Підготовка та використання піщаного субстрату в агрохімічних дослідженнях

Підготовка піщаного субстрату для точних дослідів

Ґрунт через свою строкатість і високу поглинальну здатність не дозволяє створити суворо контрольовані умови для живлення рослин. Щоб обійти це обмеження, використовують метод піщаних культур. Він дозволяє точно оцінити вплив окремих елементів на обмін речовин і розвиток рослин, вивчити синергізм і антагонізм іонів, а також визначити точні коефіцієнти засвоєння елементів живлення. На відміну від ґрунту, у піщаному субстраті елементи розподіляються рівномірно, не зв'язуються фізико-хімічно і безпосередньо контактують з корінням.

• Діаметр частинок піску — 0,2–0,4 мм
• Вміст оксиду заліза — не більше 1 %
• Вміст оксиду алюмінію — 1–5 %
• Рівномірна вологість піску — у шарі 20–25 см

Як субстрат використовують дрібний кварцовий або білий річковий пісок, повністю очищений від органіки та мулистих домішок. За своїми фізичними властивостями він повинен бути близьким до ґрунту, щоб не заважати нормальному росту коріння. Хімічний склад піску залежить від його походження, але в будь-якому типі переважає оксид кремнію.

Для видалення сторонніх хімічних домішок і підготовки якісного субстрату пісок піддають обов'язковому обробітку перед закладанням досліду.

1. Промийте пісок водопровідною водою, щоб змити органічні залишки та найдрібніші частинки.
2. Злийте воду, залийте пісок соляною кислотою, накрийте посудини склом і залиште у вегетаційному будиночку.
3. Щодня перемішуйте пісок дерев'яними паличками протягом одного тижня.
4. Відмийте пісок від кислоти спочатку водопровідною, а потім дистильованою водою до зникнення реакції на хлор-іон (перевіряється сріблом AgNO₃).
5. Розкладіть пісок тонким шаром на візках і висушіть на повітрі.
6. Двічі просійте сухий матеріал: спочатку через сито з отворами 1 мм, а потім — 0,25 мм.

Вибір вегетаційних посудин і поживних сумішей

Для піщаних культур обирають нижчі посудини, ніж для ґрунтових. Капілярне підняття води в піску виражене слабко, тому стабільна вологість утримується тільки в шарі висотою 20–25 см. Якщо використовувати глибші посудини, верхній шар піску швидко пересохне. Для збільшення водоутримувальної здатності субстрату в нього додають дрібно потовчене скло або порошкоподібний сірчанокислий барій.

Щоб забезпечити нормальний розвиток рослин, у посудини вносять поживні суміші. До них висувають жорсткі вимоги: вони повинні містити всі необхідні елементи в легкозасвоюваній формі та підтримувати оптимальний pH середовища протягом усієї вегетації. Найсильніше на кислотність впливають азотні солі, оскільки азот споживається в найбільшій кількості. Для стабілізації реакції розчину азот і фосфор вводять у вигляді збалансованих спряжених пар.

Як працюють різні типи поживних сумішей

Під час постановки вегетаційних дослідів вибір поживної суміші визначає не тільки доступність елементів живлення, а й хімічну стабільність кореневої зони. Усі склади, що використовуються в агрохімії, поділяють на три основні типи залежно від їхнього впливу на кислотність субстрату. Розуміння цих механізмів допомагає точніше керувати живленням рослин в умовах закритого ґрунту та піщаних культур.

Перший тип сумішей базується на легкорозчинних солях, де хімічно кисла сіль KH2PO4 поєднується з фізіологічно лужною Ca(NO3)2. При вирощуванні рослин на такому середовищі показник pH неминуче зміщується в лужний бік. До цього типу належить більшість класичних рецептур, що використовуються в агрохімії та фізіології рослин, включаючи середовища Гельрігеля, Кнопа та Хоглєнда.

Другий тип поживних сумішей використовує KNO3 як слабко фізіологічно лужне джерело азоту і важкорозчинну сіль Fe3(PO4)2 як джерело фосфору. У процесі гідролізу фосфату заліза утворюється слабка основа і сильна ортофосфорна кислота, що нейтралізує підлужнення від нітратів. Наявність важкорозчинних солей (включаючи Ca3(PO4)2 та CaSO4) утримує концентрацію іонів у розчині на низькому, але постійному рівні за рахунок поступового розчинення осаду. Такий механізм ефективно імітує природні умови живлення рослин у ґрунтовому розчині.

Третій тип сумішей, розроблений вітчизняними агрохіміками, поєднує в собі легкорозчинні та важкорозчинні сполуки. За основу тут взято середовище Гельрігеля, в якому азот замінено на аміачну селітру NH4NO3, а фосфор внесено у вигляді фосфату кальцію CaHPO4·2H2O. Стабільність розчину забезпечується буферністю фосфату кальцію, гідролітичною кислотністю сульфату заліза Fe2(SO4)3, а також балансом між фізіологічною кислотністю амонійного азоту та лужністю нітратного.

