XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Выращивание растений на различных субстратах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лапсуй Э.Э. 1

---

1МБОУ Тазовская СОШ

Яндо Е.И. 1

---

1МБОУ Тазовская СОШ

Работа в формате PDF

426.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

С каждым днем ресурсы земли истощаются стремительно растущим населением нашей планеты. С такими темпами роста, привычные нам способы получения продуктов питания будут не в состоянии прокормить всех людей. Поэтому разработка альтернативных способов получения пищи важна уже сейчас.

На помощь человечеству может прийти гидропоника. Передовой метод культивирования растений позволяет получать большое количество продуктов питания при малых затратах. К тому же, с одного квадратного метра гидропонной фермы можно собрать куда больше урожая, чем с одного кубометра поля. Это достигается за счет того, что растения растут в гидропонных комплексах в несколько ярусов.

Принципы, которые использует гидропоника для выращивания растений, считаются экологичными. По сравнению обработкой полей, беспочвенный метод выращивания культур не вредит атмосфере, грунтовым водам и не загрязняет почву тяжелыми солями. Экономический потенциал гидропоники довольно высок. Качественные и полезные продукты питания пользуются большим спросом на современном потребительском рынке. Гидропонные овощи и фрукты полезны для людей, они позволяют обогащать наш организм полезными витаминами и минералами.

В настоящее время в Арктических районах стоит острая проблема снабжения населения свежими овощами и фруктами, особенно в зимний период. На прилавках магазинов они часто отсутствуют. А для жизнедеятельности организма в рационе питания витамины должны присутствовать обязательно.

Мы, в своем далеком арктическом поселке, стараемся идти в ногу со временем, поэтому решили затронуть вопрос о производстве овощей самостоятельно. На базе Центра изучения естественных и технически наук «Академия открытий» при Тазовском районном Доме творчества, была организована мини-лаборатория по выращиванию огурцов гидропонным способом. В ближайшем будущем планируется введение в гидропонную систему томатов и зелени.

Актуальность исследования:

Применение гидропоники позволит снизить финансовые затраты на обработку почвы, защиту от сорняков и вредителей, а также позволяет выращивать большее количество растений на ограниченной площади посадки, получая при этом качественную продукцию.

Плюсом гидропоники является возможность варьировать систему питания растения непосредственно у корней, что и позволяет добиваться отличных результатов. Для каждой используемой культуры можно подобрать свой раствор, но можно использовать и универсальные, которые продаются в магазинах.

Цель работы: Изучение развития растений в различных специализированных растворах для гидропоники и сравнение их с растениями, выращенными в грунте.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Изучить особенности выращивания растений методом гидропоники.

3. Сравнить рост и развития огурцов в разных субстратах.

Гипотеза исследования: мы предполагаем, что выращивание огурцов методом гидропоники намного быстрее, а качество полученной продукции не хуже, чем у растений, выращенных в грунте.

Предмет исследования: процесс выращивания огурцов на различных субстратах

Объект исследования: растения, выращенные на гидропонических установках

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 История метода

История гидропоники берет свои корни еще с древнего мира. Предполагается, что знаменитые Висячие Сады, которые были построены по приказу Древнего Вавилонского правителя Навуходоносора II для своей жены, использовали базовые принципы гидропоники. Растения в этом саду росли из воды, что очень похоже на современные гидропонные фермы.

Само слово гидропоника появилось в Древней Греции и состоит из двух частей: ponos – труд и hydor – вода.

В дословном переводе с Древнегреческого языка, это слово означает «работающая вода». Первым описал процесс питания растений философ из Древней Греции по имени Аристотель. Аристотель по результатам своих наблюдений пришел к выводу, что растения обогащаются конечными органическими соединениями.

Современная история гидропоники начинается в XVII веке. В то время недостатки гидропоники все же были весьма значительными, и тогда же Ян Баптиста ванн Гельмонт в опубликованной работе «Эксперимент с ивовым деревом» (JeanvanHelmont, “WillowTreeExperiment”) доказал, что растения получают питательные вещества из водных растворов. Научные исследования продолжались с целью улучшения агротехнических приемов, направленных на развитие гидропонических технологий для улучшения и выявления новых способов обеспечения питательными веществами культур, выращиваемых в нетрадиционных условиях.

