МОДУЛЬ 1. Планирование полевого опыта

Тема 1.5. Особенности закладки вегетационных опытов

В вегетационных опытах растения выращивают в искусственных условиях – сосудах. Первым инициатором внедрения вегетационного метода в нашей стране был Климент Аркадьевич Тимирязев. Им в 1872 году был построен в Петровской сельскохозяйственной академии первый в России вегетационный домик. Затем в 1896 году Тимирязевым был построен небольшой вегетационный домик с шестью вагонетками. В этом домике на живых растениях, развивавшихся на глазах многочисленных посетителей, демонстрировались приемы выращивания растений в водных и песчаных культурах с целью установления потребности и необходимых для их роста питательных элементов; изучалось действие минеральных удобрений.

Вегетационный домик (от лат. vegetatio – оживление, возбуждение, в дальнейшем — произрастание), здание (павильон) со стеклянными стенами и крышей, хорошо проветриваемое, в котором проводят вегетационные опыты. В вегетационном домике на вагонетках установлены сосуды с растениями. Днём в хорошую погоду вагонетки выкатывают на примыкающую к домику с южной стороны площадку или специально устраиваемый неподалёку от вегетационного домика сетчатый павильон (для защиты растений от птиц).

Особое внимание было уделено действию азотных удобрений, а также выяснению значения клубеньков на корнях бобовых растений для усвоения ими свободного атмосферного азота. После этого вегетационные домики начали создавать при кафедрах: Дмитрий Николаевич Прянишников в Москве, П.С. Коссович в Петербурге, а также при опытных сельскохозяйственных станциях. Широкое использование вегетационного метода сыграло большую роль в развитие физиологии растений и агрохимии. При выяснении вопросов механизма питания растений, роли отдельных элементов и факторов в создании урожаев и его качестве, выявлении наилучших видов, форм и доз удобрений, изучении свойств в связи с их влиянием на рост растений и отзывчивость их на удобрения, а также для оценки быстрых методов определения потребности растений в удобрениях.

Ценность вегетационных опытов заключается в том, что полученные при помощи их данные позволяют более быстро выявить и понять причины тех явлений, которые не поддаются объяснению при выращивании растений в полевой обстановке. При постановке вегетационных опытов должны быть созданы однородные условия, исключающие случайные воздействия на рост и развитие растений при выращивании их в сосудах. Это достигается выращиванием растений под защитой стеклянного ограждения вегетационного домика.

Необходимое оборудование вегетационных домиков: вагонетки или стеллажи, водопровод, подводка воды для мойки сосудов, перегонный куб для получения дистиллированной воды, помещение (склад) для хранения сосудов и оборудования, технические весы, сосуды, эмалированные тазы и другой инвентарь.

Вегетационный метод, лабораторный метод изучения растений, заключающийся в выращивании их в сосудах, помещаемых в вегетационных домиках. При помощи вегетационного метода изучают: физиологическую роль питательных веществ и их поступление в растение, значение реакции среды (pH), нормы полива, отношение различных растений к концентрации питательного раствора, к температуре (морозостойкость), влаге (засухоустойчивость), свету (фотопериодизм), к химическим средствам защиты растений, гербицидам и т.д. Вегетационный метод применяется, главным образом, для сравнительной оценки разных видов вносимых в почву удобрений. Чтобы выяснить значение для растений тех или иных химических элементов или их солей, вместо почвы сосуды заполняют чистым кварцевым песком либо дистиллированной водой и в них вводят подлежащие изучению соединения.

