XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Гидропоника
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Тема моей работы является очень актуальной, так как человек издавна пытается обеспечить себя продуктами питания, создавая искусственные условия для выращивания растений. Люди шаг за шагом познавали секреты плодородия почв. Итог этих исследований парадоксален: возникла мысль полностью отказаться от почвы! В начале XX в. в России опыт с водными культурами в широких масштабах проводил К.А.Тимирязев. Этот метод называется гидропоникой. Благодаря этому методу можно довести растение до полного созревания семян. В результате можно установить, как будут развиваться растения в разных условиях.
Использование беспочвенного метода выращивания растений позволит обеспечить людей продуктами питания в разных природно-климатических условиях. Применение гидропоники снижает финансовые затраты на обработку почвы, защиту от сорняков и вредителей, позволяет выращивать большее количество растений на ограниченной площади посадки. Вода и минеральные удобрения расходуются рациональнее, за счет их многократного использования. Появляется возможность управлять ростом растений, путем изменения состава раствора питательных веществ, концентрации кислорода в растворе, что увеличивает урожайность.
Целью работы является получить урожай гороха с помощью гидропонной установки.
Задачи:
1. Изучить литературу по теме работы.
2. Определить условия необходимые для роста и развития растений.
3. Сконструировать гидропонную установку, приобретя необходимый материал для ее изготовления.
4. Провести опыты по выращиванию растений на разных средах.
5. Обобщить результаты эксперимента и сделать выводы.
Объектом исследования является изготовленная нами гидропонная система. Гидропоника - метод выращивания растений без почвы.
Предметом исследования является процесс выращивания растений (гороха) в гидропонной установке.
Научная новизна определена тем обстоятельством, что в исследовании рассмотрены вопросы, которые недостаточно изучены, требуют дальнейшего изучения.
Практическая значимость.
Результаты данного исследования могут быть использованы для выращивания огородных и цветочных культур в течение всего года, даже с использованием мелких семян, которые редко прорастают в открытом грунте. Выращивание продуктов на гидропонике имеет множество возможностей, для того чтобы не только производить, больше более вкусных овощей и фруктов, но и помочь окружающей среде.
Используемые методы: проектирование, эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.
Гипотеза: На правильно подобранных питательных средах можно выращивать растения без почвы.
Начало работы: октябрь 2021 года.
Завершение работы: декабрь 2021 года.
Я выбрала эту тему проекта потому, что мне хотелось выяснить, что надо сделать, чтобы свершилось это чудо природы – превращение маленького семечка во взрослое растение.
Растение начинает свою жизнь с семени. Крошечное семечко попадает в землю, оно начинает расти, появляются корень и росток, затем листья, цветы и плоды.
Кроме того, учитывая большую протяженность территории нашей страны очень остро стоит проблема транспортировки выращенного урожая до потребителя.
Все вышеперечисленное ставит под сомнение возможность решения в ближайшем будущем проблемы обеспечения продовольственной безопасности, путем развития традиционного промышленного сельского хозяйства.
1.Теоретическая часть
Работая над проектом, я узнал много нового о растениях и способах их выращивания.
Гидропоника - это обобщенный термин, означающий один из методов культивирования растений без почвы на питательных растворах, содержащих полный набор необходимых для роста и развития веществ в необходимой концентрации и доступной растению форме. При этом необходимо создать благоприятные условия для развития корней и питания растения. Для этого нужно обеспечить контакт корней с питательным раствором и постоянный доступ к корням воздуха, а также создать оптимальную влажность в пространстве между питательным раствором и основанием корней, так как при недостатке влаги они быстро засохнут.
Различают три основных метода выращивания растений на питательных растворах:
- водная культура - собственно, гидропоника;
- субстратная культура - гидрокультура;
- воздушная культура - аэропоника.
Гидропоника или водная культура - это метод выращивания, при котором растение укореняется в тонком слое органического субстрата (торф, мох и т.п.), уложенного на сетчатую основу, опущенную в поддон с питательным раствором.
