VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Создание и изучение замкнутой экосистемы в домашних условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Череватый Е.В. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение-средняя общеобразовательная школа № 10 с углубленным изучением отдельных предметов

Колбасина О.Н. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное учреждение-средняя общеобразовательная школа № 10 с углубленным изучением отдельных предметов

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Меня с раннего детства интересовали различные вопросы, связанные с окружающим миром и с тем, как устроена жизнь на нашей планете. Однажды мама сказала, что можно сделать свой макет экосистемы в закрытой банке. Я не поверил, что можно закрыть банку, но в ней будет продолжаться жизнь. Но любопытство одержало верх и я решил проверить, возможно ли такое!

Гипотеза – в закрытой банке можно создать экосистему, которая будет существовать без доступа воздуха длительный период времени.

Я стал изучать этот вопрос и выяснил, что все живые организмы на Земле являются частью огромной экосистемы – биосферы. В ней прослеживаются тесные взаимосвязи между живыми организмами и окружающей средой.

Как же создать в банке свою собственную замкнутую экосистему? Смогу ли я это сделать самостоятельно? Как следить за тем, все ли идет хорошо в моей экосистеме? Что сделать, чтобы растения в банке без доступа кислорода не погибли? И вообще – возможно ли такое? На эти и некоторые другие вопросы, я постарался ответить в своем исследовании.

Предмет исследования – замкнутая экосистема в домашних условиях.

Цель исследования – изучить возможность создания и существования замкнутой экосистемы в домашних условиях.

Задачи исследования:

Выяснить, возможно ли сделать замкнутую экосистему в домашних условиях;

Изучить эксперименты по созданию замкнутой экосистемы;

Выяснить какое значение они могут иметь для науки и жизни человека;

Найти информацию по созданию замкнутой экосистемы в домашних условиях и

воплотить её в жизнь.

Методы исследования:

Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

Смоделировать (создать) замкнутую экосистему в банке, описать ее.

Наблюдать за экосистемой.

Проанализировать, обобщить и сделать выводы.

1. Понятие замкнутой экосистемы

Первым делом хочется остановиться на том, что такое экосистема.

Ввёл понятие экосистемы английский учёный А. Тенсли.

Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. (Рисунок 1)

Но если говорить простым языком, понятным для школьника начальных классов, то экосистема – это определённая среда обитания, образованная живыми организмами. Это может быть атмосфера, почва, лужа, море, река или целый океан — это все естественные экосистемы. В рамках одной экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

Замкнутая экосистема — экосистема, не предполагающая какого-либо обмена веществом с внешней средой.

По происхождению экосистемы можно условно разделить на естественные экосистемы и искусственные. Естественные экосистемы создавались самой природой под действием условий среды – леса, луга, болота, реки, океан и т.д. Искусственные экосистемы создаются человеком и без его вмешательства они не очень устойчивы, и поэтому долго существовать не могут – поле с посадками, сады, парки, искусственные водоемы.

История создания замкнутых экосистем.

Дэвид Латимер посадил в бутылку традесканцию и на протяжении вот уже более 55ти лет не открывал ее. (Рисунок 2)

За это время растение не только не погибло, а образовало собственную экосистему. Питание традесканции производилось за счет собственного перегноя. А рост растения - из-за производимого ею кислорода. Полив отсутствовал. Так как увлажнение производилось конденсатом. Латимер объясняет, что в бутыли создалась собственная самодостаточная мини-экосистема. Растение получает немного света, которого хватает для фотосинтеза и выработки энергии, необходимой для роста.

Так же до сегодняшнего дня люди пытаются создать замкнутую экосистему, способную обеспечивать жизнь человека. Но это уже более сложные и трудоемкие экосистемы, которые должны учитывать огромное множество особенностей жизни человека на земле – это не только возможность дышать кислородом в условиях замкнутой экосистемы, но и возможность воспроизводить питание – растеневодство, животноводство и т.д. «Биос-3», «Биосфера-2» и «Юэгун-1» - это советский, американский и китайский проекты замкнутых биологических систем жизнеобеспечения.

