XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнительный анализ выращивания растений почвенным и гидропонным способами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Янькова А.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Новокаламинская средняя школа №6"

Янькова А.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Новокаламинская средняя школа №6"

Работа в формате PDF

98.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность

Я являюсь жителем Северо-Енисейского района, территория которого приравнена к районам Крайнего Севера. Количество солнечного света, попадающего на поверхность земли не так много, следовательно, заниматься традиционным выращиванием овощей богатыми витаминами не всегда удается. Короткий вегетационный период, низкие температуры и недостаток плодородных почв затрудняют получение свежих овощей и зелени, что приводит к дефициту витаминов у населения. Из-за сурового климата нашего района круглогодичного выращивания растений не всегда представляется возможным.

Гидропонное выращивание растений является перспективным решением этой проблемы, поскольку оно не зависит от качества почвы и позволяет получать урожай круглый год в контролируемых условиях.

Сравнение почвенного и гидропонного способов выращивания выявить наиболее эффективные метод для северных широт, а также определить какой из них лучше подходит для обеспечения населения свежими продуктами, богатыми витаминами.

Исследование этой темы особенно актуально для развития локального растениеводства в условиях ограниченных природных ресурсов, каким и является наш район.

Цель: сравнить почвенный и гидропонный методы выращивания растений.

Задачи:

• изучить литературу по данной теме;

• выяснить методы выращивания растений;

• сравнить показания гидропонного выращивания растений и почвенного;

• провести анкетирование учащихся школы

Гипотеза: предположим, выращивание растений гидропонным методом будет происходить быстрее, чем традиционным почвенным методом.

Объект: 2 сортаредиса, базилик, салат, щавель

Предмет: способы выращивания растений

Методы исследования:

• описание (анализ источников информации по теме исследования);

• сопоставительный анализ полученных данных;

• сравнение и обработка полученных данных;

• анкетирование

Физиологические основы минерального питания растений и общие принципы гидропоники детально описаны в фундаментальных трудах (К.А. Тимирязев, Д.Н. Прянишников, У.Ф. Геррике). Но сравнение условий почвенного и гидропонного способа выращивания редиса, базилика, щавеля, салата еще требует изучения.

В течение 3 недель осуществляла регулярный уход за обеими группами растений, контролировала уровень и корректировал pH готового раствора, а также проводила и вносила данные систематических биометрических измерений.

Часть 1. Теоретическая часть.

1. 1. История почвенного метода возделывания

Порядка 11-10 тыс лет до н.э были первые целенаправленные попытки выращивать фрукты, злаки. История методов возделывания охватывает тысячелетия эволюции сельского хозяйства, начиная с примитивных форм земледелия до современных высокотехнологичных подходов.

До появления земледелия люди жили охотой на диких животных и сбором диких растений. Когда запасы заканчивались, охотники-собиратели снимались со стоянки и двигались дальше. Земледелие позволило сменить кочевой образ жизни на оседлый. Больше не нужно было путешествовать, люди стали строить более крепкие дома и окружать поселения стенами для защиты[1].

Примерно к 9000 году до н.э. люди научились собирать зерно, сушить и правильно хранить его в течение зимы. Остатки шли на посев, для этого участки земли специально расчищали от корней и деревьев. К 8000 г. до н.э. древние фермеры обнаружили, какие зерна дают больше урожая, стали сортировать их и отбирать лучшие для посадки. Запасы стали превышать потребности поселения, их можно было продавать, обменивать. Так появились новые категории населения: ремесленники, торговцы[1].

На смену первобытнообщинному строю пришел рабовладельческий. Главные цивилизации, Древний Рим и Древняя Греция, развивали, в том числе, земледелие. Для обработки почвы использовались бронзовые серпы, мотыги, вилы, раза, чуть позже был придуман плуг, в который запрягали волов[2].

Падение Римской империи привело к периоду застоя в развитии науки, в том числе агрономии. Великие географические открытия и рост населения способствовали распространению научных знаний. Распространялись и сельскохозяйственные культуры, в частности, после открытия Америки (1492 г.) в Европе появились картофель и кукуруза. В XIV-XV вв. агротехника все еще оставалась неразвитой, по-прежнему использовались разработки древних римлян и греков. Переломным моментом стали трактаты французского естествоиспытатели Бернара Палисси (1563 г.), где он высказал идею обогащения почвы зольными удобрениями, работы М.В. Ломоносова, который в 1753 году впервые предположил, что для питания растения поглощают углекислый газ из воздуха. В 1760 г. немецкий ботаник И. Кёльрёйтер научился выводить гибриды растений.

В период промышленной революции появляются трактора, комбайны и другая сельскохозяйственная техника. Химик Юстус фон Либих открыл важность минеральных удобрений, таких как азот, фосфор и калий [2].

1.2 История открытия гидропонного способа выращивания.

