III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ВЛИЯНИЕ ГИДРОГЕЛЯ НА РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
Шестаков Н.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение.

В сети Интернет [10, 11] и в рекламе магазинов для садоводов и огородников часто предлагается использовать аквагрунт для удержания воды в почве и для проращивания семян. Узнав, что аквагрунт является разновидностью гидрогеля, только более плотной структуры, мы решили проверить, как будут расти растения в почве с добавлением обычного гидрогеля, и как будет влиять на развитие растений добавление к почве аквагрунта, что будет эффективнее регулировать влажность почвы.

Целью эксперимента стало изучение влияния гидрогеля и аквагрунта на развитие растений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. Познакомиться со структурой и свойствами гидрогеля. Выявить отличительные особенности гидрогеля и аквагрунта.

  2. Определить эффективность использования гидрогеляи аквагрунта для выращивания овощных растений.

Объектами исследования являлись гидрогель «Аквасорб» (производство Франции) и гидрогель «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии), аквагрунт «Грин Бэлл» и аквагрунт Seven Color Crystal Ball (гранулы мелкого, среднего и крупного размера) (производство Китая).

Предметом исследования стало влияние гидрогеля и аквагрунта на развитие растений.

Гипотеза: гидрогель регулирует влажность почвы эффективнее, чем аквагрунт.

1. Современные полимерные материалы для сохранения влаги в почве.

Изучив литературу о гидрогеле и его использовании, мы выяснили, что гидрогель – это полимерные соединения (сшитые сополимеры), выпускаются в виде сухого порошка или гранул (приложение 1). Основой гидрогеля чаще всего является полиакриламид. Полимерные цепочки изначально находятся в "свернутом" состоянии, при добавлении воды они расходятся и вода проникает внутрь, происходит набухание гранул [6].

Кристаллы сухого порошка гидрогеля похожи на кристаллы сахара, они неправильной формы и различного размера. При добавлении воды к гранулам кристаллы увеличиваются по объему в 300 раз, и полученную желеобразную массу используют для высадки растений или подготовки почвы. При недостатке влаги в почве набухшие кристаллы будут ее отдавать, при избыточной влажности почвы будут ее впитывать. В жару гидрогель помогает увлажнять растения и заменить капельный полив, удерживает большой объем воды и растворов удобрений. Чтобы растению использовать воду гидрогеля, корням нужно прорасти в гранулы гидрогеля или соприкасаться с ними (приложение 2). Это занимает 1,5 -2 недели [6].Благодаря своим свойствам, внесение гидрогеля улучшает как глинистые почвы, он их разрыхляет, так и сыпучие, он их уплотняет [7]. Одного внесения гранул гидрогеля хватает на 5 лет [6]. За это время он многократно высыхает и набухает, не разрушаясь и сохраняя свойства при промерзании и оттаивании почвы (заморозке-разморозке геля).

Преимущества гидрогеля в том, что он не токсичен, а также в его стерильности [5]. Он способен полностью разлагаться, поэтому не засоряет грунт. При разложении выделяется азот, углекислый газ и вода. Гель разрушается микробами, чем они активнее и их больше, тем быстрее это произойдет. Но использование гидрогеля имеет своим недостатки. В гидрогеле нет питательных веществ. При внесении удобрений в гидрогель нужно чтобы концентрация солей не превышала 0,2% (2 грамма на литр воды) или гель полностью не набухнет [6].

Аквагрунт (экогрунт или гидрогрунт) по структуре полимер, подобный гидрогелю. Но отличен по физическим свойствам (намного плотнее гидрогеля, из-за чего растению сложнее забирать с него воду и прорастать сквозь него). Время набухания гранул аквагрунта в воде до 10 часов (у гидрогеля – до 1,5 часа), а воды впитывается меньше. Гранулы аквагрунта увеличиваются в размерах до 10-15 раз от первоначального [9].

Аквагрунт часто используется в декоративных целях (приложение 3). Стеклянные емкости с высаженными аквагрунте растениями смотрятся необычно, притягивают внимание. Применяя различные окраски, можно создавать разноцветные декоративные композиции (приложение 4).

Ни гидрогель, ни аквагрунт не являются заменителями почвы.

2. Изучение влияния аквагрунта и гидрогеля на развитие растений

При проведении эксперимента мы руководствовались методикой Иванова В.Б., Плотниковой И.В., Живухиной Е.А. [2].

