林業(yè)科研中不同數(shù)據(jù)處理方法對(duì)方差分析結(jié)果的影響

馬順興，苗作云，張少偉，魯廣偉

（1.河南投資集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450008；2.黃河科技學(xué)院，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450003；4.原陽縣農(nóng)林畜牧局，河南 新鄉(xiāng) 453500）

林業(yè)科研中不同數(shù)據(jù)處理方法對(duì)方差分析結(jié)果的影響

馬順興1，苗作云2，張少偉3，魯廣偉4

（1.河南投資集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450008；2.黃河科技學(xué)院，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450003；4.原陽縣農(nóng)林畜牧局，河南 新鄉(xiāng) 453500）

為了研究不同的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)方差分析結(jié)果的影響，該研究以省沽油6個(gè)種源的果實(shí)長(zhǎng)度為例，研究了直接方差分析法、群體抽樣法、分層抽樣法、群體抽樣求平均法及分層抽樣取平均法5種方法分別對(duì)方差分析結(jié)果的影響。在方差分析過程中，增加樣本量可以降低犯第1類錯(cuò)誤的概率，但隨著樣本量的增加，可能得到具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著差異而無實(shí)際利用價(jià)值。研究結(jié)果可以為林業(yè)科學(xué)研究的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理提供參考。

方差分析；多重比較；試驗(yàn)設(shè)計(jì)

方差分析（Analysis of Variance，ANOVA）是進(jìn)行差異比較的主要方法，在林業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理上應(yīng)用廣泛。林業(yè)外業(yè)試驗(yàn)誤差較大，為了得到可靠的結(jié)論，一般以增加調(diào)查數(shù)據(jù)量的方法。研究以實(shí)際例子探討幾種數(shù)據(jù)處理方法對(duì)方差分析結(jié)果的影響，以期為科研工作者在試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析過程中提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)源自 2015年底調(diào)查三門峽地區(qū)省沽油（Staphylea bumalda DC.）6個(gè)種源的果實(shí)長(zhǎng)度。

2 數(shù)據(jù)處理

用 Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用 SPSS16.0進(jìn)行方差分析和多重比較[1-4]。Duncan新復(fù)極差法比較數(shù)據(jù)間的差異檢驗(yàn)，顯著性水平設(shè)定為0.05。

2.1 數(shù)據(jù)整理方法

2.1.1 直接分組法

即完全隨機(jī)抽樣法，視種源內(nèi)150例數(shù)據(jù)相互獨(dú)立。

2.1.2 整群分類法

將每個(gè)種源的數(shù)據(jù)完全隨機(jī)分為6組，即群體內(nèi)有一定變異，群體隨機(jī)。

2.1.3 分層分類法

將每組的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后平均分為6組，類似于分層隨機(jī)抽樣，每層內(nèi)數(shù)據(jù)變異較小，不同層次間變異較大。

2.1.4 整群分類求平均法

按整群分類法分為6組，以小組平均值為單位計(jì)算。

2.1.5 分層分類求平均法

按分層分類法分為6組，以小組平均值為單位計(jì)算。

2.2 方差分析模型及SPSS操作

2.2.1 單因素方差分析

其中μ表示不考慮不同種源時(shí)的平均果實(shí)長(zhǎng)，F(xiàn)i代表種源和總的平均水平相比時(shí)的差異，eij表示誤差項(xiàng)。

2.2.2 嵌套數(shù)據(jù)方差分析

一般線性模型（General Linear Model，GLM）中的多因素方差模塊（univarite）進(jìn)行分析，選用的模型為 Yijk＝μ＋Fi＋Rj＋eijk的隨機(jī)模型，其中Yijk是第i處理在第j區(qū)組中第k株的觀測(cè)值；μ為試驗(yàn)群體平均數(shù)；Fi為種源效應(yīng)；Rj為在種源內(nèi)的群體（層次）效應(yīng)；eijk為剩余項(xiàng)。

在 SPSS16.0中無法直接通過模塊實(shí)現(xiàn)，因此具體操作為（以群體取樣數(shù)據(jù)為例）：

Analyze—General Linear Model—univariate

因變量為果實(shí)長(zhǎng)，在固定因素中選擇種源，在隨機(jī)因素中選擇群體，因?yàn)樵赟PSS中無法直接通過模塊直接實(shí)現(xiàn)嵌套試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析，因此需要通過paste語句實(shí)現(xiàn)，并將其改后運(yùn)行。修改程序如下：

