Метод водних культур у сучасних агрохімічних дослідженнях живлення рослин

Метод водних культур дозволяє вивчити кореневе живлення рослин у контрольованому середовищі. З його допомогою агрохіміки визначають, які елементи критично важливі для життєдіяльності культур, як вони впливають на ріст і біохімічні процеси, а також у які фази вегетації рослини мають максимальну потребу в живленні для розкриття свого потенціалу. Це допомагає оптимізувати схеми добрив для закритого та відкритого ґрунту.

• Об'єм посудин для зернових і трав — 3–5 л
• Об'єм посудин для буряку та бавовнику — 6–8 л
• Товщина дерев'яних кришок — 2 см
• Кут вигину трубки для продування — 100–120°
• Оптимальний діапазон pH розчину — 5,5–6,5

Підготовка обладнання та посудин

Для проведення дослідів використовують скляні або пластмасові посудини різної місткості. У дослідах із зерновими, зернобобовими, олійними культурами і травами застосовують 3- та 5-літрові ємності. Для бавовнику, цукрового буряку, тютюну та брукви потрібні більші посудини об'ємом 6–8 літрів. Щоб закріпити рослини, на посудини встановлюють дерев'яні кружки товщиною 2 см або використовують пластикові циліндри із сітчастим дном із рідкої капронової тканини, заповнені гравієм або гранульованим поліетиленом.

У дерев'яних кришках роблять отвори для садіння діаметром від 1,5 до 5–10 см залежно від культури. Додатково просвердлюють 2–3 отвори діаметром 1 см: для кріплення каркаса і для скляної трубки, через яку продувають розчин. Трубку вигинають під кутом 100–120° і опускають у посудину так, щоб вона не доходила до дна на 2–3 см.

1. Підберіть необхідну кількість посудин однакового об'єму та кришок до них відповідно до схеми досліду.
2. Ретельно вимийте ємності, очистіть пробки та покрийте їх розплавленим парафіном.
3. Надягніть на посудини двошарові футляри (білі зовні, чорні всередині), щоб захистити коріння від перегріву та розвитку водоростей на світлі.
4. Наповніть посудини дистильованою водою на 3/4 об'єму.
5. Внесіть піпеткою або мірним циліндром поживну суміш, долийте воду до позначки на 1 см нижче краю посудини, ретельно перемішайте та закрийте кришкою.

Вибір і налаштування поживних сумішей

Концентрація солей у розчині безпосередньо регулює інтенсивність поглинання елементів. Висока концентрація ускладнює засвоєння води, але стимулює надходження елементів живлення в коріння, змінюючи їхній синергізм і антагонізм. Склад поживного середовища необхідно адаптувати не лише під конкретну культуру, а й під окремі фази її розвитку.

Для водних культур підходять готові поживні середовища Кнопа, Ольсена, Гейслера та Цинцадзе. Кожне з них має свої особливості застосування:

• Суміш Кнопа. Має початковий pH близько 5,7, який у процесі вегетації зміщується в лужний бік до 7,2. Вміст фосфору і калію в ній практично однаковий, а азоту — у 2,5 раза більше. Найкраще підходить для зернових культур.
• Суміш Цинцадзе. Містить амонійний та нітратний азот, фосфат кальцію як джерело фосфору, багата на кальцій і сірку. Кислотність цієї суміші залишається стабільною впродовж усього досліду. Рекомендується для зернових, зернобобових, гречки та сої.
• Суміші Гейслера та Ольсена. Містять повний набір макро- і мікроелементів, залізо в них вноситься у формі лимоннокислої солі. Їх найчастіше використовують для вирощування рослин у гідропоніці.

Способи пророщування насіння для водних культур

У вегетаційних дослідах із водною культурою рослини висаджують у фазі проростків. Від якості підготовки розсади залежить точність усього агрохімічного дослідження: нерівномірні сходи або пошкоджене коріння викривляють результати досліду. Поживні розчини готують так само, як і для піщаних культур, і вносять відповідно до схеми досліду з розрахунку на 1 л води.

Для пророщування насіння на кварцовому піску його висівають у підготовлений субстрат. Як тільки корінці проростків досягають довжини 2–3 см, їх обережно переносять на сітки, встановлені на кристалізаторах із водопровідною водою. Воду в кристалізаторах необхідно змінювати щодня. Через 8–12 днів, коли в рослин сформується кілька справжніх листків, а довжина коренів становитиме 5–7 см, найбільш вирівняні екземпляри відбирають для пересаджування в робочі посудини з поживними сумішами.

Метод пророщування у паперових рулонах дозволяє отримати чисте коріння без залишків субстрату та з мінімальним ризиком травмування під час садіння. Процес підготовки рулонів складається з таких кроків:

1. На зволожену половину аркуша звичайного паперу для письма розкладають наклюнуте насіння вздовж одного краю на відстані 0,5–1,0 см одне від одного та на 0,5 см від краю аркуша.
2. Зверху накладають наступний аркуш паперу і знову розкладають насіння за тією ж схемою. Процедуру повторюють кілька разів для отримання потрібного обсягу розсади.
3. Покривають останній шар насіння аркушем паперу, обережно згортають усі аркуші у щільний рулон і обв'язують його ниткою.
4. Рулон встановлюють вертикально у скляну посудину, куди наливають воду на 1–2 см нижче верхнього краю паперу, щоб волога піднімалася до насіння по капілярах.

