XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Гидропоника: выращивание растений без почвы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Каждое лето я провожу каникулы у своей бабушки в г.Выкса Нижегородской области. И каждое лето бабушка занимается огородом: копает грядки, сажает растения, поливает, ухаживает. Сам процесс меня не очень привлекает, но полакомиться свежей зеленью с грядки или сочными ягодами никогда не откажусь. Но так как весь оставшийся год я живу с родителями в центре мегаполиса, разводить грядки нам негде. Вокруг нас только бетон и асфальт. И вот я задумался: а так ли необходима земля, чтобы что-то выращивать? Я решил провести эксперимент: вырастить фасоль в квартире.
Итак, цель моего исследования - выяснить, возможно ли выращивание растений без грунта?
Моя гипотеза: фасоль возможно вырастить без грунта.
Я изучил раздел ботаники, который носит название «гидропоника». В этом мне помогла литература, найденная в библиотеке и информация из интернета. Еще летом я был в городском лагере «Умный Нижний», где вожатые также рассказывали про такую технологию и показывали готовые результаты подобного опыта.
Для того, чтобы провести этот эксперимент мне потребовалось:
- пластиковая бутылка
- бинт
- вода
- керамзит
- зерна фасоли
- кусочек ткани
- готовый питательный раствор для комнатных растений.
Часть 1.
Что такое гидропоника.
Оказывается, при выращивании растений можно обойтись вовсе без почвы. Одним из первых это доказал российский ученый, в честь которого была названа улица, на которой я живу и на которой расположена моя школа. Это Климент Аркадьевич Тимирязев. Всю свою жизнь он посвятил изучению растений. В частности, он занимался и изучением вопроса о том, как питается растение, откуда и как поступают к нему питательные вещества и что с ними происходит в растительном организме.
К тому времени, как этим вопросом озадачился К.Тимирязев, науке уже было известно, что растения извлекают из почвы только лишь минеральные вещества и воду. Ученому пришла в голову мысль: раз так, то нельзя ли выращивать растения просто в растворах минеральных солей подходящего состава? Попробовал и оказалось – можно! Этот способ позднее назвали гидропоника.
Гидропоника («hygro» - вода, «ponos» - труд) – беспочвенная культура разведения растений в обогащенной питательными веществами воде, с использованием или без инертных материалов, таких как песок, гравий, в качестве механической поддерживающей среды.
Одно время казалось, что гидропонные культуры совершат революцию в деле выращивания растений. Ведь как облегчали они труд земледельца! Вместо возни с землей – наболтал минерального раствора, окунул в него корни растений – и никаких забот. Лишь меняй время от времени истощившийся раствор да следи, чтобы какие-нибудь вредители не напали на растение. Но уже первые опыты показали, что далеко не все виды растений обрадовались такому новшеству. От недостатка кислорода в растворах загнивали корни, растения плохо развивались, давали низкий урожай.
Разновидности гидропоники.
Специалисты по гидропонике стали думать, как бы обеспечить корням необходимое количество кислорода. И решили разместить корни в воздухе и периодически окунать в раствор. Это направление назвали «аэропоника».
Потом решили не тратить силы на окунание корней в раствор, а попробовали просто опрыскивать их раствором. И это тоже получилось! Так родился самый экономичный метод аэропонного разведения растений. Вместо купания – дождик.
Но сторонники классической гидропоники запротестовали. Аэропоника – это уже слишком. А вдруг автоматика откажет, а вдруг кто-то проглядит и высохнут корни? Воздух – ненадежное место для них. Лучше этот воздух подать прямо в воду, прямо к корням растений. Примерно так, как подают кислород аквариумным рыбкам. Впервые такой эксперимент провели школьники из г.Санкт-Петербурга. Взяли юннаты у хозяев аквариумов микрокомпрессоры, подвели шланги от них к корням растений, включили воздух… И выросли вполне нормальные горох и огурцы.
Самым сложным во всей процедуре беспочвенного растеневодства оказалось закрепить молодые растения над раствором. Придумывали несколько вариантов: с использованием поролона, древесных спилов. Самую большую популярность приобрел способ субстратной гидропоники.
Субстрат – это основа чего-то. Так вот за основу решили брать песок, керамзит (мелкие обожженные комочки глины), гравий, мох. Эту среду стали использовать в качестве опоры для корней растений. В нее же каждые пять-семь часов подается питательный раствор. Примерно в течении получаса корни находятся в растворе, затем раствор сливается. Но в порах между частицами субстрата и в порах самих частиц немного раствора задерживается, и корни продолжают его всасывать. Воздуха корням тоже хватает.
Чтобы не забывать омывать корни в субстрате питательным раствором, можно использовать еще одну разновидность гидропоники: выращивание растений в двойных сосудах. В таком случае используются две посудины: одна меньшего, другая большего размера. Меньшая должна быть насквозь дырявой. Ее заполняют каким-нибудь субстратом (песком или керамзитом, например) и вставляют в сосуд большого размера, в который налит питательный раствор. Раствора должно быть столько, чтобы он лишь слегка касался дна меньшего сосуда. Через дырки в стенках внутренней посудины корни растений проникают наружу в питательный раствор. Между корнями происходит как бы разделение труда: те из них, которые находятся в субстрате, добывают растению воздух, наружная же их часть впитывает удобрения.