3 結(jié)果與分析

5種數(shù)據(jù)處理方法所得方差分析結(jié)果如表1所示，整群分類法和整群分類求平均法得到的F值和顯著性概率相同，分層分類法和分層分類求平均法得到的F值和顯著性概率相同。直接分組法和整群分類法（整群分類求平均法）得到不同種源間存在極顯著差異，但直接分類法的顯著性概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整群分類法（整群分類求平均法），而分層分類法（分層分類求平均法）得到不同種源間存在顯著差異。即使是同一批數(shù)據(jù)，采用不同的方法處理，仍然可以得到不同的分析結(jié)果。

表1 方差分析

圖1 不同處理方法所得的多重比較效果

不同處理方法所得到各個(gè)種源的多重比較結(jié)果 如圖1所示，直接分組法得到多重比較，種源1和種源2平均值差值僅為0.67，但這兩個(gè)種源的變異系數(shù)卻分別是1.60～2.03，種源間的差異僅為種源內(nèi)變異的 33.00%～41.88%，且這兩個(gè)差值太小，雖有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異，卻無實(shí)際意義。分層分類（含分層分類求平均法）得到種源4和種源2間差異為2.03，但卻無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性差異。整群分類法（含整群分類求平均法）得到的多重比較結(jié)果介于直接分組法和分層分類法（含整群分類求平均法）之間。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論與討論

本研究中得到同一批數(shù)據(jù)，按照不同的數(shù)據(jù)縮減方法或者方差分析方法，得到結(jié)果差異不同，其主要原因應(yīng)歸結(jié)于最終應(yīng)用于方差分析的樣本量的大小。查閱F檢驗(yàn)的臨界值表得到，在0.05的置信水平下，第1自由度為5，當(dāng)?shù)?自由度為24時(shí)的臨界值為2.62，而當(dāng)?shù)?自由度為1 000時(shí)的臨界值則為2.22，降低了15.27%，但自由度卻升高了40.67倍，根據(jù)方差分析的計(jì)算公式，MS=SS/df，可得誤差項(xiàng)的均方僅為原來的2.46%。

F值=MS組間/MS組內(nèi)=（SS組間/df組間）/（SS組內(nèi)/df組內(nèi)），因此，在臨界值變化幅度不大的情況下，F(xiàn)值卻是以前的40.67倍。所以得出存在極顯著或者顯著差異的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)論，但這種結(jié)論是無實(shí)際意義的。

4.2 建議

在進(jìn)行試驗(yàn)之前，應(yīng)先進(jìn)行初步調(diào)查，看整個(gè)研究群體的分布是否具有層次性，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的抽樣方法，為后期數(shù)據(jù)處理提供準(zhǔn)確依據(jù)。

在調(diào)查取樣時(shí)，數(shù)據(jù)量大小適當(dāng)即可，過大的數(shù)據(jù)量會(huì)提高調(diào)查成本，同時(shí)會(huì)得到一些沒有實(shí)際價(jià)值的統(tǒng)計(jì)結(jié)論。

當(dāng)已經(jīng)取得一批數(shù)據(jù)時(shí)，選用不同的數(shù)據(jù)縮減方法或者選用不同的方差分析模型來降低方差分析的自由度，從而得到更有實(shí)際價(jià)值的數(shù)據(jù)。

[1] 吳明隆. SPSS統(tǒng)計(jì)應(yīng)用實(shí)務(wù)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.

[2] 張文彤，董偉. SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

[3] 張文彤，董偉. SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

[4] 郭志剛. 新編21世紀(jì)社會(huì)學(xué)系列教材：社會(huì)統(tǒng)計(jì)分析方法·SPSS軟件應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2004.

（責(zé)任編輯：王文彬）

S757.2+4

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1003-2630（2017）02-0026-03

2017-04-15

河南省科技攻關(guān)（162102110090）；鄭州市2015年度科技發(fā)展計(jì)劃（20150271）；中牟縣技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目（zmkjj20160616）

馬順興（1980-），男，河南新鄭人，工程師，碩士，主要從事林業(yè)資源管理。通訊作者：張少偉（1981-），男，河南安陽人，講師。