盆栽实验

实验八盆栽试验

培养试验是将生长介质置于特制容器中在温室、网室或人工气候箱等设施中在人工模拟、人为控制条件下进行的植物栽培试验。由于能严格控制水分、养分、甚至温度、光照等条件，因而有利于精密测定试验因素的效应。培养试验种类很多，有盆栽试验、框栽试验、幼苗试验和耗竭试验等。某些有特殊要求的还可采用分根培养试验、流动培养试验、无菌培养试验、渗滤水研究法等技术。培养试验中最常用的盆栽试验是利用各种特制的盆钵进行的植物栽培试验，根据盆钵的生长介质又可分为土培、砂培和水培等多种方法。

培养试验实质上是一个模拟试验，由于生长环境与田间有很大差别因此所得结果不能直接应用于大田，多用于植物营养、土壤养分等机理性研究及探索性研究。

砂培试验

一、砂培试验特点

砂培试验是以砂粒作为植物生长固体介质，以营养液作为植物养分来源的盆栽试验，是介于土培和水培之间的试验方法。砂培试验通气性比水培好，不需打气，铁盐不会像水培那样沉积于容器底部，而是沉积在砂粒表面，根系仍可吸收，因此植物不易发生缺铁失绿症，对重金属离子如Cu、Zn、Pb、Ni的忍耐力也比水培高10倍，甚至数百倍，但是砂培试验需要以灌溉方式补充养分和水分，因此肥水管理比水培麻烦，砂培根际与离根际渐远的介质问的养分浓度及pH值差异因砂子扩散慢而显得比水培大，因此在砂培中难以严格控制营养元素的浓度、比例及pH值。砂粒本身含有很多杂质，较难净化，尤其是对于微量元素试验，净化难度更大。砂培试验多用于研究植物根系对养分、特别是难溶性养分如磷矿粉中磷素营养的利用能力，根系分泌物对植物生长的影响等课题。不适于植物营养浓度试验及某些微量元素缺素症试验。

二、砂培试验的实施

(一)砂子准备

砂培用砂子可用普通河砂、石英砂，但以石英砂为好。砂子太大太小都不好，大砂粒通气性好，但持水性差，小砂粒持水性好，通气性差，一般砂培试验宜用粒经0.2—lmm砂粒，以保持砂层表面湿润。如用滴液法补充营养液，则砂粒直径以0.5—2mm为好，以保证砂子有一定的透水性。

大量元素试验用砂粒先用自来水反复冲洗除去泥土和有机物，洗清后再用雨水或蒸馏水冲洗、烘干备用。纯石英砂含有钙质，钙有干扰的试验必须去钙，方法为将石英砂先在 3%稀盐酸中浸泡一星期，用自来水洗清后，再用蒸馏水洗至无氯离子反应为止。经酸处理过的砂子使用前一定要用营养液反复浸洗，直至浸出液pH值24小时变化不大，以免砂粒表面吸附的氢离子对作物的危害。作微量元素试验的砂子通常用自来水洗净后，再用 15%—18%的盐酸和1%草酸混合液，0.8—1.1巴压力蒸汽处理，然后用蒸馏水洗至无氯离子反应，再用营养液多次浸洗至pH值24小时变化不大。

(二)盆钵准备砂培盆钵大多带有排水孔，以便排水通气，无孔盆湿度调节与土培法相同。

砂培盆钵质量要求比土培高，一般采用涂釉陶瓷盆、搪瓷金属盆和玻璃盆，不宜使用无釉陶土盆，以免营养液中氮磷养分渗入盆壁及盆壁中钙钾元素渗入营养液，微量元素试验可用塑料盆钵。盆钵洗涤方法与砂子相同，塑料盆钵不用去钙。

(三)营养液砂培营养液与水培营养液基本相同。由于养分在砂粒中扩散比溶液慢，因此浓度常比水培高。一些固体沉淀物如磁铁矿、磷酸铁、氢氧化铁等都可作砂培的铁源，CaCO3可减免铵的毒害。砂培营养液中，水溶性盐类可先制成贮备液，以溶液状态施入砂中，非水溶性盐类如磷矿粉等则以固体状态施入砂中。

(四)吸附剂砂粒离子交换量小，有些试验需加入交换量大的材料如沸石、合成树脂等离子吸附剂以加强培养介质的养分吸附能力。吸附剂使用前应先置于一定浓度养分离子中振荡，或连续淋洗，使其为相应离子饱和，然后按砂量0.2%—0.45%加入，经过适当处理的粘土、浮石、泥炭、活性炭、硅胶、硅酸钠、胶性氢氧化铁等都可用作离子吸附剂。