Часть 2
Распространенные заблуждения о гидропонике.
Миф 1: Гидропоника - это новая технология.
Еще в древнем Египте фараоны наслаждались вкусом фруктов и овощей, выращенных с помощью гидропоники. Одно из семи чудес света всего мира, Висячие сады Семирамиды в Вавилоне, на самом деле, было просто гидропонным садом. В Индии растения выращиваются прямо в кокосовом волокне, корни растений погружены в воду. Если гидропоника – это новая технология, то она новая уже тысячи лет. Гидропоника – не новинка – она просто отличается от прочих методов выращивания.
Миф 2: Гидропоника - это что-то искусственное и ненатуральное.
Рост растения реален и натурален. Растениям требуются простые, природные вещи для нормального роста. Гидропоника обеспечивает все потребности растения в нужном количестве и в нужное время. Нет никаких генетических мутаций в гидропонных установках, нет ничего необычного в химических составах питательных растворов, которые подаются корням растений, нет никаких мифических «стероидов» при использовании гидропоники. При производстве чистых питательных растворов теперь стало возможным выращивать полностью органическую продукцию с помощью гидропоники. Вы не найдете ничего натуральнее во всем мире.
Миф 3: Гидропоника вредит окружающей среде.
Это абсолютно неверно. Выращивание растений гидропонными методами намного бережливее к земле и водоемам, чем традиционные методы садоводства и огородничества. Мы считаем воду одним из наших драгоценнейших ресурсов, а с помощью гидропоники мы экономим от 70 до 90 процентов воды, чем при обычном садоводстве. Еще одна выгода в том, что никакие удобрения не попадают в естественные водоемы, как это происходит при традиционном выращивании.
Миф 4: Гидропоника - это что-то из области космических технологий, слишком сложна и высокотехнологична для понимания обычным человеком.
Как уже было сказано, гидропоника – это выращивание без почвы и для этого не требуется особых устройств и изысков. Недорогое ведро или цветочный горшок, заполненные субстратом и орошение гидропонным раствором – вот и вся гидропоника. Лист пенопласта с отверстиями, в которые вставлены горшочки, плавает на поверхности воды в ванне с аэрируемым раствором – тоже гидропоника и эта система очень популярна для простых образовательных школьных проектов.
Миф 5: Гидропоника слишком дорогая.
Это не совсем верно. Как и с любым хобби, вам захочется новых «игрушек» или вы захотите улучшить и расширить ваши знания. И садоводы всегда тратят средства на своих любимцев, будь это бонсаи, орхидеи, огородничество и т.д. Однако, не всегда бывает легко добиться желаемого результата и уложиться в размеры планируемого бюджета. Так и с гидропоникой.
Миф 6: Использование гидропоники не получило распространения.
Снова неверно. Гидропоника используется во всем мире. Она используется в странах, где климат не позволяет или ограничивает выращивание и где почва слишком бедна для производства больших урожаев. Она также используется в странах, включая США, где почвы были так отравлены удобрениями и стали токсичными, что на них невозможно более выращивание. В Британской Колумбии 90% всей тепличной индустрии теперь гидропонное.
Миф 7: Гидропонику можно использовать только в закрытых помещениях.
Гидропонику легко использовать как на улице под солнцем так и в помещениях. Одно преимущество в выращивании в закрытых помещениях в том, что вы, а не матушка-природа, контролируете и управляете сезонами, и для вас сезон выращивания длится 12 месяцев в году. Однако это справедливо для любого метода выращивания. Почвенное выращивание можно производить в закрытых помещениях, также как и гидропонику можно использовать на улице.
Миф 8: Гидропоника не требует никаких пестицидов.
Это единственный миф, в который хотелось бы верить. Конечно, необходимость пестицидов очень сокращается, потому что сильные здоровые растения менее уязвимы атакам и болезням, чем слабые. Кроме того, ликвидируется главный рассадник заразы – почва. Но даже в закрытых помещениях существует опасность проникновения вредителей. Наблюдение и контроль требуется за любым садом, чтобы предотвратить проблемы появления вредителей. Хорошо то, что использование в этом случае токсических препаратов минимально.
М иф 9: На гидропонике вырастают огромные супер-растения.
Этот миф имеет под собой некоторую основу, но есть несколько аспектов. Каждое семя, как и все живые существа, имеет заложенный генетический код, который определяет размер растения, потенциальный урожай и вкус. Гидропоника не может превратить томаты-черри в томаты для соуса, но может дать самые лучшие томаты-черри, которые возможны. Если к этому конечно располагают гены растения.
Миф 10: Гидропоника в основном используется для криминальных целей.
