VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Гидропоника - метод по выращиванию растений необычным способом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Алексеева А.О. 1

---

1МАОУ «СОШ №40» г. Чебоксары

Ромашенькина Н.А. 1

---

1МАОУ «СОШ №40» г. Чебоксары

Работа в формате PDF

5.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Весной и летом люди проводят много времени на даче - выращивают овощные и цветочные культуры. Чтобы вырастить растение необходимо затратить много усилий и времени: найти свободный участок для посадки, подготовить почву, поливать растение водой, снабдить светом и питательными веществами. Но не всегда наши труды приносят нам хороший урожай.

Однажды на выставке ВДНХ в Москве я увидела удивительную систему, позволяющую выращивать растения без почвы (рис.1).

Рис.1. Гидропонная система. ВДНХ. Москва

Что это?«Новое достижение» или «чудо из области фантастики»?Неужели можно вырастить растение без почвы? Меня заинтересовал этот вопрос. Обратившись к сети интернет, я узнала, что необычный метод, основанный на выращивании растений «в воде», называется «гидропоника». Я заинтересовалась, насколько метод гидропоники сопоставим с традиционным (почвенным) методом? Поэтому и темой своей работы я выбрала: «Гидропоника - метод по выращиванию растений необычным способом».

Актуальность моей работы состоит в том, что на сегодня в мире остро встают проблемы истощения и загрязнения плодородных земель, засушливых и безводных территорий,нехватки продуктов питания в регионах с высокой плотностью населения, решению которых могут способствовать новые методы растениеводства, в том числе и гидропоника.

Целью работы являетсяисследование метода гидропоники и сравнение его с традиционным почвенным методом выращивания растений.

Данная цель достигается путем решения следующихзадач:

- изучить материал по теме исследования;

- создать гидропонную установку;

- подготовить и провести эксперимент по выращиванию растений в почве и методом гидропоники в домашних условиях;

- вести наблюдение и фиксировать результаты;

- обработать результаты и сделать выводы;

Объект исследования:гидропоника как метод выращивания растений без почвы.

Предмет исследования:культурные растения лук репчатый и фасоль, комнатные декоративно-цветущие растения Каланхоэ, Фиалка и Герань.

Гипотеза: Выращивание растений методом гидропоники является менее затратным по трудоемкости, более быстрым и обеспечивает получение лучшего результата, чем традиционный почвенный метод.

В ходе работы были применены следующие методы исследования:

- сбор и анализ информации, полученной из разных источников;

- беседа с экспертами;

- эксперимент;

- наблюдение;

- опрос;

Практическая значимость.Сегодня метод гидропоники для выращивания растений широко применяется как в домашних, так и в промышленных условиях. На небольших территориях можно получить отличный урожай. Для меня же данное исследование расширяет представление о выращивании декоративных и культурных растений в домашних условиях с использованием несложной гидропонной установки.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОПОНИКИ

История возникновения и развития гидропоники.

На первый взгляд может показаться, что гидропоника – это современный метод выращивания растений. Но, оказывается, гидропоника существовала еще в древности! Хорошим примером является одно из семи чудес света Висячие сады «Семирамиды» — именно так звали жену царя Вавилона, ради которой и были построены эти необычные сады в пустыне на берегу реки Ефрат (рис.2). Сады были обеспечены искусственной системой водоснабжения из реки.

Рис. 2 Висячие сады Семирамиды

Еще один пример удачного применения гидропоники – Плавающие сады ацтеков «Чинампы» в Центральной Америке (рис.3). На берегах озера Теночтитлан в Мексике кочевые племена индейцев, после того как их вытеснили с плодородных земель враждебные соседи,соорудили плоты из стебля тростника и уложили на них ил, собранный со дна озера. На плотах они выращивали обильный урожай зелени и овощей. Питались растения минералами из ила, а воду они получали из реки, пробиваясь корнями через отверстия в плоту.

Рис. 3 Плавающие сады ацтеков

Получается, что Висячие сады «Семирамиды» и Плавающиесады ацтеков были прародители современной гидропоники.

