作物栽培学研究实验法

**章 总述 作物栽培学作为一门应用性科学，其理论和实践都基于以土壤、作物和田间验证应用获得的作物栽培规律和高产、优质、抗逆技术。作物栽培学理论和技术研究的设计、研究内容、试验测定方法、分析方法等是进行作物栽培学研究的关键环节，为此，针对某一农作物，如何进行试验安排和规划、确定试验设计方法、选取具有代表性的样本、明确测定内容和方法、进行数据整理和分析等是作物栽培学研究的重要内容。但作物种类丰富多样，科学地应用作物栽培研究法，可提高研究效率，增加获得成功的概率。 **节 试验安排与规划 一、试验地点的选择 首先，在进行作物栽培研究时，需根据试验目的确定实施试验的地点。对于每一个栽培试验，为保证获得理想的结果和效果，需要考虑选择一定的气候、土壤及生产条件等。因此，选择试验地点时应根据试验对生态气候、土壤条件、管理水平等的要求进行确定。例如，在做新品种配套技术研究时，除了选择不同生态类型地区进行适应性研究外，还要根据品种的产量潜力安排不同土壤肥力的地块进行试验，要获得新品种的*大潜力水平，必须在土壤肥力高且灌排等生产条件好的地块上进行。而在研究配套施肥技术时，需考虑具体试验田块主要养分氮、磷、钾含量的丰富程度，在考虑氮、磷、钾肥的效应时，*好是在氮、磷、钾养分缺乏的耕地上进行。 其次，由于研究内容的特殊性，在选择试验地点时需尽可能地选择特殊的试验地，这方面的研究主要体现在逆境试验方面。例如，在研究水分、盐分等对作物生长发育的影响时，一般干旱效应研究试验选择在生育阶段出现干旱概率大、试验地地下水位低的地块进行；涝渍试验则相反，选择在生育阶段雨水多、试验地地下水位高的地块进行；盐碱效应试验则根据需要在选择内陆盐碱地或沿海盐碱地的同时，还要注意试验地块土壤盐碱含量分布的均刀性。其他试验如光照、CO2等田间试验不但要求试验地块地力均刀，而且要求地块周围无其他因素如树木等的影响。 *后，在进行盆栽试验时，盆栽所用土壤应尽可能选用与需要研究的大田土壤一致的土质。 二、作物长势长相规划 1．生长一致性规划在进行作物栽培试验研究时，绝大多数都是关于不同处理水平及运筹方面的效应研究，因此，保证作物生长一致性*为重要，因为生长的整齐度直接影响到试验效果。例如，调节剂试验，如果处理的作物生长不一致，由于不同个体长势的差异，调控效应会产生差异，有时甚至会产生相反的效果。又如，棉花植株进入盛花期标志着生长中心进入生殖生长，喷施促进型生长调节剂一般不会引起旺长，但如果棉株生长仍处于初花阶段，施用促进型生长调节剂则会造成营养生长过旺，引起棉花徒长。肥料、密度等常用设计研究对作物生长一致性都有同样的要求。此外，盆栽试验由于盆钵大小、作物类型、管理等因素的影响，很容易造成个体间差异，更需要调节生长一致性，减少试验误差。由此可见，在试验规划时，首先要尽可能地保证种子质量，每粒种子质量应尽可能一致，为形成生长一致的植株奠定基础；其次在处理实施前，在不影响处理效应的前提下，调控作物生长，尽*大可能保持生长一致。 2．不同长势长相设计安排在栽培研究中，由于作物的长势长相直接影响到产量和品质，因此，研究生长不足、正常、过旺的生长特征是常见的研究内容。这类栽培研究在规划安排时，首先要将作物安排在不同地力的土壤上，其次在管理措施特别是肥料、调节剂等技术应用方面要针对不同长势要求进行设计，保证试验获得所需要的作物样本。例如，水稻长势长相试验，首先将要求长势差的处理设计在土壤肥力差的地块，其他两种长势设计在肥力好的地块；其次在生长过程中还要通过肥料、调节剂等技术形成不同长势。同样，对长势不足试验设计，可通过减少甚至不施肥获得；对作物过旺长势试验设计，则通过加大施氮量措施获得；对作物正常长势试验设计，则通过当地高产管理措施获得。 3．破坏性试验设计在栽培研究中，还有一类研究方法是通过对作物进行破坏性试验设计获得需要的试验结果，如通过去叶、疏果、收集伤流液等研究源库关系和根系活力。