Методы исследования: наблюдение,измерение высоты проростков,статистическая обработка результатов.

2.1. Изучение влияния аквагрунта на развитие растений

Опыт 1. Цель: изучить влияние аквагрунта на развитие проростков растений; выявить зависимость роста проростков из семян крупного, среднего и мелкого размера от размера гранул аквагрунта, добавленных в почву.

Оборудование: лотки пластиковые объемом 1 л, почвогрунт универсальный для овощных культур, аквагрунт Seven Color Crystal Ball (гранулы мелкого, среднего и крупного размера),семена фасоли обыкновенной, овса посевного и укропа огородного.

Ход работы: 9 февраля 2015 года в 5 лотков было посажено по 3 проросших семени фасоли, еще в 5 лотков, разделенных на две половины, было посажено по 4проросших семени овса посевного и по 8 семян укропа огородного. Полив производился равномерно в объеме 100 мл в каждый лоток 1 раз в 3 дня. Все лотки находились в условиях одинакового освещения и температуры.

Результаты: 13 февраля появились первые ростки.

Таблица 5. Результаты измерения высоты проростков 16 февраля 2015 г.

лотка и условия выращивания проростков

Средняя высота проростков фасоли обыкновенной, см

Средняя высота проростков овса посевного, см

Средняя высота проростков укропа огородного, см

1) почвогрунт

4, 9

7,1

2,3

2) почвогрунт + крупные гранулы (10штук)

7,2

9

1,3

3) почвогрунт + средние гранулы (10штук)

1,4

8,1

2,5

4) почвогрунт + мелкие гранулы (10штук)

2,8

9,2

2,9

5) почвогрунт + средние гранулы (5штук)

4,5

9,6

2,3

Средние показатели по лоткам с аквагрунтом

3,98

8,98

2,25

Наблюдается зависимость интенсивности роста проростков из семян различного размера от размера гранул аквагрунта, добавленных в почву: проростки фасоли, имеющей крупные семена, лучше развивались в присутствии крупных гранул аквагрунта; проростки овса посевного со средними семенами – в присутствии гранул среднего и мелкого размера; проростки укропа – в лотках с мелкими гранулами. Результаты дальнейших наблюдений за развитием проростков овса и укропа отражены в диаграмме 1.

Диаграмма 1. Рост проростков овса посевного.

   

Диаграмма 2. Изменение роста проростков укропа огородного.

   

Как видно из диаграмм, наиболее интенсивно шел рост растений в лотке №5, в почву которого было добавлено 5 средних гранул аквагрунта среднего размера. Семена в этом лотке быстрее проросли, а сами проростки овса и укропа имели наибольшую высоту (приложение 8). Худшие результаты по овсу наблюдались в лотке № 4, в почву которого было внесено 10 мелких гранул аквагрунта, а по укропу – в лотке № 1, в котором аквагрунт отсутствовал.

Выводы: добавление в почву аквагрунта ускорило развитие проростков, возможно, из-за разрыхления почвы и создания благоприятных условий для аэрации, поскольку прорастания корней в гранулы не наблюдалось. Размер гранул аквагрунта для внесения в почву необходимо подбирать в зависимости от размера семян (чем крупнее семена, тем крупнее гранулы аквагрунта); лучше всего влияет на рост растений добавление в почву гранулсреднего размера. Избыточное количество аквагрунта угнетает рост растений вследствие ухудшения водного питания из-за поглощения влаги гранулами.

Опыт № 2. Цель: изучить влияние аквагрунта на регулирование влажности почвы в условиях избыточного увлажнения.

Ход работы: 28 февраля 2015 года в почву 5 лотков с проростками овса и укропа добавили избыточное количество влаги (в 2 раза больше обычного, одинаковое количество в каждый лоток). Через 2 дня произвели замер средних показателей роста растений в каждом лотке. Результаты представлены в диаграммах.

Диаграмма 3. Рост проростков овса посевного в условиях обычного и избыточного увлажнения.

Диаграмма 4. Прирост овса посевного в условиях избыточного

увлажнения

   

Как видно из диаграммы наибольший прирост наблюдается в лотках 2, 3 и 4, в почве которых содержится наибольшее количество (10) гранул крупного, среднего и мелкого размера. Самые худшие результаты мы видим в лотке № 1, в почве которого нет аквагрунта.

Диаграмма 5. Рост проростков укропа огородного в условиях избыточного увлажнения.