Выращивание растений в сосудах требует защиты культур от случайных повреждений, от попадания в сосуды атмосферных осадков, нарушающих создаваемый в сосудах определенный режим, и от др. воздействий. Существенный недостаток вегетационных методов – ограниченность объёма почвы, в котором выращивают растения; поэтому корневая система в сосудах располагается более скученно, чем в полевых условиях. Небольшое количество почвы в вегетационных сосудах – причина того, что выращиваемые в них растения значительно сильнее отзываются на недостаток того или иного элемента, чем растения, выращиваемые в полевых условиях. Поэтому получаемые В. м. данные о потребности в удобрении нередко оказываются преувеличенными. Другой существенный недостаток вегетационного метода – разрушение почвенной структуры при высушивании и просеивании почвы перед набивкой в сосуды. Поэтому получаемые вегетационным методом результаты следует рассматривать как предварительные и очень осторожно переносить на полевые условия.

Сосуды для вегетационных опытов

Сосуды для вегетационных опытов изготавливаются из стекла или оцинкованного железа.

Стеклянные сосуды имеют ряд преимуществ перед железными: они легко моются, стенки их не разъедаются почвенным раствором, сквозь стекло видно как набит сосуд.

Металлические сосуды имеют существенное преимущество перед стеклянными по прочности. Имеются сосуды: Вагнера, Митчерлиха или Кирсанова.

Сосуды типа Вагнера представляют собой непроницаемые цилиндры разной высоты и диаметра.

Размер сосудов должен соответствовать опытному растению. Для большинства растений таких как лен, пшеница, просо, гречиха, ячмень, овес, горох и большей части овощных наиболее пригодны сосуды размером 15?20, 20?20, 15?30 см (первая цифра соответствует диаметру сосуда, вторая – его высоте). Для корнеплодов, картофеля, кукурузы, сорго, подсолнечника, конопли больше подходят сосуды размером 30?30 и 25?30 см.

Обычно в сосудах типа Вагнера растения выращиваются непосредственно в вегетационном домике и только на световой день их на вагонетках вывозят под сетчатую часть домика.

Сосуды типа Митчерлиха и Кирсанова имеют размер 20?20; на дне они имеют решетчатые отверстия (Митчерлиха) или продольную щель (Кирсанова) и поддонники для сбора воды.

В сосудах Митчерлиха растения выращивают в домиках под сеткой. Сосуды устанавливают на постоянных стеллажах и не передвигают. После выпадения сильных осадков вода обычно просачивается через почву из сосудов в поддонники. Эта вода должна быть возвращена в те же сосуды в последующие дни при очередных поливов.

Техника проведения вегетационного опыта

Техника закладки вегетационного опыта включает:

1) подготовку почвы;

2) подготовку растворов и взвешивание навесок из удобрений;

3) тарирование сосудов;

4) набивку сосудов;

5) посев;

6) уход и наблюдения;

7) уборку и учет;

8) оформление опыта и составление отчета

Подготовка почвы. Для опыта берут наиболее типичную почву для соответствующей зоны или хозяйства. Лучше ее брать с поля на глубину пахотного слоя в средневлажном состоянии, когда она не пылит и не прилипает к лопате. Количество почвы для опыта определяется исходя из числа сосудов, их емкости и не менее 25% берут сверх вычисленного, учитывая возможность потерь. Привезенную к вегетационному домику почву, ссыпают на очищенные площадки и тщательно перемешивают, чтобы создать массу, однородную по своему составу и свойствам. После этого землю пропускают через сито с отверстиями 3 мм, удаляя камни, корни, мусор и пожнивные остатки.

Подготовительной работой является определение гигроскопической воды и влагоемкости почвы, их определение ведут в двукратной повторности.

Зная процент гигроскопической воды и количество воздушно-сухой почвы в цилиндрах легко вычислить влагоемкость данной почвы, а на основании его определить оптимальную влагоемкость, при которой развитие растений идет наиболее интенсивно. Принято почвенные культуры увлажнять до 60% полной влагоемкости (ПВ) в зонах повышенной воздушной увлажненности и 80% – в зонах с низкой относительной влажностью воздуха (10-20%).

После набивки сосудов влажность почвы должна быть доведена до принятой в опыте и поддерживаться на этом уровне поливом в период выращивания сельскохозяйственных культур.

Так же берут почвенный образец для полного агрохимического анализа.

