XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОПОНИКИ КАК БЕСПОЧВЕННОГО МЕТОДА ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Вода – красота всей природы. Вода жива, она бежит или волнуется ветром, она движется и даёт жизнь и движение всему её окружающему.
Аксаков Сергей Тимофеевич
Тема исследования и применения науки гидропоники на экологию и здоровье человека очень актуальна в наше время. Люди и животные, которые живут в разных регионах, одинаково нуждаются в круглогодичном получении необходимых для здоровья витаминов и минеральных веществ. Но не везде поверхность почвы позволяет это сделать или не все земли пригодны для ведения сельского хозяйства и возделывания по причине их чрезмерного загрязнения и истощения.
В фильме «Марсианин», который мы смотрели всей семьей, главный герой, оставшись один на Красной планете, выращивает зеленые растения. И у него это получается! На Марсе! Я задалась вопросом – а на сколько это реально? Всегда ли растениям нужна земля? И что будет, если земля станет непригодной для выращивания растений? Человечеству будет угрожать голод? В недалёком будущем, предсказывают ухудшение погодных условий, дефицит чистой воды, уменьшение количества плодородных почв, нехватку продуктов питания.
Ученые всего мира предлагают новые идеи как в ухудшающихся природных условиях помочь выжить растущему населению планеты Земля.
Полуфантастические проекты переселения на соседние планеты, создание космических городов-кораблей, города под землей, города под водой... Один из вариантов будущего – это жизнь с гидропонными установками. Эта система небольших по площади парников, где можно выращивать зелень, овощи, цветочные и ягодные культуры не в почве, а в различных субстрактах, с использованием воды, как основного источника питания.
Применение гидропоники снижает финансовые затраты на обработку почвы, защиту от сорняков и вредителей, позволяет выращивать больший объем растений на небольших участках. Вода и минеральные удобрения тратятся рациональнее и качественнее, за счет их многократного использования.
Актуальность работы – это рассмотрение метода выращивания растений без земли.
Цель работы – изучение науки гидропоники и изготовление гидропонной установки для применения выращивания овсяницы.
Задачи:
Изучить литературу о гидропонике, как беспочвенному способу выращивания растений.
Рассмотреть историческое прошлое и современное развитие метода гидропоники.
Собрать гидропонную установку и приобрести необходимый материал для ее изготовления.
Провести эксперимент по выращиванию растений в гидропонной установке.
Обобщить результаты эксперимента.
Объект исследования – метод гидропоники.
Предмет исследования – процесс выращивания травянистой культуры в гидропонной системе.
Гипотеза исследования – вода переносит питательные элементы и кислород и является лучшей средой для выращивания растений.
Методы работы: наблюдение, обобщение, опрос, анализ.
Новизна работы заключается в том, что автор в процессе исследования рассматривает метод гидропоника и сам создает гидропонную установку с разными субстрактами и делает выводы о влиянии данной системы на развитие зеленых растений.
В основе работы лежит информация, полученная из научно-популярных книг, научных журналов и сайтов сети Интернет.
История развития Гидропоники
Изучая статьи интернета и книги У. Тексье «Гидропоника для всех. ВСЁ О САДОВОДСТВЕ НА ДОМУ», Д. Вахмистрова «Растения без почвы», В.А. Чеснокова «Выращивание растений без почвы» я узнала, что существует множество доказательств того, что выращивание растений в почвы это очень старый и эффективный метод [1].
Гидропоника — это способ выращивания растений на искусственных средах без почвы. Гидропонный метод имеет по сравнению с обычным почвенным методом больше преимущества:
1.Растение непрерывно обогащается необходимыми ему вещества в нужных количествах, оно развивается здоровым и крепким, и гораздо быстрее, чем в почве.
2.Корневая система растений не испытывает пересыхания или недостатка кислорода.
3.Нет необходимости осуществлять постоянный полив растений, и легче контролировать расход воды.
4. Отсутствие большого количества болезней, которые могут развиваться только при почвенном выращивании. Исчезают также многочисленные проблемы вредителей почвы, что избавляет от использования ядов.
5. Балансом питательных веществ постоянно контролируется. Так растение получает только необходимые ему элементы, оно не накапливает в себе вредных для здоровья человека веществ, обязательно присутствующих в почве [2].
