生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

（青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016）

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是人類以生物為生產(chǎn)對(duì)象，生產(chǎn)出能滿足人類自己生活需要的活動(dòng)。社會(huì)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要以高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、低消耗以及不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染為目標(biāo)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的對(duì)象農(nóng)業(yè)生物既受到自身生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的影響，同時(shí)還受到自然環(huán)境因素、社會(huì)環(huán)境因素等許多隨機(jī)因素的影響，表現(xiàn)為各種各樣的隨機(jī)現(xiàn)象。這些都需要用生物統(tǒng)計(jì)進(jìn)行優(yōu)劣比較、綜合選優(yōu)、聚類分析、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理和方法來研究生命科學(xué)的學(xué)科，是從數(shù)量方面揭示大量隨機(jī)現(xiàn)象中存在的必然規(guī)律的學(xué)科，是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的田間試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析課程的完善提高。它在實(shí)踐中的應(yīng)用十分廣泛，是農(nóng)業(yè)學(xué)科定量化的重要分析理論與方法，是農(nóng)業(yè)學(xué)科人員應(yīng)具備的基本知識(shí)和素質(zhì)，是聯(lián)系農(nóng)業(yè)理論與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的橋梁與紐帶，是驗(yàn)證農(nóng)業(yè)專業(yè)理論是否正確的重要方法。隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)專業(yè)化、精準(zhǔn)化的飛速發(fā)展，只有定性的結(jié)論已不能滿足實(shí)踐的需要，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科學(xué)結(jié)論定量化是人們長(zhǎng)期追求探索的目標(biāo)。

一、農(nóng)業(yè)試驗(yàn)及農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)的特殊性

（一）農(nóng)業(yè)試驗(yàn)對(duì)象的生物學(xué)性及農(nóng)業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差性較大

農(nóng)業(yè)試驗(yàn)是以農(nóng)業(yè)生物（農(nóng)作物、牲畜、園藝植物、林木等）及其相關(guān)伴生生物（昆蟲、病菌、土壤微生物、雜草等）為研究對(duì)象的試驗(yàn)。以生物體本身生育過程的反應(yīng)作為試驗(yàn)指標(biāo)研究有關(guān)生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律、某些因素的規(guī)律及某些技術(shù)的效果等，這是農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的重要特征。生物體往往是一個(gè)具有多種遺傳變異的群體，不可控因素多，這就決定了試驗(yàn)材料本身存在產(chǎn)生試驗(yàn)誤差的多種因素，從而導(dǎo)致農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)的試驗(yàn)誤差較大。

（二）農(nóng)業(yè)試驗(yàn)條件的開放性及農(nóng)業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差性較大

農(nóng)業(yè)試驗(yàn)大都是在開放的自然條件下進(jìn)行的，試驗(yàn)環(huán)境包括多變的土壤、氣候，甚至病蟲等生物條件，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，最后產(chǎn)品的指標(biāo)測(cè)定要在生物的全生育期內(nèi)完成。因此，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的環(huán)境條件決定了產(chǎn)生較大誤差的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（三）農(nóng)業(yè)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析的多樣性

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)涉及面廣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的育種、栽培、飼養(yǎng)及農(nóng)產(chǎn)品加工等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)、方方面面，都受到諸多隨機(jī)因素的影響，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的具體要求也千差萬別。農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析方法多種多樣，常見的有顯著性分析、相關(guān)回歸分析、聚類分析、因子分析和綜合評(píng)價(jià)等。

顯著性分析主要是進(jìn)行新品種、新技術(shù)等優(yōu)劣的比較，一般只有兩個(gè)處理時(shí)用T測(cè)驗(yàn)，多于兩個(gè)處理時(shí)用方差分析。相關(guān)回歸分析是研究平行因素之間的相關(guān)的密切程度及方向；因果因素之間的回歸模型有直線回歸、曲線回歸、多元一次回歸及多元多次回歸等。聚類分析也稱為群分析，它是研究樣品（或指標(biāo)、變量）分類問題的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法?，F(xiàn)實(shí)生活中，存在大量的分類問題，隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分類不斷細(xì)化，以往僅憑經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)做定性分類的方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需要，也不能做出準(zhǔn)確的分類，必須將定性和定量分析結(jié)合起來進(jìn)行分類。因子分析包括主成分分析、判別分析等，就是在盡可能不損失信息或者少損失信息的情況下，將多個(gè)變量減少為少數(shù)幾個(gè)潛在的因子，這幾個(gè)因子可以高度地概括大量數(shù)據(jù)中的信息。這樣既能減少變量個(gè)數(shù)，又能再現(xiàn)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。綜合評(píng)價(jià)是指利用反映多種事物和現(xiàn)象動(dòng)態(tài)平均變化程度的指數(shù)的計(jì)算比較，對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)。

