Спеціальні методи досліджень

До спеціальних методів досліджень наукової агрономії відносять лабораторний, вегетаційний, лізиметричний, вегетаційно-польовий, польовий, експедиційний. Кожний з них використовують у поєднанні зі спеціальними та загальнонауковими методами.

Лабораторний метод базується на певних методиках спеціальних дисциплін. Його застосовують для аналізу рослин та їх середовища в лабораторних умовах з метою вивчення взаємодії між рослиною та умовами навколишнього середовища, оцінки якості врожаю, вивчення в рослинах обміну речовин, визначення фізичних, хімічних та мікробіологічних властивостей ґрунту тощо (рис. 2.2).

За допомогою хімічних аналізів ґрунту в лабораторних умовах визначають забезпеченість різних ґрунтів основ­ними елементами живлення після попередників, обробітку ґрунту, систем удобрення тощо. Установлюють у рослинах вміст макро- та мікроелементів, масу рослин, і зробивши розрахунки, можна одержати дані про винесен­ня з ґрунту поживних елементів культурами. Визначення вологості ґрунту, вмісту в ньому насіння бур'янів, їх кореневищ та кореневих паростків, дослідження структури та інших фізико-хімічних властивостей ґрунту дає уяву про його окультуреність, придатність для вирощування сільськогосподарських культур. За допомогою пророщування посівного матеріалу у термостатах визначають схожість насіння рослин та ін. Лабораторний метод передбачає не лише детальні аналізи, а й об'єктивний і всебічний синтез результатів досліджень з подальшою перевіркою пропозицій на практиці.

У роки з надмірною кількістю опадів вміст цукру у буряках може значно знижуватися, про що свідчать результати лабораторних аналізів. Однак це не означає, що збільшення кількості опадів обов'язково спричинює погіршення якості цукрових буряків. При цьому треба всебічно проана­лізувати інші фактори життя рослин, зокрема поживний, повітряний та температурний режими ґрунту, поліпшення яких при збільшенні кількості атмосферних опадів запобігатиме погіршенню якості врожаю.

Без лабораторного методу дослідження не можна проводити майже всі вегетаційні та польові досліди. Наприклад, без лабораторних аналізів не можна обійтися при виборі земельних площ для досліду, його плануванні і проведенні.

Вегетаційний метод — дослідження рослин, які виро­щують у спеціальних

скляних будиночках з контрольованими умовами життєзабезпечення. Для багаторічних рослин дослідження можуть тривати кілька років. Основна мета вегетаційного методу полягає в тому, щоб вивчити значення окремих факторів життя рослин, суть процесів, що відбуваються в них, ґрунті та у системі „ґрунт — рослина” (рис. 2.3).

Вегетаційний метод дає змогу підтримувати у межах запланованих дослідом різні умови — вологість, забезпечення поживними речовинами, рН розчину, освітлення, температуру тощо. Завдяки вегетаційному методу було досліджено багато питань агрономічної науки: доступність рослинам фосфору з фосфоритного борошна; необхідність безпосереднього контакту кореневої системи, яка засвоює фосфорит, із самим добривом; роль бульбочкових бактерій у засвоєнні азоту бобовими рослинами з повітря; значення гною як джерела вуглекислоти для рослин. Вегетаційний метод часто використовують разом з польовим для аналізу і синтезу дії факторів.

Дуже ефективним виявився вегетаційний метод для вивчення впливу різних зовнішніх факторів на мінеральне живлення рослин та обмін речовин у них, для дослідження залежності росту рослин від температури прикореневої зони й повітря. За допомогою вегетаційного методу вив­чають роль води у живленні рослин, явище фотоперіодизму, інтенсивність освітлення, тривалість світлового дня тощо. У вегетаційних будиночках можна порівнювати родючість різних ґрунтів і ефективність вирощування на них куль­тур за однакових умов.

