Метод водных культур в современных агрохимических исследованиях питания растений

Метод водных культур позволяет изучить корневое питание растений в контролируемой среде. С его помощью агрохимики определяют, какие элементы критически важны для жизнедеятельности культур, как они влияют на рост и биохимические процессы, а также в какие фазы вегетации растения испытывают максимальную потребность в питании для раскрытия своего потенциала. Это помогает оптимизировать схемы удобрений для закрытого и открытого грунта.

• Объем сосудов для зерновых и трав — 3–5 л
• Объем сосудов для свеклы и хлопчатника — 6–8 л
• Толщина деревянных крышек — 2 см
• Угол изгиба трубки для продувания — 100–120°
• Оптимальный диапазон pH раствора — 5,5–6,5

Подготовка оборудования и сосудов

Для проведения опытов используют стеклянные или пластмассовые сосуды различной емкости. В опытах с зерновыми, зернобобовыми, масличными культурами и травами применяют 3- и 5-литровые емкости. Для хлопчатника, сахарной свеклы, табака и брюквы требуются более крупные сосуды объемом 6–8 литров. Чтобы закрепить растения, на сосуды устанавливают деревянные кружки толщиной 2 см или используют пластиковые цилиндры с сетчатым дном из редкой капроновой ткани, заполненные гравием или гранулированным полиэтиленом.

В деревянных крышках делают посадочные отверстия диаметром от 1,5 до 5–10 см в зависимости от культуры. Дополнительно просверливают 2–3 отверстия диаметром 1 см: для крепления каркаса и для стеклянной трубки, через которую продувают раствор. Трубку изгибают под углом 100–120° и опускают в сосуд так, чтобы она не доходила до дна на 2–3 см.

1. Подберите необходимое количество сосудов одинакового объема и крышек к ним в соответствии со схемой опыта.
2. Тщательно вымойте емкости, очистите пробки и покройте их расплавленным парафином.
3. Наденьте на сосуды двухслойные футляры (белые снаружи, черные изнутри), чтобы защитить корни от перегрева и развития водорослей на свету.
4. Наполните сосуды дистиллированной водой на 3/4 объема.
5. Внесите пипеткой или мерным цилиндром питательную смесь, долейте воду до метки на 1 см ниже края сосуда, тщательно перемешайте и закройте крышкой.

Выбор и настройка питательных смесей

Концентрация солей в растворе напрямую регулирует интенсивность поглощения элементов. Высокая концентрация затрудняет усвоение воды, но стимулирует поступление элементов питания в корни, меняя их синергизм и антагонизм. Состав питательной среды необходимо адаптировать не только под конкретную культуру, но и под отдельные фазы ее развития.

Для водных культур подходят готовые питательные среды Кнопа, Ольсена, Гейслера и Цинцадзе. Каждая из них имеет свои особенности применения:

• Смесь Кнопа. Имеет исходный pH около 5,7, который в процессе вегетации смещается в щелочную сторону до 7,2. Содержание фосфора и калия в ней практически одинаково, а азота — в 2,5 раза больше. Лучше всего подходит для зерновых культур.
• Смесь Цинцадзе. Содержит аммонийный и нитратный азот, фосфат кальция в качестве источника фосфора, богата кальцием и серой. Кислотность этой смеси остается стабильной на протяжении всего опыта. Рекомендуется для зерновых, зернобобовых, гречихи и сои.
• Смеси Гейслера и Ольсена. Содержат полный набор макро- и микроэлементов, железо в них вносится в форме лимоннокислой соли. Их чаще всего используют для выращивания растений в гидропонике.

Способы проращивания семян для водных культур

В вегетационных опытах с водной культурой растения высаживают в фазе проростков. От качества подготовки рассады зависит точность всего агрохимического исследования: неравномерные всходы или поврежденные корни искажают результаты опыта. Питательные растворы готовят так же, как и для песчаных культур, и вносят в соответствии со схемой опыта из расчета на 1 л воды.

Для проращивания семян на кварцевом песке их высевают в подготовленный субстрат. Как только корешки проростков достигают длины 2–3 см, их аккуратно переносят на сетки, установленные на кристаллизаторах с водопроводной водой. Воду в кристаллизаторах необходимо менять ежедневно. Через 8–12 дней, когда у растений сформируется несколько настоящих листьев, а длина корней составит 5–7 см, наиболее выровненные экземпляры отбирают для пересадки в рабочие сосуды с питательной смесью.

Метод проращивания в бумажных рулонах позволяет получить чистые корни без остатков субстрата и с минимальным риском травмирования при пересадке. Процесс подготовки рулонов состоит из следующих шагов:

1. На увлажненную половину листа обычной писчей бумаги раскладывают наклюнувшиеся семена вдоль одного края на расстоянии 0,5–1,0 см друг от друга и на 0,5 см от края листа.
2. Сверху накладывают следующий лист бумаги и вновь раскладывают семена по той же схеме. Процедуру повторяют несколько раз для получения нужного объема рассады.
3. Покрывают последний слой семян листом бумаги, осторожно сворачивают все листы в плотный рулон и обвязывают его ниткой.
4. Рулон устанавливают вертикально в стеклянный сосуд, куда наливают воду на 1–2 см ниже верхнего края бумаги, чтобы влага поднималась к семенам по капиллярам.