Корни растений через субстрат и отверстия основы опускаются в раствор, питая растение. Этот метод самый старый, но не самый лучший. При гидропонном способе выращивания растений сложность представляет аэрация корней, так как содержащегося в питательном растворе кислорода растению не достаточно, и корневую систему растения полностью погрузить в раствор нельзя. Для обеспечения дыхания корней между раствором и основой оставляют воздушное пространство для молодых растений 3см, для взрослых - 6см. При этом необходимо позаботиться о поддержании повышенной влажности воздуха в этом пространстве, иначе корни быстро засохнут. Питательный раствор заменяется раз в месяц.
Для выращивания растений методом водной культуры нужен специальный гидропонный горшок, который можно изготовить и самостоятельно.
Считается, что беспочвенные методы культивирования растений, гидропоника – детище современных технологий. Это технологии будущего, успешно разрабатываемые в разных странах, но стоит вспомнить пословицу: новое – хорошо забытое старое. Но, даже в то далекое время гидропонные методы не являлись абсолютным новшеством. Конечно с натяжкой, но их можно назвать гидропонными. Первый, кто задумался о том, как питаются растения – Аристотель. Во всяком случае, его перу принадлежат работы, где он пытался объяснить сей процесс. Аристотель утверждал, что растения получают необходимую пищу в конечной (уже органической) форме, затрагивая этот вопрос лишь по способу перемещения веществ по стволу растения. Затем на многие столетия в изучении питания растений наступила пауза, пока этим вопросом не стал экспериментально заниматься голландский учёный Иоганн Баптист Ван Гельмонт (1575 – 1642). Он первый решил выяснить, чем питаются и откуда берут себе пищу растения. Беркли проводил обширные опыты вне помещений, о которых он впервые сообщил в 1929 г. Им разработана теория “гидропоники”, или водных культур (по аналогии с “геопоникой” - греческим термином для почвенных культур), и он утверждал, что выращивание растений без почвы в широких масштабах вполне осуществимо и целесообразно. Его опыты показали возможность выращивания различных растений в больших количествах в корытах, наполненных питательным раствором.
Метод Геррике блестяще выдержал проверку, когда потребовалось обеспечить свежими овощами отдельные американские воинские подразделения, находящиеся в период второй мировой войны на совершенно бесплодных скалистых островах. Растение своей корневой системой поглощает из почвенных растворов и затем усваивает необходимые ему минеральные вещества. Для всех растений абсолютно необходимы 13 элементов, которые принимают участие в обмене веществ: азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, хлор. При полном отсутствии в почве одного из этих элементов происходят резкие изменения основных жизненных функций растений - тормозится рост, нарушается нормальный ход фотосинтеза. Азот, фосфор, калий, кальций, сера и магний содержатся в растениях в значительных количествах и называются макроэлементами (от греческого слова «макрос» - большой), остальные - в ничтожных количествах и называются микроэлементами (от греческого слова «микрос» - маленький), но и они очень важны для растения. Нужно уметь своевременно заметить нехватку того или иного элемента в почве. Обеспеченность почвы минеральными элементами можно определить путем химического анализа почвы, а также самих растений. Недостаток питательных веществ (или их избыток) можно заметить и простым глазом по изменению окраски листьев, их формы, резкому замедлению роста и развития растений, если, конечно, они не вызваны другими причинами: вредителями, болезнями, засухой, холодом.
Основные признаки недостаточности питательных элементов
При нехватке азота (N) у растений - бледно-зеленая окраска и пожелтение листьев, слабый рост и раннее опадание листьев. Если мало фосфора (P) - темно-зеленая или голубоватая окраска листьев; появляются красные, пурпурные оттенки; темный, иногда почти черный цвет засыхающих листьев. При недостатке калия (K) - пожелтение или побурение листьев, отмирание ткани либо закручивание книзу краев листа, морщинистость листьев.