Принято считать, что гидропонные методы выращивания растений – это идеи современных технологий. Да, действительно, это технологии будущего, успешно реализуемые в разных странах, но к этому методу можно также отнести пословицу: новое – хорошо забытое старое…
Египтяне, инки индейских племен, ацтеков, и древние вавилоняне пользовались гидропоникой, даже не называя ее таковой. Есть упоминания о выращивании растений непосредственно в воде в египетских письмах, начиная со времен Нового царства с 1460 до н.э.
Археологические раскопки свидетельствуют, что висячие сады древнего Вавилона (Приложение А), вошедшие в число ― Семи Чудес Света были одной из первых удачных попыток земледелия на искусственных почвах. Висячие сады Семирамиды (Аль-Хилла, Ирак) были построены вавилонским царѐм Навуходоносором II около 600 г до н.э. Известно, что Навуходоносор II возводил прекрасные сады, чтобы порадовать свою жену, Амитис из Мидии. Вокруг дворца соорудили целую сеть каналов, чтобы подвести к растениям воду, подкачиваемую с помощью архимедова винта [4].
Плавающие сады Ацтеков в Центральной Америке - еще один пример удачного применения гидропоники. На берегах Озера Теночитлан (Мексика) кочевые племена были вытеснены с пахотных плодородных земель враждебными более сильными соседями. И тогда ацтеки построили из длинных стеблей тростника плоты. На них они уложили ил, поднятый со дна озера. Эти плоты назывались ― Чампас. На них выращивался обильный урожай овощей, цветов, и даже деревья замечательно росли и плодоносили. Влагу растения получали корнями, которые пробивались вниз к воде (Приложение Б).
Кроме этого, в 1275 г – в своих работах Марко Поло описывает плавающие сады, обнаруженные им в Китае, где субстрактом служили камни и вода.
В 17 веке изучением процесса питания культур занимался знаменитый голландский ученый Иоганн Ван Гельмонт, в 19 в. в этом процессе разбирался немецкий ботаник и агрохимик Юстус фон Либих.
Впервые в России в 1896 году на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде К.А. Тимирязев представил растения, растущие в красивом стеклянном домике. Растения находились в сосудах, заполненных раствором минеральных солей. В те времена такой метод был признан «кощунственным» и далее был под запретом, так и не получив распространения.
В начале 20 века Американский ученый В. А. Сетчелл рекомендовал использовать термин «Гидропоника» в отношении беспочвенного метода выращивания растений.
В 1950-х годах беспочвенный метод гидропоники распространился на целый ряд стран -Англию, Францию, Италию, Испанию, Швецию, СССР и Израиль [3].
Гидропоника в современном мире
С явными преимуществами гидропоники, такими как более высокие темпы роста, экономия пространства, эффективность использования воды и лучший контроль над вредителями и болезнями, неудивительно, что гидропоника сегодня широко применяется во всем мире. Нидерланды, Франция, Австралия и многие другие страны успешно пользуются этим методом, особенно хорошо показал себя метод на территории засушливого Израиля по выращиванию ягодных культур, в пустынях Объединенных Арабских Эмиратах, где всего 12 дождливых дней в году, по этому методу разработаны вертикальные теплицы, где успешно выращивают овощи и фрукты [6].
В Китае в 2017 году представили на выставке Alles Asiaновые установки по выращиванию таких культур как: морковь, свекла и картофель (Приложение В) [6].
В бывшем СССР правительство уделяло большое внимание развитию гидропонных систем. Были построены первые тепличные комбинаты, применяющие данную технологию выращивания в Москве и Киеве. В городе Ереван (Республика Армения) был создан Институт Гидропоники для проведения исследований в этой области [5]. В современной России гидропоника тоже начала быстро развиваться. В 2019 г. был создан проект iFarm Project, который привлёк миллионные инвестиции. Этот и другие агрокомлексы ориентированы на выращивание зеленой массы на территориях, не пригодных для круглогодичного выращивания зелени, овощей, ягод (тайга, горная местность, северные регионы, Крайний Север) [8].
Развитие гидропоники в Челябинской области
Сегодня в России существует много гидропонных ферм по выращиванию экологически чистой зеленой продукции. Например, в Челябинской области существует такое производство.