Ещё с древних времен люди думали, что растения питаются землёй, её органическим веществом – перегноем.Первым, кто попытался выяснить, откуда на самом деле растения поглощают пищу, был голландский ученый Иоганн ван Хельмонт в начале 17 века. Проведя множество экспериментов, он установил, что растения, находясь в почве, используют ее лишь для укрепления и в качестве резервуара с полезными веществами, что на самом деле сама земля не является источником материала для построения растущего дерева.

Подхватил эстафету в желании разгадать тайны растений в 19 веке немецкий ботаник и агрохимик Юстус фон Либих. Он определил, что в питании растения используют вещества неорганической природы, а именно соли минеральных веществ, таких как фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо, растворённые в почве. Последователи Либиха, немецкие ботаники Закс и Кноп, впервые в истории вырастили из семян растения, используя питательный раствор. Благодаря их исследованиям стало ясно, какие именно химические элементы растения используют для своего роста и развития.

В начале 20 века американский ученый Уильям Герикке стал основателем теории «гидропоники» или водных культур. Он доказал, что почва не обязательна для выращивания растений, поскольку ее можно легко заменить на любой другой субстрат, который способен удержать растение. Он без труда вырастил овощи в специальных емкостях, которые были заполнены питательным раствором. Причем метод Герикке блестяще выдержал проверку, когда потребовалось обеспечить свежими овощами американские воинские подразделения, находящиеся в период второй мировой войны на совершенно бесплодных скалистых островах.

В нашей стране впервые растения, растущие в сосудах, заполненных питательным раствором, продемонстрировал русский ученый К.А. Тимирязев в 1896 году на Всероссийской промышленной выставке в Нижнем Новгороде. Однако в те времена этот метод признали «кощунственным» и далее лабораторных исследований он распространения не получил. Лишь с 1936 года методом гидропоники начали успешно выращивать овощные и цветочные растения в оранжереях нашей страны под руководством профессора Д.Н. Прянишникова.

В настоящее время, век высоких технологий, выращивание растений методами гидропоники развивается с космической скоростью. Сегодня создано огромное количество вариантов гидропонных систем как для любителей, так и для коммерческого выращивания в промышленных масштабах (рис.4).

Рис. 4 Гидропонные установки

Технология гидропоники.

Итак, гидропоника - это беспочвенный способ выращивания растений. В основе этого метода лежит замена почвы водой, в которой растворяют питательные вещества, необходимые для роста и развития растений. В общих чертах смысл этого метода заключается в следующем: корневую систему растения погружают в питательный раствор, из которого она затягивает питательные вещества. При этом в питательном растворе надо поддерживать необходимую температуру и насыщение кислородом (рис.5).

Рис. 5 Метод гидропоники

В гидропонике процесс поглощения питательных веществ происходит быстрее, ведь растению не нужно тратить энергию на поиск питательных веществ, поскольку они в легкодоступной форме подаются к корням растения. Поэтому растение использует сэкономленную энергию для своего развития и роста. Также при выращивании на гидропонике, воды используется меньше, что особенно важно при промышленном выращивании сельскохозяйственной продукции, особенно для стран с недостатком пресной воды.

В гидропонике используются определенные субстраты, которые выступают в качестве заменителей почвы. Они используются не для питания, а лишь для создания опоры корневой системы. В зависимости от среды, в которой развиваются корни растения, выделяют следующие методы гидропоники:

- субстратный (опорой служит керамзит, мох и т.д.);

- водный (корни находятся в сосуде с питательным раствором);

- воздушный (корни висят в воздухе и регулярно орошаются питательным раствором в виде аэрозоля).

Исследователи отмечают следующие преимущества гидропонного метода перед выращиванием растений в земле:

Растение получает весь запас питательных веществ и кислород  в необходимом количестве. Это способствует его быстрому росту и развитию.

При беспочвенном выращивании растений можно забыть о такой проблеме как пересыхание и переувлажнение грунта.

Благодаря контролю расхода воды сокращается количество поливов. Можно забыть о ежедневном поливе.

Гидропоника – экономный способ выращивания комнатных растений. Сделать простую гидропонную установку очень просто: используется резервуар, в котором будет находиться жидкость, а сверху ставится емкость с растениями.

Теперь перейдем к практической части работы и проверим, какие преимущества гидропонного метода работают в городской квартире.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Анализ применения метода гидропоники в быту и производстве

Для анализа применения метода гидропоники в быту я провела анкетирование среди родственников и одноклассников, выращивающих комнатные растения дома. В опросе участвовало 35 человек. Все данные я занесла в таблицу.