В течение XVIII и XIX веков наука о гидропонике добивалась всё больших успехов. Кульминацией в экспериментах стали научные открытия двух немецких ученых. Юлиус фон Сакс и В. Кноп, которых иногда называют «отцами гидропоники» (“The Fathers of Water culture”), обнаружили, что азот, фосфор и калий (N, Р, K) составляют три основных компонента для роста и развития растений. Они же разработали и питательную формулу, основанную на этих выводах.

В 1920-х годах Деннис Хоуглэнд (Dennis Hoagland) разработал стандартные гидропонические составы питательных веществ, названные его именем, базовые формулы которых все еще применяются во многих современных смесях питательных веществ. Научные открытия Хоуглэнда были первыми, он обнаружил компонентный состав микроэлементов в смесях, таких как: процентное соотношение магния, серы и железа, существенных для здорового роста и развития растений. Работы Хоуглэнда выявили необходимые компоненты в процентном соотношении для выращивания растений и посевов в любых условиях при наличии света и соответствующей температуры (солнце и погода). Таким образом границы земледелия раздвинулись за пределы традиционного плодородного землепользования.

Во время Второй мировой войны американские войска за границей выращивали растительные культуры на гидропонике для собственного снабжения продовольствием. Это помогало им избегать потерь продовольствия при транспортировке скоропортящихся продуктов. Технологии выращивания свежих овощей, фруктов и сельскохозяйственных культур применялась американцами во время боевых действий на бесплодных островах в Тихом океане и засушливых регионах Ближнего Востока. Иводзима и Окинава, скалистые и едва пригодные для жилья острова, были трансформированы из залитого кровью поля боя в плодородные сады жизни. Армейские подразделения, защищающие нефтяные месторождения на Аравийском полуострове, употребляют в пищу овощи местного производства, выращенные в самых суровых условиях пустыни.

По окончании Второй Мировой войны американские военные продолжали выращивать продовольствие на гидропонике. Подполковник Марк Э. Купер, квартирмейстер 1-й кавалерийской дивизии, во время корейской войны докладывал: «Во время пребывания в Кумчоне (Kumchon) мы начали получать первые поставки свежих овощей. Это продовольствие было переброшено по воздуху с гидропонных ферм в Японии. У нас был постоянный приоритет в поставках свежих продуктов питания для больниц и для фронтовых войск. Эти поставки сильно укрепляли моральное состояние войск».

1960-е годы были отмечены изобретением систем капельного орошения и «технологии питательного слоя» или NFT (Nutrient Film Technique). Системы капельного орошения способствовали доставке питательного раствора непосредственно к корням, капля за каплей. И, как правило, позволяют выращивать растения на субстратах, таких как гранулы керамзита (обожженные шарики глины) и минеральная вата (сложнокомпонентный продукт, полученный из силикатных расплавов на основе доменных шлаков, а также из смесей осадочных и изверженных горных пород).

При данном методе гидропоники в системе создаётся постоянное движение питательного раствора по дну ёмкости, куда опущены кончики корней растений. Субстрат обычно не используется, либо он присутствует в незначительном количестве. Питательный раствор качается в ёмкость при помощи насоса, а затем стекает в эту же ёмкость. Кончики корней омываются раствором, а влажный воздух в зоне корней не даёт им пересохнуть.

Метод гидропоники был основан на изучении корневого питания растений. В дистиллированной воде растворяют определенные минеральные соли, кроме солей того химического элемента, значение которого для жизни растения хотят выяснить. Растение выращивают на этом растворе в стеклянной банке. Опыты показали, что растение хорошо развивается лишь в том случае, если в растворе солей есть калий, кальций, железо, магний, сера, фосфор и азот. Если из питательного раствора исключить калий, рост растения останавливается. Без кальция не может развиваться корневая система. Магний и железо необходимы растению для образования хлорофилла. Без серы и фосфора не образуются белки, входящие в состав протоплазмы и ядра.