Рецептури універсальних та спеціалізованих середовищ

Для проведення точних дослідів необхідно суворо дотримуватися дозувань компонентів при приготуванні розчинів або набиванні посудин. Нижче наведено перевірені склади універсальних середовищ, а також спеціалізовані рецептури для окремих сільськогосподарських культур.

• Доза азоту в середовищі Кнопа — 1,00 г/л Ca(NO3)2
• Доза азоту в середовищі Чирикова — 1,000 г/кг KNO3
• Фосфор у середовищі Бєлоусова — 0,36 г/кг KH2PO4
• Добавка СаСО3 для гречки — 55,5 мг/кг на 20-й день

Середовище Кнопа в модифікації Треймана (пшениця): 2,04 г/л (г/кг піску 3)2·4H2O; 0,431 – КNO3; 0,25 – КН2РО4; 0,12 – KCl; 0,51 – MgSO4·7H2O; 19,36 мг/л (мг/кг піску) FeCl3·6Н2О; 26,3 – MnSO4·5H2O; 13,2 – ZnSO4·7H2O; 1,96 – CuSO4·5H2O; 8,58 – Н3РО3; 0,126 – Na2MoO4·2H2O; 0,238 мг/л (мг/кг піску) СоSO4·7H2O.

Середовище Хоглэнда в модифікації Треймана (пшениця): 1,38 г/л (г/кг піску 3)2·4H2O; 0,78 – КNO3; 0,23 – NH4(Н2РО4); 0,51 г/л (г/кг піску) MgSO4·7H2O; 19,36 мг/л (мг/кг піску) FeCl3·6Н2О; 26,3 – MnSO4·5H2O; 13,2 – ZnSO4·7H2O; 1,96 – CuSO4·5H2O; 8,58 – Н3ВО3; 0,126 – Na2MoO4·2H2O; 0,238 – СоSO4·7H2O.

Середовище Прянішнікова в модифікації Треймана (пшениця): 0,480 г/кг піску NH4NO3;,0344 – СаН2РО4·2Н2О; 0,570 – KCl; 0,49 – MgSO4·7H2O; 0,688

– СаSO4·2H2O; 1,11 3)2·4H2O; 14,52 мг/кг піску FeCl3·6Н2О; 8,78 – MnSO4·5H2O; 6,60 – ZnSO4·7H2O; 1,180 – CuSO4·5H2O; 8,580 – Н3ВО3; 0,075 – Na2MoO4·2H2O; 0,143 мг/кг піску СоSO4·7H2O.

Розчини мікроелементів для універсальних поживних сумішей:

Розчин Браунора–Букача: 350 мг/л MnCl2·4H2O; 500 – Н3ВО3; 50 – ZnSO4·7H2O; 50 – CuSO4·5H2O; 50 – Al2(SO4)3·18H2O; 50 – NiSO4·7H2O; 50 – Со(NO3)2; 50 – TiO2; 25 25 – KBr; 25 – KJ; 25 мг/л SnCl2·2H2O. Додають по 1 мл цього розчину до кожного літра живильного розчину.

Розчин Бертло в модифікації Готре: 50 г/л Fe2(SO4)3; 2,0 – MnSO4; 0,5 – KCl; 50 – NiCl2; 50 – СоCl2; 200 – TiSO4; 100 – ZnSO4; 50 – CuSO4; 100 – ВеSO4; 50 – Н3ВО3; 50 г/л Н2SO4. До живильного розчину додають одну краплю цього розчину.

Розчин Хоглэнда і Снайдера (Розчин А-Z): готуються два розчини А і В сумішей мікроелементів. На 1 л живильного розчину вноситься по 1 мл кожного з цих розчинів. Для приготування розчину А на 18 л беруться такі кількості солей: 1,0 г Аl2(SO4)3; 0,5 – KJ; 0,5 – KBr; 1,0 – TiО2; 0,5 – SnCl2·2H2O; 0,5 – LiCl2; 7,0 – MnCl2·4H2O; 11,0 – Н3ВО3; 1,0 – ZnSO4·7H2O; 1,0 – CuSO4·5H2O; 1,0 NiSO4·6H2O; 1,0 г Со(NO3)2·6H2O. При приготуванні розчину В на 18 л вносять: 0,1 г As2О3; 0,5 – ВаCl2; 1,0 – СdCl2; 0,1 – Вi(NO3)2; 0,1 – Rb2SO4; 0,5 – К2С2О4; 0,5 – SrSO4; 0,1 – VCl3; 0,1 – KF; 0,1 0,1 – HgCl2; 0,425 – MoO2; 0,1 г H2SeO4.

При підборі серії посудин для тієї чи іншої схеми піщаних культур необхідно прагнути, щоб вони були приблизно однакової місткості та маси. Місткість посудин слід визначати за кількістю води, що вміщується в них. Допускається 1–2 % розбіжності між крайніми величинами тієї чи іншої серії посудин як за їхнім об'ємом, так і за масою. Щоб встановити однакову масу, посудини тарують битим склом. У найбільш важку посудину з відібраних для даного досліду поміщають 200–300 г попередньо вимитого і висушеного битого скла. Після цього посудини доводять до однієї маси додаванням шматочків скла. Дренажне скло зсувають до стінки гіркою, так щоб воно займало не більше 2/3 площі дна посудини, а потім накривають кружком марлі. У марлі роблять отвір, куди вставляють трубку для поливу. Трубку ставлять у гірку дренажу, а марлю розправляють так, щоб вона закривала дренажне скло і частину вільного дна посудини (рис. 94; Шестаков А.Г., 1954).

