Опытно-исследовательская работа

Опытно-исследовательская работа способствует более глубо­кому усвоению изучаемого предмета, выявлению творческих наклонностей учащихся, развивает их вкус к самостоятельной работе, экспериментированию, систематизации материала, логи­ческому построению выводов и доказательств.

Первым, подготовительным этапом научного исследования является реферирование и аналитический обзор специальной литературы для выяснения состояния вопроса по изучаемой теме.

Реферат — сокращенное изложение первичного документа (статьи, книги) с основными фактическими сведениями и вы­водами. Текст реферата строят по следующему плану: тема, предмет (объект), характер, цель, метод проведения, конкрет­ные результаты работы, выводы (оценки, предложения), область применения. Материал в реферате излагают кратко и точно. Учащиеся начинают с реферирования отдельных статей из журналов, сборников. В дальнейшем они могут составлять обзор сведений, полученных из нескольких источников по опре­деленной теме.

Следующий этап знакомства учащихся с основами научной работы — освоение и использование методов экспериментально­го исследования, анализа и оформления его результатов. В практике лесокультурных исследований часто используются два метода: лабораторный и полевой; реже при изучении мине­рального питания растений — вегетационный. Среди этих мето­дов главным является полевой, который завершает поисковое исследование, количественно оценивает лесоводственный и эко­номический эффект нового способа или приема, дает объектив­ные основания для передачи и внедрения научного достижения в лесокультурное производство.

Лабораторные методы часто являются составной частью более широких лесокультурных исследований. Они углубляют их, дают возможность полнее разрешить изучаемые вопросы. Эти методы могут иметь и самостоятельное значение, например, при исследовании качества лесных семян в лабораториях лесосе­менных станций.

Сущность всех перечисленных методов состоит в закладке опыта по ранее намеченной схеме, которая представляет собой совокупность всех опытных и контрольных вариантов опыта. Каждый вариант во избежание случайных ошибок имеет не­сколько повторностей (2, 3, 4 и более), средняя от которых является результатом испытаний данного варианта. Чем мень­ше варьируют (отличаются от средней) результаты повторно­стей, тем достовернее средняя по варианту. Отдельные повторности, значительно отличающиеся от средней по варианту, от­браковываются и среднюю определяют по результатам осталь­ных повторностей. Если количество таких повторностей прибли­жается к половине — опыт проводят вновь. Границы допусти­мых отклонений находят, используя методы математической статистики. В большинстве методических ГОСТов на семена разработаны специальные таблицы допустимых отклонений. Нарушение этих требований приводит к ошибочным результа­там и в дальнейшем к неправомерным заключениям и реко­мендациям.

Результаты наблюдений заносят в бланки заранее подготов­ленных документов. Окончательные результаты опытов пред­ставляют в форме таблиц, математических формул, графиков, диаграмм и т. д. Тщательный анализ их завершается выводами.

Лабораторные опыты учащиеся ставят во время занятий или но внеурочное время в лаборатории или учебном кабинете. Порядок проведения опыта и оформления его результатов мож­но рассмотреть на примере содержания Журнала лаборатор­ного опыта.

Журнал лабораторного опыта по теме «Определение всхожести семян»

Название опыта. Исследование влияния обработки гетероауксином и гиббереллином на всхожесть семян ели обыкновенной.

Задача опыта. Изучить последствия обработки семян растворами гетероауксина+гиббереллина. Выявить концентрации фитогормонов, при кото­рых они дают наиболее выраженный стимулирующий эффект.

Состояние вопроса. Ранними исследованиями установлено, что семена ели слабо реагируют на обработку отдельно взятыми гетероауксином и гиб­береллином. Однако, как отмечает О. Н. Кулаева (1967), в сочетании эти фитогормоны обычно отличаются повышенным стимулирующим действием на семена, особенно после длительного хранения. Прямых указаний о воздей­ствии подобного сочетания фитогормонов на прорастание семян ели в лите­ратуре не встречается, поэтому этот вопрос требует экспериментального ис­следования. Учитывая опыт подобных исследований с семенами других рас­тений, можно ориентировочно выбрать интервал испытываемых концентра­ций фитогормонов (от 0,05 до 0,0031%).

Схема опыта. В опыте предусматривается 1 контрольный и 5 испыты­ваемых вариантов с последовательно уменьшаемой концентрацией фитогормо­нов от 0,05 до 0,0031%: I — контроль; II — гетероауксин+гиббереллин 0,05%; III — то же, 0,025%; IV — то же, 0,0125%; V — то же, 0,0062%; VI — то же, 0,0031%.

Характеристика объекта исследования (семян). Приводятся данные из паспорта на партию семян, которые хранились более четырех лет в лабора­тории в стеклянной банке. Чистота семян 96%, масса 1000 шт. — 4,8 г, влаж­ность 5,4%, всхожесть 76%, класс качества по всхожести — II.

Программа. 1. Разработка методики. 2. Постановка эксперимента. 3. Обработка материалов эксперимента. 4. Анализ результатов и оформление доклада.