Агрокомплекс «Чурилово» — это самый крупный на Урале тепличный комбинат по выращиванию овощей и листовой зелени в закрытом грунте, используя современные шестиметровые блочные теплицы. Компания выращивает растения способом малообъемной гидропоники на минераловатном субстрате, используя систему капельного орошения и искусственного досвечивания. В теплицах круглый год зреют сочные и аппетитные томаты, огурцы, салаты и зеленные культуры [7].
Ежегодно агрокомплекс был лауреатом разнообразных конкурсов на агропромышленных выставках в номинациях, посвященных производству высококачественной биологически безопасной продовольственной продукции [10] (Приложение Г).
Изучив данный вопрос, я решила попробовать вырастить сама растение по методу гидропоники.
Эксперимент по выращиванию методом гидропоники
Но для начала решила выяснить насколько ребята моего возраста знакомы с таким методом как гидропоника.
Мною был разработан и проведен опрос одноклассников и ребят с кружка «Лаборатория первых открытий», в возрасте от 7 до 10 лет (Приложение Д)
Опрос показал, что такой метод как гидропоника известен 7 ученикам, а 28 не знали, что это такое.
При этом, большинство опрошенных хотели бы познакомиться с этим методом, им было бы интересно увидеть его в работе. Поэтому, я решила провести эксперимент в домашних условиях - вырастить растение, по методу гидропоники. (Приложение Е).
Для этого мы собрали гидропонную установку и приобрели необходимые материалы для ее изготовления.
- фитолампа с 2-мя цветовыми режимами – красный и синий
- парник для рассады из пленки
- семена овсяницы (газонной травы)
- органоминеральный жидкий комплекс
- разные субстракты:
гидрогель,
стружка из сосны и лиственницы,
джут - волокна растения, которое растет в Индии,
земля для рассады
- мною были изготовлены Живунчики из этих субстрактов и частей чулков (Приложение Ж).
Семена засыпала внутрь Живунчика, поверх разного субстракта, затем крепко перевязала капроновой ниткой. Сделала ушки, носики, прикрепила глазки для придания забавного вида. Затем опустила Живунчиков в емкость с водой комнатной температуры. Подержала, пока субстракты не намокли. В землю на глубину 1-2 см были посажены семена этой же овсяницы, засыпаны землей и политы.
Затем поставила всех Живунчиков в невысокие контейнеры под фитолампы в парник для рассады и периодически добавляла воды – 1 раз каждый день, чтобы верхний слой игрушки не пересыхал. Через 3 дня появится зеленая травка.
После первых всходов, в воду добавила по инструкции органоминеральный комплекс (один колпачок на 2 литра воды) и продолжала поливать один раз в день.
На 7 день от всходов растения тронулись в активный рост, при этом было замечено, что ростки, посаженные в землю росли с таким же темпом.
По истечению 20 дней от всходов можно сделать вывод – в разных видах субстракта, но в одинаковых условиях можно вырастить растения, не используя при этом землю. И растение будет таким же сильным, высоким как в земле. (Приложение И). При этом стоимость гидропонной установки, собранной в домашних условиях составила – 1100 рублей, при том как предложенные на рынке гидропонные грядки того же объема начинаются от 2000 рублей, например, Гидропонная грядка original аэросад Здоровья Клад X1 проращиватель зёрен или Здоровья КЛАД Гидропонная установка Чудо-грядка (информация поисковой системы Яндекс).
В ходе выполнения теоретической и экспериментальной части работы, я узнала много нового и поняла, что методом гидропоники можно создавать оптимальные условия для роста растений, экономить воду, питательные вещества. При постоянном контроле питательных элементов и наличию чистой воды мы получаем экологически чистые растения.
Технология выращивания требует сравнительно небольшой площади и объема, что открывает перед гидропоникой большие перспективы и позволяет человечеству выращивать зеленый сады в центре городов, а значит решить раз и навсегда проблему недостатка зеленной массы в мире.
Заключение
В ходе работы мы ознакомились с литературой и узнали об одном из самых необычных методах выращивания растений без земли – это гидропоника.
Кроме этого, провели эксперимент по выращиванию растений по методу гидропоники в гидрогели, стружки из сосны и лиственницы, джуте, а также земле для рассады и выяснили, что:
- метод гидропоники можно применять в домашних условиях,
- выращенные данным методом растения нисколько не уступают своим собратьям, выращенным в земле,
- при этом происходит экономия ресурсов – трудозатраты (без рыхление земли и очистки от сорняков),
- нет вредителей и болезней почвы (земля требует обеззараживания),
- можно получить большой урожай на небольших территориях,
- этот метод не привязан к сезонности – то есть можно выращивать растения круглый год.
