В бесплодных средах, какими являются водные и песчаные культуры, исследование питания растений проводят в строго контролируемых условиях.
Для изучения питания растений в искусственной бесплодной среде (водной или песчаной) используют питательные смеси, содержащие в достаточном количестве и нужном соотношении элементы питания.
Различия смесей наряду с правильным подбором элементов питания заключаются в составе питательных солей и главным образом в источниках азотного и фосфорного питания, которые в этих смесях должны уравновешивать друг друга по влиянию их на реакцию среды.
К питательным смесям предъявляются следующие требования:
— питательная смесь должна включать все необходимые растению элементы питания. Если какой-нибудь питательный элемент будет отсутствовать, то ввиду незаменимости одного элемента другим такая смесь не обеспечит нормального развития растений;
— питательные вещества должны быть даны в усвояемой для растений форме. Нельзя, например, вводить в питательную смесь сернистые соединения в качестве источника серы;
— количество и соотношение питательных веществ должны обеспечивать получение высокого урожая; реакция среды (рН) должна быть оптимальной или близкой к оптимальной в течение всего периода вегетации.
Питательные смеси Кнопа, Гельригеля составляют главным образом эмпирическим путем, а смесь Прянишникова — на основании теоретических предпосылок. Автор правильным выбором источников азотного и фосфорного питания приблизил исходную реакцию питательной смеси к нейтральной, которая сохранялась в течение всего периода проведения опыта. При создании этой смеси учитывалась способность различных растений усваивать фосфорную кислоту из труднорастворимых фосфатов. В связи с этим смесь была составлена таким образом, что не давала подщелачивания среды в течение вегетации растений, так как учитывалось буферное действие солей, входящих в ее состав.
Буферным действием как против подкисления, так и против подщелачивания обладают соли фосфорной кислоты. Однозамещенные фосфаты буферят против подщелачивания, а двузамещенные фосфаты — против подкисления.
В питательной смеси Гельригеля азот находится в форме Са (NO3)2 (физиологически щелочная соль), буфером против подщелачивания служит КН2РO4.
В питательной смеси Прянишникова буферное действие против подкисления (NН4NO3 — физиологически кислая соль) оказывает двузамещенный фосфат кальция, в смеси Белоусова — одно- и двузамещенные фосфаты (эта смесь составлялась для сахарной свеклы, и в состав ее солей включен NaCl).
Первоначальные питательные смеси Сакса, Кнопа, Гельригеля и другие для нормального питания растений включали следующие элементы питания: N, Р, К, S, Са, Мg, Fе. В связи с бурным развитием естественных наук, в том числе и агрохимии, со значительным улучшением степени очистки питательных солей и бесплодной среды (песка, воды) количество элементов, необходимых для оптимального развития растений, резко возросло, и в настоящее время в состав питательных смесей необходимо добавлять и микроэлементы: бор, медь, цинк, молибден, марганец, кобальт и др.
Техника закладки и проведения опыта в песчаных культурах аналогична почвенной культуре. Разница состоит лишь в том, что питательные вещества в песчаную культуру вносят в виде питательных смесей, которые состоят из растворов отдельных солей или сухих нерастворимых солей.
Подготовка песка для закладки опыта состоит в следующем. Песок заливают концентрированной соляной кислотой для растворения имеющихся в нем примесей. Соляную кислоту затем удаляют многократной промывкой водопроводной и дистиллированной водой (до отсутствия качественной реакции с AgNO3 на ион Сl).
При сравнении бесплодных сред следует отметить, что песок в отличие от воды сильнее загрязнен. Вода дает более однородное распределение питательных веществ, одинаковая концентрация которых быстрее восстанавливается по мере их потребления растениями. Однако опыты в водной культуре очень трудоемки, поэтому в их схемах, как правило, отсутствует большая детализация.
При проведении вегетационных опытов с водной культурой используют стеклянные или полиэтиленовые сосуды вместимостью 3,5—5 л и более.
Сосуды при закладке опыта наполняют на % объема сосуда дистиллированной водой. Затем пипеткой или мерным цилиндром (для каждого раствора питательной смеси должна быть своя пипетка или цилиндр) согласно схеме вносят необходимое количество раствора солей питательной смеси, доводят дистиллированной водой содержимое сосуда до метки на 1 см ниже уровня сосуда, тщательно перемешивают и закрывают деревянными кружками-крышками с 4—5 отверстиями диаметром 1,5—2 см. В эти отверстия высаживают подготовленные к высадке растения, одно отверстие в центре оставляют для крепления каркаса, другое — для стеклянной трубки, через которую продувают воздух для аэрации корневой системы.
Нижнюю сторону кружка плотно вставляют в сосуд, а верхняя, диаметр которой на 0,5 см шире диаметра сосуда, опирается на его верхнюю часть. На стеклянные сосуды водной культуры надевают двойные чехлы с тесьмой в верхнем крае. Внутренний чехол из черного материала предохраняет питательный раствор и корневую систему от света, а верхний белый — от перегрева сосуда. Чехлы и тесьма плотно охватывают наружную часть кружка-крышки.