По каждому намеченному мероприятию указывают сроки исполнения. Эксперимент выполняют учащиеся в составе подгруппы (12—14 чел.), из числа которой выделяют 1—2 чел. для подготовительных и заключительных

работ.

Методика исследования. Метод исследования — лабораторный, способ — проращивание обработанных семян, конечные результа­ты опыта — показатели энергии прорастания и абсолютной всхожести.

Инструменты и материалы. Аппарат для проращивания семян (растильня) со всеми необходимыми приспособлениями, стерилизатор, счет­чик-раскладчик, стаканчики 0,2 л — 10 шт.; разборные доски — 12 шт.; пин­цеты — 12—14 шт.; скальпели — 12—14 шт.; мерный цилиндр — 1; весы ана­литические; спирт технический — 0,2 л; вода дистиллированная — 2 л; гетероауксин (калиевая соль ИУК) — 0,5—1 г; гиббереллин — 0,5—1 г; семена ели (чистые) — 10 г.

Порядок выполнения эксперимента. Берут 10 г чистых се­мян ели из расчета по 400 шт. на каждый вариант с некоторым добавлением на пустые семена, большая часть которых при замачивании всплывет и уда­ляется. Эти семена в течение 18 ч замачивают в дистиллированной воде комнатной температуры. Затем воду сливают, семена обсушивают фильтро­вальной бумагой, делят их на 6 равных частей, помещают в отдельные ста­канчики и заливают дистиллированной водой в контрольном варианте и рас­творами стимуляторов определенной концентрации в остальных. При этом вначале готовят раствор наибольшей концентрации (0,05%) в таком объеме, чтобы около половины его было достаточно для обработки семян данного варианта. Далее берут половину раствора первого варианта, доливают дис­тиллированной водой до полного объема, размешивают и таким образом по­лучают вдвое меньшую концентрацию следующего варианта.

В растворах стимуляторов семена замачивают 24 ч. Затем их промыва­ют, отбирают от каждого варианта четыре пробы по 100 шт. семян и про­ращивают в соответствии с ГОСТ 13056.6—75 «Методы определения всхоже­сти». Срок проращивания 15 дней. Дни учета всхожести 3, 5, 7, 10 и 15-й.

О результатах опыта судят по абсолютной всхожести и энергии прорас­тания семян в каждом варианте.

Документы. На каждый вариант подготавливают карточки учета по типу карточек анализа семян (таблица проращивания семян), куда заносят результаты наблюдений в дни учета. Оставшиеся в конце срока проращи­вания непроросшие семена разрезают и определяют их доброкачественность. Пустые семена исключают из расчета абсолютной всхожести.

В каждой повторности определяют показатель энергии прорастания (за 7 дней) и всхожести (за 15 дней). Затем в соответствии с § 4 ГОСТ 13056.6—75 вычисляют средние значения этих показателей по вариан­ту. Результаты представляют в таблице (см. табл. 23).

Результаты опыта свидетельствуют о том, что испытуемые фитогормоны при обработке семян ели отличаются наибольшим стимулирующим эффек­том в концентрации 0,0125%. Энергия прорастания семян в этом случае повышается вдвое, всхожесть — на 10% по сравнению с семенами, не обрабо­танными стимуляторами. Уменьшение концентрации фитогормонов от 0,125 до 0,031% (варианты V и VI) сопровождается постепенным снижением сти­мулирующего действия. Увеличение концентрации гетероауксина+гиббереллина более 0,0125% резко снижает эффект обработки семян вплоть до отри­цательного явления. В варианте II с наибольшей концентрацией фитогормонов (0,05%) вдвое снижается показатель энергии прорастания и на 8% — показатель всхожести.

Обработка семян ели фитогормонами сопровождается повышением энергии прорастания. Это явление можно объяснить тем, что у испытуемых семян в результате длительного хранения произошло естественное снижение энергии прорастания. Обработка фитогормонами в концентрации от 0,0031 до 0,0125% позволила устранить этот недостаток.

В целом по результатам эксперимента можно сделать предварительное заключение о том, что предпосевная обработка семян ели раствором гетероауксина+гиббереллина 0,0125% после длительного хранения (4 года) явля­ется эффективным средством повышения их энергии прорастания и всхоже­сти. Увеличение всхожести на 10% повысило качественную характеристику семян ели со II класса до I. Хозяйственный и экономический эффект полу­чен благодаря снижению нормы расхода семян при посеве.

Положительные результаты опыта свидетельствуют о необходимости продолжить исследование в этом направлении. Интересно испытать более дробные концентрации гетероауксина+гиббереллина в диапазоне от 0,0125 до 0,025%. После полевых, исследований и проверки влияния испытуемых стимуляторов на развитие всходов и рост сеянцев ели можно сделать окон­чательные выводы.

В период учебной и производственной практики учащиеся выполняют полевые опыты на питомнике, участках лесокультур­ного фонда, полевые исследования различных вариантов ранее созданных лесных культур разного возраста. Общим и обяза­тельным для всех направлений полевых исследований является подробная характеристика (экологическая, агротехническая и др.) исходного состояния объекта исследования.