Преимущества гидропонного метода выращивания растений:
При применении настоящего способа существенно поднимается урожайность плодовых растений. Интенсивное цветение декоративных растений также доказывает положительное влияние гидропоники на их рост. Этот метод помогает снабдить растение всеми необходимыми ему полезными веществами. Оно растет крепким и здоровым, причем гораздо быстрее, чем в почве.
Растение не накапливает вредных и пагубно влияющих на человеческий организм элементов, содержащихся в почве. Как правило, это ядовитые органические соединения, избыток нитратов, радионуклиды, тяжелые металлы и прочие. Особенно это актуально для плодовых растений.
Растения не нуждаются в ежедневном поливе. И расход воды при гидропонике гораздо проще контролировать.
При почвенном выращивании растения нередко страдают от пересыхания и недостатка кислорода, в случае переувлажнения. С применением способа гидропоники это совершенно исключено.
Процедура пересаживания многолетних растений при использовании технологии гидропоники существенно облегчается. Ведь при пересадке их в почву корни в любом случае травмируются, в той или иной степени.
Благодаря гидропонике можно избежать таких проблем, как вредители и всевозможные разновидности грибков и болезней, которые встречаются у растений, растущих в почве. Вопрос о применении ядохимикатов сам собой отпадает.
Отпадает необходимость применения новой почвы, что значительно уменьшает затраты на процесс выращивания комнатных растений.
С практический точки зрения за такими растениями легче ухаживать, нет грязи от земли, нет посторонних запахов, нет вредителей, которые могут завестись в почве, а потом распространиться и на помещение.
Минусы применения технологии гидропоники
Изначально стоимость такого решения будет существенно выше, чем приобретения обычного грунта.
Нужно вложить немного труда, дабы самостоятельно собрать систему.
Стереотипы и общественное мнение дают свое. Многие такой способ выращивания растений ассоциируют с искусственным методом с применением химических удобрений – то есть ядохимикатами, которые пагубно влияют на здоровье. Однако такого рода суждения возникают исключительно от незнания того, что такое гидропоника.
2. Практическая часть работы
2.1. Изготовление гидропонной установки
При проведении практической части исследований на первоначальном этапе нам необходимо было определиться с конструкцией гидропонной установки, которою мы решили изготовить самостоятельно.
Самодельную гидропонную установку мы решили сделать по принципу многофункционального «чудо горшка», конструкцию которого подсмотрели в интернете.
На наш взгляд эта система самая простая. Есть чуть более массивные и сложные, покупные установки, но мы при выборе конструкции гидропонной установки остановились на этой.
Для изготовления универсального горшка для гидропоники нам понадобились:
Большой горшок для комнатных растений
Маленький горшок
Керамзит
В маленьком горшке сами сделали достаточно большое количество отверстий, для того, чтобы корни будущего растения могли развиваться.
Составные части установки, порядок ее сборки и общий вид представлены на рисунке 1.
Рис.1. Изготовление универсального горшка для гидропоники
Далее был выбран субстрат в котором необходимо выращивать растения.
В качестве субстрата должны использоваться инертные материалы.
Мы выбрали керамзит, так как он обладает следующими положительными свойствами: гигроскопичен, долговечен, пористый, в нем растение может достаточно долго сохраняет влагу (в системах подпором), после подготовки не меняет pH раствора.
Рис.2. Подготовка керамзита
Керамзит я купила в магазине и провела его подготовку. Сначала мы отобрали керамзитный камень размером 3-4 миллиметра, затем обработали его азотной кислотой и несколько раз тщательно промыв высушили. Внешний вид керамзита перед применением показан на рисунке 2.
2.2. Выбор экспериментального растения
На следующем этапе исследований мы выбрали растение, которое будем выращивать на гидропонике. Выбор пал на горох, так я хотела, не только вырастить растение, но и попробовать на вкус результаты своей работы.
А горох я люблю. Для предварительного проращивания семян мы использовали традиционный метод: в чашу с водой и ватными дисками поместили горох.