Результаты анкетирования позволяют сделать вывод, что «цветоводы-любители» не информированы в вопросах гидропонного выращивания. Этоподтверждает актуальность моей работы.

После проведённого опроса я решила узнать мнение специалистов по этому вопросу. В г.Новочебоксарск нашей республики есть крупнейший аграрный комплекс «Агрофирма«Ольдеевская», где используется гидропонный метод для выращивания овощей круглый год. К сожалению, на экскурсию мне туда попасть не удалось, так как это закрытое предприятие. Но по телефону я смогла задать свои вопросы агроному данного тепличного хозяйства Аввакумовой Екатерине Евгеньевне. Екатерина Евгеньевна мне рассказала, что гидропонным методом они выращивают у себя в теплицах листья салата, томаты и огурцы. «Корни растений, выращенных в воде, никогда не страдают от пересыхания или недостатка кислорода. Нет проблемы недостатка удобрений или их передозировки. Получая все нужные вещества, томаты и огурцы растут под контролем быстрее, чем в почве. Урожайность овощей значительно увеличивается, а трудоемкость процесса их выращивания снижается на 30% в сравнении с обычными способами выращивания. Этот метод экологичен и позволяет собирать урожай круглый год» (рис.6).

Рис.6. Гидропонные системы, применяемые в Агрофирме «Ольдеевская»

Таким образом, специалисты подтверждают возможность и преимущества применения гидропоники для выращивания овощей и растений.

Экспериментальные опыты по выращиванию растений в гидропонной установке и почвенной среде.

Для проведения эксперимента были выбраны овощные растения:лук и фасоль, и комнатные декоративные растения:Каланхоэ,Фиалка и Герань.

Материалы и оборудование, используемые в эксперименте:

для конструкции гидропонной установки: пластиковая труба, одноразовые стаканы 0,5л, стаканчики для рассады с отверстиями;

для насыщения раствора кислородом: аквариумный компрессор, шланг и распылитель;

для приготовления питательного раствора биоудобрение на основе природных компонентов «Идеал» (в нем подобраны основные питательные макроэлементы, без которых невозможно формирование здорового растения) и вода;

керамзит, перлит и вермикулит в качестве субстрата для выращивания растений гидропонным методом;

грунт для выращивания растений почвенным методом.

Выращивание комнатных декоративных растений.

Для выращивания комнатных декоративных растений (Каланхоэ,Фиалка и Герань) мы с папой сконструировали гидропонную установку несложной конструкции из обычной пластиковой трубы и стаканчиков с отверстиями. В отводе трубы с края установки мы сделали отверстия для насосного шланга и подключения компрессора. (Приложение 1, рис.1)

В качестве субстратов, служащих для создания опоры корневой системы, я взяла следующие полезные компоненты: керамзит, перлит и вермикулит. Все они безвредны для растений: керамзит – глина после обжига, перлит – горная порода вулканического происхождения, вермикулит – природный слоистый и рыхлый минерал.

Затем я сконструировала специальные стаканчики – аквапоты. В донышке каждого стаканчика я сделала одинаковое количество мелких отверстий для проникновения питательного раствора в корневую систему растений. Затем в стаканчики с отверстиями послойно помещались природные материалы в следующей последовательности: керамзит, перлит, вермикулит. (Приложение 1, рис.2)

В стаканчики с субстратом были помещены небольшие побеги комнатных растений – Каланхоэ,Фиалки и Герани. Фиалка и Каланхоэранее были выращены самостоятельно и высажены из почвы. Все растения были с хорошо развитой корневой системой. Укоренение Геранипроисходило непосредственно в гидропонной установке, её размер в высоту составлял 7 см. (Приложение 1, рис.3)

Стаканчики помещались в гидропонную установку. Корни растений в конструкции соприкасались с дном трубы, в которую я налила профильтрованную воду и жидкое биоудобрение в расчете 1 мерный колпачок удобрения на 1 литр воды. В отводы трубы с краев установки, куда периодически добавлялся питательный раствор, постоянно поступал воздух, и поэтому корни растений хорошо дышали и не испытывали недостатка кислорода.