Цель полевых опытов на питомнике — установить и научно обосновать эффективные агротехнические приемы выращивания сеянцев и саженцев: исследовать влияние на выход и рост поса­дочного материала разных способов обработки семян, внесения удобрений, использования гербицидов, испытать разные схемы посева и посадки, изучить особенности выращивания лесопоса­дочного материала в защищенном грунте и др. Методика исследования заключается в подробном описании объекта (участка для выполнения опыта), закладке вариантов опыта, учете всхо­дов сеянцев или саженцев, установлении их линейных размеров и массы. При этом измеряют высоту, текущий прирост в высоту, длину хвои, диаметр стволика у основания, длину корневой системы. Массу определяют раздельным взвешиванием хвои (листьев), стволиков и корневых систем сеянцев или саженцев в свежем и воздушносухом состоянии. Основными конечными критериями оценки эффективности того или иного испытуемого агротехнического варианта в питомнике являются выход стан­дартного посадочного материала с единицы площади, его ли­нейные размеры в определенном возрасте.

При изучении вопросов искусственного лесовосстановления и лесоразведения учащиеся могут участвовать в создании опыт­ных и опытно-производственных культур. Вариантами таких опытов могут быть культуры с различной агротехникой, густо­той, созданные посадочным материалом разного вида, и др. В смешанных культурах интересно выявить оптимальность их состава, схем смешения и др.

Кроме закладки опытов, большой интерес представляет ис­следование ранее созданных культур разного возраста, состоя­щее из двух этапов: осмотр и описание всех культур по участ­кам, исследование намеченных культур. В описании дают под­робную характеристику лесорастительных условий и агротех­ники выращивания лесных культур. Исследовав их на пробной площади или пробных рядах (в зависимости от фазы роста), устанавливают все необходимые показатели, характеризующие состояние и рост культур.

В одно-двухлетних культурах (в фазе приживания) необхо­димо выяснить процент приживаемости растений и причины, вызвавшие их гибель, а также выделить здоровые, сомнитель­ные и отмершие.

В культурах старше двух лет и до их смыкания (в фазе, предшествующей смыканию) следует установить процент сохранности и распределить растения по состоянию на здоро­вые, слабого роста (поврежденные или сомнительные) и погиб­шие, а также проследить ход роста растений по высоте за по­следние 3—5 лет и разрастание кроны вдоль и поперек рядов.

В культурах после смыкания крон (в фазе смыкания) необ­ходимо установить характер изрежевания (процент отпада), очищенность стволов от сучьев (процент протяжения живой и мертвой частей кроны), характер дифференциации стволов в насаждении, рост в высоту и по диаметру, производительность.

В фазе критического возраста (жердняка) необходимо уста­новить благонадежность культур по характеру роста, степени выраженности процесса дифференциации стволов и изреженно­сти насаждения. В случае признания культур неблагонадежны­ми необходимо выяснить причины их неудовлетворительного состояния. В культурах после критического возраста необходи­мо дополнительно к подробной характеристике их обычными таксационными методами изучить все показатели, перечислен­ные в предыдущем разделе. В культурах приспевающих и спе­лых дается общая таксационная и денежная их оценка. В результате сравнительной оценки устанавливают наиболее пригодные для данных лесорастительных и экономических усло­вий типы лесных культур и агротехнику их выращивания.

Общие требования к выполнению и основы методики поле­вого опыта изложены в учебном пособии Р. М. Аношина «Прак­тикум по дендрологии и лесоводству» (1976 г.). При биометри­ческих исследованиях лесных культур используют методы, при­нятые в таксации леса.

Тематика опытно-исследовательских работ.

1. Исследование чистоты семян, поступивших из разных хозяйств.
2. Исследова­ние массы 1000 семян одной породы из разных лесораститель­ных зон, из разных лесорастительных условий.
3. Исследование влияния различных стимуляторов на всхожесть семян древес­ных пород.
4. Исследование влияния различных способов подго­товки к посеву семян кедра сибирского (разные режимы страти­фикации, стратификация+стимуляторы прорастания и т. д.) на их всхожесть и рост сеянцев.
5. Сравнительная эксперименталь­ная оценка методов определения всхожести, жизнеспособности и доброкачественности семян.
6. Исследование влияния различ­ных агротехнических приемов (подготовки семян, внесения удобрений и др.) на выход и рост сеянцев.
   
7. Исследование влияния различных схем посевов и посадок на выход стандарт­ных сеянцев и саженцев.
   
8. Исследование лесных культур с раз­личной агротехникой их создания и выращивания.
9. Исследо­вание лесных культур с участием интродуцированных пород (лиственницы, кедра сибирского и др.).
10. Исследование лес­ных культур, созданных разным посадочным материалом (сеян­цы, саженцы с открытой или закрытой корневыми системами).
11. Исследование влияния способов обработки почвы на состоя­ние и рост культур в условиях избыточного увлажнения почвы.
12. Исследования лесных культур в условиях возможной смены пород (на вырубках с интенсивным порослевым возобновлением мягколиственных пород).