Подготовка растворов и взвешивание навесок из удобрений. Удобрения можно вносить или в виде растворов или в виде порошков и гранул. Наиболее удобны – растворы, в которых на каждые 10 мл приходится 0,1 г питательного вещества. Растворы отмеривают пипеткой или бюреткой; при внесении 50 мл и более для дозировки растворов можно использовать мерные цилиндры. Величина доз удобрений зависит от темы опыта, размера сосуда и вида удобрения.

В качестве основного удобрения (фона) следует выбирать соли, не вызывающие сильных изменений свойств почвы (меньше изменять реакцию почвы и концентрацию почвенного раствора, а также не содержать балластных веществ). Если требуется фон одного азота, можно остановиться на внесении азотнокислого аммония.

При постановке опытов на кислых почвах можно рекомендовать смесь, состоящую из 2/3 азота в виде NH₄NO₃ и 1/3 азота в виде Ca(NO₃)₂. В качестве фона NP удобрений для почв черноземного типа можно применять смесь из аммиачной селитры и моно- и диаммонийфосфатов, являющуюся физиологически кислой. Для подзолистых почв берут смеси кальциевой селитры и моно- или диаммонийфосфатов. Для фона PK удобрений наиболее подходящей является смесь моно- и дикалийфосфатов. Количество моно- и дикалийфосфатов в этой смеси подбирают такое, чтобы рН смеси был близко к рН почвы. Фон одного фосфата во многих случаях рекомендовать нельзя, так как внесение в почву натрия оказывает сильное действие на эффективность калия. Поэтому следует остановиться на кальциевых фосфатах: монодикальцийфосфате, дикальцийфосфате или на их смеси.

Для создания фона NK удобрений следует брать смесь аммиачной и калиевой селитры. В которой количество калиевой селитры устанавливается по потребной дозе калия.

При выборе форм основного удобрения и их дозировок следует тщательно продумать, какое действие на изменение свойств почвы окажут вносимые удобрения.

При постановке опытов на известкованных почвах в состав фона для ряда растений – свеклы, льна, горчицы, гречихи, табака, бобовых, необходимо вводить бор в форме борной кислоты или буры в количестве 1 мг бора на 1 кг почвы. Под зерновые злаки вносить бор излишне.

Дозы питательных веществ должны изменяться в зависимости от вида растения и темы опыта.

Тарирование и набивка сосудов. Для каждого опыта необходимо подобрать партию одинаковых сосудов. Для этого все сосуды предварительно взвешивают с точностью до 10 г и вес отмечают на их стенках. Сосуды, отобранные для 1 опыта, должны различаться по весу не более чем на 100 г. Отобранные по весу сосуды необходимо проверить по диаметру и высоте. Опыт можно закладывать только в сосудах одинаковых по объему. Перед набивкой сосуды необходимо тщательно вымыть водопроводной водой, а затем дистиллированной.

Стеклянная трубочка, применяемая для проводки воды при поливе на дно сосуда, должна быть на 2-4 см выше краев сосуда и иметь диаметр 1,2-1,7 см в зависимости от размера сосудов. Перед употреблением трубки моют так же как и сосуды.

На дно сосуда помещают для дренажа битое стекло, которое подготавливают следующим образом. Предварительно в течение нескольких дней битое стекло выдерживают в стеклянных сосудах с крепкой технической соляной кислотой. Затем кислоту сливают и промывают стекло водопроводной водой, высушивают.

Количество помещаемого на дно сосуда битого стекла должно быть достаточно велико, чтобы при поливке сосудов через трубку не приходилось ждать полного впитывания воды в почву. Битое стекло должно покрывать около 2/3 дна сосуда под углом примерно 30⁰С. При диаметре сосудов 15 см достаточно взять 200-250 г стекла. При диаметре 20 см – 300-350 г.

