Особенности и методика проведения вегетационных опытов с почвенными культурами

Почвенные культуры являются одной из самых распространенных модификаций вегетационного опыта и наиболее близко стоят по условиям выращивания к полевым опытам. Преимущества вегетационного опыта с почвенными культурами по сравнению с полевым опытом заключаются в возможности: 1) достижения путем перемешивания полной однородности почвы во всех сосудах, что позволяет избежать значительного расхождения между повторностями, которые в полевом опыте часто встречаются в связи с пестротой почвенного плодородия; 2) устранить влияние на результаты эксперимента неблагоприятных погодных условий; 3) поддерживать одинаковую влажность почвы во всех вариантах и повторностях опыта.

Проведение вегетационных опытов с почвенной культурой позволяет глубоко изучить естественное и искусственное плодородие почвы, дать сравнительную оценку плодородия разных типов, подтипов и разновидностей почв, изучить эффективность видов и форм удобрений в зависимости от почвенных условий. В то же время, опыты с почвенными культурами, в отличие от полевого опыта, дают лишь качественную оценку изучаемых закономерностей и не позволяют оценить их количественно. Кроме того, ряд вопросов по действию удобрений нельзя решить с помощью вегетационного метода исследований с почвенной культурой. К ним относятся размещение удобрений в севообороте, изучение сочетания удобрения с обработки почвы">системой обработки почвы, уходом за растениями и другими агротехническими приемами, которые необходимо изучать только в полевых опытах.

Существует три принципиальных отличия вегетационного опыта с почвенной культурой от полевого в использовании элементов питания. Вопервых, в вегетационном опыте, как правило, используют элементы питания только одного генетического слоя профиля почвы. Во-вторых, выращивание растений в стеклянных домиках, теплицах, климатических камерах и других контролируемых помещениях способствует более интенсивной, чем в полевых опытах, мобилизации элементов питания из почвы. В-третьих, сам процесс мобилизации элементов питания в вегетационном опыте с почвенной культурой отличается от такового в полевых условиях. Полное разрешение вопросов питания растений и удобрения требуют сочетания полевого и вегетационного методов.

Закладку вегетационных опытов с почвенной культурой проводят в такой последовательности: 1) подготовка вегетационных сооружений и сосудов к закладке опытов; 2) тарирование сосудов; 3) подготовка семян, почвы, удобрений; 4) подготовка дренажа, фильтровальной бумаги, марли, стеклянные трубки для полива; 5) набивка сосудов; 6) посев; 7) полив, уход за растениями, фенологические наблюдения и биометрические измерения в течение вегетационного периода; 8) уборка и учет урожая; 9) отбор почвенных и растительных образцов; 10) обработка результатов опыта и составление отчетов.

До закладки эксперимента вегетационные сооружения, предназначенные для его проведения, тщательно очищают от прошлогодних остатков растений и почвы, выносят сосуды, если они были оставлены здесь на зимнее хранение. Все стеллажи вегетационного домика моют и высушивают. После этого их красят светлой краской и нумеруют.

Для вегетационных опытов применяют металлические, стеклянные, гончарные эмалированные и пластмассовые сосуды вместимостью не менее 4 кг воздушно-сухой почвы (рис. 92; Онищенко Л.М., 2005). Сосуды, пригодные для проведения эксперимента, моют внутри и снаружи водопроводной водой и расставляют на просушивание. Металлические сосуды перед набивкой покрывают белой эмалевой или масляной краской, а внутри битумным лаком или вставляют в него полиэтиленовые мешки. Для каждого опыта необходимо подобрать партию одинаковых сосудов.

Рис. 92. Вегетационный опыт с рисом в пластмассовых сосудах.

Сосуды тщательно высушивают, тарируют, проставляют на них лаком или черной краской номера. Тарирование сосудов заключается в подборе по высоте и доведении их до одинаковой массы. Уравновешивают сосуды битым стеклом, галькой, тщательным подбором дренажа. По массе сосуды одного опыта не должны отличаться более чем на 100 г, по высоте и диаметру – более чем на 0,5 см.

Следующая операция – подготовка дренажа. В качестве дренажа чаще используют гальку и битое стекло. Их тщательно очищают от примесей, выдерживая в течение нескольких дней в стеклянных сосудах с одной из кислот – серной, соляной, азотной или двухромовокислым калием. Затем промывают водопроводной водой до полного удаления кислоты. Ополаскивают дистиллированной водой и высушивают на солнце или в сушильном шкафу.

