Вегетационный метод исследования

 

Вегетационный метод - один из методов агрономического исследования, позволяющий более детально расчленять и выявлять значение отдельных факторов, влияющих на рост, развитие и в конечном итоге на урожайность сельскохозяйственных культур [35].

Вегетационный опыт позволяет проанализировать основные этапы жизни изучаемой культуры, и тем самым быстрее и точнее, чем в полевом опыте, установить закономерности взаимодействия растений, почвы и удобрений. Вместе с тем вегетационный метод не может заменить полевых опытов, так как условия возделывания растений в вегетационном сосуде существенно отличаются от полевых. Ценность вегетационных опытов заключается не в замене ими полевых, а в том, что полученные в них результаты позволяют понять причины тех явлений, которые наблюдаются в полевых опытах.

Основоположником вегетационного опыта 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 представляет собой сооружение, напоминающее теплицу, которое имеет стеклянные стены и крышу, хорошо проветриваемое, в котором проводят вегетационные опыты. На вагонетках установлены сосуды с растениями. Днём в хорошую теплую 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).

Значимость вегетационных опытов заключается в том, что полученные анализы помогают 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.

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 устойчивости избыка (затопление) и дициците (засхухе) влаги, свету (фотопериодизм), к химическим средствам защиты растений 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 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 вегетационного опыта.

Сосуды для вегетационных опытов представляет из себя цилиндрическую банку покрытую эмалью или краской, что характеризуется высокой прочностью.

Различают сосуды:

−Вагнера, сосуды этого типа являются непроницаемыми цилиндрами имеющие разную высоту и диаметр.

− Митчерлиха или Кирсанова, они имеют размер 20×20, на дне они имеют небольшие решетчатые отверстия (Митчерлиха) или продольную щель (Кирсанова) и поддоны для сбора воды.

Размер сосудов должен соответствовать опытному растению. Для большинства растений таких как пшеница наиболее пригодны сосуды размером 15×20, 20×20, 15×30 см (первая цифра соответствует диаметру сосуда, вторая – его высоте).

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

А 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.

                                                                                                    Рисунок №1

Вегетационные сосуды: а − эмалерованные сосуды для различных сельскохозяйственных культур; б −сосуд Вагнера; в – сосуд Митчерлиха (с поддоном); г – сосуд Кирсанова (с поддоном)

Техника проведения вегетационного опыта.

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.

Подготовка почвы к опыту это трудоемкий процесс, который обусловлен следующими последовательными действиями. Для закладки опыта необходимо рассчитать нужное количество почвы, которое нам потребуется. Количество почвы для опыта определяется исходя из числа сосудов, их емкости и не менее 25% берут сверх вычисленного, учитывая возможность потерь. Почву берут типичную для зоны хозяйства. Образцы почвы берут лопатами на глубине пахотного слоя в средневлажном горизонте, так она не пылит и не прилипает к лопате. С опытных делянок почву берут из разных мест небольшими порциями так, чтобы не нарушить строение пахотного слоя делянки и не образовать ям и западин. Недопустимо брать почву с делянок, на которые удобрения были внесены недавно. Брать ее можно по истечении двух месяцев после внесения и если удобрения хорошо перемешаны в пахотном слое.В мешки кладут этикетки с обозначением номера делянки и агрохимических показателей.

Доставку, хранение и разборку почвы надо организовать так, чтобы почва не успела высохнуть. Высыхание почвы приводит к повышению в ней количества усвояемых веществ, главным образом азотных, а затем и фосфорных соединений. Опыт, поставленный с влажной почвой, может поэтому дать другие результаты, чем опыт, поставленный с этой же почвой, но после ее высыхания. После того как привзли почву ее ссыпают на очищенное место и тщательно перемешивают, чтобы довести почву до однородности по ее составу и свойствам. Затем почву очищают от камней, пожнивно-корневых остатков и мусора, а крупные комки раздавливают, после этого просеивают через сито с отверстиями диаметром 3−5 мм.

Подготовительный процесс характеризуется определением гигроскопической влажности 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%).

Агрохимические показатели почвы:

Содержание гумуса по Тюрину 1,5%; PhKCl 5,7 (6 класс) (ГОСТ 26483-85), Нг (по Каппену) 1,2 мг-экв/100г почвы (ГОСТ 26212-91), S (по Каппену-Гильковицу) 24,3 мг-экв/100г почвы (ГОСТ 27821-88),V 95,3%, N щ.г.. 82 мг/кг (ГОСТ 26107-84), содержание фосфора и калия (по Кирсанову) 18 мг/кг (5 класс) и 150 мг/кг (5 класс) (ГОСТ 54650-2011) соответственно.

Взвешивание навесок и внесение удобрений.

