Основы методики полевых опытов

Опытническая работа является основным видом труда учащихся на пришкольном участке. Проведение опытов активизирует познавательную и творческую деятельность учащихся, дает возможность лучше понять основную суть жизненных процессов, способствует формированию биологических понятий, развивает навыки научно-исследовательской работы, вооружает методами биологической науки, прививает уважение к сельскохозяйственному труду, способствует профориентации учащихся, в особенности сельских школ, на сельскохозяйственные профессии, приучает их к культуре труда. Но опытническая работа только тогда принесет пользу, когда она проводится методически правильно, если строго выполняются основные требования, предъявляемые к полевым опытам.

Прежде всего важно правильно выбрать тему опыта. Она должна быть интересна, доступна для учащихся, связана с программами по биологии и иметь актуальное производственное значение. Примерная тематика опытов для учащихся V—VIII классов приводится в программах по биологии и сельскохозяйственному труду. Из них учитель выбирает те опыты, которые наиболее актуальны в местных условиях и обеспечены семенами. Чтобы предоставить учителю более широкую возможность выбора тем, в особенности для учащихся IX—X классов, в данном пособии во всех отделах приведена дополнительная тематика опытов, в основном связанная с изучением курса биологии. Интересные темы опытов для учащихся различных классов можно найти в большинстве пособий, приведенных в списке литературы к данному разделу. Наряду с этим на пришкольных участках сельских школ должны выполняться опыты по заданию местного колхоза (совхоза). Это могут быть опыты по испытанию и размножению новых сортов для передачи их колхозу, по выявлению оптимальных режимов подкормок ведущих культур в местных почвенно-климатических условиях и т.д. По заданию колхоза учащиеся могут вырастить семена ряда двулетних овощных культур (капусты, моркови и др.), а также наиболее урожайные гетерозисные семена помидоров, огурцов, сахарной свеклы или кукурузы. Желательно также, чтобы учащиеся на пришкольном участке, выполняли опыты по заданию ученых сельскохозяйственных научно-исследовательских учреждений. Выполнение подобных опытов воспитывает у учащихся ответственность за порученное дело и вызывает желание оправдать оказанное им доверие.

Задача любого опыта может быть решена путем сравнения, поэтому в каждом опыте должно быть как минимум две делянки: опытная — вариант, в котором применяется тот или иной исследуемый в опыте прием, и контрольная — вариант опыта, в котором данный прием не применяется. При этом важно, чтобы все остальные условия, влияющие на рост, развитие и продуктивность растений, и на опытной и на контрольной делянках были одинаковыми. Например, в опыте по испытанию влияния нового удобрения — нитрофоски — на урожай пшеницы на контрольной делянке пшеницу выращивают по передовой агротехнике, но без внесения нитрофоски, а на опытной — по той же агротехнике, но с применением нитрофоски.

В опытах, проводимых старшими классами, могут быть не два варианта (опыт и контроль), а несколько. Например, в опыте по изучению совместного выращивания клевера и тимофеевки должны быть три варианта.

Некоторые опыты не требуют контрольных делянок, например опыты, демонстрирующие отдельные закономерности наследования признаков, и др.

Чтобы избежать возможных ошибок и ослабить влияние случайных факторов, опыт нужно повторить несколько раз. Тогда один и тот же вариант должен быть размещен на двух или нескольких делянках. Такое повторение одноименных вариантов называется повторностью. Повторность делает опыт более точным, а его результаты более достоверными. В условиях пришкольного участка из-за ограниченности площади опыт выполняется обычно в двукратной повторности.

Чтобы данные опыта могли считаться достоверными, каждая делянка для опытов учебного характера должна быть размером не менее 2 м², а для юннатских опытов, имеющих производственное значение, — 20 м². В опытах с плодово-ягодными растениями в каждом варианте должно быть у земляники 50 кустов, у малины — 20—30 кустов, у смородины и крыжовника — 8—10 кустов, у плодовых — 2—3 дерева, в питомнике — 15—20 растений.

После установления размера делянок, количества вариантов и повторностей составляют и вычерчивают схему расположения делянок на площади, указывают размеры и номера делянок, расположение их по отношению к частям света. Кроме того, заранее нужно подготовить агротехплан, в котором указать, какие агроприемы и в какие сроки должны быть выполнены на опытных и контрольных делянках. Так же заранее необходимо предусмотреть, какие виды учетов и наблюдений в какие сроки и в какую фазу нужно провести, какие натуральные экспонаты, иллюстрирующие влияние исследуемого фактора, отобрать на делянках.

