XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Гидропоника как способ выращивания растений в искусственных почвах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Одинцов М.С. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Нестерова И.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

На данный момент перед цивилизацией остро стоит проблема нехватки плодородной земли: «Даже такая проблема, как дефицит полезных ископаемых, на данный момент стоит перед цивилизацией не так остро, как проблема дефицита продовольствия. Уже к 2050 году мы достигнем критического уровня пахотной земли на душу населения, что может обернуться глобальным голодом», — отметил профессор Санкт-Петербургского государственного университета доктор сельскохозяйственных наук Борис Апарин.

А также по результатам исследований через 50 лет практически все жители нашей планеты будут жить в городах. Кто же будет выращивать продукты?

Решать эту острую проблему нужно уже сегодня. Выход один – искать методы выращивать продукты при отсутствии плодородных земель.

Гидропоника в совокупности с закрытым грунтом, открывают новые возможности в сфере продовольствия, что особенно актуально для темы решения глобального голода. Ведь гидропоника в закрытом грунте, это возможность производить широкий диапазон фруктов и овощей в крайне сложных условиях, где без технологий эти растения бы не выжили.

Цель: изготовить простейшую гидропонную установку в домашних условиях и понаблюдать за скоростью и качеством роста растений, сравнив с почвенным методом.

Задача: сравнить развитие и рост растения в почве, субстрате и водном растворе на примере огурца, гороха и микрозелени.

Необходимые материалы: пластиковая коробка, горшки, кислородная трубка, насос, посевной материал, субстрат, питательный раствор, почва (I Приложение).

Методы:

Изучение литературы

Фотосъемка процесса

Анализ полученных данных

Гипотеза – возможность выращивать экологически чистый урожай круглый год, не зависимо от качества почвы и экологии в целом.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. История и основные принципы работы гидропонных установок

История и причины возникновения гидропоники как метода выращивания

Слово «гидропоника» в переводе с греческого языка означает «рабочий раствор».

Гидропоника представляет собой модель выращивания растительных культур без наличия земельного грунта, поскольку растение получает подкормку из специального раствора, который содержит все необходимые вещества.

Идея применения гидропоники далеко не нова. Достаточно древними аналогами технологии гидропоники являются «Висячие сады семирамиды» (одно из Семи чудес античного мира, которое представляло собой инженерное сооружение в Вавилоне с каскадом многоуровневых садов), а также «Плавающие сады ацтеков», когда коренные племена индейцев были вытеснены из своих плодородных земель и были вынуждены выращивать растения на плотах.

Преимущество и недостатки метода

1.2.2 Преимущества

Корень как орган поглощения воды и минеральных веществ

Одной из важнейших функций корневой системы является всасывание и подача воды в надземную часть. Как известно, растение на 80 % состоит из воды. Если корень не справляется с этой работой, то растение завядает, прекращая одновременно вырабатывать в процессе фотосинтеза новые органические вещества, перестает расти, что сильнейшим образом сказывается на урожае. Корню приходится, таким образом, совершать колоссальную работу, чтобы обеспечить растение водой. При выращивании растений в почве корень разыскивает воду, углубляясь на 1,5— 2 м, и оплетает каждый комочек почвы в сравнительно большом объеме. В силу этого протяженность и общая поверхность корней у растений, выросших в естественных условиях, очень велика; она примерно в 50—100 раз превышает поверхность листьев. Немало усилий корень принужден зачастую прилагать, отнимая воду от коллоидных частичек или от скопившихся в почве солей. Роль корня в обеспечении растений водой намного облегчена при выращивании их на искусственных субстратах. Вода не связывается субстратом. Поиски ее делаются ненужными. Вода всегда имеется в изобилии и легко доступном виде [1. стр. 21-22, В.А. Чеснокова].

Поглощение корнем минеральных веществ

Другой важнейшей функцией корневой системы является поглощение необходимых для растений питательных солей. Корневая система растений проделывает большую работу, разыскивая и собирая по крупицам рассеянные в почвенной толще питательные элементы. Лишь незначительная часть минеральных солей находится в так называемом почвенном растворе, из которого они без особого труда всасываются корнем. Однако почвенный раствор даже в самой плодородной почве содержит относительно мало питательных веществ и не может обеспечить нормального развития растений. Основная масса питательных солей находится в нерастворимом состоянии. Питание растений в почве осложняется еще тем, что питательные вещества, в особенности азот и фосфор, находятся в форме органических соединений [1. стр. 23, В.А. Чеснокова]. Выращивание растений без почвы легко разрешает задачу рационального питания растений, так как в любое время простой количественный анализ позволит дать точный ответ, в каком количестве то или иное вещество находится в растворе. В случае необходимости состав среды можно изменить в нужном направлении. Это является одним из основных преимуществ метода [1. стр. 24, В.А. Чеснокова].