Китайский «Юэгун-1» еще не полностью завершённый, но уже видно, что удачный проект. Два завершенных: американский «Биосфера-2» -  окончившийся провалом, но  давший много научной информации, и «Биос-3»- самый удачный и до сих пор не превзойденный проект советских ученых. Этот проект позволил экипажу из 3 человек жить в замкнутом пространстве в течении 6ти месяцев и жизнь была наиболее всего приближена к жизни на Земле – по воде и газу жизнь была похожа на жизнь на Земле на 100%, по пище – на 50%. (Рисунок 3)

Важность экспериментов по созданию замкнутой экосистемы для человека.

В первую очередь все эксперименты по созданию замкнутых экосистем для человека были созданы с целью освоения космоса, где людям пришлось бы провести длительное время без привычных для них условий – воздух, вода, пища и т.д.

Но мне кажется, что создание небольших замкнутых экосистем в домашних условиях дает возможность нам задуматься об экологии – что все в мире взаимосвязано между собой – чистая вода в водоемах, кислород, необходимый для нашей жизни, пища, которую мы едим!

2. Практическая часть.

Цель нашего исследования изучить возможность создания и существования замкнутой экосистемы в домашних условиях. Создать свой собственный микромир в банке!

Для начала мне необходимо было понять, что нужно для создания экосистемы в домашних условиях, составить список и собрать все необходимое. Так же интересным будет понять, дорогостоящая ли будет экосистема в своем создании и обслуживании :

Таблица 1.

2.1. Подготовка к созданию экосистемы в банке.

После того, как мы составили список всего небходимого, мы приступили к тому, что собрали все это по нашему списку. (Рисунок 4)

Во-первых, для посадки мне потребовалась закрывающаяся ёмкость. Не слишком большая, чтобы в условиях квартиры я мог разместить ее на подоконнике, чтобы растениям был доступен солнечный свет. Банку мы с мамой выбрали стеклянную, так как пластик при длительном взаимодействии с водой и солнечным светом может выделять различные вещества и неизвестно, как это скажется на моей экосистеме. Стеклянная банка – самый экологичный сосуд для того, чтобы создать живую экосистему. И закручивающаяся крышка наиболее удобна, так как она достаточно герметично закрывает сосуд, но на первых порах ее легко открывать, чтобы отрегулировать все процессы в банке.

Во-вторых - земля. Можно взять обычную землю – чистую из леса, например, или купить в магазине землю для комнатных растений. В этом случае необходимо будет смешать ее с песком и добавить дренажные камни, что бы условия были приближенными к естественным. Дренаж в этом случае будет регулировать уровень влаги в сосуде. У нас дома был специальный грунт для комнатных растений, который уже состоял из земли, песка и дренажа, поэтому мы решили использовать его. Так же на наше решение повлияло то, что живем мы в городе, а тут не так уж просто найти чистый грунт – везде почва загрязнена человеком и домашними животными.

В-третьих - растения. Мы выяснили, что для закрытых систем лучше всего брать влаголюбивые. В моем случае – мох и хлорофитум. Можно брать любые растения - это может быть папоротник, хлорофитум и т.д. Мох мы с папой нашли в парке, а отросток хлорофитума (комнатного растения) мы взяли у бабушки.

Так же, что бы понять, что система работает, и что мы не загубим все растения, мы решили на время посадить в банку что-то быстрорастущее. Самое быстрорастущее и доступное – это трава для кошек. Единственный минус этой травы – она быстро гибнет. Но нам она была необходима только на время, что бы понять, что в нашей банке растениям всего хватает, а позже мы ее удалим из экосистемы и оставим там только мох и хлорофитум.

Так же можно добавить различные фигурки-украшения в нашу банку - тогда наша экосистема станет настоящим украшением дома.

2.2. Алгоритм создания экосистемы в банке.