Хорошим примером является одно из семи чудес света Висячие сады «Семирамиды» или «Аманис» — именно так звали жену Навуходоносора 2, царя Вавилона, ради которой и были построены эти необычные сады в пустыне на берегу реки Ефрат. Сады были обеспеченны искусственной системой водоснабжения из реки, водой обогащенной кислородом и минералами.Можно сделать вывод: Вавилонские сады «Семирамиды» и «Плавучие сады Ацтеков» — это и есть прародители современной гидропоники.

Еще один пример удачного применения гидропоники будут - «Плавучие сады ацтеков» или «Сады Чампас» находящиеся на территории Центральной Америки. 

В Мексике вдоль озера Теночитлан кочевые племена после того как их вытеснили с плодородных и вспаханных земель более враждебными и сильными соседями. На берегах озера они соорудили плоты из стебля тростника, и уложили на них ил, собранный со дна озера. На плотах выращивался обильный урожай зелени овощей и даже деревья росли и приносили большие и здоровые плоды. Питались растения минералами из ила, воду они получали из реки пробиваясь корнями через отверстия в плоту[3].

Можно сделать вывод: Вавилонские сады «Семирамиды» и «Плавучие сады Ацтеков» — это и есть прародители современной гидропоники.

В 19 веке немецкий агрохимик Юсмус фон Либих выявил что источник питания растений — это не органическая природа. В 1856 году ботаники Юлиус фон Закс и Вильгельм Кноп вырастили из семян растения на искусственно созданном растворе.

Практически в одно время с Вильгельмом Кнопом, российские ученые Тимирязев и Прянишников разрабатывали способ культивирования растений в неорганических растворах. В 1938 году в нашей стране впервые вырастили овощи на гидропонике[4].

Отец современной гидропоники - Уильям Ф. Герик. Работая в Калифорнийском университете в Беркли, он начал популяризировать идею о том, что растения можно выращивать в растворе питательных веществ и воды (вместо почвы). Именно он ввел термин "гидропоника" и доказал возможность выращивания различных видов растений в питательных растворах. На его технологии во время Второй мировой войны было создано первое промышленное воплощение гидропоники. 

Сегодня гидропоника доступна как для частного, так и для коммерческого использования, появилось множество способов выращивания растений: водная культура, агрегатопоника, ионопоника, хемонопоника, аэропоника [6]. 

Гидропоника – это такой способ выращивания растений без использования почвы. При этом используют искусственный субстрат и питательный раствор. Это является основной особенностью выращивания культур. На сегодняшний день известно три метода гидропоники: субстратная культура водная культура, воздушная культура.

1.2 Основные принципы почвенного выращивания.

Почвенное выращивание — это традиционный способ культивирования растений, основанный на использовании естественной почвы как основного источника питательных веществ и поддержки корневой системы. Основные принципы почвенного выращивания включают следующие аспекты:

Планирование: выбор освещенного, защищенного от ветра места и зонирование культур по их потребностям.

Подготовка почвы: анализ pH, глубокое рыхление и внесение органики (компост, перегной) для улучшения структуры.

Полив: регулярное орошение (капельное или дождевание) с учетом климата и нужд растений.

Удобрение: совмещение органики (длительное питание) и минеральных составов (быстрый эффект).

Прополка: удаление сорняков вручную, садовыми инструментами или с помощью гербицидов.

Защита: профилактика (севооборот, дезинфекция) и совмещение био- и химических средств от болезней.

Урожай: своевременный сбор на пике зрелости и создание правильных условий для хранения.

Восстановление: посадка сидератов и периодический отдых земли для возврата плодородия [2].

1.3 Основные принципы гидропонного выращивания.

Гидропонное выращивание — это технология, при которой растения растут без использования почвы, получая питательные вещества из специально приготовленного водного раствора. Ниже приведены основные принципы гидропонного выращивания:

1. Система подачи питательных веществ

Раствор питательных веществ: Основной компонент гидропонной системы — это раствор, содержащий все необходимые макро- и микроэлементы, необходимые для роста растений.

Контроль концентрации: Раствор периодически проверяется и корректируется по мере необходимости, чтобы поддерживать оптимальное соотношение питательных веществ.

2. Аэрация. Аэраторы или воздушные насосы обеспечивают насыщение раствора кислородом. Постоянное движение раствора предотвращает застой и обеспечивает равномерное распределение кислорода и питательных веществ.

3. Освещение. Естественный свет: В открытых системах максимальное использование солнечного света повышает эффективность фотосинтеза.

4. Температура и влажность.

Оптимальная температура это 18–25 °C днем и немного прохладнее ночью.

Система вентиляции и кондиционирования контролирует уровень влажности, предотвращая избыточную конденсацию и плесень.

5. Фильтрация и очистка. Фильтрация питательного раствора обеспечивает чистоту и предотвращая засорение системы. Периодически проводится дезинфекция резервуаров и трубопроводов для предотвращения распространения бактерий и грибков.