(五)装盆和播种砂培试验装盆时，盆底排水孔周围应放置一些石英砾，再用玻璃棉或橡皮塞塞住排水孔后再装砂，以便排液及避免砂粒流出。装砂时盆底先装一层粒径2—5毫米的粗砂，上面再装普通砂，盆上沿空出2—3厘米，以便浇灌营养液。若用无孔盆砂培，先在盆底放置排水物，再在盆外将营养物质拌入砂中，先拌固体盐类，再加营养液，拌匀后加适量水再拌，以维持砂粒一定湿度，然后装入盆中。注意各盆加水量包括营养液水量必须相同。

砂培植物多用直播，也可移栽。直播可用催芽或未催芽消毒种子，每盆播种量比定苗数多2—3倍以上，播种后用塑料薄膜包盖，以保湿发芽，发芽后2星期左右开始间苗，最后定苗，移植育苗工作与水培相同。

(六)管理砂培试验管理内容主要是通过灌溉供给植物水分和养分，灌溉方法有砂面灌溉法和底部灌溉法两种方式。砂面灌溉法营养液自砂面向下流动，饱和后水分从底部流入贮液容器，这种灌溉方法的自动灌溉装置如图8—1所示。

这种装置的每次浇灌量由输液瓶大小控制，灌溉时压缩空气进入输液瓶，止回阀中玻璃珠往下压，防止溶液流向贮液瓶，输液瓶内营养液由导管上升至塑料喷管，从砂面浇灌，溶液向下渗透，多余溶液经排液管流入贮液瓶，当输

液瓶变空时，阀门切断压缩空气，灌溉结束，此时止回阀内玻璃珠因输液瓶压力降低而上弹，因止回阀上端呈锯齿状，溶液可以通过，所以贮液瓶中的营养液就灌进输液瓶。

底部灌溉法溶液自盆底向上渗透，底部灌溉自动装置如图8—2所示。

当压缩空气定时通入输液瓶时，输液瓶内营养液由砂培容器底部上升至砂层表面，图中压缩空气溢出阀(调压阀)是一根充水玻璃管，管内水柱高度与输液瓶输液后高度到培养容器砂层表面高度相等，这样使营养液灌溉高度与砂层高度齐平。底部灌溉法常因蒸发而在砂面析出盐类，应隔3—7天从砂面灌水淋洗盐分。

砂培营养液经过植物吸收后养分浓度不断下降，并且根系脱落物和分泌物不断进入营养液中，这些都会影响植物生长。因此必须定期更换营养液，通常 1—3周更换一次。

若砂培试验用的是无孔盆，则按重量法灌水，即装盆后先称取每盆毛重，以后加水保持每盆毛重，但必须根据植株长势估计植株重量以调整水量。水稻砂培试验只要控制砂面水层厚度即可，为防止藻类滋生，可采用加盖、遮光，压砂等措施。

砂培试验其它管理工作与水培试验相同。

水培试验

一、水培试验特点

水培试验是植物生长介质为含有营养成分的水溶液的盆栽试验，主要有以下几个特点：

1．植物生长在液相环境液相环境中养分的化学形态、浓度、比例、供应时间可按试验计划随时调整，养分分布均匀，这在土培或田间试验中是难以做到的。

2．营养液中养分浓度易变化培养过程中植物根系对养分的吸收，溶液中pH的变化都会使营养液的养分浓度发生变化。

3．营养液缓冲性小植物对溶液中养分的不平衡吸收，会引起溶液pH剧烈变化。

4．液相环境缺乏空气。

以上特点决定了水培试验不适于模拟植物在土壤中吸收养分，而适合于营养生理研究，如营养元素在植物体内吸收运转及其生理作用，缺素症描述等等，水培试验具有独特的管理要求。