Приступая к закладке опыта, необходимо прежде всего убедиться, что условия для произрастания растений на опытных и контрольных делянках будут одинаковыми. Равенство делянок — одно из основных требований методики полевых опытов, в противном случае результаты опыта не могут считаться достоверными. Опытная и контрольная делянки должны быть равными по площади, желательно прямоугольной или квадратной формы, что даст возможность точнее учесть урожай. Они должны находиться на одинаковом расстоянии от деревьев (лесополосы, сада, леса) или от построек. Поверхность делянок должна быть ровной, без бугров и впадин. Важно, чтобы на опытной и контрольной делянках в предыдущем году росла одна и та же культура и применялась одна и та же агротехника. Почва на делянках должна быть одинаковой по плодородию. Это устанавливается при проведении на этих делянках разведочных посевов, для которых используются культуры сплошного рядового посева (пшеницы, овса, льна и др.). Необходимо также учитывать, что удобрения, вносимые в. больших дозах, оказывают сильное влияние на почвенное плодородие не только в год внесения, но и в последующие годы. Существует много приемов, позволяющих снивелировать влияние пестроты плодородия почвы на результаты опыта. В условиях пришкольного участка рекомендуется использовать следующие:

1. Опыты с внесением больших доз удобрений закладывать вне полей севооборота.

2. Поля севооборотов разделить на две половины и использовать в текущем году левую часть для закладки опытов, а правую — как коллекционную, а в следующем году наоборот.

3. Составляя севообороты основных отделов пришкольного участка, следует в них предусмотреть такую схему ротации культур, чтобы на каждом поле после двухлетнего проведения опытов осуществлялся уравнительный посев, назначение которого — выравнить агротехнический фон для последующих опытов. В качестве уравнительных использовать культуры сплошного рядового посева (пшеницу, овес, лен, травы). Основная задача учащихся, работающих на полях уравнительного посева, — получение высоких урожаев (выше среднего по району) при использовании передовых агроприемов.

Перед посевом нужно своевременно и тщательно подготовить все необходимые материалы.

Если опыт ставят с минеральными удобрениями, нужно знать, сколько внести их на различные варианты опыта. Определяя необходимое количество удобрения, за основу расчета берут содержание в нем питательного элемента, которое потребляет растение (N, P₂O₅, К₂О). Для расчета пользуются формулой

,

где х — определяемое количество удобрений в килограммах на данную делянку; а — количество питательного вещества в килограммах, которое рекомендуется внести на 1 га (оно предусматривается схемой опыта); b — процент питательного вещества в удобрении; с — площадь делянки в квадратных метрах. Таблица для пересчета основных минеральных удобрений в условные единицы действующего вещества (N, P₂O₅, К₂О) дана в приложении. Необходимое количество удобрений для каждой делянки взвешивают отдельно, пересыпают в заранее подготовленные бумажные пакеты, на которых делают соответствующие надписи.

На пришкольном участке удобрения на делянки вносят вручную и строго следят, чтобы они равномерно распределялись по dсей площади делянки и не попадали бы па соседние делянки.

Для этого перед взвешиванием удобрения измельчают и просеивают, а перед внесением их перемешивают с землей, взятой с делянки. Заделывают удобрения граблями, одновременно на всех делянках. Под большинство культур фосфорные и калийные удобрения вносят осенью под вспашку почвы, а азотные — частично весной при посадке, а частично в виде подкормок при вегетации растений. Посевной материал, предназначенный для высева на опытных и контрольных делянках, должен быть сортовым, однородным по величине и иметь высокие посевные качества. Перед высевом семена необходимо обязательно протравить, чтобы обезвредить, снизить численность или полностью подавить активность вредных организмов в самом начале их развития. В условиях школы для этих целей наиболее пригодны слабый раствор перманганата калия и формалина. Способы посева, норма высева семян должны соответствовать агрономическим требованиям каждой культуры и проводиться одновременно и с одинаковым качеством на опытной и контрольной делянках в лучшие для района сроки. В зависимости от культуры семена следует высевать в лунки или в борозды, проведенные мотыгой по шнуру, на оптимальную глубину. Рядки предпочтительно располагать вдоль делянки. Исключение из этих правил могут составлять лишь те опыты, в которых исследуется влияние на рост, развитие и урожай растений одного из вышеназванных факторов.