Первая часть эксперимента с посадкой растений Каланхоэ,Фиалка и Герань продолжается с августа 2019 года по сегодняшний день. За это время растения уже хорошо выросли. Гераньподросла в высоту до 15см. Растение имеет здоровую и хорошо разветвленную корневую систему и цветет с ноября. Каланхоэ и Фиалказа это время тоже зацвели. Непрерывное и обильное цветение продолжается с октября. (Приложение 1, рис.4) У всех растений наблюдается хороший рост листьев, корневой системы и длительное цветение.

Для подтверждения эффективности гидропонного метода выращивания растений я изучила корни растения Герань на бинокулярном микроскопе. Корни Герани из гидропонной установки в течение периода наблюдения стали гораздо сильнее. Они имеют здоровый вид, крепкие прозрачные стенки без грибковых и вирусных повреждений. Также у них возросло количество мелких корешков в общей корневой массе (Приложение 1, рис.5). Известно, что мелкие корешки очень хорошо впитывают воду, через них питательные вещества лучше поступают в растения. Поэтому развитие мелких корешков для растений является очень важным показателем.

Таким образом, использование метода гидропоники позволяет получать хорошие биологические показатели у растений.

Выращивание культурных растений.

Вторая часть эксперимента заключалась в сравнении двух методов выращивания культурных растений: гидропонного и традиционного почвенного. В качестве культурных растений были взяты лук и фасоль. Лук и семена фасоли сначала были незначительно пророщены до «проклёвывания» корневой системы, достаточной для посадки, и отобраны по 3 экземпляра лука и фасоли на каждый метод. (Приложение 1, рис.6)

Для метода гидропоники были изготовлены простые гидропонные стаканчики из одноразовых стаканов 0,5л и стаканчиков поменьше с отверстиями. Природные материалы для субстрата использовались те же: керамзит, перлит и вермикулит. В стаканчики с субстратом были посажены проростки фасоли и лука, а сами стаканчики помещались в питательный раствор, который представлял собой профильтрованную воду с добавлением биоудобрения. (Приложение 1, рис.7)

Посадка проростков фасоли и лука в почву осуществлялась обычным способом в одноразовые стаканы 0,5л. (Приложение 1, рис.8)

Посадка растений по обоим методам осуществлялась одновременно. Для обоих методов была обеспечена одинаковая освещенность и температурный режим. Наблюдение и уход за растениями осуществлялись в течение 18 дней.

Уход за растениями, выращиваемыми гидропонным методом был минимальным. Лишь на 9-ый день понадобилась замена питательного раствора на свежий раствор.

При почвенном методе выращивания полив растений питательным раствором осуществлялся по мере высыхания почвы: на 1, 4, 7, 10, 13, 16 дни (всего 6 поливов + замена раствора).

Ежедневно, на протяжении всего эксперимента, мною проводились измерения максимальной высоты ростка у каждого экземпляра растения по каждому методу. Результаты измерений заносились в соответствующие таблицы (Приложение 2, Приложение 3). В Приложении1 рис.9-20 представлены фото на 3, 5, 8, 12, 15 и 18 день эксперимента по каждому методу выращивания.

По результатам наблюдения за методом гидропоники на 18-й день эксперимента лук вырос до 41,7 см, фасоль выросла до 44,3 см.

По результатам наблюдения за традиционным почвенным методом на 18-й день эксперимента лук вырос до 32,7 см, фасоль выросла до 34,3 см.

А для сравнения вкусовых качеств выращенного лука, я предложила своим одноклассникам его попробовать (Приложение 1, рис.21). 13 ребят из 24 выбрали образец 2 – лук, выращенный методом гидропоники. Они сказали, что он слаще и сочнее.

По итогам проведенного эксперимента я сделала следующие выводы:

- выращивание растений методом гидропоники дает лучшие результаты по сравнению с почвенным методом – наблюдается наибольший средний прирост ростков;

- менее трудоёмким для выращивания растений в домашних условиях тоже оказался метод гидропоники – понадобилось только один раз заменить раствор в стаканчиках на 9-ый день.

- сравнение вкусовых качеств показало, что лук, выращенный методом гидропоники ничем не хуже лука, выращенного в почве.

Выводы

В ходе выполнения теоретической и экспериментальной части работы, я узнала много нового для себя и убедилась, что:

- растения можно выращивать без почвы.