Поэтому чисто водная культура растений не нашла применения, но в последствии были разработаны другие методы. Сущность их сводится к тому, что корни растений размещают в каком-либо относительно инертном субстрате. Субстрат и корни погружены в раствор всех необходимых растениям питательных веществ.

1.2. Технология гидропоники

Современная гидропоника сильно отличается от той, что была открыта несколько веков назад. Но принципы, заложенные учеными, используются и по сей день. Огромные гидропонные фермы автоматизированы и способны производить тонны продуктов и овощей.

Выращивание растений в беспочвенной среде происходит следующим образом. Первоначально перед выращиванием семена проходят подготовки. Их подвергают барботированию (обогащению кислородом) и взращиванию в закрытых мини-теплицах. После подготовки семена укладываются в емкости, заполненные питательным раствором. В зависимости от вида выращиваемой культуры составляется соответствующий раствор, ведь каждому виду растению необходимы индивидуальные пропорции химических элементов.

Семена в таких растворах быстро идут в рост. Для благоприятного протекания процесса устанавливается соответствующая температура и влажность воздуха. Почти все растения комфортно чувствуют себя при температуре от 20 до 25 градусов Цельсия. Подходящая влажность – 65-70 процентов.

Так как корни растений находятся в водной среде, они не могут сами себя поддерживать, поэтому ростки фиксируются. Корневая система при этом развивается слабо, ведь опорная функция полностью отпадает. Нет нужды в развитии больших и крепких корней, свободные силы растения пускают на развитие стебля, листвы и плодов.

Наличие правильного освещения – важный фактор для быстрого роста растения. В закрытых гидропонных фермах применяются лампы дневного света, чтобы удовлетворять потребность растений в освещении. Если правильно подобрать длину световых волн для конкретного вида культуры, процесс фотосинтеза будет протекать куда быстрее, и, следовательно, рост самого растения ускорится. Некоторые растения предпочитают синий спектр, другие же лучше растут при красном освещении.

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Подготовительный этап

Для исследовательской работы были закуплены семена огурцов, так как они являются наиболее неприхотливыми растениями в плане ухода и грунт для выращивания. Гидропонная установка для проращивания семян и тара для грунта была закуплена Тазовским районным Домом творчества заранее (Приложение №1).

2.2. Приготовление питательных растворов

Чтобы создать раствор для гидропонной системы своими руками, нам потребовалась отфильтрованная вода, хотя можно использовать так же водопроводную, желательно отстоявшую несколько дней. Для более качественного усвоения растениями питательных веществ, нужно четко регулировать уровень рН, чтобы он не был меньше 5,5 и не превышал показатель 6,5. Для данной проверки мы использовали рН-метр.

Для приготовления питательных растворов, мы отвесили нужное количество соли, высыпали удобрение в емкость с водой и размешали до полного растворения. Важно добавлять каждый элемент поочередно, а не все вместе, иначе может выпасть осадок и раствор будет испорчен. Соли марганца, меди и цинка можно растворять вместе. Затем их смешали и добавили необходимое количество воды с учетом, уже использованной для растворения солей.

Таким образом, для заливки в установку мы заранее приготовили3 питательных раствора различных составов и один раствор – контрольный (дистиллированная вода).

2.3. Выращивание огурцов

Выращивание растения осуществляли на солнечной стороне на подоконнике. Искусственное освещение не использовали (Приложение №3)

Ежедневно утром и вечером аэрировали корни растения путем продувания воздуха специальным наносом в течении 1-2 минут.

В течение 10 дней, с 1 февраля по 12февраля мы выращивали огурцы в гидропонной установке на разных питательных средах(Приложение №4)

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЯ

3.1. Результаты выполнения эксперимента

3.2. Анализ стадий роста

На основе анализа из таблицы видно, что огурцы, выращенные на питательной среде по рецепту №1 значительно превосходят другие опытные растения по высоте. Так как в этой питательной среде находятся такие смеси: азотнокислый калий, фосфорнокислый калий, железо хлорное, и почти все микроэлементы. По литературным данным известно, что калий усиливает рост растений и благоприятно влияет на корневую систему. Значительно отстают в росте растения, выращенные на питательном растворе по рецепту №2, по рецепту Кнопа и растения контрольной группы на дистиллированной воде, так как в этих растворах мало необходимых для растений микроэлементов.