При постановке вегетационных опытов с почвенной культурой важно уделять внимание почве и ее подготовке. Место взятия почвы должно быть тщательно выбрано в соответствии с задачами исследования. Для набивки вегетационных сосудов используют верхний пахотный горизонт. Почву берут весной перед закладкой вегетационных опытов с такой влажностью, когда она не мажется, а комки ее при растирании легко разрушаются. Количество почвы, необходимое для закладки опытов, определяется с учетом числа сосудов и их вместимости. Почву обычно заготавливают на 30 % больше расчетного количества. Доставленную почву для удаления камней, корней и пожнивных остатков перемешивают и просеивают через грохот с отверстиями 1 см.

Техника набивки вегетационных сосудов почвой требует определенных навыков. Очень важно, чтобы каждую серию сосудов одной схемы набивал один человек, т. к. при этом достигается равномерность уплотнения почвы в сосуде. Первым этапом работы по набивке является определение массы почвы в сосуде, для чего делают пробную набивку и взвешивают почву. В дальнейшем берут навеску почвы, помещают ее в эмалированный таз, вносят необходимые удобрения, перемешивают и высыпают в предварительно подготовленные сосуды с периодическим равномерным уплотнением руками.

Как правильно составить схему вегетационного опыта

Точность результатов вегетационного опыта напрямую зависит от структуры его схемы. Чтобы получить достоверные данные, которые можно перенести в полевую практику, важно соблюдать принцип факториальности — тестировать все возможные сочетания исследуемых элементов. Для простых однофакторных опытов схему выстраивают так, чтобы в итоге получить четкую зависимость урожайности от дозы удобрения.

Сравнение опытных вариантов с контролем показывает реальную отзывчивость растений. При изучении минерального питания используют стандартные схемы сочетания элементов. Например, полная схема включает восемь вариантов:

• 1) Контроль без удобрений (0);
• 2) N;
• 3) Р;
• 4) К;
• 5) NP;
• 6) NK;
• 7) РК;
• 8) NPK.

В сокращенных опытах применяют пятивариантную схему: 1) 0; 2) NP; 3) NK; 4) РК; 5) NPK. Если нужно сравнить конкретные формы азотных удобрений, их испытывают на постоянном фосфорно-калийном фоне (РК). В этом случае схема выглядит так: 1) 0; 2) РК (фон); 3) фон + Nм; 4) фон + Naa; 5) фон + Na; 6) фон + Nс.

При изучении известкования кислых почв нормы извести рассчитывают индивидуально. Для большинства почв дозу CaCO3 определяют по гидролитической кислотности с использованием 1 н раствора CH3COONa с pH 8,2. Во влажных субтропиках расчет ведут по обменной кислотности в вытяжках 1 н раствора KCl с pH 5,5–6,0.

1. Определите величину кислотности почвы в ммоль-экв на 1 кг почвы.
2. Разделите полученное значение на коэффициент 20, чтобы пересчитать норму в граммы CaCO3 на 1 кг почвы.
3. Составьте схему опыта с контрастными нормами извести на естественном фоне и на фоне минеральных удобрений.

Стандартная схема опыта с известью включает 20 вариантов:

• Вариант 1: Контроль без CaCO3;
• Варианты 2–4 (без удобрений): 2) СаСО3 по 0,25 кислотности, 3) CaCO3 по 0,50 кислотности, 4) CaCO3 пo 1,0 кислотности;
• Вариант 5: NPK без извести;
• Варианты 6–8 (на фоне NPK): 6) NPK + 0,25 СаСО3, 7) NРК + 0,50 СаСО3, 8) NPK + 1,0 СаСО3;
• Варианты 9–12: повторение вариантов 5–8 с фоном РК;
• Варианты 13–16: повторение вариантов 5–8 с фоном NK;
• Варианты 17–20: повторение вариантов 5–8 с фоном NР.

Изучение отзывчивости растений на микроэлементы проводят по схемам с разной концентрацией веществ. Во всех случаях обязательно закладывают контрольный вариант, где микроудобрения не используют. Ниже приведены рекомендованные дозировки для различных способов применения.