Удобрения лучше всего вносить в виде раствора. Растворимые удобрения обычно так и вносят, они могут быть растворены в одном объёме воды и внесены в один приём. Доза удобрения на 1 кг почвы должна содержаться в 10 мл раствора. Зная массу почвы в сосуде нетрудно вычислить, сколько нужно раствора удобрения. Нужный объём отмеряют мензуркой и вливают в подготовленную навеску почвы при набивке. Если удобрение труднорастворимое, то его при набивке сосудов тщательно перемешивают с почвой, при этом, чем тяжелее гранулометрический состав, тем дольше следует мешать (3 – 5 мин).

В опытах с почвенными культурами в качестве основного удобрения (фона) следует выбирать соли, не вызывающие сильных изменений свойств почвы. Удобрения, вносимые в почву в качестве фона, должны возможно 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; последний, правда, вызывает некоторое подкисление почвы, не имеющее практического.

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

Тарирование и набивка сосудов почвой.

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 30°С. 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.

При правильно выбранной навеске почвы и после набивки поверхность ее в сосуде должна находиться на 2—3 см ниже края сосуда. При набивке сосудов почву взвешивают на чашечных или площадочных весах, навески переносят в таз, вносят удобрения и тщательно перемешивают руками.

Количество почвы, вносимой в сосуд, устанавливают пробной набивкой. Почву из таза переносят в сосуд в три-четыре приема горстями, каждый раз уплотняя ее согнутыми пальцами. Уплотненная в сосуде почва не должна высыпаться при опрокидывании сосуда. Недостаточно уплотненная почва оседает в летнее время, при поливе размывается, а в жаркие дни растрескивается.

При правильно выбранной навеске почвы и после набивки поверхность ее в сосуде должна находиться на 2—3 см ниже края сосуда.

Если же пробная набивка показала, что взятая масса почвы не помещается или оказалась недостаточной, проводят перенабивку, уменьшая или увеличивая плотность почвы в сосуде. Если после неоднократной перенабивки почва в сосуде не занимает нужного положения, то приходится уменьшать или увеличивать навеску.

Чтобы плотность почвы во всех сосудах была одинаковой, набивать ее должен один человек, недопустимо, чтобы одна часть сосудов уплотнялась сильнее, а другая — слабее.

Если сосуды были одинаковые по массе и размерам, то при равномерном уплотнении почва должна находиться во всех сосудах на одинаковом расстоянии от их краев.

Набивать сосуды следует начиная с контрольных вариантов, т. е. с тех, в которые не вносят удобрения. Если варианты отличаются видами, формами, дозами удобрений, то, приступая к набивке новой серии сосудов, следует тщательно очищать тазик и мыть руки. Перемешивание почвы с удобрениями надо проводить в течение 3—5 мин; чем тяжелее почва по гранулометрическому составу, тем длительнее перемешивание.

Подготовка семян и посадочного материала. Посев и посадка опытной культуры.

Чаще всего посев проводят пророщенными семенами. Перед этим поверхность почвы выравнивают, при необходимости слегка увлажняют, намечают гнезда, в которые кладут семена. Заделку семян проводят предварительно выбранной из сосуда почвой на глубину 1-2 см. После этого поверхность почвы посыпают кварцевым песком. Семена культуры равномерно размещают на площади сосуда. Через 2-3 дня после появления всходов, когда они окрепнут, лишние удаляют пинцетом и оставляют в каждом сосуде одинаковое число растений.

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.

Наблюдения и уход за растением.

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).

В течение всего периода вегетации за растениями ведутся наблюдения, результаты которых записывают в тетрадь для наблюдений. Для каждого из сосудов отмечается наступление фаз прорастание семян, всходы, появление третьего листа, выход в трубку, колошение (выметывания метелки), цветения, молочная, восковая и полная зрелость зерна. Помимо того отмечают повреждения болезнями и вредителями, а также особенности внешнего развития и развития связанного с изучаемыми факторами. Образцом, с которым всё сравнивают, является контрольный вариант. Если разница отчётливо видна, растения можно фотографировать и заносить снимки в тетрадь.Взошло 90% всех посаженых семян.

Учёт урожая, обработка урожайных данных.

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.

Уборку и учёт урожайности проводят при полном созревании растений. Если оно наступает неравномерно и зависит от удобрений, то уборку проводят по мере созревания растений отдельных вариантов. Растения срезают на расстоянии 1-2 см от поверхности почвы и подсчитывают число продуктивных и непродуктивных растений, стеблей, колосьев, стручков, метелок и т.д. Затем их с каждого сосуда помещают в отдельные бумажные пакеты, а после высушивания до постоянной массы проводят обмолот и определяют массу зерна и соломы. Данные урожайности обрабатывают дисперсионным методом, определяют относительную ошибку и достоверность полученных результатов.