6. Мониторинг и контроль. Современные гидропонные установки оснащены датчиками и контроллерами, позволяющими автоматически регулировать параметры среды.

7. Типы гидропонных систем: Wick System (простейшая пассивная система, использующая фитили для подачи раствора к корням), Deep Water Culture (DWC) (корни погружены в раствор, постоянно насыщаемый кислородом), Ebb and Flow (Flood and Drain) (периодическое затопление и осушение корней), Aeroponics (корни находятся в воздухе и периодически опрыскиваются раствором).

8. Поддерживающие материалы. Можно использовать минеральную вату или кокосовое волокно, или вермикулит, перлит, керамзит.

9. Энергоэффективность. Вода повторно используется после фильтрации и коррекции состава раствора.

10. Безопасность и экологичность. Благодаря контролируемой среде снижается потребность в пестицидах.

Эти принципы позволяют создать оптимальные условия для роста растений в гидропонной системе, обеспечивая высокую производительность и качество урожая[2].

Выводы

1. Первые попытки выращивать злаки, фрукты и овощи целенаправленно, а не случайно, относятся к 11-10 тыс. лет до н.э. 

2. Почвенное выращивание — это традиционный способ культивирования растений, основанный на использовании естественной почвы как основного источника питательных веществ и поддержки корневой системы. Гидропонное выращивание — это технология, при которой растения растут без использования почвы, получая питательные вещества из специально приготовленного водного раствора.

Часть 2. Практическая часть

2.1 Методика посева семян гидропонным и почвенным способом

В начале наше работы нами были заложены опыты по выращиванию растений гидропонным и почвенным способом.

Для посева взяли почву комнатной температуры поместили ее в горшок для рассады. Полили землю теплой отстоянной водой. Сделав бороздки разместили семена на нужном расстоянии друг от друга, затем присыпали слоем земли и слегка утрамбовали. Для эксперимента взяли: два сорта редиса («16 дней» и «18 дней»), салат, щавель, базилик.

Для заложения опыта для выращивания растений гидропонным способом нами изучены литературные источники, в них мы познакомились с основами и составляющими гидропонного способа. А потом наткнулись на сборный комплект гидропонной установки на маркетплейсе. В состав гидропонной установки входит лоток с комплектом горшочков, профессиональные удобрения Агроло Фертик, компрессор –аэратор. Приготовили раствор, состоящий 4 л отстоянной воды и по 2 мл профессионального удобрения из каждого флакона. На цилиндры агроваты, предварительно смочив, помещали 4-5 семечек, присыпая щепоткой вермикулита. Подключали аэратор, который обогащает корни воздухом. И стали фиксировать изменения, происходящие с семенами. Стали фиксировать результаты проращивания семян и заносить в таблицу.

2.2 Результаты исследования.

Мы составили таблицу сравнения почвенного и гидропонного способа авыращивания растений по определенным признакам. Итоги работы представлены в таблице. Для определения РН раствора использовали: раствор для гидропоники и вытяжку из почвенного раствора добавляяя в каждую пробирку по лакмусовой бумажке. Затем сравнивали с эталоном. Для большинства растений оптимальный диапазон pH почвы составляет 6,0—7,0. В этом диапазоне большинство необходимых питательных веществ находится в доступной форме. 

При выращивании растений в гидропонной среде оптимальным считается pH 5,5—6,5. 

2.3 Результаты анкетирования

Респондентам были предложены 4 вопроса в анкете.

Вопрос 1.

Вопрос 2.

Вопрос 3.

Вопрос 4.

Выводы.

1. В гидропонной системе семена «проклюнулись быстрее через 18 часов, все семена растений проросли по сравнению с почвенным способом. (щавель). Этот метод вполне подходит для культивирования свежих овощей и зелени в условиях нашего района.

2. В результате анкетирования наши выяснили, что большая часть родственников респондентов заняты выращиванием, многие ребята не знают, что такое гидропоника и применяли этот метод выращивания, многие думают, что традиционным способом развитие растений идет быстрее. В связи с тем, что мало информации по этому способу выращивания.

Заключение

Гипотеза нашего исследования подтвердилась. Полученную нами информацию в ходе исследования можно использовать на уроках биологии. В перспективе можно продолжить исследование, сравнить гидропонный способ с аэропоникой, выращивание в воздушной среде.

Список литературы

1. П.А. Генкель, Ф.Д. Сказкин, Е. А. Арзуманян /М.:Просвещение, 1967. С.166

2. Горышина Т.К. Экология растений. - М.: Высшая школа,1979

3. Гидропоника. [Электронный ресурс]–Режим доступа.:

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидропоника

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

6. Детская энциклопедия. T.6. Сельское хозяйство/науч. ред. К. А. Иванович, 2. 7. К. Циолковский. Растение Будущего. Животное космоса. Самозарождение. Калуга:издание автора, 1929. С. 31-32.