Роль аэрации корня в поглощении им питательных веществ

Как уже говорилось, корень нуждается в кислороде, иначе функции его по поглощению воды и питательных солей затормаживаются. Всего интенсивнее дышат растущие молодые корни, они главным образом и поглощают питательные соли. Старые корни действуют лишь как транспортные пути, передавая поглощенные ионы в надземную часть растений. Нежные молодые корешки в сухом пространстве отмирают, не достигнув питательного раствора. Поэтому при выращивании растений в искусственной среде необходимо в первую очередь обратить серьезное внимание на создание благоприятных условий аэрации и влажности воздуха, что обеспечит и нормальный рост корня и его работу [1. стр. 24, В.А. Чеснокова].

Влияние температуры на рост корня и урожай

При выращивании растений большое значение имеет также температура почвы или искусственной питательной среды. Как высокая, так и низкая температуры неблагоприятны для жизнедеятельности корня. При низкой температуре дыхание корней ослабляется, вследствие чего поглощение воды и питательных солей уменьшается, что приводит к подвяданию и остановке роста. Особенно чувствительны к понижению температуры огурцы, снижение ее до 5° губит рассаду огурцов. Листья взрослых растений при низкой температуре питательного раствора в солнечную погоду подвядают и получают ожоги [1. стр. 25, В.А. Чеснокова].

Скорость роста растений в искусственных субстратах

В искусственных субстратах растения с первых же дней бесперебойно снабжаются достаточным количеством всех необходимых им питательных веществ в легко доступной форме, что не всегда имеет место в почве, где наличие питательных веществ до некоторой степени зависит от деятельности микроорганизмов. В силу указанных причин рост растений без почвы, особенно рассады, происходит значительно быстрее, чем при обычном способе выращивания. По утверждению многих практиков, рост в искусственной среде идет на 20 и даже на 50% быстрее, чем в самой лучшей почве [1. стр. 28, В.А. Чеснокова].

В работе В.А. Чесноковой приведены сравнительные таблицы по урожайности культур выращенных в почве, субстрате и воде.

1.2.2.Причины малого распространения метода и его недостатки

Метод выращивания растений без почвы перспективен, особенно в тепличном хозяйстве и в тех местах, где нет почв или они очень плохи. Но несмотря на свое 30-летнее существование, метод этот не получил всеобщего признания. В чем же причина этого? Основная причина — большие капиталовложения на оборудование установок. При выращивании растений без почвы необходимы бетонные канавки, система труб, насосы, резервуары для хранения питательных растворов. Все эти затраты могут окупиться в сравнительно короткий промежуток времени только при производстве дорогостоящей продукции — цветов, ранних овощей высокого качества, а также большими урожаями с единицы площади. Вот почему в настоящее время в промышленных установках в основном выращиваются цветы, рассада и ранние овощи: томаты, огурцы и т. п. Ряд специалистов считает, однако, что издержки, затраченные на устройство искусственных культур, оправдывают себя сравнительно быстро. Так, Робине (Robins, 1958), имеющий многолетний широкий опыт по устройству больших ферм на острове Аруба и в Пуэрто-Рико, утверждает, что в 1946 г. в США через 90 дней после посева он уже оправдал все издержки, затраченные на оборудование гравийных культур [1. стр. 38 -39, В.А. Чеснокова].

Элементы необходимые для питания растения

Элементы питания растений делят на две группы: макроэлементы или основные элементы, и микроэлементы (необходимы растениям в малом количестве). Макроэлементы хорошо известны. К ним относятся калий, азот, фосфор, магний, сера и кальций. Азот необходим для построения тканей растения. Калий повышает устойчивость растений к болезням. Фосфор стимулирует рост корней. Магний играет роль в росте корней и образовании жиров, и поэтому важен для производства хороших семян [2. стр. 243- 245, М.Бентли].

Как выбрать культуру для выращивания гидропонным методом, какие растения не желательно выращивать данным методом и почему

Лучше всего, на гидропонике растёт зелень.

К ней относится: петрушка, укроп, базилик, шалфей, розмарин, кинза, мята, мелисса, салат и пр. Ничем не уступают овощные культуры, ягоды и даже некоторые фрукты: брокколи, зелёная фасоль, баклажан, шпинат, огурцы, томаты, клубника, земляника, многие разновидности бобовых, кольраби, банан, болгарский перец, лук и многое другое, также порадуют Вас прекрасным урожаем, выращенным на гидропонике.