Выбор удобрений и расчет дозировок

Для создания питательного фона или при определении естественной обеспеченности почвы элементами используют химически чистые соли. В отличие от промышленных туков, они не содержат балластных элементов, которые могут исказить результаты. Подбирайте соли, содержащие только усваиваемые растениями ионы: NH4NO3, KNO3, KH2PO4, K2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4.

Выбор соли зависит от типа почвы и целей опыта. На кислых подзолистых почвах и красноземах в качестве азотного источника используют NH4NO3, СО(NH2)2 или смесь из 2/3 NH4NO3 и 1/3 Са(NО3)2. Для создания двойного азотно-калийного фона берут КNO3, компенсируя недостаток азота аммиачной селитрой. Фосфорно-калийный фон формируют с помощью КН2РО4 и К2НРО4, а азотно-фосфорный фон на черноземах создают внесением NH4NO3 и (NН4)2НРО4.

При расчете питания на килограмм почвы нормы корректируют под конкретную культуру. На черноземах, изначально богатых калием, норму калийных удобрений снижают в 2–3 раза. Для зерновых культур расчет ведут по стандартным значениям, помогающим получить сопоставимые результаты.

• Норма азота для зерновых — 0,15 г N на 1 кг почвы
• Норма фосфора для зерновых — 0,1 г Р2О5 на 1 кг почвы
• Норма калия для зерновых — 0,1 г К2О на 1 кг почвы

 Зерновые 0,15 0,10 0,10 Бобовые 0,04–0,10 0,10–0,15 0,10–0,15 Картофель 0,12 0,20 0,28 Сахарная свекла 0,15 0,22 0,22 Хлопчатник 0,24 0,36 0,06–0,09 Табак 0,20–0,30 0,10–0,20 0,20–0,30 Овощные 0,10–0,20 0,10–0,25 0,15–0,30

Приведенные в таблице 227 нормы удобрений можно считать средними, поэтому в схему необходимо вводить более высокие и более низкие нормы. Если в качестве источников N, Р и К используются промышленные удобрения, то их норма рассчитывается на основании содержания в них питательных веществ. Водорастворимые удобрения можно вносить в виде растворов.

Навески сухих удобрений берут не раньше 1–2 дней до набивки сосудов в пакетики из пергаментной бумаги, на них указывают вариант схемы, вид и форму удобрения, массу в граммах. Число отвешенных пакетиков с удобрениями должно соответствовать числу сосудов с удобряемой почвой. Если же удобрения вносят в растворе, то брать навески в пакеты нет необходимости. В лаборатории взвешивают одну общую навеску, по массе равную сумме однозначных вариантов, и растворяют в небольшом объеме воды. Удобно иметь растворы, содержащие в 100 мл раствора 1 г данного питательного вещества. При оптимальной влажности тяжелосуглинистых и глинистых почв на один сосуд бывает достаточно 30–50 мл раствора удобрения, для песчаных и супесчаных – 15–20 мл. Навески с азотными и калийными удобрениями могут быть растворены в одном объеме воды и внесены в один прием. В почву без удобрений вносят дистиллированную воду, равную по объему вносимому раствору удобрений в изучаемых вариантах. Для расчета нормы питательного элемента удобно пользоваться таблицей 228..

Таблица 228 – Навески солей, содержащие 1 г питательного вещества Соли N Р2О5 К2О

 NH4NO3 2,86 – – (NH4)2SO4 4,72 3 6,07 3)2·4H2O 8,44 – – KNO3 7,22 – 2,15 K2SO4 – – 1,85 KCl – – 1,58 NH4H2PO4 8,21 1,62 – (NH4)2HPO4 4,72 1,87 – KH2PO4 – 1,92 2,89 K2HPO4 – 2,46 3,70 Ca(H2PO4)2·H2O – 1,78 –

В качестве источника магния в вегетационных опытах применяется MgSO4·7H2О, содержащая 16,4 % МgО; источником серы является Nа2SO4 или CaSО4. Микроэлементы употребляются чаще всего в виде чистых солей MnSO4·5Н2O (22,8 4·7H2O (22,8 4·5Н2O (25.5 % С 4·7H2O (21,0 % Со), (NН4)6Mo7O24·4H2O (54,3 % Мо) и H3ВО3 (17,5 % В).