Для отделения битого стекла от почвы употребляются марлевые круги, диаметр которых на 5-8 см больше диаметров сосудов. Марлю помещают на дренаж из битого стекла и сверху на нее в том месте, где нет стекла, насыпают небольшое количество песка, что обеспечивает равномерность увлажнения почвы около дна сосуда. Кварцевый песок, употребляемый при постановке вегетационных опытов, предварительно отмучивают от глинистых частиц и органических примесей водопроводной водой. Затем песок высушивают или на солнце или в особых сушилках. Промывку песка соляной кислотой при постановке опытов с почвенными культурами можно не делать. В дальнейшем, для удобства проведения поливов, сосуды необходимо тарировать, т.е. привести к одинаковому весу.

Тарирование производят песком и отчасти битым стеклом, применяемым для дренажа. При тарировании и подготовке сосудов к набивке, поступают так: сначала насыпают в сосуд дренажное стекло, покрывают его кружком марли и сбоку через отверстие, сделанное в марле, вставляют в горку стекла трубку для полива, так, чтобы она отстояла от стенки сосуда не менее чем на 2 см. Затем производят тарирование сосуда кварцевым песком, насыпаемым на марлю, с точностью до 5 г.

После тарирования на сосуд наклеивают этикетку, а на стенки сосуда обозначают его номер. При набивке сосуда почву аккуратно насыпают на дно, в середину лежащей марли, осторожно расправив последнюю руками и плотно прижав ее края почвой к стенкам сосуда. Почва не должна просыпаться между марлей и стенками сосуда. Нижний слой почвы, примерно в 3-4 см толщины, укладывают более плотно, чем остальную почву в сосуде. Такое уплотнение предохраняет от попадания почвы в дренаж и создает более равномерные условия впитывания влаги. Если сверх марли помещен кварцевый песок, как указано выше, почву насыпают непосредственно на песок. В дальнейшем почва равномерно уплотняется, и поверхность ее выравнивается; до верхнего края сосуда должно остаться около 1,5-2 см свободного пространства для размещения песка и полива сверху. Если сосуды правильно подобраны для опыта, то при одинаковом весе почвы и равномерном уплотнении ее во всех сосудах должно остаться одно и то же расстояние от поверхности почвы до края сосуда.

Наполненные почвой сосуды следует до посева или сразу после посева засыпать сверху слоем кварцевого песка (около 200 г на сосуд среднего размера). После появления всходов, сосуды снова засыпают песком с таким расчетом, чтобы слой песка сверху был не более 1 см толщины. Слой кварцевого песка сверху сосуда предохраняет почву от излишней потери влаги, уменьшая испарение воды с поверхности сосудов и от размывания поверхности почвы при поливке сверху.

Во время набивки заготовленная почва должна быть предохранена от высыхания. Количество добавляемой при набивке воды должно обеспечить оптимальную для набивки влажность почвы. Взятые для отдельных сосудов навески почвы, помещают в большие эмалированные тазы, в которых руками почву перемешивают с удобрениями. Почва не должна пылить и мазаться по стенкам таза, а при сжимании должна образовывать комки, которые легко распадаются. Добавляемое при набивке количество воды должно быть одинаково во всех сосудах; если часть удобрений вносится в растворах, количество воды, добавляемое в эти сосуды, должно быть соответственно уменьшено.

При переходе к сосудам, получающим разные удобрения, необходимо мыть и тазы и руки. Перемешивание почвы с удобрениями надо производить не менее 3-4 мин, после того как почва получит совершенно однородный вид.

Посев культур. Зерновые злаки – овес, ячмень, рожь, пшеница, а также зерновые бобовые – горох, люпин, фасоль, бобы, соя высевают пророщенными семенами. Проращивание семян производят на блюдах, в которые насыпают ровный слой кварцевого песка, кладут сверху его фильтровальную бумагу в два слоя и на нее укладывают раздельно одно от другого семена. Перед раскладкой семян бумагу и песок увлажняют дистиллированной водой до полного насыщения песка водой. После раскладки, семена закрывают 2 листами фильтровальной бумаги. Блюда сверху закрывают стеклом, чтобы уменьшить испарение и предохранить семена от повреждения.