В ходе эксперимента мы создавали растениям различные условия, чтобы определить их влияние на рост и развитие растения.
Например, часть семян я предварительно замочила в воде, а другие посадили без замачивания. Те семена, которые были замочены, дали более ранние и дружные всходы. Таким образом, я сделала вывод о необходимости воды для роста и развития растения.
Также я заметила, что семена, которые поливали слишком обильно, не проросли, а погибли, в то время как семена, которые поливались умеренно и рыхлились, развивались очень хорошо. Так я сделала вывод о необходимости воздуха для роста растений.
Поставив один горшок с семенами в теплое, а другой в прохладное место, мы наблюдали, что в тепле растение развивается намного лучше, а растение в холоде как будто замерло и спит. Значит, тепло также является необходимым условием для развития растения.
В один горшок я посадила семена редко, а в другой – густо. Я заметила, что густо посаженные растения получились бледными, слабыми и вытянутыми, а редко посаженные растения имели ярко-зеленые листья и крепкие стебли. Объяснение этому я нашла в том, что густо посаженным растениям не хватало солнечного света, так как они затеняли друг друга. Значит, солнечный свет необходим для растений.
Из книг я узнала, что растения получают питание из почвы. Чем более богата питательными веществами почва, тем лучше развивается и плодоносит растение. Таким образом, наличие плодородной почвы также является необходимым условием для получения хорошего урожая.
После того как семена проросли, я пересадила их в заранее подготовленный горшок с землей.
2.3. Процесс пересадки гороха из грунта в систему гидропоники
А когда из земли проросли два первых листочка, мы осторожно выкопали растение и промыв корни проточной водой поместили горох в горшочек гидропонной установки, аккуратно присыпав корни керамзитом.
Поместили в ведро земляной ком с корнем растения и замочили на несколько часов водой комнатной температуры.
По истечению этого времени под водой аккуратно отделили землю и при помощи легкой струи воды комнатной температуры осторожно отмыли корни.
После очистки расправьте корни к низу и засыпали их субстратом. При этом не требуется, чтобы растение непосредственно корнями касалось водяного слоя. Раствор поднимется вверх по капиллярам субстрата и достигнет корней. Через некоторое время растения сами прорастут на необходимую глубину.
Далее мы полили субстрат сверху обычной водой. Затем залили воду в сосуд до необходимого уровня и оставили растение адаптироваться приблизительно на неделю.
Только после истечения этого периода в воду можно добавлять удобрения.
2.4. Рецепт для выращивания гороха на гидропонике
Магний сернокислый 5,37 гр/10 литров
Кальций азотнокислый 16,88 гр/10 литров
Монокалий фосфат 5,25 гр/10 литров
Калий сернокислый 1,25 гр/10 литров
Вода 10 литров
Приготовить собственноручно раствор для гидропонного метода выращивания, не сложно, и более того это занятие не требует особых навыков и знаний, а рецепты настолько просты что будут понятны даже начинающему садоводу.
В приготовлении питания для Ваших любимых растений вы можете использовать одно из двух решений:
1. Приготовить питательную смесь компонентов самому и растворить ее в подготовленной воде (отстоявшуюся не менее 2-х суток, с отрегулированным уровнем pH). При выборе этого решения придется искать и приобретать все элементы, указанные в рецепте самому, далее смешивать их в точных пропорциях для чего Вам просто необходимы весы с диапазоном взвешивания от 0.1 до 500 граммов.
2. Купить в магазине гидропоники уже готовые удобрения для гидропоники. Если выбраны в качестве питания уже готовые удобрения остается всего, лишь смешать их с нужным количеством воды, согласно инструкции на обратной стороне упаковки (емкости).
