo indipendente da tutte le altre unità. L'indipendenza è fondamentale
    • Scelta per campionamento

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12ERA

D. M

Le Variabili

DEFINIZIONE

  • In biometria, le variabili sono una collezione di valori, che descrivono le unità sperimentali in relazione ad una certa caratteristica
  • Abbiamo:
  • Predittori (variabili indipendenti): descrivono gli 'stimoli' sperimentali
  • Risposte (variabili dipendenti): descrivono gli 'outcomes'

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14I RILIEVI

  • Classamento
  • Rilievo biometrico
  • Rilievo visivo o sensoriale

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15TIPI DI VARIABILI

  • Nominali o categoriche
    • Esclusività
  • Ordinali
    • Esclusività + ordine
  • Quantitative discrete
    • Esclusività + ordine + equidistanza
  • Quantitative continue
    • Esclusività + ordine + distanze

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16RILIEVI SENSORIALI

  • Vantaggi
    • Basso costo
    • Alta velocità
    • Possibilità di aggiustamenti ad hoc
    • Non richiedono strumenti costosi
  • Svantaggi
    • Minor precisione
    • Soggettività
    • Scarsa uniformità di giudizio
    • Necessità di esperienza specifica ed allenamento

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17ERA

D. M

Gli Esperimenti di Campo

SELEZIONE DEL CAMPO

  • Facile da raggiungere
  • Omogeneo
  • Evitare ristagni idrici, vicinanza a fossi, alberature ...
  • Storia agronomica adeguata

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19CREARE OMOGENEITÀ

  • Far precedere l'esperimento da una coltura di 'omogeneizzazione', in modo da migliorare l'uniformità delle parcelle
  • Lavorazioni profonde per uniformare il terreno
  • Evitare le sperimentazioni per più anni sullo stesso terreno (se non è un esperimento di lungo termine)
  • Seminare infestanti o diffondere patogeni (se necessario)
  • Gestire in modo opportuno le concimazioni

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20UNITÀ SPERIMENTALI IN CAMPO

  • ESPERIMENTI DIMOSTRATIV
  • Unità sperimentali ampie (campi, filari)
  • Stadi finali di sviluppo di tecniche agronomiche
  • Obiettivo principale: realismo
  • Impiego di macchinari aziendali
  • bassa omogeneità = bassa precisione => bassa potenza

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21ESPERIMENTO DIMOSTRATIVO

A A B BC DB DA C . A CB DC

Layout per un esperimento dimostrativo con 4 trattamenti e 4 repliche (Da: Piepho at al

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22UNITÀ SPERIMENTALI IN CAMPO

  • ESPERIMENTI PARCELLARI
  • Una via di mezzo tra esperimenti di laboratorio/ serra ed esperimenti dimostrativi
  • Obiettivo principale: ottenere nuove conoscenze in ambiente agrario di pieno campo
  • Utilizzo di macchinari specifici per parcelle
  • Buona omogeneità => Buona precisione => Buona potenza

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23PARCELLE

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24FORMA DELLE PARCELLE

  • Controlla:
  • effetto bordo
  • eterogeneità suolo
  • comodità d'ispezione e/o manipolazione
  • Forma quadrata
  • perimetro minimo a parità di superficie
  • Forma rettangolare
  • Facilita ispezione, ma maggiore effetto bordo

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25DIMENSIONI DELLE PARCELLE

  • Separare superficie totale e superficie di raccolta/utile
  • Parcelle piccole
    • minore variabilità del suolo
    • minore rappresentatività
  • Diminuire la dimensione delle parcelle, ma aumentare il numero delle repliche (parcelle più piccole si giovano di un terreno più uniforme)
  • In generale:
    • colture a file strette: 10-20 m2
    • colture a file larghe: 20-40 m2
    • colture arboree: file/piante/rami
  • Forma usualmente rettangolare (seminatrice)

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26EFFETTO BORDO

  • Nella zona di 'interfaccia' tra una parcella e l'altra (o tra un soggetto e l'altro) possono realizzarsi condizioni anomale
  • In campo, E'necessario evitare questo effetto:
  • Considerare solo la parte centrale della parcella
  • Distanziare le parcelle
  • Mettere parcelle aggiuntive (con funzioni di bordo)