Посев производят, когда семена «наклюнутся». Перед посевом поверхность почвы выравнивают, слегка поливают из промывалки, затем делают лунки, в которые укладывают семена. Лунки можно делать либо сажальной доской, либо стеклянной палочкой. Крупные семена при посадке заделывают на глубину 1,5-2 см. При посеве льна лунки делают глубиной в 1 см, при посеве мелкосемянных трав, еще меньше – 0,5 см.

При посеве пророщенными семенами пинцетом отбирают одинаково проросшие семена, которые укладывают в лунки по 1 шт. корешком книзу. Когда семена положены во все лунки сосуда, посев проверяют и лунки заделывают надавливанием на их стенки, после чего почву засыпают сверху песком. После окончания посева сосуды закрывают сверху листами бумаги во избежание высыхания почвы. Листы снимают при первом появлении всходов.

Количество семян, высеваемых в сосуд, должно быть несколько больше желательного числа растений. Если посев производится пророщенными семенами, то высеваемых семян должно быть, примерно, на 5-10 шт. больше, чем желательное число растений. Для таких растений как ячмень, посевы которого сильно повреждаются шведской и гессенской мухой, количество высеваемых семян должно быть в 1,5 раза больше желательного числа растений. Зерновых злаков на сосуд 15 см в диаметре, надо оставлять после прореживания 20-25 растений, гороха – 10-15, гречихи – 10-12, льна – 35-40, клевера – 6-12.

При посеве растений, которые оставляют по одному на сосуд, например свеклы, в центре сосуда высевают около 10 семян. Когда растения окрепнут, минует опасность гибели всходов от вредителей, производят прореживание. Все удаляемые растения помещают в пронумерованные пакеты, сушат и взвешивают. Если растения удаляют пинцетом вместе с семенами, через 2-4 дня после появления всходов, то выдергиваемые растения выбрасывают.

Уход и наблюдения состоят в поддержании установленной влажности почвы в сосудах. Для этого их взвешивают и поливают дистиллированной водой до постоянного веса. Обычно при поливе растений половину воды дают сверху и половину снизу. Поливают сосуды по весу, как правило 1 раз в день – поздно вечером или рано утром. И только в жаркие дни – 2-3 раза в день. Появляющиеся сорняки немедленно удаляют. Растения, часто поражающиеся шведской мухой, прореживают несколько позже, чем другие, непоражающиеся культуры.

Когда растения подрастут, для предохранения их от полегания и поломки во время полива на сосуды надевают каркасы или вставляют в сосуды палочки, между которыми натягивают нитки. В течение всего времени вегетации необходимо удалять вредителей, собирать в пакеты опадающие листья и семена и делать записи наблюдений за развитием растений (измерения хода роста растений и фенологические наблюдения).

Уборка и учет урожая. За 3-5 дней до уборки полив сосудов прекращают. Растения обычно убирают в фазе полной спелости; их срезают ножницами у самой поверхности почвы. При уборке урожая измеряют высоту срезанных растений на линейке с точностью до 0,1 см, после чего у зерновых отрезают колосья, у клевера и льна – головки и помещают их в отдельный пакет, а стебли и листья в другой. Обычно взвешивания для определения сырого веса не производят, а урожай взвешивают после сушки в термостате при 60⁰С. Сушку до абсолютно сухого веса не производят. Высушенный урожай взвешивают с точностью до 0,01 г, обмолачивают, и урожай семян взвешивают отдельно. Обычно у злаков и льна достоверные результаты можно получить при 2 и 3-кратной повторности опыта. Для масличных и бобовых культур повторность должна быть не меньше 3-4 кратной, а для корнеклубнеплодов надежные выводы можно сделать при 5-6-кратной повторности опыта.