Использование метода гидропоники позволяет создавать зеленую массу, в которой нет вредных веществ, при этом увеличивая ее объём.
С каждым днем ресурсы земли стремительно истощаются растущим населением планеты Земля. С такими темпами роста, привычные нам способы получения продуктов питания будут не в состоянии прокормить всех людей и животных.
Каким должен быть современный подход к проращиванию растений? Я считаю, что он должен быть экологически безвредным, безопасным для здоровья человека и животных, быстрым и продуктивным.
Принципы, которые применимы в гидропонике для выращивания растений, считаются экологичными. По сравнению с обработкой полей, беспочвенный метод выращивания культур не вредит атмосфере, грунтовым водам и не загрязняет почву вредными веществами. Гидропонные зелень, овощи и фрукты полезны для людей и животных, и могут стать альтернативными и качественными источниками жизни.
Гидропоника - эта древнейшая наука, которая каждый день открывает новые возможности для человечества и возможно не только на планете Земля.
Данный материал можно использовать на уроках окружающего мира и занятиях внеурочной деятельности «Люби свой край».
Список использованной литературы
Рассел, Д. Гидропоника/ Джесси Рассел. — Изд. 2-е, перевод на рус.яз. — Москва: Аспект-Пресс, 2012. — 121 с.
Бентли, М. Промышленная гидропоника/ М. Бентли. – перевод на рус.яз. - Санкт-Петербург: Питер, 2011. — 286 с.
Кирилова, Е. Н. Гидропоника/ Е.Н. Кирилова. – Москва: Росмэс-пресс, 2011.- 96с.
Матвеев, В. П., Рубцов, М. И. Овощеводство: учебник и учебное пособие для высших сельскохозяйственных учебных заведений / В.П. Матвеев – Москва: Агропромиздат, 2013. – 431 с.
Чесноков, В. А. Выращивание растений без почвы / В. А. Чесноков, Е. Н. Базырина, Т. М. Бушуев, Н. Л. Ильинских. – Москва: Мир, 2010. – 169 с.
Ващенко, С.Ф. и Корбут, В.А. Выращивание овощей без почвы/ С.Ф. Ващенко, В.А. Корбут// Сад и огород. – 2010. - №7. – С.11-19.
Гидропоника своими руками [Электронный ресурс]. — www.gidroponica.su — СПб.: ПитерКом, 1997. — Загл. с экрана.
Гидропонное выращивание растений [Электронный ресурс]. — www.ponics.ru — Москва: 2021. — Загл. с экрана.
Гидропонный журнал [Электронный ресурс]. — http://gidroponika.com/content/view/735/236/ — Москва: 2022. — Загл. с экрана.
Технологии Челябинской области [Электронный ресурс]. - http://churilovo-agro.ru/ Челябинск: 2021. — Загл. с экрана.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Висячие сады древнего Вавилона
Приложение Б
Плавающие сады Ацтеков
Приложение В
Гидропонные установки Китая по выращиванию картофеля
Приложение Г
Агрокомплекс «Чурилово» г. Челябинск
Приложение Д
ОПРОСНИК по теме ГИДРОПОНИКА
Что такое гидропоника?
Правда ли, что это современная наука?
Нужен ли свет для гидропоники?
Вредны ли плоды выращенные данным методом?
Отличаются ли вкусовыми качествами плоды растений?
Правда ли, что скорость роста и урожайность намного выше?
Хотели бы Вы познакомиться с методом выращивания растений без земли?
Имеет ли развитие гидропоника в России?
Спасибо за ответы!
Приложение Е (результаты опросника по теме гидропоника 35 человек)
Приложение Ж
(материалы, необходимые для изготовления гидропонной установки и проведения эксперимента: жидкий органоминеральный комплекс, семена овсяницы, земля, джут, гидрогель, стружка из сосны и лиственницы, каркасный парник для рассады, фитолампа)
Эксперимент по выращиванию методом гидропоники
Приложение И
(результаты использования метода гидропоники: с 3-его по 20 день эксперимента)