Нормы удобрений в вегетационных опытах с почвенными культурами (Н, мг/кг) можно определить исходя из норм удобрений, рекомендованных для полевых опытов. Пересчет производят по формуле:

10  П  h   где: Д – норма элемента минерального питания, вносимого в почву в полевых условиях, кг/га;

П – содержание действующего вещества в удобрении, %; h – средняя толщина удобряемого в полевых условиях слоя почвы, см; ρ – плотность почвы, г/см3;

10 – постоянная величина, полученная при выведении формулы.

В вегетационных опытах растения имеют лучшие условия освещения и снабжения углекислотой из атмосферы, не испытывают конкуренции со стороны сорняков, т.е. находятся в условиях более интенсивного вовлечения питательных элементов в обмен веществ. Поэтому в вегетационных опытах нормы удобрения выше применяемых в полевых условиях.

Набивать сосуды начинают с контрольных вариантов, т.е. с тех, в которые не вносят удобрения. Если варианты отличаются видами, формами, нормами 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 продолжительнее перемешивание.

Семена для посева могут быть сухими, намоченными или проросшими, но чистыми в сортовом отношении. Процесс посева включает следующие операции:

• выравнивание поверхности почвы в сосудах;
• увлажнение почвы (при необходимости);
• разметку гнезд специальным шаблоном;
• закладку семян в гнезда;
• заделку семян предварительно выбранной из сосуда почвой;
• посыпку поверхности почвы песком из расчета 200 г на сосуд.

Зерновые и бобовые культуры высевают проращенными семенами на глубину 1,5–2,0 см, мелкосемянные (многолетние бобовые, злаковые) – на глубину 0,5 см. После посева сосуды закрывают листами бумаги, а если они остаются под открытым небом, дополнительно полиэтиленовой пленкой, чтобы избежать промачивания дождями. Листы бумаги и пленку снимают после появления первых всходов.

Нормы высадки растений в сосуд диаметром 15–20 см:

Количество семян, высеваемое в сосуд, должно быть на 5–10 шт. больше оставляемого числа растений. Через 2-3 дня после появления всходов, когда они окрепнут, лишние удаляют пинцетом и оставляют в каждом сосуде одинаковое число растений. Если задачей опыта, а значит, и схемой предусмотрено внесение удобрений в период вегетации, то их применяют в виде жидкой подкормки.

Достоверные данные для злаковых культур и льна можно получить при 3-кратной, для бобовых и масличных культур – 4–5-кратной, а для корне- и клубнеплодов – 5–6-кратной повторности опыта.

Для предохранения растений от полегания и поломки в сосуды вставляют проволочные каркасы или тонкие рейки. Высота каркаса из реек для зерновых, зернобобовых, многолетних трав 40–50 см, по четыре штуки на сосуд. Между ними натягивают нитки, которые создают опору полегающим растениям.

Правила ухода и ведения наблюдений в вегетационном опыте

Уход за растениями в вегетационном опыте состоит из прополки, полива и запланированных подкормок. Точность результатов исследований напрямую зависит от жесткого контроля условий выращивания и исключения случайных факторов. Сосуды с растениями расставляют по повторностям — желательно размещать один вариант в одном ряду для удобства наблюдений. В сухие солнечные дни вагонетки выкатывают на открытую площадку, которую обязательно защищают сеткой от птиц.

Для полива используют дистиллированную или водопроводную воду. Ее обязательно отстаивают накануне в емкостях, чтобы избежать температурного шока корней от слишком холодной воды. Влажность почвы в сосудах поддерживают на оптимальном для большинства культур уровне — 60–70 % от полной влагоемкости.

1. Перед набивкой сосудов определяют исходную влажность и полную влагоемкость почвы.
2. При поливе картофеля, томата, подсолнечника и кукурузы делают поправку на массу самих растений, так как эти культуры формируют большую вегетативную массу.
3. Для выравнивания условий освещения и нагрева регулярно меняют сосуды местами: крайние переставляют в центр, а центральные — на края.

Любые изменения состояния растений в процессе вегетации фиксируют в рабочей тетради отдельно для каждого сосуда. Это позволяет отследить динамику развития опытных культур и вовремя заметить физиологические отклонения. Итоговый учет урожая проводят строго при созревании растений.

• Даты наступления фаз вегетации;
• Морфологические изменения растений;
• Агрохимические показатели и биологическая активность почвы.