二、营养液的确定

水培营养液种类很多，但所有营养液必须满足以下4个基本要求：

1．含有植物生长必需的全部营养元素。

2．养分形态、数量、比例均能保证植物生长的需要。

3．在植物生育期内能维持适于植物生长的pH。

4．营养液必须是生理平衡溶液。

营养液通常可根据上述基本要求，参照土壤溶液或植物体内营养物质的组成配制而成，在农业化学发展的不同历史时期内，根据不同研究目的拟定的营养液主要有以下3种方式：

1．选用3种或4种可溶性盐类在一定的全盐浓度下改变各种盐类浓度比例。从而组成生理平衡的营养液。

2．以农作物收获物组成中的营养元素成分为依据确定营养液组成。

3．模拟植物根际土壤溶液浓度配成不同种类营养液。

营养液中氮源通常用硝酸盐和铵盐，硝酸盐呈生理碱性反应，铵盐呈生理酸性反应，适当调节NH4+- N与N03--N 的比率，可保营养液pH的稳定性，但NH4+- N与N03--N的比率根据植物营养特性而有较大变化，水稻适用NH4+- N，生长后期适当配施硝态氮，整个生育期NH4+- N/N03--N变化幅度为100/0至50/50，旱作适用硝态氮，但生长前期应适当配施铵态氮，如麦类NH4+- N/N03--N为30/70至O/lOO，营养液中磷源通常用适当比例的一代磷酸盐与二代磷酸盐，这样可使营养液成为缓冲溶液，添加Ca3(P04)2，Fe3 (P03)2，FeP03,等难溶性盐类可提高缓冲性，有利于稳定酸度。水稻吸磷能力强，营养液中磷含量不宜过高，以免吸磷过多，在植物体内降低铁的活性，发生缺铁黄化。因此水稻宜选用低磷高铁营养液；麦类吸铁能力强，易在植物体内生成磷酸铁，造成缺磷症状，可选用高磷低铁营养液。

不同生育期植物对营养液的浓度要求也是不一样的，一般苗期应采用低浓度营养液，生育中期用高浓度营养液，生育后期又采用低浓度营养液。

三、营养液的配制

1．水质配制营养液的水质纯度由试验目的决定，一般大量元素试验对水质要求低些，可用蒸馏水，而当浓度水平间隔大时，甚至可用雨水或自来水，但事先应检测水源中该元素的含量是否有可能影响试验结果。微量元素试验对水质要求较高，必须用特种玻璃或石英蒸馏器取得的蒸馏水，重蒸馏水或用离子交换树脂制得的去离子水。

2．盐类纯度一般大量元素试验可用化学纯试剂，微量元素试验则用分析纯试剂，有必要时盐类还可用重结晶

等方法进一步纯化，配制营养液时还必须注意某些供施盐类如FeSO2·2H2O等的结晶水含量，从溶剂中扣除。

养液中各种盐类可先配成浓度较高的母液，贮备于棕色瓶中，难溶性盐类也应配成悬浮液备用。使用时将各种盐类母液按浓度要求混匀，为避免沉淀，可先在容器中加大部分稀释用水，加入一种盐类母液后，充分混匀，再加入另一种，最后加水至要求体积，测定并调节溶液pH。

四、常用营养液配方

营养液种类很多，有适合于多种作物的通用性营养液，也有适合于特定作物的专用营养液。

大部分营养液的营养元素浓度(摩尔/米3)。N03- O—0.3，NH4+ 2—4，P043- 0.6—1.3，K+ 6—10，Ca2+ 0.5—2，Mg2+ 2.5一7.5，S042- 0.5—2。现介绍几种目前应用比较广泛的通用性营养液。

(一)旱作营养液

1．克诺普(Knop)营养液这是一种四盐型营养液配方(表8—1)，为了供应植物铁素营养，另加少量难溶性FePO4，初始pH为5.7,如以不耐酸植物进行试验时，可用K2HP04代替KH2P04。

表8-1 克诺普营养液配方(1865)

2.霍格兰(Hoagland)营养液目前用得较多的霍格兰营养液配方(表8—2) pH值较为稳定，适用于大多数植物。

些营养液必须补充Mn、Cu、Zn

、Mo、Cl等微量元素，所需微量元素用量可参照阿农(Arnon)微量元素混合液配方。

(二)水稻营养液菲律宾国际水稻研究所(1RRl)推荐的水稻常规营养液配方如表8-4。

制备表8—4中微量元素贮备液时，各种盐类分别溶解，然后与50毫升硫酸混匀，加蒸馏水稀释至1升，使用时每4升营养液添加微量元素贮备液5毫升，用混合指示剂，加1摩尔/升NaOH调节溶液pH到5。这种水稻营养液内氮、钾、钙、镁浓度都为40毫克/升，磷为10毫克/升，Mn、Mo、B、Zn、Cu、Fe分别为0.5、0.05、0.2、0.01、0.01、2毫克/升。

禾谷类植物还必须补充硅，可将硅酸钠先配成15%硅酸钠溶液，用1摩尔/升盐酸或硫酸中和碱性，以此为母液按适宜浓度加入营养液中，一般水稻营养液中SiO2适宜浓度为100—150毫克/升，麦类为50—100毫克/升。