（四）農(nóng)科內(nèi)不同行業(yè)數(shù)據(jù)來源不同，數(shù)據(jù)特點(diǎn)不同

農(nóng)業(yè)試驗(yàn)包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等，各個(gè)行業(yè)的試驗(yàn)得到的專業(yè)數(shù)據(jù)均有連續(xù)性數(shù)量性狀數(shù)據(jù)、間斷性數(shù)量性狀數(shù)據(jù)和質(zhì)量性狀數(shù)據(jù)，但各個(gè)行業(yè)的試驗(yàn)對(duì)象有區(qū)別，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的種類比例也有一定區(qū)別。種植業(yè)的田間小區(qū)試驗(yàn)較多，指標(biāo)測(cè)定的連續(xù)性數(shù)量變數(shù)較多；養(yǎng)殖業(yè)和漁業(yè)的試驗(yàn)對(duì)象多為動(dòng)物，質(zhì)量性狀數(shù)據(jù)較多一些；林業(yè)的試驗(yàn)對(duì)象是體積較大的樹木，間斷性數(shù)量性狀數(shù)據(jù)較多；農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)在室內(nèi)試驗(yàn)較多，指標(biāo)測(cè)定的連續(xù)性數(shù)量變數(shù)較多。數(shù)據(jù)的種類不同所需具體的分析方法也不同。

二、計(jì)算機(jī)的運(yùn)用為農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)的快速整理分析提供了可能

計(jì)算機(jī)硬件的迅速發(fā)展，大大提高了數(shù)字運(yùn)算速度，而計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)利用大大提高了數(shù)據(jù)整理分析的速度。現(xiàn)在大多數(shù)統(tǒng)計(jì)問題已經(jīng)不需要試驗(yàn)者進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。試驗(yàn)者掌握了統(tǒng)計(jì)學(xué)原理后，根據(jù)自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，借助專業(yè)的統(tǒng)計(jì)軟件就可以解決大量的計(jì)算問題，而且在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上也有很大的拓展。SAS統(tǒng)計(jì)軟件、SPSS統(tǒng)計(jì)軟件、DPS統(tǒng)計(jì)軟件、3414肥料試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)軟件、區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)軟件等，均可以解決農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)的快速整理分析。通過對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中隨機(jī)現(xiàn)象的試驗(yàn)分析，找出農(nóng)業(yè)規(guī)律，服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。未來的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)將會(huì)與信息技術(shù)密切結(jié)合，較少側(cè)重傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，而會(huì)更多注意數(shù)據(jù)分析，尤其是大型數(shù)據(jù)庫的處理。

三、農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)整理中常見的問題及其解決辦法

（一）合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)是獲取正確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)

不重視試驗(yàn)設(shè)計(jì)是農(nóng)科試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)是獲取正確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，就和蓋樓房先要有好的設(shè)計(jì)方案一樣。設(shè)計(jì)沒搞好，以后的工作就沒有意義。初次搞試驗(yàn)的人或者工作不認(rèn)真的人在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)試驗(yàn)因素選擇不合理、水平設(shè)置不合理、試驗(yàn)指標(biāo)選擇不合理等問題。試驗(yàn)設(shè)計(jì)沒有遵循重復(fù)、隨機(jī)和局部控制三項(xiàng)基本原則，處理比較沒有遵循“唯一差異原則”。最后導(dǎo)致從測(cè)定中獲取的一大堆數(shù)據(jù)沒有用或者沒有可比性，或者說明不了什么問題，而需要的數(shù)據(jù)又沒有，不利于得出試驗(yàn)結(jié)論。有些試驗(yàn)者在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)沒有具體的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)實(shí)施完成后沒有能力進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理分析，也沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件，造成勞民傷財(cái)?shù)暮蠊Ｋ砸@取能反映實(shí)際情況的數(shù)據(jù)就必須進(jìn)行合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)社會(huì)需求來確定試驗(yàn)研究的因素和指標(biāo)，根據(jù)研究因素的多少、特點(diǎn)以及掌握程度來確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須遵循試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重復(fù)、隨機(jī)和局部控制三項(xiàng)基本原則。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的處理比較中要遵循“唯一差異原則”。在條件允許的時(shí)候，盡量增加重復(fù)次數(shù)。