这类研究在安排时除要保证研究作物生长一致外，还要保证有足够样本可供取样。此外，由于应用破坏性处理，处理周围环境和作物本身生长状态也发生了变化，在设计时要与研究非破坏性处理分开进行，特别是研究产量、品质效应时。 4．特殊栽培试验研究在栽培研究中，还有一类属于特殊栽培试验研究，如病菌接种或人为虫害试验等。这类研究在安排时需要隔离，*好安排在周边无其他农作物的地块上进行。如果无这样的条件，可安排在以后不会种植与处理相同的作物的田块上。一方面减少病虫的传播，另一方面减轻对产量和品质的影响。 第二节 试验设计方法 一、田间试验方法 田间试验是栽培研究的主要平台，为保证试验结果的科学性和准确性，减少试验误差，需应用统计方法进行分析比较。一般试验设计根据试验因素的多少设计单因素试验、多因素试验。单因素试验研究单个因素不同数量或质量水平上作物性状的变化规律，并明确*佳水平或估计总体变异度，如不同密度水平下某一作物产量的变化、不同粳稻中熟品种产量的变化等。这类试验设计简单、分析直观，所得信息量也较大。试验设计方法主要有单因素随机区组试验和拉丁方试验。 多因素试验主要研究两个或两个以上试验因素各因素不同水平和不同水平组合上的变化规律，获得不同因素水平的*佳组合或估计总体变异度。例如，将某一作物种植密度和施氮量组成一个二因素试验，不但能获得密度、施氮量对某一性状如产量的主要效应，而且能得到密度和施氮量对某一性状如产量的互作效应。这类研究获得的信息量大，研究结果的准确度也高。常用的试验设计方法有二因素、三因素随机区组试验，二裂式、三裂式裂区试验。但多因素试验随着试验因素的增多，处理数目迅速增加，由于处理数量太多，一方面试验地面积大，非试验因素的一致性变小；另一方面在管理、调查、取样和测定方面的工作量也大，很多非试验因素的均刀性难以控制，容易造成误差加大。因此，一般要求处理数目不超过20个，当有4个以上试验因素时，可采用特种试验设计方法，如正交设计、不完全组合设计、旋转组合、混料回归设计等。 二、盆栽试验方法 盆栽试验主要是为了解决田间试验的农作物不能移动，无法在可控条件下观察作物在不同处理条件下的变化特征的问题。盆栽试验应用较多的是温度、水分、湿度、光照等环境因素胁迫试验或者在环境可控条件下一些调节剂、微量元素不同水平对作物生长的效应。盆栽试验作物生长可控，移动方便，还可*大程度减轻处理之外其他因素的影响，试验结果准确性也高。但盆栽试验由于作物生长在范围受限制的土壤中，土壤环境如水分、温度、养分等都和田间试验不一样，研究结果往往与大田结果不一样，因此盆栽试验结果需要经过大田进一步验证。 三、水培试验方法 在栽培研究中，有时所用的样品材料仅为作物的幼苗，且处理要在可控环境下进行，因此试验常常以无土栽培进行。无土栽培的方法主要有水培、砂培或雾培等。这些培养方法是在培育作物幼苗过程中不断提供营养液，保证幼苗生长对营养的需要。目前常用的幼苗培养方法中以水培法（营养液栽培）和基质栽培*为常见。其中水培法主要应用于水稻等水生作物，基质栽培主要应用于旱地作物。 用于水培的种子，首先要进行消毒。选择品种纯而健全的种子，可用饱和的漂白粉溶液浸泡消毒15min（或者用1%氯化汞溶液消毒10min），取出后用蒸馏水冲洗干净。将种子播在垫有滤纸的带盖搪瓷盘中，加入少量水（或播在垫有湿沙子的搪瓷盘中），为了保持湿润，种子上面应覆盖湿纱布或湿沙子，并盖好盖，放在25℃左右的温度下发芽，并注意经常少量浇水。待幼苗长至2～3cm时，将幼苗移入营养液中进行培育。营养液配方很多，依作物种类、生长季节等而不同。这方面可查阅不同作物营养液配制方法。 基质培养以砂培应用*多，特别是在研究旱地作物的根系生长状况时，以应用基质培育*为适宜，但在培育幼苗过程中仍应用营养液补充养分。 