Вегетаційний метод має ряд недоліків. Так, у вегетаційних посудинах немає всіх шарів ґрунту, які є у полі, немає підґрунтя, що змінює гідрологічні умови дослідження. Поживним субстратом у вегетаційних дослідах є пісок, вода, гравій тощо, тому цей метод не відповідає на питання, як буде впливати той чи інший фактор на врожайність культур у польових умовах. Одним з недоліків є також значні матеріальні затрати на спорудження вегетаційних будинків та їх обладнання. Проте вегетаційний метод дає змогу точніше моделювати різні умови середовища і виявляти кращі з них для сільськогосподарських рослин. За висловленням Д.М. Прянишникова, вегетаційний метод більш точний, але менш реальний для безпосереднього впровадження його результатів у виробництво; польовий метод, навпаки, менш точний, але більш реальний. Тому ці методи й доповнюють один одного.

Лізиметричний метод досліджень за рослинами і властивостями ґрунту застосовують у польових умовах. За цим методом вивчають баланс вологи й елементів живлення в ґрунті. Такі дослідження проводять у дуже великих посудинах — лізиметрах, які з усіх боків відділені від ґрунту. За будовою, розмірами і метою використання лізиметри досить різноманітні, але у дні кожного виду є отвір, через який збирають промивну воду для хімічних аналізів.

Залежно від мети досліджень, виду рослин товща ґрунту в лізиметрах може коливатися від 0,25 до 2 м (найчастіше 1,0-1,5 м). За способом наповнення ґрунтом розрізняють два типи лізиметрів: з насипним ґрунтом, коли порушується його природна будова, і зі збереженням будови ґрунту, якщо у лізиметр вкладають моноліт ґрунту. У насипні лізиметри ґрунт насипають пошарово, просіваючи, змішуючи й ущільнюючи його до природного стану. Залежно від завдання досліду лізиметри можуть бути зайняті рослинами або без рослин.

За використанням будівельного матеріалу лізиметри можуть бути бетонними з об'ємом на 1-2 м³ ґрунту або металевими з діаметром 20-100 см. Іноді для лізиметрів використовують дерево або пластичні матеріали.

Щоб зручніше збирати промивні води, під лізиметрами обладнують освітленим коридором і кімнатою (рис. 2.4). Для періодичного зважування рідини у лізиметрах роблять спеціальні отвори або перехідні кільця. Деякі лізиметри мають невеликі резервуари, які обладнані системою відсмоктування рідини (рис. 2.5). Щоб зручніше їх обслуговувати, незалежно від конструкції лізиметри розміщують окремими групами біля лабораторій.

За лізиметричним методом вивчають такі питання: алелопатичні відносини між рослинами в природних і штучних ценозах; промивання атмосферних опадів, склад води, що фільтрується через ґрунт; вимивання мінеральних солей з ґрунту і добрив; транспірація та випаровування вологи ґрунтом, водопроникність ґрунту тощо.

Не зважаючи на те, що лізиметричні дослідження проводять під відкритим небом, їх умови повністю не відповідають польовим. Тому для усунення цього недо­ліку поряд з ним використовують вегетаційно-польовий метод.

Вегетаційно-польовий метод — дослідження рослин без­посередньо у полі в металевих посудинах без дна (у ци­ліндрах). Цей метод є проміжним між вегетаційним і по­льовим.

У таких циліндрах ґрунт відокремлюється лише збоку, а знизу він контактує з ґрунтом поля або підґрунтям до­сліджуваної площі. Такі циліндри встановлюють як на спеціально підготовлених площах, так і безпосередньо у полях сівозмін, де вирощують певні культури на різних агрофонах, створені різні агрофітоценози, на ґрунтах, що різняться за типом, на площах з різною експозицією та крутизною схилів тощо.

Металеві (або інші) циліндри закопують у ґрунт на глибину від 30 до 100 см так, щоб вони виступали над поверхнею ґрунту на 10 см. Повторність таких дослідів має бути, як мінімум, трикратною. У контрольних варіантах створюють такі ж умови, як і в полі, де установлюють лізиметри.

За допомогою цього методу вивчають ефективність добрив, родючість окремих генетичних горизонтів ґрунту, моде­люють умови ґрунтового середовища. Для цього у цилінд­ри залежно від варіантів досліду вносять різні елементи живлення в певних дозах і співвідношеннях, створю­ють різну реакцію ґрунтового розчину, регулюють щільність ґрунту тощо. Разом з тим у циліндри можна висі­вати різні культури у чистому вигляді і в сумішках, змінювати норму висіву або глибину загортання насіння, режим живлення рослин протягом вегетації та ін.