Поживну суміш вносять із розрахунку на 1 кг піску. Склад сумішей визначається біологічними особливостями дослідних рослин і завданням дослідження. Усі розчинні у воді солі вносяться в піщані культури у вигляді розчинів. Нерозчинні – у вигляді розтертих у порошок наважок.

Рис. 94. Дренаж у вегетаційних посудинах

На поліетиленову плівку або в таз висипають відміряну кількість піску, додають елементи живлення, ретельно перемішують, зволожують до 60 % від ПВГ (повної вологоємності) і поміщають усе в підготовлену посудину. Повна вологоємність повинна бути визначена заздалегідь. Річковий пісок із розміром часток 0,5–0,7 мм має вологоємність 25 %. На 1 кг сухого піску беруть 150 мл води, що становить 60 % повної вологоємності, об'єм розчинів поживної суміші повинен входити в об'єм розрахованої води. Набивається посудина піском щільно, поверхня піску не повинна на 2–4 см доходити до країв посудини. Після набивання на стінку посудини наклеюється відповідна етикетка. Посудина ставиться на своє місце і покривається аркушем картону.

Сівба в піщаних культурах проводиться як пророщеним, так і сухим насінням. Перед сівбою насіння поверхня піску в посудинах вирівнюється, зволожується, шаблонами робляться лунки для насіння. Число і глибина лунок залежать від розміру насіння та кількості рослин, що залишаються в посудині. Зазвичай насіння висаджується у 1,5–2 рази більше, ніж залишається після проріджування.

Після сівби посудини вкриваються картоном або ставляться у затінене місце до появи сходів. Посудини щодня вранці та ввечері поливаються з розрахунку 50–100 мл води. Після появи сходів посудини виставляються у відкрите місце і знімається з їхньої поверхні картон.

Іноді трапляється, що число насіння, яке зійшло в посудині, менше тієї кількості, яку намічено залишити після проріджування. У таких випадках необхідно проводити підсаджування рослин. Рослини для підсаджування повинні бути такого ж віку і розвитку, що й ті, які ростуть у посудині. Найкраще для цих цілей закладати дослід з додатковою повторністю.

На 5–6 день після появи сходів посудини зважують, рослини поливають водою, при цьому кількість води не повинна перевищувати 15 % від маси піску. У період інтенсивного росту рослин полив проводиться два рази на добу і вологість піску підтримується на рівні 16–17 % від маси піску, що відповідає 70 % від повної вологоємності піску.

Щоб отримати достовірні результати у вегетаційному досліді, важливо вчасно сформувати оптимальну густоту стояння рослин. Проріджування починають, коли сіянці переходять з живлення за рахунок запасів насіння на споживання елементів із зовнішнього середовища. У цей момент у посудинах залишають суворо визначену кількість рівномірно розподілених рослин.

Кількість рослин, що залишаються після проріджування, залежить від об'єму вегетаційної посудини та біологічних особливостей культури. Для стандартних посудин діаметром 25 см передбачені конкретні норми щільності. Великі культури вирощують в індивідуальному режимі.

Такі великі культури, як картопля, цукровий буряк, кукурудза, виноград і бавовник, потребують більшої площі живлення. Їх вирощують у ємностях збільшеного розміру. Після проріджування в кожній посудині залишають усього по одній рослині — аналогічно методиці ведення ґрунтових культур.

Для високостеблових рослин під час проріджування обов'язково встановлюють підтримуючі каркаси. Ці конструкції допомагають стеблам зберігати суворо вертикальне положення в міру росту. Крім того, всі посудини в досліді необхідно щодня міняти місцями під час поливу.

Спостереження в період вегетації та збирання врожаю

З моменту появи сходів за рослинами ведуть безперервне спостереження. У журналі досліду фіксують динаміку розвитку: вимірюють висоту, підраховують кількість листків і відзначають дати настання фенологічних фаз. Якщо рослини в різних посудинах дозрівають нерівномірно, їхнє збирання проводять також у різний час, у міру настання стиглості.

• Діаметр стандартної посудини — 25 см
• Припинення поливу до збирання — за 3–5 днів
• Висота зрізу стебел — 1–2 см

Збирання врожаю та підготовку проб до аналізу виконують у суворій послідовності. Це дозволяє уникнути втрати біомаси та точно оцінити вплив поживного середовища на розвиток органів рослини. Усі отримані дані фіксують для подальших розрахунків.

1. Припиніть полив вегетаційних посудин за 3–5 днів до запланованого збирання врожаю.
2. Зріжте надземну масу ножицями на відстані 1–2 см від поверхні піщаного субстрату.
3. Звільніть кореневу систему від піску, акуратно відмивши її водою на ситі.
4. Висушіть надземні органи та корені рослин, зважте їх і відправте суху масу на хімічний аналіз для визначення вмісту елементів живлення.