По мере роста корней уровень воды в банке постепенно снижают. Если требуется ускорить развитие проростков, после появления всходов обычную воду в сосуде заменяют разбавленным питательным раствором.

Для массовой подготовки проростков злаковых и зернобобовых культур удобен модифицированный рулонный метод. Набухшие в воде семена раскладывают на увлажненную бумажную полосу шириной 6–7 см и длиной до 20 см. Зерна ориентируют поперек полосы, направляя зародыш к нижнему краю будущего рулона, с отступом 1–2 см от верхнего края полосы. Затем ленту скатывают в трубку и ставят вертикально в сосуд с водой слоем 1–2 см.

Вместимость рулонов зависит от размера семян выращиваемой культуры:

Если проростки используют на стадии первого листа, минеральное питание им не требуется. При более длительном выращивании растения переносят на питательный раствор в момент, когда корни начинают выходить из нижнего конца рулона. Для этого используют 2–3-кратную питательную смесь Кнопа. Раствор наливают тонким слоем, чтобы не перекрыть доступ кислорода к корням, и меняют каждые 2–3 дня. Чтобы уровень испаряющегося раствора оставался стабильным, используют автоматические поилки из перевернутых широкогорлых колб с водой, установленных на небольшие прокладки.

Посадка в вегетационные сосуды и уход за растениями

Для пересадки в постоянные сосуды отбирают максимально выровненные растения с одинаковой длиной стебля, одинаковым числом и длиной корней. Это гарантирует сопоставимость результатов опыта по всем вариантам схемы.

• Длина корней при переносе на сетку — 2–3 см
• Длина корней для высадки в сосуды — 5–7 см
• Срок прореживания проростков — через 10–15 дней
• Ширина бумажной полосы для рулонов — 6–7 см
• Высота слоя раствора для кассет — 3–5 см
• Концентрация смеси Кнопа для рулонов — 2–3-кратная

Закрепить растения в сосудах можно несколькими способами:

• В пробках с ватой. Отобранные растения (по два экземпляра) оборачивают вокруг семян ватой и фиксируют в отверстиях пробок. Через 10–15 дней проводят прореживание, оставляя по одному наиболее типичному растению на отверстие.
• На поролоновых сепараторах. Растения раскладывают поперек полосы поролона, которая вставляется в щели рамки-сепаратора. Полоса по ширине должна быть в 1,5 раза шире щели. Зерновки злаков должны находиться ниже поролона (в воздушной прослойке над раствором), двудольные погружают до семядолей, а семена гороха зажимают непосредственно в поролоне.
• В кассетах. Этот способ идеален для мелкосемянных культур, а также средне- и низкорослых злаков. Собранную кассету с тремя рядами растений помещают в противень с питательным раствором.

Регулярное обновление питательного раствора обеспечивает растения элементами питания в доступной форме и предотвращает закисание среды. Замену раствора проводят по графику в зависимости от фазы развития растений:

Дальнейший уход заключается в своевременном прореживании (оставляют строго по одному растению в гнезде) и поддержке высокостебельных культур. Для предотвращения полегания такие растения подвязывают к специальным каркасам или палочкам, жестко закрепленным в крышке или самом сосуде.

Корням растений в водных культурах жизненно необходим кислород. Без принудительной аэрации корневая система быстро загнивает, поэтому питательный раствор нужно ежедневно продувать воздухом. Режим подачи кислорода зависит от фазы развития растений.

• Время продувания молодых растений — 5 мин
• Время продувания в период максимального роста — 10 мин
• Оптимальная скорость подачи воздуха — 2–3 пузырька/с

Перед уборкой урожая продувание сосудов полностью прекращают. Технически процесс организуют через постоянно закрепленные в сосудах трубки с помощью автоматических компрессоров, а в небольших опытах — вручную с помощью резиновой груши.

По мере испарения раствора в сосуды регулярно доливают дистиллированную воду до метки, чтобы сохранить исходную концентрацию солей.

Контроль кислотности раствора и борьба с хлорозом

Контролировать реакцию среды в сосудах необходимо 2–3 раза в неделю с помощью рН-метров или индикаторной бумаги. При сильном подкислении или подщелачивании можно скорректировать pH, добавляя по каплям слабый раствор кислоты или щелочи, но практичнее полностью заменить питательную смесь. Для поддержания стабильного уровня рН 6,5 в раствор добавляют мел.

Сдвиг реакции в щелочную сторону блокирует усвоение железа, что приводит к хлорозу листьев. Доступность различных химических форм железа напрямую зависит от кислотности раствора:

Хелат железа можно приготовить самостоятельно, смешав хлористое железо с трилоном Б (этилендиаминтетраацетатом натрия).

При первых признаках хлороза у растений действуйте по следующей схеме:

1. Добавьте в питательный раствор несколько капель лимоннокислого железа.
2. Если хлороз не исчез, подготовьте временный лечебный раствор сернокислого или хлористого железа из расчета 1–2 г соли на 1 л воды.
3. Перенесите растения в этот лечебный раствор на 3–6 часов.
4. Верните растения обратно в вегетационные сосуды.

Для борьбы с вредителями и болезнями по мере необходимости используют пестициды. В течение вегетационного периода питательную смесь в сосудах полностью меняют 2–3 раза. Уборку и учет урожая проводят по стандартной методике, но при этом в обязательном порядке учитывают и массу корней.