Преподавателю
Биология
Исследовательская работа Выращивание комнатных растений без почвы в условиях общеобразовательной школы методом гидропоники

Исследовательская работа Выращивание комнатных растений без почвы в условиях общеобразовательной школы методом гидропоники

Раздел	Биология
Класс	-
Тип	Другие методич. материалы
Автор	Петренко Е.Н.
Дата	19.02.2016
Формат	docx
Изображения	Есть

Поделитесь с коллегами:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

учреждение средняя общеобразовательная школа №3

«Выращивание растений без почвы в условиях общеобразовательной школы методом гидропоники»

Автор: Шевелько Софья, ученица 5б класса

научный руководитель: Петренко Елена

Николаевна, учитель биологии

г. Сургут, 2016

Содержание

Введение

стр. 2

Глава 1. История развития гидропоники

стр. 4

Глава 2. Методы гидропоники

стр. 5

Глава 3. Сосуды для комнатных растений, выращиваемых гидропонным методом.

Стр. 5

Глава 4. Субстраты

4.1. Общая характеристика субстратов

4.2. Свойства субстратов

4.3. Керамзит

4.4. Агровермикулит

4.5. Торф

4.6. Песок

стр. 6

стр. 7

стр. 8

Глава 5. Питательные растворы

5.1. Состав питательных растворов

5.2. Причины изменения концентрации питательных растворов

5.3. Правила использования питательных растворов

5.4. Приготовление питательных растворов

5.5. Реакция растений на концентрацию питательного раствора.

Стр. 8

стр. 8

стр. 9

Глава 6. Основные способы выращивания на гидропонной культуре

стр.10

Глава 7. Преимущества и недостатки гидропоники

стр.11

Глава 8. Практическая часть исследования

8.1. Эксперименты

8.2. Результаты экспериментов

8.3. Выводы

стр.12

стр.15

стр.16

Список литературы

стр.18

Приложение 1-8

стр.19

Введение

Сургут-это город, который окружаю многочисленные болота с огромными отложениями торфа, сформировавшегося за длительный период времени. В местах, где болота отсутствуют, почва песчаная, а вот плодородная, которую можно было бы использовать для выращивания растений, требовательных к составу почвы, к сожалению отсутствует. В природе произрастают те растения, которые приспособились к таким почвам, при создании агроценоза, жители города используют привозную почву, которая достаточно дорого стоит. При озеленении города, подбираются такие виды растений, которые и морозоустойчивы и нетребовательны к составу почвы, создавая газоны, применяется перегнивший торф.

Но лето балует нас недолго, яркая зелень распустившейся листвы, пестрота клумб быстро сменяются серыми красками. Поэтому в своих квартирах, учреждениях, где проходит большая часть дня, люди, стремятся выращивать комнатные растения, ведь не секрет, что они поднимают эмоциональный настрой и влияют на самочувствие человека. Но для того чтобы вырастить комнатное растение нужна почва, которая содержит все необходимые элементы и её тоже приходится покупать в цветочных магазинах или оранжереях.

Поэтому мы решили выяснить, а возможно ли выращивать растения без почвы, изучив научную литературу, пришли к выводу, что возможно.

Цель исследования: выращивание комнатных растений в искусственных питательных средах с использованием различных субстратов.

Задачи:

1. Освоить методы гидропоники.

2. Вырастить образцы хлорофитума в питательной смеси и в почве.

3. Выявить различия в развитии растений, выращенных в почве и

питательной смеси.

4. Используя метод гидропоники осуществить озеленение классной

комнаты.

Объект исследования: комнатные растения.

Методы исследования: эксперимент, обработка данных.

Гипотеза исследования: метод гидропоники имеет преимущества при выращивании комнатных растений и может использоваться в условиях общеобразовательной школы.

Актуальность темы исследования: применяя метод гидропоники можно выращивать комнатные растения и некоторые овощные культуры в отсутствии плодородной почвы. Для нашего региона это наиболее значимо, так как почва привозится с других регионов, является дорогостоящей, кроме того растения поражаются вредителями, которые чаще всего содержатся в грунте и требуются дополнительные финансы на приобретение ядохимикатов, что сказывается как на состоянии растений, так и на здоровье человека, который занимается выращиванием растения.

Новизна исследования: до настоящего времени в нашем образовательном учреждении никто не занимался выращиванием растений в отсутствии грунта.

Практическая значимость: используя метод гидропоники, можно удешевить и ускорить процесс выращивания комнатных растений и некоторых видов овощных культур.

Глава 1. История развития гидропоники.

