XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Искусственный субстрат (опилки-вискозное волокно) и его влияние на рост и развитие разных видов растений
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Природный почвенный покров формировался миллионы лет, однако сегодня он подвергается интенсивному антропогенному воздействию. Антропогенная нагрузка возникает за счет строительства новых предприятий и городов, прокладки дорог, строительства гидроэлектростанций, развития горнодобывающей промышленности, что ведет к потере естественного плодородия, приводит к истощению и загрязнению почвы, и как следствие, к снижению продуктивности растений. С другой стороны, активное освоение человеком Арктики, где нет плодородных почв, а только огромные толщи снега и ледников; освоение космоса на огромных космических станциях, где нет ничего живого, а если есть, то только ограниченные запасы с Земли; а также длительные путешествие под водой на подводных лодках – всё это требует создание эффективных систем выращивания растений, что становится всё более актуальной задачей.
Одним из способов решения данной проблемы является использование искусственных субстратов на основе волокнистых материалов (опилки и вискозное волокно) [1]. Такие почвы позволяют создать среду с высокой воздухопроницаемостью, а также способностью удерживать влагу и минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений [3, 4]. Однако разные виды и сорта растений могут по-разному реагировать на замену естественной почвы [2].
В связи с этим целью настоящего исследования стало изучение влияния искусственной почвы на основе опилок с полимерной матрицей (на основе вспененного поливинилформаля) на рост и развитие разных видов растений. Для достижения цели исследования нами были поставлены следующие задачи.
-
Выбрать растения контрастные по размеру семян и жизненному циклу для изучения влияния генотипа на рост и развитие растений.
-
Осуществлять полив с различной частотой для определения наиболее оптимального режима полива.
-
Определить эффективность использования субстрата для выращивания различных видов растений.
Рисунок 1. Искусственный субстрат на основе опилок и вискозного волокна
Учитывая, что данный вид субстрата находится только в процессе разработки и исследования, степень изученности данного вопроса минимален. В качестве используемой литературы были использованы статьи, описывающие экологические аспекты получения волокнистых композиционных материалов для выращивания растений, а также применение и функционирование искусственных почв.
Основная часть
В рамках данного исследования были выбраны следующие растения:
-
растения с крупными семенами: горох посевной (Pisum sativum L.), бобы обыкновенные (Vicia faba L.), люпин (Lupinus sp.), бархатцы мелкоцветные (Tagétes pátula L.).
-
растения с мелкими семенами – 3 вида микрозелени: брокколи (Brassica oleracea var. Italica), свекла столовая (Beta vulgaris), салат посевной (Lactuca sativa).
Для каждого вида растений была оценена способность к росту и развитию. Важно заметить, что выбранные нами виды растений контрастны по размеру и плотности семян, а также по длительности жизненного цикла.
В рамках настоящего исследования все растения выращивались в условиях фитотрона, на базе биологической лаборатории лицея (температура 23-25ᵒС, световой режим 16 часов - день и 8 часов - ночь, относительная влажность 75%), полив осуществлялся обычной водой и раствором для гидропонных культур с фиксированной концентрацией (3 г/л) минеральных солей и гумусовых веществ. Перед посадкой семян субстраты насыщались влагой до относительно рыхлого состояния, далее делались небольшие надрезы в субстрате с целью облегчения прорастания растений (для преодоления слоя субстрата при всходах).
Рисунок 2. Условия фитотрона на базе биологической лаборатории лицея
Полив раствором для гидропонных культур с фиксированной концентрацией минеральных солей и гумусовых веществ
Надрез в субстрате для лучшего прорастания
Рисунок 3. Полив удобрениями и разрез субстрата
В результате данного эксперимента мы получили следующие результаты. Наилучший рост и развитие наблюдались у всех растений гороха: они не только сформировали полноценную вегетативную массу, но и активно цвели и завязывали семена. Средняя высота растения составила около 16-18 см. Жизненный цикл гороха около 2,5 месяца.
|
Прорастание растения |
Активный рост растения |
|
Цветение |
Созревание плода с бобом |
Наряду с горохом, и декоративные растения (люпины и бархатцы) хорошо приспособились к данному субстрату, показали активный рост и развитие. Бархатцы сформировали бутоны и зацвели.
|
Развитие люпинов |
|
|
Развитие бархатцев |
|
Растения с мелкими семенами, виды микрозелени, также проросли, но их вегетативная масса и темпы роста оказались существенно ниже, а дальнейшее развитие замедлилось на ранних этапах. Максимальный рост растений составил не более 5 см. Вероятно, для растений с мелкими семенами требуется модификация искусственного субстрата для лучшего прорастания и развития.
|
Капуста брокколи |
Салат |
Кроме того, одной задач нашего исследования было определить оптимальный режим полива. Большая часть растений поливались 2-3 раза в неделю в зависимости от влажности субстрата и жизненной фазы растений. Однако в качестве эксперимента полив нескольких растений осуществлялся ежедневно, что привело к активному развитию микроскопических водорослей и плесневых грибов на субстрате, а также к подгниванию корневой системы растений.
Рисунок 4. Микроскопические водоросли и плесневые грибы на субстрате
Заключения
В результате настоящего эксперимента нами было обнаружено, что растения с крупными семенами (бобы, горох, люпин) прорастали и развивались наиболее эффективно в данном типе субстрата. Микрозелень развивалась заметно хуже, чем бобовые растения, но среди этой группы наиболее эффективным оказался салат посевной. Вероятно, для мелкосемянных культур требуется дополнительная оптимизация плотности и влагоемкости субстрата, что мы продолжим изучать в наших дальнейших исследованиях.
Кроме того, в качестве эксперимента полив нескольких растений осуществлялся ежедневно, что привело к активному развитию микроскопических водорослей и плесневых грибов на субстрате, а также к подгниванию корневой системы растений. Оптимальный режим полива для большинства растений – 2-3 раза в неделю.
Таким образом, проведенное нами исследование подтверждает, что эффективность применения искусственной почвы зависит от биологических особенностей выращиваемой культуры. Полученные нами данные будут способствовать выбору наиболее адаптивных растений при использовании искусственной почвы, что может быть полезным для современного растениеводства и озеленения в условиях дефицита природных почвенных ресурсов.
Список использованных источников и литературы
-
В.Н. Башкин. Искусственные почвы: применение и функционирование // Жизнь Земли, 2026, Т.48, №1, с.33-45.
-
О.В. Кувыкина. Клад на подоконнике: Секретные материалы садовода. М.: ИД Мещерякова, 2007, с.79.
-
А.А. Лысенко, Н.И. Свердлова, Л.Е. Виноградова, Л.М. Штягина. Экологические аспекты получения волокнистых композиционных материалов для выращивания растений // Реферат СПГУПТД, 2020.
-
Н.И. Свердлова, Л. Е. Виноградова, Л.М. Штягина, Я. Костюхина. Искусственные субстраты как часть природоохранных современных технологий // Вестник СПГУПТД, 2020, №3. Серия 1. Естественные и технические науки. – С. 118-123.