第三节 取样方法 一、取样原则 作物栽培的研究，为获得正确的研究结果，取样的代表性尤其重要。因为环境、土壤、植株间的相互竞争及人为等因素的影响，即使是同一处理的作物，个体间在株高、叶片大小、生殖器官数量、生物量等方面也会存在一定的差异，特别是高大型植株如玉米、高粱、油菜、棉花等个体间上述差异更大。因此，取样植株、器官、部位等的代表性是获得正确结果的前提。为获得有代表性样本，必须掌握以下两方面原则。 （一）样本的随机性 随机抽样一般针对群体较大的样本进行，如大面积作物测产、土壤取样等。随机抽样方法也有很多种，*常用的方法为五点取样法，其中对角线法是五点取样法中的一种，即在对角线的交点和周边4个角上进行取样。其他方法如按照棋盘格式、分行式、平行式随机确定一个点进行取样。随机抽样方法是理论上*为准确的抽样方法。这是因为抽样必须是随机的，不能有主观偏见，谁能被抽取完全由样本的概率来决定，概率大的被抽取的机会就大，反之则小。随机抽样符合概率论的要求，不仅对总体参数能做到无偏估计，还能正确地估计抽样误差。但群体较大时，抽取的样本数也要多，样本多又会耗费大量的人力、物力，甚至花费大量的时间和财力。因此，必须把握好合理的样本数量。适宜的样本数量一般根据研究内容允许的误差范围和测定性状的可靠程度来确定。 （二）样本的典型性 典型取样是根据研究需要，有意识、有目的地从群体内选取有代表性的典型植株或器官，以代表群体的绝大多数。典型样本如果选择合适，可获得可靠结果，尤其是从大的作物群体中选取少量的样本时，或在小区试验时在某一作物生长阶段对所要取样的处理有明确要求时常常采用这种方法。在鉴定作物品种某一生长阶段某一性状与栽培措施的关系时，典型取样更为重要。例如，在研究肥料施用时间与水稻节间长度关系时，选取的节间部位则更为重要，因此取样要定位节间部位，才能获得准确的研究结果。同样，在研究栽培技术与棉花五室铃关系时，应选取中部和内围果节位的棉铃进行研究。随着作物栽培研究的深入，研究的精准化对取样的代表性有更高的要求。因此，获取典型样本是栽培研究的重要环节。对于以田间小区试验为主的栽培试验，典型取样首先要剔除边界行的影响；其次在中间行取样时，要结合处理、作物长势长相选取代表性植株或器官样本；*后对有特殊情况发生的植株或器官样本要及时舍弃。例如，害虫对植株部分器官的影响、风雨对部分植株或器官的损坏要及时辨别，以免影响试验结果。但典型取样依赖于取样者的经验，不同取样者结果可能会不一样，而且不符合随机原理，无法估计抽样误差。 二、采集样品 在栽培研究时，取样与研究内容、器官类型及所在部位、处理效应的持续时间、研究植株和器官的生长发育动态有关。 **，根据研究内容确定是活体取样还是离体取样。对于作物的光合特征，如叶绿素、光合强度、荧光分析等内容，由于现在都有现代化的便携式测定仪器，在田间活体取样即可完成。而对于作物体内与碳代谢、氮代谢及抗逆密切相关的化合物含量和代谢相关酶活性的测定取样只能采用离体取样方法，如与作物抗逆有关的丙二醛（MDA）的含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等的活性，蔗糖合成酶、转化酶、葡萄糖、果糖的含量，与氨基酸、蛋白质合成相关的谷丙转氨酶（GPT）、谷氨酰胺合酶（GS）的活性，氨基酸、可溶蛋白的含量等。 第二，根据器官类型及所在位置确定取样部位。由于作物的器官有根、茎、叶、花、果实等，每个器官的数量很多，在取样时只能取少量样品进行研究。因此，选取能够代表其生长特征的某一部位的器官是栽培研究中经常使用的方法。例如，测定叶片的光合功能时，水稻、小麦、谷子通常选取主茎倒2叶，棉花、大豆、高粱选取主茎倒4叶，玉米选取棒三叶，油菜选取倒4叶，来代表全株的光合功能。 第三，根据处理效应的持续时间确定取样器官的标志时间。一般情况下，研究涉及处理对某一器官生长发育的持续时间时，首