Диаграмма 6. Прирост укропа огородного в условиях избыточного увлажнения.

   

На диаграмме видно, что лучше всего в условиях переувлажнения развивались ростки укропа в лотках со средними или мелкими гранулами аквагрунта. В лотке, где аквагрунт отсутствовал, прирост минимален (0,2 см).

Выводы: аквагрунт улучшает условия развития растений в условиях избыточного увлажнения. Для растений со средним размером семян лучше подходят гранулы крупного и среднего размера, для растений с мелкими семенами – гранулы среднего и мелкого размера.

Опыт № 3. Цель: изучить влияние аквагрунта на регулирование влажности почвы в условиях недостаточного увлажнения.

Ход работы: 3 марта 2015 года прекратили полив почвы в лотках с проростками овса и укропа. Через 5, а затем через 10 дней после начала эксперимента произвели замер средних показателей роста растений в каждом лотке. Результаты представлены в диаграммах.

Диаграмма 7. Рост проростков овса посевного в условиях недостаточного увлажнения.

Диаграмма 8. Прирост проростков овса посевного в условиях недостаточного увлажнения.

   

Лучшие показатели прироста обнаружены у растений, произрастающих в почве без добавления аквагрунта.

Диаграмма 9. Рост проростков укропа огородного в условиях недостаточного увлажнения.

Диаграмма 10. Прирост проростков укропа огородного в условиях недостаточного увлажнения.

   

Как видно из диаграмм, наибольший прирост дали растения укропа, произрастающие в почве с аквагрунтом, за исключением второго лотка, в почву которого добавлено 10 средних гранул.

Выводы: влияние аквагрунта на регуляцию влажности почвы в условиях недостаточного увлажнения обнаружено только на растении с мелкими семенами (укроп огородный).

Проведенное исследование показало, что аквагрунт не является заменителем почвы. Внесение его в почву для регуляции ее увлажнения малоэффективно, особенно в условиях недостаточного увлажнения. Однако его можно использовать для разрыхления грунта и отвода избытка воды на сильно переувлажненных почвах.

2.2. Изучение влияние гидрогеля на развитие растений

Для эксперимента использовался гидрогель «Аквасорб» (производство Франции), гидрогель «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии) и аквагрунт «Грин Бэлл» (производство Китая), почва с биогумусом для комнатных растенийи семена овса посевного.

Опыт 4. Цель: сравнить влияние гидрогеля Аквасорб» (производство Франции) и гидрогеля «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии) и аквагрунта «Грин Бэлл» (производство Китая) на развитие растений в условиях оптимального увлажнения.

Ход работы: в 12 лотков с почвогрунтом, объемом 1,5 л, посадили по 15 семян овса посевного; в 3 лотка из 12 добавили 0,5 г французский гидрогель, в 3 – 0,5 г немецкий гидрогель и в 3 лотка добавили 0,5 г аквагрунта, в 3 оставшихся лотках был только почвогрунт. Лотки были выставлены на подоконник. Полив производился 1 раз в 4 дня в объеме 200 мл в каждый лоток. После 10 дней эксперимента проводилось измерение высоты проростков.

Таблица 8. Результаты эксперимента в условиях оптимального увлажнения.

Грунт

Количество проростков

Средняя высота

проростков, см

1

Почвогрунт+ французский гидрогель

39 (12, 14, 13)

9,36

2

Почвогрунт+ немецкий гидрогель

38 (15, 13, 10)

12,23

3

Почвогрунт+аквагрунт

38 (12, 14, 12)

16,8

4

Почвогрунт

38 (13, 14, 11)

15,3

Результаты: количество проростков в лотках отличается незначительно (приложение 10); наибольшая высота проростков обнаружена в лотках с аквагрунтом; наименьшую высоту имели проростки в лотках с французским гидрогелем (таблица 8).

Выводы: явного влияния гидрогеля и аквагрунта на развитие проростков овса посевного не обнаружено. В присутствии аквагрунта проростки развивались лучше (возможно из-за разрыхления почвы и создания благоприятных условий для аэрации). В присутствии гидрогеля растения росли медленнее (возможно из-за недостатка влаги, которую гидрогель впитывает лучше, чем аквагрунт).

Опыт № 5. Цель: сравнить влияние гидрогеля и аквагрунта на рост и развитие растений в условиях недостаточного увлажнения.