Но, существуют и такие растения, которые выращивать методом гидропоники, просто не рекомендуется. И это не потому, что они не вырастут, а в силу их особенностей строения.

Например, не рекомендуется выращивать на гидропонике растения: образующие клубни или корневища (картофель, свеклу, морковь); грибы, обладающие быстро отрастающими корнями (циперус, хлорофитум); недолговечные (экзакум); требующие частой чистки, а чистка нужна для того, чтобы остатки листьев и цветов не засоряли гидропонную систему (бегония высокая, бальзамин);

Крупнейшие гидропоникумы мира

Гидропонные хозяйства имеются во многих районах земного шара.

Израиль. Это небольшая страна с плотным населением и большими объемами засушливых и пустынных земель. Здесь выращивают гладиолусы и землянику для рынков Европы в зимние периоды.

Англия. Многие крупные хозяйства сейчас выращивают помидоры и гвоздику.

Голландия. Здесь выращивают цветы и помидоры, используя различный субстрат (песок, торф, гравий).

А также, такие страны как Франция и США.

Экспериментальная часть

Изучив в интернет-источниках гидропонные установки, сделанные в домашних условиях, я решил сделать её вместе с родителями у себя дома.

План работы:

Приобретение материалов для изготовления гидропоники

Приобретение посевного материала, раствора для питания растений и почвы

Посадка

Наблюдение и выводы

Ход эксперимента:

Приобретение материалов для изготовления гидропоники

Материалы:

Пластиковая коробка в которой вырезали отверстия для горшков;

Кислородная трубка, термометр и насос для аквариумов (были приобретены мной в зоомагазине) (I Приложение);

Приобретение посевного материала и раствора для питания растений

Материалы(I Приложение);:

Культурные растения: горох, огурец и микрозелень;

Питательный раствор, содержащий калий, азот, фосфор, магний, серу и кальций;

Кокосовый субстрат;

Почва, насыщенная макроэлементами (азот, фосфор, калий), для высадки посевного материала в горшки с почвой.

Посадка

После сборки гидропоники, я высадил все виды растений в гидропонную установку и в горшки с почвой.

Наблюдение и выводы

Период наблюдений составил 17 дней (с 6 по 22 сентября).

Контроль условий роста может осуществляться: 1) по составу питательного раствора (этот метод позволяет наиболее тонко регулировать условия питания растений); 2) химическому анализу растений и 3) внешнему виду растений [1. стр. 128, В.А. Чеснокова].

Мы будем сравнивать два метода по пунктам 1) и 2) на всех этапах роста растений. Изначально, п. 1 - выполнен (почва насыщена макроэлементами, а в гидропонику производим подачу питательного раствора).

Посадку произвели 6 сентября. Растения в почве и гидропонной установке находятся в равных условиях в одной комнате, т.е. температура и свет – одинаковые (II Приложение).

12 сентября подключили кислород и добавили питательный раствор в гидропонную установку.

Таблица наблюдений.

Вывод из эксперимента: Изготовленная гидропонная установка позволяет получать урожай в любое время года и без почвы, при этом скорость роста по некоторым образцам (в равных условиях) превосходит скорость роста в почве, а растение имеет более красивую и правильную форму листа (III Приложение).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, выращивание растений в искусственных субстратах все же имеет ряд преимуществ перед выращиванием их в почве:

1. Оптимальные условия корневого питания и водоснабжения;

2. Экономное использование воды и питательных веществ;

3. Возможность регулирования температуры корнеобитаемого слоя;

4. Ускорение развития растений;

5. Уменьшение ручного труда при уходе за растениями (отсутствие прополок, поливов и т. п.).

Цель работы достигнута, гипотеза подтвердилась:созданная мною модель позволяет получать урожай без почвы.

Список использованной литературы:

1. Выращивание растений без почвы / В.А. Чеснокова [и др.]; Издательство ленинградского университета 1960. – 21- 39, 128 с.

2. Бентли, М. Промышленная гидропоника автора / М. Бентли; пер. с англ. Под ред. В.Н. Былова : Издательство Колос Москва, 1965. – 243 – 245 с.

3. Интернет – ресурс https://agrostory.com/info-centre/knowledge-lab/gidroponika-kak-sposob-vyrashchivaniya-rasteniy-bez-pochvy/

4. Интернет – ресурс https://www.youtube.com/watch?v=PUaKN_dpkfg

5. Интернет – ресурс http://earth.spbu.ru/news-events/news-all_1012.html

I – Приложение. Материалы для изготовления гидропоники и посевной материал

II – Приложение. Наблюдения и выводы

III – Приложение. Заключительные наблюдения и выводы