（二）試驗(yàn)實(shí)施過程嚴(yán)謹(jǐn)是獲取準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保證

試驗(yàn)實(shí)施過程不嚴(yán)謹(jǐn)是農(nóng)科試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的主要原因。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)實(shí)施過程是獲取正確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保證，試驗(yàn)實(shí)施過程中產(chǎn)生試驗(yàn)誤差是不可避免的，有些試驗(yàn)者不注重試驗(yàn)材料一致性的選擇，造成處理之間的試驗(yàn)材料誤差增大。如果田間管理和指標(biāo)測(cè)定時(shí)不嚴(yán)謹(jǐn)，不按照“唯一差異原則”進(jìn)行試驗(yàn)管理和指標(biāo)測(cè)定，就會(huì)造成田間管理和指標(biāo)測(cè)定時(shí)處理之間的誤差增大。有的一個(gè)指標(biāo)由多人測(cè)定，造成指標(biāo)測(cè)定時(shí)因測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)不一致而產(chǎn)生誤差。所以為了減少試驗(yàn)實(shí)施過程的誤差，在試驗(yàn)地塊的選擇、試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地的準(zhǔn)備，小區(qū)的面積大小、形狀、重復(fù)次數(shù)、對(duì)照的設(shè)置及重復(fù)及小區(qū)的排列及保護(hù)行的設(shè)置時(shí)必須要遵循相關(guān)原則。田間管理和指標(biāo)測(cè)定最好在一天完成，一天內(nèi)完成不了整個(gè)試驗(yàn)就先完成一個(gè)重復(fù)的工作。整個(gè)試驗(yàn)管理和指標(biāo)測(cè)定都要遵循“唯一差異原則”，盡量減少試驗(yàn)誤差。

（三）具備基本統(tǒng)計(jì)知識(shí)有助于對(duì)農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的整理分析

試驗(yàn)者缺乏基本統(tǒng)計(jì)知識(shí)導(dǎo)致對(duì)農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)不能進(jìn)行正確的整理分析是數(shù)據(jù)分析中常見的問題。農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)分析就是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的一些基本原理、計(jì)算公式反映試驗(yàn)后獲取的數(shù)據(jù)的基本變化規(guī)律。由于試驗(yàn)者缺乏基本的統(tǒng)計(jì)概念、參數(shù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)的計(jì)算公式及代表的意義、基本的統(tǒng)計(jì)分析方法的原理和步驟，從而導(dǎo)致對(duì)已獲取的原始數(shù)據(jù)不能辨認(rèn)真假，不會(huì)剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸類整理，更不知道如何利用相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。進(jìn)行農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)分析時(shí)必須了解指標(biāo)值、觀測(cè)值、總體、樣本、統(tǒng)計(jì)數(shù)、參數(shù)、隨機(jī)變量、隨機(jī)變數(shù)、分布、回歸、相關(guān)、聚類、綜合評(píng)價(jià)等基本概念；方差分析的數(shù)據(jù)必須滿足可加性、正態(tài)性和同質(zhì)性的要求，T測(cè)驗(yàn)、回歸分析等。

（四）應(yīng)運(yùn)用農(nóng)科的專業(yè)知識(shí)指導(dǎo)專業(yè)數(shù)據(jù)的整理分析

試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析只是解決農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)問題的方法，必須具備一定的農(nóng)科專業(yè)知識(shí)才能指導(dǎo)完成農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)及其結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析。如果試驗(yàn)者沒有農(nóng)科專業(yè)知識(shí)，只是用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，有可能得出不符合農(nóng)業(yè)規(guī)律的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。譬如回歸分析整個(gè)區(qū)間沒有規(guī)律時(shí)可以將區(qū)間分為幾段，看區(qū)間內(nèi)某一段有什么規(guī)律，然后組合起來。而如何分段就要求試驗(yàn)者要有一定的農(nóng)科專業(yè)知識(shí)。試驗(yàn)者只有具備良好的專業(yè)知識(shí)能力，以及正確處理和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出專業(yè)解釋的能力，才能對(duì)農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的統(tǒng)計(jì)分析，并得出正確的結(jié)論。