(三)不完全营养液研究某种营养元素的生理作用时，需用除去该元素的不完全营养液。通常除去元素为阳离子

时，用钠离子取代，为阴离子时用氯离子取代，如缺钾营养液用NaH2PO4代替KH2PO4，缺磷营养液用KCl代替KH2PO4。如果钠离子或氯离子浓度太高，对植物生长不利时，也可用其它盐类代替。如果除去该元素不会引起其它元素缺乏时，也可不加取代盐类。现列举霍格兰不完全营养液如表8—5。

应用不完全营养液时，也应添加微量元素，其用量可参照上述阿农微量元素混合液配方(表8—3)。为探明某种元素在各个时期对植物生长发育的作用，可在各个时期采用不完全营养液，以便同完全营养液比较。当研究某种肥料如磷肥的有效性时，也可将该肥料加入缺磷营养液中，研究其对植物生长发育的影响。

五、水培试验实施

(一)容器短期试验可用0.5—1升容器，长期或全生育期水培可用4—10升容器，容器上覆有孔盖板，盖板通常用电烙铁在硬质塑料板或泡沫塑料上打若干孔制成。幼苗可用棉花或泡沫塑料固定于孔中，根系浸在营养液中。幼苗也可用石英砂固定植在塑料筛框中，根系穿过筛孔浸入营养液。

(二)育苗种子经消毒处理，方法为先在纯酒精中浸10分钟，再用105%次氯酸钙浸 20—30分钟，l%溴水浸5分钟，洗净后在砂盘上播种，加水至饱和状态，上盖纱布或滤纸促使发芽。根系长到一定长度后将幼苗分开培养，以免根系互相缠绕，根长5—7厘米即可定植。

(三)管理

1．通气根系缺氧不仅影响生长和吸收养分，还会导致根腐，水生植物根呼吸需要的氧，可通过通气组织从地上部进入根部，通气效果小些，但旱生植物通气非常重要。试验规模小的可用人工打气，试验规模大时可用空气压缩机打气，气体由导管引入水培容器。最简易的通气方法是液面下降法，使根系间歇暴露在空气中，也可在每升营养液中加入3% H202 0.1——0.3毫升，1—3天加一次。

2．调节酸度营养液缓冲性小，根系生理活动会引起pH剧烈变化，因此需经常检查营养液的pH值，用酸或碱调至pH5．0—6．5(因作物而异)，某些喜酸作物可维持在5.0—5.5。

3．补充铁源多种化学形态的铁如氯化亚铁、硫酸亚铁、磷酸亚铁、柠檬酸铁、酒石酸铁、腐植酸铁、EDTA铁盐等都可作为营养液的铁源。pH值大于6时，以有机酸铁盐效果较好，在pH7—8时柠檬酸铁和酒石酸铁也能保持溶解状态，腐植酸铁在pH l0以下一般都不沉淀，而无机铁盐在pH6以上即形成氢氧化铁形态沉淀，造成植物缺铁失绿。在植物生长期需补充铁源，一般每升营养液2—3天加入0.2-0.4毫升0.1%柠檬酸铁，如已严重失绿，每天可将植株移入含铁溶液(每升蒸馏水加0.1—0.2克Fe2(SO4)3·7H20 )中3— 6小时，一直到恢复绿色为止。

4．更换营养液植物生长期间应经常补充水分，保持营养液原有液面，为了稳定浓度，还必需经常更换营养液，一般10升容器夏季每星期更换一次，冬季2—3星期更换一次。

营养液的温度随季节变化，尤以夏季为甚，严重时阻碍植物正常生长，应采取降温措施，一般方法为将试验盆钵置于流动水槽中，水深为盆高的2/3左右，以达降温目的。

水培试验的其它管理措施，如盆钵排列、植株搭架、防病治虫、收获等均与土培试验相同。

土培试验

一、土培试验特点

土培试验是生长介质为土壤的盆栽试验，是介于田间试验与水培、砂培法之间的试验方法，其与田间试验相比主要有下列特点：

1．供试土壤差异土培试验一般取耕层土壤作试验，作物只能从耕层土壤中吸收养分，而田间试验作物不仅可以从耕作层吸收养分，还可从底土中吸收养分。土培试验土壤经人工翻挖、过筛、混匀后，物理性状与田间原状也不相同。

2．试验条件差异土培试验易于人为控制试验条件如光照、温度、水分、养分等生长因素，受自然环境等不可控因素影响小于田间试验，因此试验因素的效应分析比较准确，但土壤养分的动态平衡和作物对养分的吸收情况均与田间条件有所不同，如果土培与田间试验相结合，既与生产条件接近又能提高研究深度。