- гидропоника с применением биоудобрения позволяет получать хорошие биологические показатели у растений: наблюдается наибольший прирост, длительное цветение, хороший рост листьев и корневой системы.

- гидропоника оказалась менее трудоёмким методом выращивания растений.

- по вкусовым качествам растения, выращенные методом гидропоники, ничем не хуже растений, выращенных в почве.

С помощью экологически безопасного метода гидропоники в комнатных условиях можно легко выращивать как красивые цветущие растения, так и полезные для здоровья овощи и зелень. Растения, выращенные в гидропонных установках, имеют здоровый, крепкий вид, прекрасно растут и радуют своей природной красотой. Их можно использовать в пищу и при создании полезной продукции для здоровья. Так, цветки Каланхоэ и Фиалкиможно использовать для изготовления косметических средств: мыла и лосьона. Все это можно изготовить самостоятельно, это не займет много времени и поможет укрепить здоровье. (Приложение 1, рис.22)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможно, ли вырастить растения без почвы в комнатных условиях? Проведенные мной исследования показали, что да, это возможно! Было установлено, что выращивание растений таким необычным способом, как гидропоника – дело совсем не сложное.

Таким образом, цель работы достигнута, моя гипотеза подтвердилась. Выращивание растений методом гидропоники является менее затратным по трудоемкости, более быстрым и обеспечивает получение лучшего результата, чем традиционный почвенный метод. На небольшом пространстве своей квартиры можно устроить мини сад с гидропонными установками, которые будут вас радовать. При этом, гидропоникой может заниматься абсолютно любой человек у себя дома – она не занимает много места, не требует специализированного оборудования, сложных навыков и умений.

Технология выращивания методом гидропоники открывает самые широкие перспективы и позволит человечеству создать мощные заводы по выращиванию растений прямо в центре городских мегаполисов.

Список использованной литературы:

1. Лаврова С. А. Занимательная ботаника – Белгород : Белый город, 2008. – 144 с. Растения – М.: ООО «Издательство АСТ», 2002.

Чесноков В. А., Базырина Е. Н. Выращивание растений без почвы – Ленинград: Изд-во Ленингр. у-та, 1960.

3. Бурганская Т. М. Основы декоративного садоводства – Минск: Высшая школа, 2012.

4. Гидропоника. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидропоника

5. Домашняя гидропоника. Пособие по гидропонике. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://gidroponika.by/urok-1-chto-takoe-gidroponika/

6. Зальцер Э. Гидропоника для любителей. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.flowersweb.info/

Что такое гидропоника? [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.promgidroponica.ru/index.php?q=node/10

Гидропоника – Ботаничка.ру. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.botanichka.ru/blog/2010/03/17/hydroponic/

Приложение 1

Рис.1 Конструирование гидропонной установки

Рис.2 Субстратыдля создания опоры корневой системы

Рис.3 Каланхоэ, Фиалка и Герань при посадке в гидропонную установку

Рис.4 Цветение и рост Каланхоэ, Фиалка и Герань в гидропонной установке

Рис.5 Вид здоровых корней растения Герань в бинокулярном микроскопе.

Рис.6 Отобранные семена фасоли и лука

Рис.7 Посадка семян фасоли и лука в гидропонные стаканчики

Рис.8 Посадка семян фасоли и лука в почву

Рис.9 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 3-ий день

Рис.10 Рост фасоли и лука в почве на 3-ий день

Рис.11 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 5-ый день

Рис.12 Рост фасоли и лука в почве на 5-ый день

Рис.13 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 8-ой день

Рис.14 Рост фасоли и лука в почве на 8-ой день

Рис.15 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 12-ый день

Рис.16 Рост фасоли и лука в почве на 12-ый день

Рис.17 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 15-ый день

Рис.18 Рост фасоли и лука в почве на 15-ый день

Рис.19 Рост фасоли и лука в гидропонных стаканчиках на 18-ый день

Рис.20 Рост фасоли и лука в почве на 18-ый день

Рис.21 Сравнение вкусовых качеств выращенного лука

Рис.22 Полезная продукция: мыло и лосьон

Приложение 2

Результаты наблюдений за ростом растений (фасоль)

Динамика роста фасоли

Приложение 3

Результаты наблюдений за ростом растений (лук)

Динамика роста лука