Гидропоникой называется способ выращивания растений без почвы на искусственных питательных средах, в которых присутствуют все необходимые для роста растения элементы в нужных соотношениях и концентрациях. Археологические раскопки указывают на то, что сады древнего Вавилона - одно из семи Чудес Света были выращена на искусственных субстратах. Висячие сады Семирамиды были построены вавилонским царём Навуходоносором II около 600 г. до н. э. Плавающие сады Ацтеков в Центральной Америке также пример применения гидропоники.

Метод гидропоники был основан для изучения корневого питания растений. Примерно в одно и то же время в 19 веке немецкий ботаник Ф. Кноп, в России К. А. Тимерязев и Д.Н. Прянишников разрабатывали в научных целях метод культуры растений в водных растворах. В 1929 г. в США У.Ф. Герикке в Калифорнийском университете осуществил промышленное выращивание овощных культур в водных растворах. В 1896 году на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде К. А. Тимирязев выставил стеклянный домик, в котором росли растения, но тогда этот метод не получил распространения. В нашей стране первые успешные опыты выращивания овощей без почвы были проведены 1938-1939 гг. [6].

Глава 2. Методы гидропоники

В зависимости от используемого субстрата существует следующая классификация методов:

1. Субстратная гидропоника.

Метод гидропоники, при котором растения укореняются в толстом слое: песка, гравия, керамзита, минеральной ваты.

2. Гидропоника (водная культура).

Растения, при таком методе гидропоники, могут находиться в сосуде с питательным раствором, или на водяной плавающей платформе с растениями в корзине.

3. Аэропоника (воздушная культура).

Весящие в воздухе корни растений периодически обрызгивают питательным раствором, но при этом методе возможно, когда нижняя часть корней находится в питательном растворе, а верхняя часть корней находится над раствором [2].

Глава 3. Сосуды для комнатных растений, выращиваемых гидропонным методом

Комнатные растения, помещаются в гидрогоршки - это двойные горшки или сосуды (один внутри другого). Горшки должны соответствовать следующим требованиям:

- наружный сосуд не должен пропускать воду;

- внутренний горшок должен быть с прорезями или отверстиями для активного взаимодействия корней с гидропонным раствором;

- наружный горшок не должен быть прозрачным;

-оба горшка или сосуда должны быть изготовлены из материала, который не вступает в реакцию с питательным раствором. Лучше использовать обожжённые керамические горшки из глины.

- наиболее подходящая форма горшка - сферическая, т. к. его объём будет больше чем объём обычного горшка.

Исследовательская работа Выращивание комнатных растений без почвы в условиях общеобразовательной школы методом гидропоники

Рис. 1. Схема гидрогоршка

а - воздух; б-внутренний горшок; в-питательный раствор

Глава 4. Субстраты

4.1. Общая характеристика субстратов

Первоначально растения на гидропонике выращивались исключительно в водной среде, но снабжение корней кислородом оказалось недостаточным, отдельные корни и целые растения быстро отмирали. Поэтому чисто водная культура растений не нашла применения, но позднее были разработаны субстраты, которые не содержат питательные элементы, обладают улучшенными водно-воздушными свойствами. Это заменители почвы: гравий, агровермикулит, керамзит, крупнозернистый песок, мох, торф (приложение 1).

По названию субстратов, используемых в чистом виде или смеси, даётся название способу выращивания: гравийная культура, песчаная культура, торфяная культура и т. д.

Эти субстраты легко поддаются дезинфекции, не вступают в реакции с растворёнными в воде минеральными веществами и обеспечивают хороший доступ воздуха к корням растения.

4.2. Свойства субстратов:

- Субстрат должен хорошо пропускать воздух и раствор, хорошо смачиваться им;

-Субстрат не должен вступать в химические реакции с растворёнными веществами;

- Субстрат не должен препятствовать развитию корневой системы и удерживать растения в вертикальном положении.

При правильном использовании субстрат из керамзита может использоваться до 6-10 лет, из вермикулита 2-3 года.

4.3. Керамзит

Для выращивания растений на гидропонике используется субстрат из мелкого керамзита (0,1-0,5 см), так как он обладает лучшей водоудерживающей способностью. Керамзит воздухопроницаем, водопроницаем, влагоёмок (приложение 1). Корни в нём хорошо удерживаются и увлажняются. Высаженное в керамзит растение не травмируется, хорошо разветвлённые корни не повреждаются и пронизывают весь субстрат.

Керамзит не нужно часто дезинфицировать, он более дешёвый и не вреден для растений. При длительной эксплуатации (в течение 3-4 лет) в керамзите возможно накопление продуктов жизнедеятельности растений, которые будут плохо влиять на рост растений. Поэтому керамзит необходимо периодически промывать водой или перекисью водорода слабой концентрации (3%).