Использование гидропоники для криминальных целей вызвано тем, что это очень эффективный и успешный метод скрытого выращивания. Это бросает тень на индустрию и методы, которые способны решить проблему голода и недостатка питания. Процент использования гидропонных систем для нелегальных целей параллелен проценту использования машин Форда при ограблениях банков.
Часть 3
Эксперимент. Выращиваем фасоль на подоконнике.
Первое, что нужно было сделать – это получить из жесткого семени росток. Для этого я завернул несколько зерен фасоли в мокрый кусочек ткани и положил в теплое место на кухне. По мере высыхания ткани, я снова увлажнял ее. Спустя примерно 10 дней зернышки стали более мягкими, а из них показался небольшой зеленоватый росток. Это как раз самое время для высаживания ростка в грунт. Но мы же решили вырастить его совсем без земли. Поэтому нужно переходить к следующему этапу.
Теперь нужно было подготовить емкость для дальнейшего выращивания нашего ростка. Мы с папой отрезали от пластиковой бутылки горлышко (примерно на 7-10 см). Нижнюю часть бутылки наполнили водой и добавили питательные вещества, купленные в цветочном магазине. Можно было бы приготовить питательный раствор и самостоятельно, но это мне показалось довольно сложным делом.
Что же делать дальше? Бросить в воду росток, мне показалось, плохой идеей. Излишняя влага также губительная для растений, как и ее нехватка.
Рисунок 1
Обычно влагу и полезные вещества растения получают из земли, которую поливают, удобряют, рыхлят. А если от земли мы сознательно отказались, то как же тогда доставить необходимую для роста и развития растения воду и питательные вещества? Я решил использовать принцип двойных сосудов (см. рис.1).
Рисунок 2
В большой емкости была бы вода с растворенными в ней питательными веществами. Вторая часть – это отрезанное горлышко бутылки, куда мы планировали поместить пророщенное зерно фасоли. В перевернутое горлышко насыпали крупный керамзит (см. рис. 2). Туда же поместили наш росток.
Чтобы керамзит не высыпался из горлышка и был доступ воздуха к корням, на горлышко я намотал бинт, концы которого свисали к воде. Это позволило увлажнять керамзит на первых порах, пока корни еще не доросли до воды.
Теперь осталось поставить нашу конструкцию на подоконник и наблюдать.
Рисунок 3
За две недели наша фасоль вытянулась на пятнадцать сантиметров в длину, у нее появились первые маленькие листочки. Спустя два месяца это уже был не росток, а полноценное растение, высотой около 1 метра с крупными листьями (см. рис. 3).
А чуть позже я обнаружил на нем и первые плоды – это настоящие стручки фасоли (см. рис. 4)!
Рисунок 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Я изучил что такое гидропоника. Оказывается, это очень древняя наука. Нет в ней ничего сверхъестественного, опасного или архисложного. Вырастить растение с помощью гидропонной технологии под силу любому школьнику. Эту технологию используют и в сельском хозяйстве. Например, часть зелени, которую мы покупаем в супермаркетах, выращивают по гидропонной технологии.
Мне очень хотелось попробовать вырастить самому какое-то растение. И у меня получилось! На подоконнике выросла фасоль и даже дала свои плоды.
Проводя наблюдения за ростом и развитием растений проекта, я убедился, что гидропоника, как метод, очень перспективен. Сегодня ресурсов планеты не хватает, чтобы прокормить население, а в дальнейшем потребуется все больше и больше продуктов питания. Если мы не научимся применять современные технологии, то населению планеты будет грозить голод. Гидропоника - способ выращивания растений без почвы, позволяющий экономить так необходимые сегодня ресурсы планеты: воду и почву.
Наше общество всё больше задумывается о том, что потребляет и, конечно же, мы хотим видеть на своём столе экологически чистые продукты. При выращивании растений в гидропонной системе мы точно знаем, что вошло в растения, и можем гарантировать, что в них нет вредных пестицидов, которые могут нанести вред нашему здоровью и здоровью окружающей среды.
В качестве продолжения своей научной работы по данной теме я планирую сравнить скорость роста фасоли по гидропонной технологии и классическим способом, в почве. Понаблюдаю за тем, когда появятся первые плоды. Я уже прорастил зерна и начал новый эксперимент.
Список литературы и ссылки
Энциклопедический словарь юного земледельца. Сост. А.Д.Джахангиров, В.П. Кузьмищев. – М. Педагогика, 1983 г. – 368с., ил.
Всемирная энциклопедия: Биология. Гл. ред. М.В. Адамчик. Гл. науч. ред. В.В. Адамчик. 2004г. – 832с.
Сад и огород в доме. Е.Б. Попов. Детская литература, 1985.- 116 с.
«Выращивание растений без почвы», В.А. Чесноков, Е.Н. Базырина, Ленинград, Ленинградский университет, 1984 г.
www.gidroponica.su – Гидропоника своими руками
www.ponics.ru – Гидропонное выращивание растений
http://www.botanichka.ru/blog/2011/01/06/hydroponic-2/