Практическая работа по дисциплине " Агрохимия"

1. Методы научных исследований в агрономии.

Каждая наука, опираясь на всеобщий диалектический метод научного познания, применяет целый комплекс присущих ей специальных, частных методов исследования, а также и те методы, которые используются другими науками. К ним относятся такие общие способы и приемы научного познания, как наблюдение и эксперимент, индукция и дедукция, анализ и синтез, обобщение и абстрагирование, гипотеза, моделирование, математические методы и многие другие.

Первоосновой, источником теоретических исследований служит наблюдение, опыт, а обобщение экспериментальных данных развивает теорию. В большинстве случаев эксперимент является единственно надежным способом решения поставленной задачи и контроля правильности теоретических выводов, основой познания и критерием истины.

Агрономическая наука при разработке теоретических основ и новых практических приемов повышения продуктивности растений пользуется общепринятыми приемами научного исследования — наблюдением и экспериментом (опытом), которые соответственно своеобразию объекта научной агрономии имеют специфические особенности и проводятся по определенной методике.

Наблюдения — это количественная или качественная регистрация интересующих исследователя сторон развития явления, констатация наличия того или иного его состояния, признака или свойства. Для наблюдения и регистрации тех или иных свойств или состояний явления применяют разнообразные средства измерений, вплоть до самых совершенных.

Мы можем наблюдать за засоренностью посевов, наличием в почве питательных веществ и влаги, морозостойкостью и засухоустойчивостью различных сортов, работой сельскохозяйственных машин и т. п. Во всех этих и подобных им случаях наблюдение дает нам количественную или качественную характеристику явления, но не вскрывает его сущности. В ряде случаев этого вполне достаточно для установления связи между отдельными явлениями, признаками или свойствами и позволяет предвидеть эти явления, а следовательно, в некоторых случаях оказывать на них определенное влияние. Однако чаще всего наблюдение в агрономии не является самостоятельным приемом исследования, а составляет важную часть более сложного метода исследования — эксперимента, который иногда называют активным наблюдением.

Используя данные наблюдений или опытов и сопоставляя между собой изменения двух или большего числа интересующих явлений, их признаков или свойств, мы можем установить между ними сопряженность, взаимоотношение. Такая взаимосвязь, или соотношение, носит название корреляции. Если при изменении одного явления в определенном направлении, например при увеличении осадков, в других явлениях, например урожаях, происходят изменения не совершенно беспорядочные, а также в определенном направлении — увеличиваются в засушливых районах или уменьшаются во влажных районах, то мы говорим, что между этими явлениями имеется корреляционная связь.

Корреляция может быть прямой, когда с увеличением одного из двух интересующих нас признаков наблюдается увеличение второго, и обратной, когда с увеличением одного признака другой уменьшается.

Установление корреляционных связей помогает вскрывать сущность явления, его причины, знание которых дает возможность управлять явлениями.

Эксперимент, опыт — это такое изучение, при котором исследователь искусственно вызывает явления или изменяет условия так чтобы лучше выяснить сущность явления, происхождение, причинность и взаимосвязь предметов и явлений. Опыт — ведущий метод исследования, включающий в себя наблюдения, корреляции, строгий учет измененных условий и учет результатов. Характернейшая черта и главная особенность любого точного научного опыта — его воспроизводимость.

Опыт лишь в редких случаях может быть применен как метод получения предварительных данных. Он почти всегда связан с предварительными наблюдениями, в результате которых создается та или иная гипотеза, которую исследователь и намеревается доказать с помощью опыта.

Наиболее характерной особенностью эксперимента, отличающей его от наблюдения и корреляции, является предварительный мысленный эксперимент, направленный на создание соответствующей обстановки опыта. Эта предварительная работа почти всегда самая трудная часть опыта, она требует от исследователя большой эрудиции и творческого воображения

В научной работе по полеводству, овощеводству и плодоводству используют в основном три специфических для агрономии метода исследования: лабораторный, вегетационный и полевой. Каждый из них имеет свои приемы исследования — наблюдения и эксперименты в условиях специальных лабораторий, вегетационных домиков, фитотронов и в естественной полевой обстановке. Общее для лабораторного и вегетационного методов состоит в том, что наблюдения и эксперименты проводят в искусственных, строго контролируемых условиях. Например, в настоящее время в лабораториях искусственного климата (фитотронах) стало возможным довольно точно определять воздействие отдельных факторов внешней среды и их различных сочетаний на рост и развитие растений. Наблюдения и эксперименты при полевом методе проводят в естественной полевой обстановке с многими непрерывно меняющимися независимо от экспериментатора условиями. Здесь внешние факторы воздействия на растения могут сочетаться самым различным и часто совершенно непредвиденным образом, а поэтому невозможно выделить и рассмотреть роль каждого фактора в отдельности. Так, урожай в полевом опыте является синтезом всех условий возделывания, он отражает и интегрирует действие всех внешних и внутренних факторов и их различных сочетаний. Поэтому, несмотря на внешнюю кажущуюся простоту, полевой метод исследования — наиболее сложный биологический метод познания жизни растения и его требований к условиям внешней среды. 