Ход работы: в течение 8 дней растения в лотках не поливали; результаты фиксировали с помощью фотосъемки (приложение 11).

Результаты: наблюдается полегание проростков, которое наиболее интенсивно идет в лотках с чистым почвогрунтом, лучше всего чувствовали себя проростки в лотках с гидрогелем. Меньше всего отреагировали на недостаток влаги растения в лотках с гидрогелем «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии)(приложение12).

Выводы: гидрогель благоприятно влияет на растения, обеспечивая их влагой в условиях ее недостатка; гидрогель «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии) более эффективен для регуляции влажности почвы в засушливых условиях, чем гидрогель «Аквасорб» (производство Франции); влияние аквагрунта на регуляцию влажности почвы в условиях недостаточного увлажнения незначительное (он плотнее гидрогеля и хуже отдает влагу).

Заключение.

Выдвинутая нами гипотеза оказалась верна лишь отчасти. В условиях недостаточного увлажнения гидрогель создает более благоприятные условия для роста растений, чем аквагрунт. Эффективность гидрогеля зависит от производителя. Однако если увлажнение оптимально, растения лучше развиваются в аквагрунте, который разрыхляет почву и улучшает ее аэрацию. Целесообразно использование аквагрунта и на переувлажненных почвах для отведения избытка влаги.

Работа требует дальнейшего исследования.

1) Необходимо проверить гипотезу о том, что добавление к почве гидрогеля требует более обильного полива.

2) Требует изучения степень прорастания корней растений в гранулы аквагрунта и гидрогелей различного производства при длительном выращивании растений.

3) Вызывает интерес эффективность использования гидрогеля и аквагрунта для разведения газонов в разных условиях увлажнения.

Список литературы:

  1. Артюшин A.M., Пржевальская JI.К.,Епишина Г.П.и др. Водопоглощающие полимеры в сельском хозяйстве.Химизац.с.х,1991, № 5,с.22-26.

  2. Иванов В. Б., Плотникова И. В., Живухина Е. А. Практикум по физиологии растений: учеб.пособ. / Ред. В. Б. Иванов. - М.: Академия, 2001. - 144 с.

  3. Месхетели А. Гидрогель – «экопочва» // Наука и жизнь, № 5, 2001 г.

  4. Чесноков В. А. Базырина Е.Н, Бушуева Т.М. и Ильинская Н.Л. Выращивание растений без почвы. Изд-во Ленинградского университета, 1960 г. – 163 с.

  5. Якушкина Н.И. Физиология растений. М., Просвещение, 1980г. – 463 с.

  6. http://www.tv2.tomsk.ru/polezno/uchimsya-vyrashchivat-tsvety-bez-zemli

  7. http://www.kartoshki.net/articles/gidrogel-gotovyi-grunt-dlya-rastenii

  8. http://www.tv2.tomsk.ru/polezno/uchimsya-vyrashchivat-tsvety-bez-zemli

  9. http://www.gidrogel.ru/puregel_faq.htm

  10. http://www.e1.ru/articles/green_corner/page_3/009/338/article_9338.html

  11. http://www.robo-mir.ru/shop/1647/desc/gidrogel-dlja-cvetov-akvagrunt

Приложение 1

Внешний вид гидрогеля

Приложение 2

Механизм работы гидрогеля

Приложение 3

Внешний вид аквагрунта

Приложение 4

Использование аквагрунта в дизайнерских целях

Приложение 5

Опыт № 2. Самые высокие проростки укропа

Опыт № 2. Самые высокие проростки овса

Приложение 9

Опыт № 3. Проращивание семян овса в аквагрунте

Приложение 10

Влияние гидрогеля и аквагрунта на рост и развитие растений в условиях оптимального увлажнения.

Приложение 11

 

почвогрунт + гидрогель «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии)

почвогрунт + аквагрунт «Грин Бэлл» (производство Китая)

 

 

почвогрунт

почвогрунт + аквагрунт «Грин Бэлл» (производство Китая)

 

Влияние гидрогеля и аквагрунта на рост и развитие растений в условиях недостаточного увлажнения.

Приложение 12

 

почвогрунт + гидрогель

«Аквасорб»

(производство Франции)

почвогрунт + гидрогель «Штокосорб 660 Медиум» (производство Германии)

 

Влияние гидрогеля и аквагрунта на рост и развитие растений в условиях недостаточного увлажнения.