ВЫВОДЫ

Гипотеза нашего исследования подтвердилась, т.е. мы доказали, что методом гидропоники можно вырастить огурцы намного быстрее, чем обычным способом .Выращивание огурцов методом гидропоники не требует никаких дополнительных удобрений, пестицидов и гербицидов. Растение будет экологически чистым и безопасным для употребления в пищу. Еще одним плюсом является факт того, что использовать гидропонику можно круглогодично.

В ходе выполнения теоретической и экспериментальной части работы, мы узнали, что гидропоника позволяет легко создавать оптимальные условия для роста растений, получать высокие урожаи, экономить воду, питательные вещества. Она делает ненужным всю трудоемкую работу по обработке (гербициды) и удобрению почвы. На гидропонике можно выращивать вкусные и экологически чистые овощи.

Технология выращивания требует сравнительно небольшой площади и объема, что открывает перед гидропоникой самые широкие перспективы и позволят человечеству создать мощные заводы по выращиванию растений и производству продовольствия прямо в центре городских мегаполисов, а значит решить раз и навсегда проблему голода в мире. Скорость прорастания семян, скорость роста «пищевой зелени», выращенной методом гидропоники, безопасность её употребления подтверждает наше предположение о преимуществе этого метода над почвенным методом выращивания растений и предположение о возможностях выращивания растений в условиях образовательных учреждений.

Если ввести в работу гидропонные теплицы, процент самообеспеченности овощами в регионах можно повысить на десятки процентов. При этом, по мнению академика Вавилова (еще 50 лет назад), освоение 30% территории северных регионов под сельскохозяйственные нужды может обеспечить продуктами питания 260 миллионов человек. Если Север возьмется за развитие гидропонных технологий самостоятельно, то можно будет полностью отказаться от завоза овощей и фруктов из южных регионов.

Таким образом, при инициативе отдельных людей гидропоника в России будет развиваться, однако для этого необходима активность. Ведь будущее – это не только новые технологии, но и новые взгляды на жизнь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Э. Зальцер «Гидропоника для любителей», Москва, Издательство «Колос», 1965 г.

2. А. А. Новоселов «Выращивание овощных и полевых культур на питательных растворах в комнатных условиях». Журнал «Естествознание в школе», 1954, № 1, стр. 64—73

3. А. А. Новоселов . «Комнатное растениеводство методом водных культур». М., Учпедгиз, 1955, 105 стр.

4. У. Тексье «Гидропоника для всех. Все о садоводстве на дому»

5. В.А. Чесноков, Е.Н. Базырина, «Выращивание растений без почвы», Ленинград, Ленинградский университет, 1984 г.

6. Журнал «Гидропоника», 2014, 2013 гг.

7. Спектральный анализ света и продуктивность растений/ Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. – Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1991. – 168 с.

Интернет источники:

1. http://www.botanichka.ru/blog/2011/01/06/hydroponic-2

2.  http://www.7dach.ru/janlight/elektronnyy-ogorod-na-vashem-podokonnike-6-variantov-4790.html

3. http://www.prodindustry.ru/archive/2005/december/0005.php

4. http://growhead.com/

5. http://www.promgidroponica.ru/vsjo-o-gidroponike

6. www.gidroponica.su – Гидропоника своими руками

7. www.ponics.ru – Гидропонное выращивание растений

8. http://gidroponika.com/content/view/735/236/ Гидропонный журнал

9. https://plantators.com/page/Rastvor-Knopa

10. https://www.gidroponika.com/content/view/34/

11.https://gidrostore.ru/histore_hidro/

12. http://gidroponika-market.ru/blog/obshchaya-informatsiya/istoriya-gidroponiki/

13. https://agronovia.ru/chto-takoe-gidroponika/

Приложение №1 к исследовательской работе

Гидропонная установка

(проращиватель семян)

Приложение №2 к исследовательской работе

Состав питательных растворов

Приложение №3 к исследовательской работе

Посев семян

Приложение №4 к исследовательской работе

3 день эксперимента

Приложение №5 к исследовательской работе

7 день эксперимента