За посевами на опытных и контрольных делянках нужно ухаживать особенно тщательно: точно и своевременно выполнять агроприемы, предусмотренные агротехническим планом опыта. Обработку междурядий, прореживание, прополки, поливы, подкормки, борьбу с вредителями и болезнями и другие агроприемы нужно проводить на опытной и контрольной делянках одновременно и очень тщательно, так как различные агроприемы значительно сказываются на росте и развитии растений, влияют на точность опыта. Важно, чтобы все опыты выполнялись на высоком агротехническом фоне и давали бы образцовые урожаи. Здесь необходимо особо отметить, что для успешного проведения опытов с растениями очень важно уделять серьезное внимание защите растений от вредителей и болезней, которые могут оказать существенное влияние на результаты опыта либо погубить его совсем. В условиях сельскохозяйственного производства для борьбы с вредителями и болезнями обычно используют различные ядохимикаты — пестициды (лат. «пестис» — зараза, «цедо» — убивать). В них ядовитым началом могут быть либо неорганические соединения мышьяка, серы, хлора, бора и других элементов, либо органические соединения хлора, фосфора (хлорофос, карбофос, метафос и др.), либо продукты жизнедеятельности растений и микроорганизмов (анабазин, никотин, бактериальные препараты). Организуя химическую борьбу с вредителями и болезнями растений, учитель биологии обязан знать, что в СССР существует закон, запрещающий допускать к работе с ядохимикатами детей и подростков до 18 лет. Работать с пестицидами разрешается только взрослым здоровым людям, получившим соответствующий инструктаж, сдавшим техминимум и обеспеченным индивидуальными средствами защиты от попадания ядов в организм.

Кроме того, применяя пестициды, учитель обязательно должен следить, чтобы они не оказали отрицательного влияния на окружающую фауну и флору. В связи с этим в условиях пришкольного участка для борьбы с вредителями и болезнями растений наиболее целесообразно максимально использовать биологические средства борьбы и всемерно способствовать привлечению на участок полезных животных, уничтожающих вредителей, о чем достаточно подробно уже говорилось в настоящем пособии при описании зоологического отдела.

Каждый полевой опыт должен сопровождаться наблюдениями за такими признаками, как высота растений, толщина стеблей, количество и размеры листьев и цветов и др. Учеты и наблюдения предусмотрены для каждого конкретного опыта. Такие учеты во время вегетации растений нужно проводить через каждые 10 суток, одновременно на опытной и контрольной делянках. При проведении учетов на каждой делянке по диагонали, проведенной так, чтобы в учет попали растения различных рядков, нужно отобрать по 10 растений, на них провести необходимые измерения и учет, затем из 10 измерений вывести средние показатели и внести их в соответствующую таблицу.

Некоторые учеты выполняют в пятибалльной системе, например степень угнетения растений, степень полегания и т.д.

На делянках нужно регулярно отмечать наступление фаз развития растений.

Отмечают фазы, характерные для каждой культуры.

У злаковых культур (пшеница, рожь, ячмень, овес и др.) отмечают наступление таких фаз: 1) всходы, 2) появление третьего листа, 3) кущение, 4) выход в трубку, 5) колошение (или выметывание метелки), 6) цветение, 7) молочная спелость, 8) восковая спелость, 9) полная спелость.

Данные наблюдений записывают в виде таблицы следующей формы.

У кукурузы: 1) появление всходов, 2) появление седьмого листа, 3) выбрасывание метелок, 4) появление нитей (цветение початка), 5) цветение метелок, 6) молочная спелость, 7) восковая спелость, 8) полная спелость.

У зернобобовых: 1) всходы, 2) начало ветвления стебля, 3) бутонизация, 4) цветение, 5) созревание.

У льна: 1) всходы, 2) елочка (растение имеет 5—б пар листочков), 3) бутонизация, 4) цветение, 5) зеленая спелость, 6) желтая спелость, 7) полная спелость.

У картофеля: 1) появление всходов, 2) появление первых бутонов, 3) начало цветения, 4) конец цветения, 5) клубнеобразование, 6) засыхание ботвы.

У подсолнечника и гречихи: 1) появление всходов, 2) появление первого настоящего листа, 3) образование соцветий, 4) цветение, 5) завязывание плодов, 6) созревание.

У сахарной свеклы, моркови и других двулетних корнеплодов в первый год вегетации: 1) появление всходов, 2) появление первой пары настоящих листьев, 3) осеннее отмирание листьев.

У капусты: 1) появление всходов, 2) пикировка, 3) высадка в грунт, 4) начало образования кочана, 5) уборка.

У огурцов: 1) появление всходов, 2) начало цветения мужских цветков, 3) начало цветения женских цветков, 4) первые сборы плодов, 5) последние сборы плодов.