Для моделювання необхідних умов ґрунтового середовища вегетаційно-польовий метод використовують також у селекційній роботі, агрометеорології, землеробстві, рослинництві. Пересувні кліматичні камери з поліетиленових плівок, які дозволяють регулювати температуру повітря і його вологість, дають можливість моделювати різні погодні умови і навіть клімат відповідно до фаз росту і розвитку рослин, сприяють зменшенню негативного впливу різних природних умов на формування врожаю.

Польовий дослід є основним методом проведення досліджень у науковій агрономії. Саме за його допомогою можна поєднати теоретичні дослідження з їх практичним застосуванням: розробляти рекомендації щодо вдосконалення окремих елементів техноло­гій вирощування сільськогосподарських культур і запровадження у сільськогосподарське виробництво нових сортів і гібридів.

Основне завдання польового методу — виявлення достовірних різниць між варіантами досліду, кількісна оцін­ка впливу факторів життя на врожайність рослин та якість продукції.

Майже всі наукові проблеми агрономічної науки вирі­шуються за допомогою польового методу досліджень. У землеробстві він полягає у визначенні оптимальної глибини, строків і способі обробітку ґрунту, методів регулювання поживного режиму ґрунту, боротьбі з бур’янами, попередників; в рослинництві, овочівництві, плодівництві та ін. — у розробці технологій вирощування культур, агрохімії — ефектив­ності органічних та мінеральних добрив, заходи меліорації ґрунтів, селекції – виведенні нових сортів і гібриди та ін. Для цього в агрономії використовують різні види польових дослідів.

Польові досліди проводять у наукових установах і в умовах виробництва. На підставі енергетичної та економіч­ної оцінки ефективності досліджуваних варіантів приймається рішення щодо впровадження кращих з них у виробництво.

Ефективність польового досліду значною мірою збільшується при поєднанні з іншими методами, вибір яких визначається програмою досліджень. Крім спеціальних методів агрономічних досліджень, застосовують і інші, які базуються на окремих спостереженнях та їх узагальненнях.

Наприклад, експедиційний метод досліджень застосовують для вивчення й узагальнення агрономічних питань безпосередньо у виробництві за допомогою обстежень полів і посівів культур, які на них вирощують.

Під час експедиційних досліджень можна виявити ступінь поширення злісних і карантинних бур'янів, хвороб та шкідників сільсь­когосподарських культур, доцільну структуру посівних площ, кращі попередники, найбільш раціональні сівозміни, перспективні сорти і гібриди сільськогосподарських культур для вирощування в конкретних господарствах, районі або певному ґрунтово-кліматичному регіоні.

Експедиційний метод застосовують також для досліджень ґрунту, для чого копають їх розрізи, описують, беруть зразки для фізико-хімічних аналізів. За допомогою геологічних бурів визначають рівень залягання ґрунтових вод, що має велике значення для вивчення гідрологічних умов полів і сівозмін. Постійно або періодично проводять такі дослідження спеціалісти наукових установ, які обслуговують певний регіон чи зону, вчені з навчальних закладів, спеціалісти керівних установ або господарств.

Для визначення ефективності того чи іншого агрозаходу при експедиційних дослідженнях визначають урожайність сільськогосподарських культур з урахуванням якості продукції. Врожайність за попередні роки береться з річних звітів господарств. Зібрані дані коригують відповідно до погодних умов за відповідні роки - температури та вологості повітря, атмосферних опадів, температури ґрунту тощо. Для детальнішого аналізу такої залежності користуються методами математичної статистики.

Дані про родючість ґрунту, вміст у ньому поживних елементів можна взяти у господарствах з книги історії полів або під час експедицій відібрати ґрунтові зразки і проаналізувати їх у хімічних лабораторіях.

Зібраний матеріал аналізують, математично обробляють і узагальнюють. Результати досліджень публікують у науковій літературі або в періодичній пресі відповідних районів та областей.