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27CONTROLLO ERRORI IN CAMPO

  • Raccogliere solo la parte centrale della parcella, per evitare l'effetto 'bordo'
  • Seminare a densità più alte e poi diradare, per assicurare una migliore uniformità di impianto
  • Prelevare da ogni parcella più campioni ed, eventualmente, omogeneizzarli o mediare i risultati ottenuti
  • Considerare le caratteristiche naturalmente meno variabili (es. la produzione areica e non la produzione per pianta)

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28NUMERO DELLE PARCELLE

  • Dipende da quanti sono i trattamenti e le repliche
  • Da 3 a 6 repliche (usualmente)
  • Aumentare se:
    • terreno difforme
    • effetti previsti piccoli
  • Esperimenti unireplicati sono possibili se si investigano curve di risposta

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29MAPPA DI CAMPO

bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo 25 :26 :27 :28 :29 :30 :31 :32 bordo bordo 17 :18 :19 :20 :21 :22 :23 :24 bordo bordo 9 :10 :11 :12 :13 :14 :15 :16 bordo bordo 8m 1 2 3 4 5 6 7 8 bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo bordo I 2 m I

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NORD

30ERA

D. M

Allocazione dei Trattamenti

E SE RICERCATORE/SOGGETTO SONO INFLUENZABILI?

  • ESPERIMENTO CIECO: l'unità sperimentale non è cosciente dei dettagli del trattamento
  • ESPERIMENTO DOPPIO-CIECO: né l'unità sperimentale né lo sperimentatore sono a coscienza dei dettagli del trattamento
  • OPEN EXPERIMENT: 'Tutti sanno tutto'. Quando gli esperimenti precedenti sono inutili o non etici

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32ALLOCAZIONE CASUALE

  • Randomizzazione completa
    • I trattamenti sono assegnati alle unità sperimentali in modo completamente casuale
    • Semplice
    • OK per unità sperimentali relativamente uniformi
    • Assenza di gradienti noti

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33CRD

8 trattamenti 4 repliche 32 parcelle

D G A D A E F A 25 ৳26 27 28 29 30 31 32 E G A B C D H C 17 18 19 20 21 22 23 24 B G D F E F F B 9 10 :11 12 13 :14 15 16 C C H B G E H H 1 2 :3 4 5 ৳6 7 :8

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34GROUPING/BLOCKING FACTORS

  • DEFINIZIONE
    • Uno 'stimolo' a cui sono sottoposti soggetti, ma che non è allocato dal ricercatore, bensì è innato.
    • In conseguenza di questo, le unità sperimentali sono naturalmente divise in gruppi o blocchi
    • Posizione, somiglianza, collocazione temporale ...
    • Gradienti di fertilità

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35BLOCKING

  • Suddivido le unità sperimentali in gruppi omogenei
    • vicinanza spaziale (campi, parcelle, stalle ... )
    • caratteristiche fisiche (età, peso, sesso ... )
    • vicinanza temporale
    • gestione dei compiti (tecnico, valutatore, giudice ... )
  • Ripeto l'esperimento in ogni gruppo

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36DISEGNO A BLOCCHI RANDOMIZZATI

  • Due fattori sperimentali
    • 1 Treatment factor e 1 Blocking factor
  • Unità sperimentali in gruppi omogenei
    • Allocazione randomizzata dei trattamenti entro blocco
  • In campo: consente di tener conto di eventuali , gradienti di fertilità'
  • I blocchi sono sempre perpendicolari al gradiente

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37BLOCCHI RANDOMIZZATI

8 trattamenti 4 repliche/blocchi 32 parcelle

C G F A H E B D 25 26 27 28 29 :30 31 32 C H D B E G F A 17 18 :19 20 21 22 23 24 A E B C F D H G 9 10 11 12 13 14 15 16 F D E B A C G H 1 2 3 4 5 6 :7 8

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38DISEGNI A QUADRATO LATINO

  • Un fattore sperimentale, due fattori di raggruppamento ('righe' e 'colonne')
  • Le unità sperimentali sono divise in gruppi omogenei secondo due criteri
  • I trattamenti sono allocati in modo casuale, ma con due vincoli
    • Ognuno di essi deve essere presente in una e una sola righe ed in una e una sola colonna
  • Si può tener conto di due 'gradienti'
  • Numero di righe = numero di colonne = repliche

ANDREA ONOFRI (DSA3 - UNIPG)

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