ЛАБОРАТОРНЫЙ МЕТОД

Лабораторные методы исследования, т. е. изучение культурных растений и условий их выращивания в специально оборудованных агрохимических, биохимических, цитологических, бактериологических и других видах лабораторий, широко применяются научной агрономией.

Лабораторные методы могут иметь самостоятельное значение, но чаще всего они являются составной и нередко очень важной частью более широких агрономических исследований.

В практике агрономических исследований, особенно при проведении полевых опытов, часто применяют лабораторные методы определения агрофизических и агрохимических свойств почвы, химического состава культурных растений и оценки качества урожая. В семеноведении широко используют лабораторный эксперимент для выяснения оптимальных условий прорастания семян, оценки влияния биологических свойств и качества семян на их всхожесть. Лабораторные опыты на прорастающих семенах и проростках растений используют в исследованиях с удобрениями, пестицидами и регуляторами роста.

ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. Не менее широко в растениеводстве применяют и вегетационный метод, при котором растения выращивают в вегетационных домиках, в специальных сосудах (почвенные, песчаные или водные культуры). В последние годы наряду с вегетационными домиками используют фотопериодические камеры, люминесцентные установки, а также фитотроны, в которых изучают влияние различных условий (продолжительность фотопериодов, спектральный состав, интенсивность света, температурный режим и другие) на жизненные процессы растений.

Для вегетационных опытов применяют самые разнообразные сосуды — стеклянные, глиняные, из оцинкованного железа, пластических и других материалов. В качестве субстрата для выращивания растений используют почву, песок или воду.

В зависимости от субстрата, на котором выращиваются растения, различают вегетационные опыты с почвенными, песчаными, водными и стерильными культурами.

ЛИЗИМЕТРИЧЕСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. Лизиметрический метод отличается от вегетационного тем, что исследование жизни растений и свойств почвы проводят в поле, в специальных лизиметрах, где почва отгорожена со всех сторон (с боков и снизу) от окружающей почвы и подпочвы. Основное условие, определяющее конструкцию лизиметра, — приспособления, позволяющие изучать просачивание воды и растворенных в ней веществ. Мощность слоя в лизиметре может варьировать в широких пределах — от глубины пахотного слоя до 1—2 м.

Лизиметрические опыты используют в земледелии, мелиорации, почвоведении, агрометеорологии, физиологии, агрохимии и селекции для выяснения таких вопросов, как водный баланс под различными сельскохозяйственными культурами, вымывание и перемещение питательных веществ атмосферными осадками и поливными водами, определение транспирационных коэффициентов в естественной обстановке и др.

В зависимости от способа наполнения почвой различают лизиметры с почвой естественного строения и лизиметры с насыпной почвой. Материалы, из которых изготовляют лизиметры, могут быть очень разнообразными- делают бетонные и кирпичные лизиметры объемом 1—2 м3 в расчете на длительное использование; металлические— с радиусом от 10 до 40—50 см и так называемые лизиметрические воронки диаметром 25—50 см. Могут быть и другие конструкции лизиметров.

В лизиметрах значительно легче вести учет влаги и питательных веществ в почве и растениях, растущих на ней. Однако полное отделение почвы в лизиметрах от нижележащих слоев ее создает в них, несомненно, иной питательный и водно-воздушный режим, чем в обычных полевых условиях.

ПОЛЕВОЙ МЕТОД

Особенность полевого опыта как важнейшего метода экспериментального изучения основных вопросов полеводства, отличающая его от других методов исследования (наблюдений, вегетационных и лизиметрических опытов), состоит в том, что культурное растение изучается вместе со всей совокупностью почвенных, климатических и агротехнических факторов, очень близких к производственным, или непосредственно в производственных условиях. Только полевой опыт может установить связь между урожаем и средствами воздействия на него. Кроме того, существует ряд вопросов, которые вообще не могут быть изучены вне полевой обстановки, вне полевого опыта, например система обработки почвы и ухода за растениями, севооборот, применение удобрений в севообороте, сочетание удобрений и гербицидов с другими агротехническими приемами, механизация уборки, урожайность различных сортов и т. д.

ВИДЫ ПОЛЕВЫХ ОПЫТОВ

Полевые опыты делятся на две большие группы: 1) агротехнические; 2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Основная задача агротехнических опытов — сравнительная объективная оценка действия различных факторов жизни, условий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай сельскохозяйственных культур и его качество.

