1.3 Техника закладки и проведения вегетационных опытов

Сущность вегетационного опыта заключается в том, что растения выращиваются в сосудах и контролируемых условиях. Экспериментальной единицей служит сосуд из пластмассы, оцинкованного или эмалированного железа, стекла или глины, заполняемый почвой, песком, торфом или их смесями. В качестве субстрата используют также перлит, гравий, воду в сочетании с питательной смесью и другие материалы. Сосуды размещают на столах или вагонетках под стеклом или пленкой в специальных сооружениях, называемых вегетационными домиками. Для однородности освещения сосуды ежедневно меняют местами, а в дневные часы при ясной и теплой погоде вагонетки с сосудами выкатывают на открытый воздух под сетку.

В условиях вегетационного опыта создается возможность более строгого учета влияния влажности, освещения, температуры и питательных веществ на рост и развитие растений. В вегетационных домиках, где прозрачную крышу заменяет металлический каркас с сеткой, используют сосуды с перфорированным дном и поддонниками. Дренажную и атмосферную воду, накапливаемую в поддоннике, используют для полива. Проведение исследований в сосудах на открытом воздухе возможно лишь в теплый сезон или в условиях субтропического климата.

Для зимующих плодовых, ягодных, цветочных и других культур ставят вегетационно-полевые опыты, как в сосудах без дна, так и с полностью закрытой корневой системой.

Впервые метод выращивания растений на растворах химически чистых солей был введен в практику в 1859 г. немецким ученым В. Кнопом. Развитие и совершенствование вегетационного опыта тесно связано с исследованиями Ж. Б. Буссенго, Е. А. Мичерлиха, Гельригеля, К. А. Тимирязева, Д. Н. Прянишникова, А. Г. Дояренко, К. К. Гедройца и других ученых. Толчком к широкому внедрению водной, а точнее, водно-гравийной культуры (гидропоники) в производство послужили успешные пилотные испытания У. Герике (США) в 1929 г. Составной частью передовых технологий является автоматизированная система как полива, так и фертигации (сочетания полива с внесением удобрения). По данным Международного центра богарного земледелия (ICARDA), 1 т воды в условиях поля, теплицы и гидропоники обеспечивает урожайность томатов соответственно 4, 17 и 45 кг.

Наиболее распространенным видом вегетационного опыта является почвенная культура. Размер сосуда должен обеспечить нормальные условия для роста и развития корневой системы опытного растения. Для культур сплошного способа посева выбирают сосуды 15 х 20 см (20 х 20 см), для пропашных -- 25 х 30 см (30 х 30 см). В качестве дренажана дно сосуда помещают 200...300 г битого стекла под углом 30°. Этим же стеклом сосуды тарируют, т. е. доводят до одинаковой массы. Поверху дренажа укладывают марлевый кружок, превышающий диаметр сосуда на 2...3 см. Кружок «примазывают» увлажненным кварцевым песком (15 мл воды на 100 г песка) в количестве 300...500 г. Сосуды заполняют физически спелой почвой пахотного горизонта, отобранной весной, или смесями торфа и песка с почвой. В целях повышения однородности почву тщательно перемешивают и просеивают через сито с диаметром отверстий 3 мм. Далее для каждого сосуда готовят свой субстрат: добавляют необходимые ингредиенты (удобрения и мелиоранты) и тщательно перемешивают. Подготовленным субстратом набивают сосуд при равномерном уплотнении и сохранении вертикального положения трубки для полива, размещенной на расстоянии 1... 1,5 см от стенок сосуда. Влажность почвы в сосуде доводят до 60 % от полной влагоемкости (ПВ). В целях снижения испаряемости воды и предупреждения образования корки поверхность почвы присыпают песком в количестве 200 г, а после посева семян добавляют еще 200...400 г.

В зависимости от вида растения и качества субстрата дозы удобрений варьируют в пределах по действующему веществу (д.в.) от 0,35 до 0,75 г для азота (N) и от 0,3 до 0,5 г для фосфора (Р₂0₅) и калия (К₂0) на сосуд.

Посев проводят пророщенными семенами, предварительно протравленными, например, в 1%-ном растворе формалина. Семена, тщательно промытые водой, расстилают тонким слоем на эмалированных противнях, прикрывают стеклом и проращивают при температуре 20...25°С. Наклюнувшиеся, одинаковые по размеру семена отбирают пинцетом и помещают в лунки, заранее подготовленные по трафарету из картона, на глубину 0,5... 2 см в зависимости от размера семян и присыпают песком. Высевают двойную норму семян по отношению к оптимальной, а на стадии всходов растения прореживают в два-три приема. В сосуде диаметром 15 см оставляют 20...25 растений зерновых культур, 10... 15 растений гороха (гречихи) и 35...40 растений льна (одинаковое число по сосудам). Для посева корнеплодов и других крупных растений, выращиваемых в больших сосудах, берут 10 наклюнувшихся семян и после прореживания оставляют по одному растению в центре сосуда.