У міру росту коріння рівень води в банці поступово знижують. Якщо потрібно прискорити розвиток проростків, після появи сходів звичайну воду в посудині замінюють розбавленим поживним розчином.

Для масової підготовки проростків злакових та зернобобових культур зручний модифікований рулонний метод. Набухле у воді насіння розкладають на зволожену паперову смугу завширшки 6–7 см і завдовжки до 20 см. Зерна орієнтують поперек смуги, спрямовуючи зародок до нижнього краю майбутнього рулону, з відступом 1–2 см від верхнього краю смуги. Потім стрічку скочують у трубку і ставлять вертикально в посудину з водою шаром 1–2 см.

Місткість рулонів залежить від розміру насіння вирощуваної культури:

Якщо проростки використовують на стадії першого листка, мінеральне живлення їм не потрібне. При тривалішому вирощуванні рослини переносять на поживний розчин у момент, коли коріння починає виходити з нижнього кінця рулону. Для цього використовують 2–3-кратну поживну суміш Кнопа. Розчин наливають тонким шаром, щоб не перекрити доступ кисню до коріння, і міняють кожні 2–3 дні. Щоб рівень розчину, що випаровується, залишався стабільним, використовують автоматичні поїлки з перевернутих колб із широкою горловиною з водою, встановлених на невеликі прокладки.

Садіння у вегетаційні посудини та догляд за рослинами

Для садіння у постійні посудини відбирають максимально вирівняні рослини з однаковою довжиною стебла, однаковою кількістю та довжиною коріння. Це гарантує порівнянність результатів досліду за всіма варіантами схеми.

• Довжина коріння при перенесенні на сітку — 2–3 см
• Довжина коріння для висаджування в посудини — 5–7 см
• Строк проріджування проростків — через 10–15 днів
• Ширина паперової смуги для рулонів — 6–7 см
• Висота шару розчину для касет — 3–5 см
• Концентрація суміші Кнопа для рулонів — 2–3-кратна

Закріпити рослини в посудинах можна кількома способами:

• У пробках із ватою. Відібрані рослини (по два екземпляри) обертають навколо насіння ватою і фіксують в отворах пробок. Через 10–15 днів проводять проріджування, залишаючи по одній найбільш типовій рослині на отвір.
• На поролонових сепараторах. Рослини розкладають поперек смуги поролону, яка вставляється у щілини рамки-сепаратора. Смуга за шириною має бути в 1,5 раза ширшою за щілину. Зернівки злаків повинні знаходитися нижче поролону (у повітряному прошарку над розчином), дводольні занурюють до сім'ядолей, а насіння гороху затискають безпосередньо в поролоні.
• У касетах. Цей спосіб ідеальний для дрібнонасіннєвих культур, а також середньо- та низькорослих злаків. Зібрану касету з трьома рядами рослин поміщають у деко з поживним розчином.

Регулярне оновлення поживного розчину забезпечує рослини елементами живлення у доступній формі та запобігає закисанню середовища. Заміну розчину проводять за графіком залежно від фази розвитку рослин:

Подальший догляд полягає у своєчасному проріджуванні (залишають суворо по одній рослині в гнізді) та підтримці високорослих культур. Для запобігання виляганню такі рослини підв'язують до спеціальних каркасів або паличок, жорстко закріплених у кришці або самій посудині.

Корінню рослин у водних культурах життєво необхідний кисень. Без примусової аерації коренева система швидко загниває, тому поживний розчин потрібно щодня продувати повітрям. Режим подачі кисню залежить від фази розвитку рослин.

• Час продування молодих рослин — 5 хв
• Час продування в період максимального росту — 10 хв
• Оптимальна швидкість подачі повітря — 2–3 бульбашки/с

Перед збиранням урожаю продування судин повністю припиняють. Технічно процес організовують через постійно закріплені в судинах трубки за допомогою автоматичних компресорів, а в невеликих дослідах — вручну за допомогою гумової груші.

У міру випаровування розчину в судини регулярно доливають дистильовану воду до мітки, щоб зберегти початкову концентрацію солей.

Контроль кислотності розчину та боротьба з хлорозом

Контролювати реакцію середовища в судинах необхідно 2–3 рази на тиждень за допомогою рН-метрів або індикаторного паперу. При сильному підкисленні або підлужуванні можна скоригувати pH, додаючи по краплях слабкий розчин кислоти або лугу, але практичніше повністю замінити поживну суміш. Для підтримання стабільного рівня рН 6,5 у розчин додають крейду.

Зсув реакції в лужний бік блокує засвоєння заліза, що призводить до хлорозу листя. Доступність різних хімічних форм заліза безпосередньо залежить від кислотності розчину:

Хелат заліза можна приготувати самостійно, змішавши хлористе залізо з трилоном Б (етилендіамінтетраацетатом натрію).

При перших ознаках хлорозу в рослин дійте за такою схемою:

1. Додайте в поживний розчин кілька крапель лимоннокислого заліза.
2. Якщо хлороз не зник, підготуйте тимчасовий лікувальний розчин сірчанокислого або хлористого заліза з розрахунку 1–2 г солі на 1 л води.
3. Перенесіть рослини в цей лікувальний розчин на 3–6 годин.
4. Поверніть рослини назад у вегетаційні судини.

Для боротьби зі шкідниками та хворобами в міру потреби використовують пестициди. Протягом вегетаційного періоду поживну суміш у судинах повністю змінюють 2–3 рази. Збирання та облік урожаю проводять за стандартною методикою, але при цьому в обов'язковому порядку враховують і масу коренів.