После того, как мы все приготовили по списку, мы заполнили нашу банку грунтом и растениями, посадили семена травы. (Рисунок 5)

Теперь возникла необходимость полить наши растения. Это самая сложная часть моего эксперимента, так как совершенно непонятно, сколько нужно добавить воды в сосуд. Я взял пульвериза́тор (лучше аккуратно распылять воду, чтобы не размыть грунт и не повредить растения) и опрыскал до такой степени, что бы визуально грунт казался влажным. Потом мы закрыли крышку, поставили банку на окно и стали наблюдать.

2.3. Наблюдения за экосистемой.

Вода на следующий день после создания экосистемы стала испаряться и оседать на стенке сосуда. Но мы не открывали банку, так как потом она снова стекала вниз. За неделю мы поняли, что мы сразу угадали с количеством воды и мне ничего не пришлось добавлять в банку, или наоборот – открывать банку, чтобы излишки воды испарились. На примере моей экосистемы можно наблюдать то, как осуществляется круговорот в самой природе.

График 1.

В солнечные дни испарение происходит от нагрева сильнее и конденсата образуется чуть больше, но потом он снова оседает и питает наши растения. (Рисунок 5)

Какие изменения в моей экосистеме были видны уже за первую неделю:

График 2.

Еще через 2 недели трава стала упираться в крышку банки и стала потихоньку желтеть. У данного типа травы не очень продолжительный цикл жизни. Но мы ее и сажали, что бы оценить, достаточно ли влаги и хорошие ли условия мы создали в экосистеме для жизни растений. Поэтому мы открыли крышку и удалили траву, а на ее место посадили еще один росток хлорофитума. Таким образом, мы оформили нашу экосистему так, что она стала настоящим украшением нашего дома.

Сейчас моей системе уже 60 дней. Хлорофитум не погиб и стал пышнее и зеленее, через прозрачные стенки банки видно, как формируется его корневая система. Мох чувствует себя прекрасно – он разрастается и становится красивого яркозеленого цвета.

В будущем мне предстоит увидеть, как растения сами себя питают – листья будут опадать, перегнивать и служить подпиткой для новых ростков.

Заключение

Вывод: наблюдая за моей замкнутой домашней экосистемой я смог увидеть, что внутри нее образуется микрофлора - употребление углекислого газа растениями, выработка кислорода и круговорот воды. Это как маленькая планета со своими условиями, в которых одни виды могут погибнуть, а другие процветать на протяжении долгого времени. Глядя на изменения внутри экосистемы, мы можем представить многие процессы жизни на Земле.

Люди к природе относятся сейчас пренебрежительно и не задумываются над тем, на сколько важно ее охранять и оберегать. Когда-то природные ресурсы могут закончиться, и человек окажется не готов к этому. На примере моей замкнутой экосистемы можно увидеть, что человек способен воссоздавать природные ресурсы и в замкнутых пространствах, и при наличии неблагоприятных условий для окружающей среды. Возможно, в будущем это поможет человеку в освоении космоса, в организации жизни в неблагоприятных районах Земли или даже в освоении других планет!

Моя гипотеза о том, что в закрытой банке можно создать экосистему, которая будет существовать без доступа воздуха длительный период времени полностью подтвердилась.

В дальнейшем я планирую глубже изучать этот вопрос и наблюдать за своей экосистемой, записывая свои наблюдения и выводы.

А закончить свою работу мне хотелось бы словами, которые до сих пор сохранились на стенах уже ставшей музеем Биофсферы-2: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев — нам нечем будет дышать, если вода загрязнится — нам нечего будет пить».

Список литературы

1    Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир,

1993. 

2    Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986. 

3    Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-

справочник. - М.:Просвещение, 1992. - 320 с. 

Интернет – источники:

1 http://fb.ru/article/190326/vidyi-ekosistem-obschaya-harakteristika-ekosistem

2 http://aftershock.su/?q=node/299518 

3 http://www.slovco.ru/chudo/p/PESCHERA-MOVILE-66283.html

4 https://ru.wikipedia.org Источники

5 https://theoryandpractice.ru/posts/7613-biosphere

Приложения

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5.