（五）善于利用現(xiàn)成的統(tǒng)計(jì)軟件分析農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

當(dāng)前專業(yè)人員已經(jīng)普遍利用統(tǒng)計(jì)軟件解決各行各業(yè)的統(tǒng)計(jì)問題，如何將試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)概念、公式、定理以及統(tǒng)計(jì)方法的基本原理與統(tǒng)計(jì)軟件結(jié)合起來是當(dāng)前統(tǒng)計(jì)分析上遇到的一個(gè)新問題。有了統(tǒng)計(jì)軟件并不是不用學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)分析原理、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，而是要在掌握了統(tǒng)計(jì)分析原理、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，在農(nóng)科專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)下，靈活簡(jiǎn)便地利用相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。當(dāng)前農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的常用軟件有Microsoft Office Excel、SAS統(tǒng)計(jì)軟件、SPSS統(tǒng)計(jì)軟件、DPS統(tǒng)計(jì)軟件、3414肥料試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)軟件、區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)軟件等。

Microsoft Office Excel是Microsoft為使用Windows和Apple Macintosh操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編寫的一款電子表格軟件，計(jì)算機(jī)上均有安裝，可以解決農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)的整理及基礎(chǔ)分析，但不足的是運(yùn)算速度慢，統(tǒng)計(jì)方法不全。SAS（Statistical Analysis System）是由美國(guó)North Carolina州立大學(xué)1966年開發(fā)的統(tǒng)計(jì)分析軟件，主要通過語言命令的方式對(duì)農(nóng)科專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。SPSS是英文Statistical Package for the Social Science的縮寫，是社會(huì)學(xué)統(tǒng)計(jì)程序包，20世紀(jì)60年代末由美國(guó)斯坦福大學(xué)的三位研究生研制成功，1975年在芝加哥組建SPSS總部。SPSS統(tǒng)計(jì)軟件的特點(diǎn)是操作比較方便，統(tǒng)計(jì)方法比較齊全，繪制圖形、表格比較方便，輸出結(jié)果比較直觀。DPS統(tǒng)計(jì)軟件是目前國(guó)內(nèi)唯一一款中國(guó)人擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的統(tǒng)計(jì)軟件，具有試驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析功能齊全、價(jià)格適合國(guó)內(nèi)用戶、技術(shù)上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的特點(diǎn)。SAS、SPSS、DPS的功能強(qiáng)大，主要功能有數(shù)據(jù)的采集、準(zhǔn)備與整理，描述性統(tǒng)計(jì)分析，簡(jiǎn)單分析，方差分析，相關(guān)與回歸分析，聚類和判別分析，因子和主成分分析，應(yīng)分析，信度和尺度分析，生存分析，完全可以滿足農(nóng)科數(shù)據(jù)分析的需要。

（六）農(nóng)科專業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較標(biāo)準(zhǔn)不宜過高

農(nóng)業(yè)試驗(yàn)是以生物為研究對(duì)象，在自然開放的環(huán)境中進(jìn)行的試驗(yàn)，周期長(zhǎng)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響因素多，隨機(jī)性強(qiáng)。比較其他人工控制性強(qiáng)的試驗(yàn)結(jié)果誤差大。所以，對(duì)農(nóng)科試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)比較的標(biāo)準(zhǔn)不宜過高，否則會(huì)造成已有的顯著差異由于誤差大而表現(xiàn)不出來。在試驗(yàn)因素內(nèi)水平的設(shè)置不宜過小，否則處理之間的差異表現(xiàn)不出來。

四、結(jié)語

綜上所述，農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)在自然開放的環(huán)境中以生物為研究對(duì)象，試驗(yàn)誤差較大。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前主要進(jìn)行一些顯著性測(cè)驗(yàn)，近30年以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析有了前所未有的發(fā)展。試驗(yàn)者在進(jìn)行農(nóng)業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及農(nóng)科數(shù)據(jù)資料整理時(shí)，要充分考慮到試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大的特點(diǎn)，充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析。