В целях предупреждения полегания и ломки стеблей изготавливают проволочные каркасы -- подпорки. Если в плане предусмотрены подкормки, то их совмещают с поливом, причем часть дозы вносят на дно сосуда через поливную трубку. Поливают ежедневно в утренние или вечерние часы отстоянной водопроводной водой, а при строгом учете pH -- дистиллированной. Для контроля поливной нормы массу подготовленных сосудов вычисляют из расчета оптимального увлажнения субстрата: 60... 70 % ПВ. Например, ПВ = 50 %, оптимальная влажность для опытных растений составляет 60 % ПВ, тогда масса воды должна составить 30 % от массы абсолютно сухой почвы: 50 * 60/100 = 30 %. В сосуд было насыпано 8 кг почвы при влажности 18 %, тогда масса абсолютно сухой почвы в нем будет равна: 8000-100/118 = 6780. Для увлажнения этой почвы до 30 % потребуется: 6780 -30/100 = 2034 г воды. Масса тарированного сосуда до набивки составляла 2016 г; масса песка, добавленного снизу при набивке и сверху после посева, -- 425 г; масса воды для его увлажнения -- 425 * 15/100 = 64 г (15 мл воды на 100 г песка); масса каркаса -- 39 г. Окончательная масса сосуда в данном примере должна составить: 2016 + 425 + 64 + + 6780 + 2034 + 39 = 11 358 г. Эту цифру фиксируют на этикетке сосуда для того, чтобы контролировать нормы последующих поливов.

Уборку проводят в фазе полной спелости (в фазе бутонизации-цветения, если оценивают зеленую массу) путем срезания растений ножницами. После просушки в индивидуальных пакетах взвешивают общую массу растений, а после обмолота -- семена.

Две другие модификации вегетационного метода -- водную и песчаную культуру используют в научном исследовании со второй половины XIX в. Они имеют первостепенное значение для изучения вопросов корневого питания растений. Субстратами служат кварцевый песок и дистиллированная вода, обогащенные питательными смесями.

При выращивании растений, чувствительных к кислой реакции среды, необходимо заменять КН₂Р0₄ на К₂НР0₄. Это позволяет повысить pH до 5...6. Смесь Кнопа имеет благоприятную реакцию среды и высокую концентрацию питательных веществ, что отвечает требованиям интенсивной культуры. Смесь Прянишникова характеризуется узким интервалом рН и считается универсальным.

Смесь Гельригеля -- наиболее универсальна. Если техника постановки и проведения опытов с почвенной и песчаной культурой практически не различается, то более сложная водная культура имеет свою специфику. Сосуды для выращивания растений представляют собой широкогорлые стеклянные банки вместимостью от 4 до 8 л и более. Стебли растений проходят через отверстия в пробке сосуда, которая имеет диаметр не менее 1,5...2 см. Нижний диаметр пробки равен внутреннему, а верхний -- внешнему диаметру сосуда. Из двух центральных отверстий одно занимает подпорка каркаса, а другое -- стеклянная трубка, через которую продувают воздух. Для предупреждения перегрева солнцем, а также проникновения света и, как следствие, развития водорослей на сосуды надевают двойные хлопчатобумажные чехлы с черной прокладкой, затягиваемые над пробкой тесьмой.

Сосуды на три четверти заполняют дистиллированной водой, вносят пипеткой или мерным цилиндром необходимое количество питательной смеси и доводят до уровня на 1 см ниже внутренней поверхности пробки. Семена проращивают на песке. Затем высаживают на парафинированную марлевую сетку, размещенную в кристаллизаторе вместимостью 1... 1,5 л. Кристаллизатор заранее заполняют чистой водопроводной водой или разбавленной до 1/10...1/5 питательной смесью. Через 1..Л,5 нед проростки достигают высоты 5...7 см при длине корешков 6...7 см. При пересадке в сосуды проростки опоясывают ватой вокруг семени и укрепляют в отверстиях пробки. Уход за растениями включает прореживание и ежедневное 5... 10-минутное продувание воздухом для снабжения корней кислородом. По мере испарения раствора в сосуды доливают дистиллированную воду. При выращивании корнеплодов уровень воды постепенно снижают. Питательный раствор полностью меняют 3...4 раза за вегетацию. Урожай водной культуры включает надземную и корневую массу.