3．肥料利用率差异由于土培作物根系养分吸收区域小，其施肥量常比田间试验大2—3倍，土培试验在盆钵中不存在养分淋失问题，因此肥料利用率与田间试验也有很大差别。

土培试验与水培、砂培法的主要区别在于其能在土壤条件下模拟土壤、植物、肥料之间相互关系，但某些试验因素如pH值等的水平不像水培、砂培那样可以根据试验目的随时变更，因此后者更适合于营养生理研究。

二、土培试验实施

(一)供施土壤与盆钵准备供施土壤的选择是土培试验成败的关键之一，土壤类型由试验目的确定，如进行某种土壤养分供应能力与农化测试方法的相关研究，则应采集该养分贫乏到极丰富的各种土壤，如进行某种肥料对作物的有效性研究，则应选择该肥料所含营养元素缺乏的土壤，土培试验一般取耕作层土壤，取土时要严格防止污染，取土和运土的工具要干净，不能用装过肥料的袋子装土，取回的土样要全部用3mm孔径筛子过筛，挑出侵入体和新生体，取土样比实际需用量大50％左右。如果试验需连续进行多年，应一次取回够多年用的土壤，放在专用的土壤贮存室内，详细标明土壤名称、采土地点、深度、时间和采土人姓名。

选择盆钵主要考虑作物种类、试验期限等，一般大株植物如玉米、棉花等盆钵宜大，全生育期试验也应选用较大盆钵。旱作可用盆底设排水孔盆钵，水作可用不设排水孔盆钵如塑料水桶等。

(二)施肥与装盆盆栽施肥量一般都高于大田2—3倍，为使禾谷类作物、棉花等作物正常生长，每公斤土壤可施氮0.15—0.20克、P2O5 0.1—0.2克、K2O 0.15—0.20克。豆科作物的施氮量可减少到0.02—0.04克。设计施肥量试验时，为得到理想的肥料效应曲线，可以上述施肥量为基准，增设几个多于及小于基准施肥量的水平。肥料种类氮肥可用硫酸铵或尿素，酸性土最好用2/3硝酸铵及1/3硝酸钙，磷肥可用磷酸一钙，钾肥可用硫酸钾或氯化钾，这些肥料通常可用化学纯试剂代替。装土前先在盆底加入石砾等排水填充物，盖住排水孔，并将各试验用盆钵调节至重量相等，然后试装1—2盆，装土至土表距盆口4—6厘米，确定每盆装土数量，再由装土量确定盆施肥量。肥料称好后，可在塑料薄膜上或塑料盆中与土壤混匀，也可将肥料溶解成液体再与土壤搅拌均匀。装土时每盆先装土重1/2，摊平压紧后再装另一半，最后灌以足量水分使土壤沉实，次日在湿土表面播种预先催芽露白种子。播种量为留苗数的2—3倍，播后大粒种子上盖干土1．5—2厘米，小粒种子0．5厘米，水稻等作物土培试验可采用直播或移栽二种方式。

(三)试验管理和收获土培试验管理最困难的是灌水，由于各处理作物生长状况通常差异很大，蒸腾量相差悬殊，各个处理的灌水量也应不同。米氏盆可用米切里西灌水法，一次灌水至有水渗入底盆，下次灌水时先将底盆内水分回顶盆，以避免养分损失，这种方法可使各盆土壤水分含量保持在田间最大持水量，但对土壤湿度的控制能力较差。称重灌水法可使土壤水分保持在田间有效持水量的60%—70%，这种方法应先测定土壤最大持水量、最大吸湿水量和装盆前的土壤水分含量，再按下列公式计算灌水后每盆毛重。

灌水后每盆毛重＝每盆装入的干土重+盆钵及附属物重+加水量

上式中，加水量＝每盆干土重×土壤水分需要保持在田间有效持水量的百分比×(最大持水量+最大吸湿水量)，而有效持水量＝最大持水量 - 1.5×最大吸湿水量，其中1.5×最大吸湿水量为凋萎系数。

第一次灌水时确定灌水后每盆毛重，以后加水保持每盆毛重，这种方法比较繁琐，还必须根据植株长势估计植株重量，调整灌水量。现代的做法是电脑控制的自动灌水法，但设备费用较大。

土培试验的盆钵排列也应像田间试验一样，进行随机排列和局部控制，并且定期调换位置，植株长高后视需要搭支架或不搭支架，以防倒伏，结实后要移入网室，防止鸟鼠患害，收获期要适时偏早，防止落粒。