Особенности проведения опытов в защищенном грунте

Основной метод исследований в защищенном грунте – лабораторно-производственный (мелкоделяночный) опыт. Результаты мелкоделяночных опытов обычно проверяют на больших площадях в производственных опытах. В качестве вспомогательных применяют также лабораторные и вегетационные опыты. При размещении опытов в сооружениях защищенного грунта учитывают неравномерность распределения по микрозонам теплиц тепла, освещенности, влажности воздуха и почвы как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

До последнего времени в нашей стране наиболее широко в защищенном грунте практиковалось систематическое (последовательное и шахматное) расположение вариантов в повторениях. В последние годы все более широко применяется рендомизированный метод.

В лабораторно-производственных опытах в защищенном грунте рекомендуется 4-8 вариантов, площадь делянок в теплицах с грунтом обычно принята в размере 7-10 м², в гидропонных теплицах 4-6 м² в 4кратной повторности. При меньшей площади делянок увеличивают число повторностей. При необходимости увеличения числа вариантов уменьшают размер делянок. В опытах с томатом, огурцом, перцем и баклажаном применяют большие площади делянок (до 10 м²), чем в опытах с рассадой и культурами, имеющими мелкие растения (салат, укроп, редис и др.), где применяют делянки площадью 2-3 м². При сортоизучении размер делянок обычно принимают равным 3-5 м² при 4кратной повторности. Повторения в опытах размещают последовательно лентами или многоярусно.

Методика уборки, учета урожая, обработки результатов опыта сходны с требованиями к опытам, проводимым в открытом грунте. Первичная документация в опытах. В ходе проведения эксперимента необходимо регистрировать все проводимые на опытном участке агротехнические работы, учеты и наблюдения за условиями внешней среды и растениями, на основании которых составляется научный отчет. Все результаты учетов и наблюдений заносят в дневник полевых работ и наблюдений. Записи в дневнике проводят регулярно в хронологическом порядке, непосредственно, в поле или лаборатории, во время выполнения работ и наблюдений, объективно, точно, лаконично, в полном объеме. Записи делают простым карандашом или шариковой ручкой. Все поправки оговаривают. Не допускаются записи на отдельных листках.

Вспомогательным первичным документом к дневнику могут быть рабочие тетради или журналы, в которых проводят пересчеты массовых, наблюдений, учетов и анализов. Все данные сводятся в журнал полевого опыта. Его заполняют чернилами или шариковой ручкой, аккуратно и своевременно, по мере выполнения работ и наблюдений, на основе первичных документов. Хранят журнал в помещении. В этом журнале должен быть сосредоточен весь основной материал по полевому опыту (в текстовом выражении, в виде таблиц и графиков), необходимый для дальнейших обобщений, выводов, оформления научного отчета и разработки практических рекомендаций.

На титульном листе журнала записывают названия учреждения и темы (опыта), сроки и место проведения опыта, должность, фамилии и инициалы руководителя и исполнителя, адрес и телефон учреждения. На страницах журнала фиксируют: цель и задачи опыта; схему и план размещения опыта в натуре; характеристику и историю участка (почва, предшественник, удобрение и пр.); почвенную, агрофизическую и другие характеристики участка; программу и методику исследований; перечень всех работ (с указанием сроков, способов и качества выполнения); обработанные результаты анализов и наблюдений в виде таблиц или графиков; обработанные результаты учета урожая по делянкам и в переводе на гектар (здесь же приводятся все сведения о выключках, площади делянок и число растений после проведения выключек); результаты статистической обработки данных. Формы первичных документов и порядок их составления определяет руководство научного» учреждения.

Контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. В чем сущность вегетационного опыта?
2. Основные отличия вегетационного опыта от других методов агрономии?
3. Какие должны быть сосуды для вегетационных опытов?
4. Расскажите о технике закладки вегетационного опыта?
5. Как правильно подготовить почву для забивки в сосуды?
6. Как правильно подготовить удобрения к внесению в сосуды?
7. Какова техника тарирования и забивки вегетационных сосудов почвой?
8. Как правильно высевать и убирать урожай в вегетационном опыте?