К этой группе относятся, например, полевые опыты по изучению обработки почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева и т. д.

Опыты по сортоиспытанию, где сравниваются при одинаковых условиях генетически различные растения, служат для объективной оценки сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют в сельскохозяйственное производство.

По месту проведения подразделяют полевые опыты, заложенные на специально организованных и приспособленных для этих целей участках или опытных полях и полевые опыты, проведенные в производственной обстановке—в колхозах и совхозах на полях хозяйственных севооборотов.

Опыты называют единичными, если их закладывают в отдельных пунктах, независимых друг от друга, по различным схемам. Если полевые опыты одинакового содержания проводят одновременно по согласованным схемам и методикам в различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях, в масштабе страны, области или района, то их называют массовыми или географическими.

По длительности проведения полевые опыты разделяют на краткосрочные, многолетние и длительные. К краткосрочным относят опыты продолжительностью от 3 до 10 лет. Они могут быть нестационарными. Первые закладывают ежегодно по одной схеме с одной и той же культурой и повторяют во времени обычно 3 — 4 года. К многолетним - опыты 10-50 лет и длительные более 50 лет.

2. Расчёт доз удобрений.

Оптимизация минерального питания растений имеет большую значимость как в экономическом и экологическом аспектах. Определение оптимальных доз минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры является ключевой, наиболее сложной задачей агрохимии. Поскольку, определить реально необходимое количество элементов питания для получения планируемой определенной урожайности отдельных культур в севообороте или монокультуре практически невозможно в принципе из-за совокупного влияния широкого спектра варьирующих слабо прогнозируемых факторов. При определении (расчете) доз удобрений следует иметь в виду, что речь идет лишь о первом приближении к оптимальной дозе и оптимальному соотношению элементов питания. Доза (от греч. dosis) удобрения представляет собой количество элемента питания или вещества его содержащего для внесения на определенной площади или определенную массу почвы (субстрата). В России дозы минеральных удобрений принято выражать в кг/га, органические и мелиоративные удобрения в т/га. Дозы микроэлементов выражают также в г/га, г/т семян или г на гектарную норму посевного материала. Дозы элементов питания (несмотря на то, что в такой форме их в почве нет, и растения не потребляют) традиционно принято рассчитывать на элементы или оксиды: N, Р2O5, K2O, Са, Mg, S, B, Cu, Fe, Mo, Zn, Mn. При благоприятных экономических условиях ведения хозяйства, дозы органических и минеральных удобрений должны обеспечивать получение планируемых урожаев хорошего качества при одновременном повышении или сохранении достигнутого уровня плодородия почвы. В то же время в большинстве хозяйств не в состоянии соблюдать эти требования. Дозы удобрений и мелиорантов устанавливают экспериментально в полевых опытах или расчетными методами с последующей их проверкой в полевых условиях. Дозы микроэлементов определяют в основном по результатам полевых исследований. При определении доз минеральных удобрений учитывают планируемую урожайность и качество продукции, содержание доступных для растений элементов питания в почве, реакцию почвенной среды, климатические условия, биологические особенности сельскохозяйственных культур, последействие удобрений, рельеф полей и гранулометрический состав почвы. Для определения доз минеральных удобрений в РФ используются экспериментальные и расчетные методы: по результатам полевых опытов с применением поправочных коэффициентов на различие агрохимических свойств почвы в опытных учреждениях и условиях хозяйства; нормативные — по нормативам затрат элементов питания на получение единицы урожая или на прибавку урожая; балансовые — на основе сопоставления приходных статей баланса, главной из которых является количество элементов питания вносимых в почву с удобрениями и расходных статей, где преобладает вынос элементов питания урожаем. В агрохимической практике используются различные модификации балансовых методов довольно широкое распространение получили: расчет доз удобрений на планируемый урожай методом элементного баланса; на планируемую прибавку урожая, а также упрощенные методы с использованием коэффициентов возмещения выноса элементов питания урожаем, балансовых и других коэффициентов возмещения. К балансовым относятся также математические методы расчета, в которых для установления доз удобрений учитывается широкий спектр агрохимических, почвенно-климатических, экономических и экологических факторов. Дозы азотных, фосфорных, калийных удобрений и мелиорантов определяют экспериментально на основании полевых опытов или расчетными методами; дозы микроэлементов и органических удобрений в основном по результатам полевых исследований. Эффективность применения удобрений оценивают окупаемостью единицы (кг) вносимых удобрений прибавкой урожая, прибавкой урожая с единицы площади (га, м). Практика показывает, что наибольшая окупаемость прибавкой урожая единицы вносимых удобрений наблюдается при применении невысоких доз. Однако поскольку прибавка урожая единицы площади при внесении малых доз удобрений невелика затраты на их внесение могут не окупаться.