У лука: 1) всходы, 2) формирование луковиц, 3) стрелкование, 4) полегание пера, 5) уборка.

У плодовых: 1) набухание почек, 2) распускание почек, 3) бутонизация, 4) цветение, 5) завязывание плодов, 6) опадение избыточной завязи, 7) созревание.

Такие наблюдения помогают объяснить различия в урожае на разных делянках и преимущество исследуемого фактора.

Все наблюдения на опытных и контрольных делянках должны фиксироваться в дневниках, таблицах, а также в виде зарисовок, схем, фотографий и т.д. По каждому опыту необходимо в указанный учителем срок заготовить и оформить соответствующие экспонату, которые используют на уроках биологии и для выставок.

При определении результатов опыта очень важное значение имеет уборка урожая. Небрежность и неточность в ее проведении могут испортить весь опыт. Убирать урожай следует очень тщательно и взвешивать его очень точно, особенно с маленьких делянок. Если потери зерна с делянки в 10 м² составят 100 г, то в пересчете на гектар они будут в 1000 раз больше и составят 1 ц. Все делянки, входящие в состав одной повторности, следует убирать в один день (желательно солнечный, чтобы на растениях не было росы). В уборке должны участвовать все члены звена.

До уборки нужно заготовить образцы растений, иллюстрирующие результаты опыта, для использования их на уроках биологии или для выставки. Перед уборкой все делянки тщательно осматривают. Если обнаружены отдельные растения или участки, случайно пораженные какими-то неблагоприятными факторами среды, их исключают из опыта, делают выключки. Не следует учитывать растения, находящиеся по краям делянки (в защитных полосах), которые развиваются в несколько иных условиях, чем в ее середине.

Вначале убирают урожай с выключек и защитных полос, а затем с учетной части делянки. Иногда учесть урожай со всей площади бывает очень сложно, поэтому применяют выборочный учет. Существует несколько методов выборочного учета урожая. В условиях пришкольного участка наиболее удобно выделить в середине делянки небольшую площадку в 1 м² и на ней провести точный учет, а затем пересчитать на площадь всей делянки.

Чтобы не перепутать урожай с различных вариантов, надо заранее заготовить этикетки, в них указать культуру, сорт и номер делянки.

Уборку на каждом поле следует вести в соответствии с особенностями каждой культуры. Зерновые и зернобобовые культуры надо срезать серпом, связать в снопы и прикрепить к ним этикетку. Снопы сначала надо просушить, тщательно обмолотить, а затем взвесить по каждому варианту отдельно. Урожай картофеля, свеклы, корнеплодов надо собрать в ящики или корзины и сразу взвесить. Полученный урожай с делянки пересчитывают на 1 га и сравнивают с урожаем в соседних хозяйствах и других школах района.

В некоторых опытах нужно определить, за счет каких элементов сложился урожай. Для этих целей в посевах зерновых выделяют пробную площадку (в нее входят 2 смежных рядка), выкапывают растения с корнем, расстилают и определяют число продуктивных стеблей, среднюю длину стебля, длину колоса, число зерен в колосе, массу 1000 зерен. По другим культурам элементы структуры урожая приведены в соответствующих опытах. Для получения окончательных результатов опыта нужно определить его экономическую эффективность. Для этого надо вычислить абсолютную и относительную прибавку урожая с опытной делянки по сравнению с контрольной, учесть, какие дополнительные материалы и виды труда применялись на опытной делянке по сравнению с контрольной и какова их стоимость.

В некоторых опытах бывает необходимо определить не только количество, но и качество урожая. Например, определяют вкусовые качества, размеры плодов у овощных и плодово-ягодных растений, размеры початков кукурузы, абсолютную массу зерна пшеницы и других зерновых культур и иные качества, которые должны быть предусмотрены в каждом конкретном опыте. Полученные данные надо обработать статистическим методом и составить отчет по опыту.

Большое воспитательное значение имеет проведение итогов опыта на Празднике урожая. Известно, что в одной и той же местности погодные условия, влияющие на рост, развитие и урожай растений, в разные годы бывают неодинаковыми, поэтому для получения более точных и достоверных данных (особенно в опытах по заданию ученых или местных хозяйств) каждый опыт нужно повторить как минимум в течение 3—4 лет с различными погодными условиями и только после этого сделать окончательный вывод по опыту. Для этой цели в кабинете биологии нужно хранить дневники и отчеты учащихся по данному опыту за прошлые годы.