2.5. Вода для приготовления растворов
Что касается воды для приготовления раствора, то она должна быть чистой, и не жесткой, а также не должна содержать примесей. Лучше всего подходит для приготовления раствора дистиллированная вода, но если дистиллированную воду найти представляется проблемно, то можно использовать дождевую, из котлована или водопроводную воду, которую необходимо отстоять в темном месте не менее 2-х суток (нейтрализация хлора). Если из-под крана течёт жесткая вода, то ее можно смягчить при помощи торфа. Для этого берется торф, из расчета 700г на 10л воды в сетке опускают в емкость с водой и оставляют примерно на 10-12 часов, а лучше оставить на ночь. Профильтрованную от торфяной крошки воду утром можно использовать для приготовления питательного раствора или для полива растений. Еще для смягчения жесткой воды существуют специальные картриджи к фильтрам и таблетки смягчители (pH таблетки).
Все необходимые для приготовления растворов соли хранят отдельно в сухом или растворенном виде в закрытой стеклянной посуде. Исключение составляют соли железа, которые необходимо хранить в посуде из темного стекла в сухом виде и растворять только перед употреблением иначе выпадают в осадок.
Для приготовления питательных растворов все минеральные соли берутся в строго определенных в рецепте количествах, разводятся отдельно в небольшом количестве воды, далее растворяются в резервуаре с подготовленной водой. Смешивание сухих солей НЕ ДОПУСТИМО! Неправильно приготовленный раствор сведет на нет все труды.
В осенне-зимний период количество азота должно быть минимальным. Зимой, в период покоя, следует использовать питательный раствор в половинной концентрации.
2.6. Результаты эксперимента
После того как у посаженного гороха в почву появились по 2 листочка мы посадили его в разные среды:
1. 5 растений оставили расти в почве.
2. 5 растений поместили в водопроводную воду.
3. 5 растений поместили в гидропонную установку с использованием специального раствора.
Горох, помещенный в воду, немного увеличившись в размере, погиб.
Растения, выращенные с использованием раствора, после цветения дали плоды, а горох выращенный в почве после цветения начал засыхать
Рис.3 Результаты эксперимента
Понадобилось почти 3 месяца для того чтобы получить урожай гороха с помощью гидропонной установки (рис.4).
Рис.3.Результат моих трудов
Заключение
Ученые убеждены: сегодня нереально вырастить экологически чистый продукт в открытом грунте. Тут нужна гидропоника: ведь промышленные примеси, загрязняющие внешнюю среду, обнаруживаются даже в начисто лишенной индустрии Гренландии! Технику в таком хозяйстве тоже использовать нежелательно, чтобы не вносить в почву бензин и машинное масло - допускается только ручной труд или механизмы, работающие на электричестве.
Овощи и фрукты, произведенные с соблюдением этих условий, имеют давно забытый нами натуральный вкус и аромат, не идущий ни в какое сравнение с ощущением на языке, которое оставляют "пластмассовая" клубника и "восковые" яблоки из супермаркета. Экологически чистые овощи и фрукты никогда не замораживают и не пичкают консервантами, поэтому они, как правило, долго не хранятся: такую еду доставляют обычно потребителю домой в свежем виде.
Гидропоника – очень выгодная система, которая может решить проблемы с нехваткой продуктов несмотря на то, что далеко не все растения можно выращивать этим способом.
Я многое узнала о гидропонике. В начале были неудачи. У меня не получалось. Но поняв причину своих неудач, все же я продолжаю эту работу. В результате я получила урожай гороха и даже угостила им одноклассников.
Начатую работу я обязательно продолжу. Попробую вырастить и другие растения с помощью изученной методики. А самое главное увеличу объём выращиваемых растений.
Список использованных информационных источников
Гидропоника для любителей. Зальцер Э. Перевод с немецкого М.П.Чумакова, издательство "Колос" Москва, 1965 г., 158 с.
http://www.macfound.ru/
http://greenbeanshop.ru/
https://habr.com/ru/
https://agbz.ru/articles/gidroponnoe-vyrashchivanie-chto-eto-takoe-i-v-chem-ego-preimushchestva/?ysclid=lai7sn2x7m59053903
https://gidrabox.ru/blog/10-sovetov-gidroponistu-novichku/?ysclid=lai7tpsx4z86155230