4.4. Агровермикулит

Используется обожжённый агровермикулит. В результате обжига он приобретает лёгкость, стерильность, влагоёмкость и долговечность. Очень важно, чтобы размер не превышал 0,5-2 см, так как в субстрате с более мелкой фракцией нарушается подача воздуха к корням растения (приложение 1).

При обжиге происходит увеличение пластинок в несколько раз, они приобретают форму «гармошек» с большим количеством воздухоносных полостей. Этот субстрат удерживает количество воды в 5-6 раз превышающее его собственный вес. Он легко всасывает воду и легко отдаёт её растениям, хорошо пропускает воздух к корням растения.

4.5. Мох

Хорошим субстратом является сфагновый мох, так как он поглощает 60-65% воды, легко увлажняется и длительное время сохраняет в себе влагу (приложение 1).

4.6. Песок

В качестве субстрата применяется крупнозернистый песок. Перед применением его несколько раз промывают. Он пригоден для гидропонной культуры суккулентов и других растений, полив которых осуществляется сверху.

Глава 5. Питательные растворы.

5.1. Состав питательных растворов.

Питательные растворы приготавливают путём растворения в воде солей, которые содержат азот, фосфор, калий, магний, серу, марганец-это макроэлементы, которые необходимы растению в большом количестве для нормального роста. Но требуются и соли бора, меди, цинка и другие, которых должны присутствовать в меньших количествах - это микроэлементы. Питательный раствор должен содержать эти элементы в соотношениях, не превышающих норму потребления их растениями (приложение 2). При повышении концентрации растения погибают.

5.2. Причины изменения концентрации питательных растворов

Концентрация питательных растворов может повыситься из-за того, что растения быстрее поглощают корнями воду, чем растворённые в ней минеральные соли. Вода частично испаряется - это также приводит к повышению концентрации питательного раствора.

5.3. Правила использования питательных растворов

Очень важно следить за питательным раствором летом, когда испарение воды в сосудах усиливается. Питательный раствор в наружном сосуде всегда находился на одном уровне, т.е. заполнял его до половины объёма, если раствора становится меньше, то его необходимо долить водой до первоначального объёма. Летом добавление воды осуществляется через 2-3 дня, а зимой испарение уменьшено, следовательно, реже. В зимних условиях и в холодных помещениях. Растения находятся в периоде покоя, поэтому можно использовать раствор пониженной концентрации-50% от нормы.

5.4. Приготовление питательных растворов

Для приготовления растворов соль берётся в определённых пропорциях, концентрация питательного раствора должна не превышать 1-5 г. минеральной соли на 1 л. воды (приложение 2).

5.5. Реакция растений на концентрацию и температуру питательного раствора

Если концентрация выше 13,5 г. на 1 л. воды, то многие растения угнетаются, а при концентрациях 1,5-2,5 г. на 1л. идёт нормальное их развитие. Концентрация раствора 0,5-0,6 на 1л. воды сдерживает рост и развитие растений.

Правильно приготовленный питательный раствор может храниться 3 - 4 месяца.

Питательный раствор, готовый к употреблению, должен иметь температуру, одинаковую с температурой воздуха в помещении, в котором выращиваются растения. Если температура будет ниже или выше, то происходит угнетение роста растения.

В зимнее время в питательном растворе должен преобладать калий, а в весеннее - летний период азот, так как происходит интенсивный рост растения [5].

Глава 6. Основные способы выращивания на гидропонной культуре

1. В емкость или специальный горшок наливается питательный раствор и в него помещается корневая система растения. По мере испарения раствора добавляют воду, а через определенные промежутки времени раствор полностью заменяется свежим, так как со временем в растворе наступает дисбаланс пропорций питательных веществ. Существенным недостатком этого способа является то, что снабжение корней кислородом затруднено, а это переносят далеко не все растения [2].

2. Для другого способа используются два горшка, один больше другого. В меньший горшок, имеющий много мелких отверстий, помещают корни растения и засыпаются гравием, керамзитом или другим материалом. Затем этот горшок помещают в больший по объему и наливают питательный раствор, при этом корни должны оказаться погруженными в раствор не более чем на 2/3. При необходимости замены питательного раствора, внутренний горшок с растением вынимают, дают стечь воде. Внешний горшок промывают и после помещения в него снова горшка с растением, наливают свежий раствор.

Глава 7. Преимущества и недостатки гидропоники

Проведя наше исследование, мы пришли к выводу, что метод гидропоники имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным (почвенным) способом выращивания растений:

растение всегда получает нужные ему вещества в необходимых количествах;
растение растет более крепким, здоровым и намного быстрей, чем в почве;
корни растений никогда не страдают от пересыхания или недостатка кислорода при переувлажнении, что происходит при почвенном выращивании;
расход воды легче контролировать, нет необходимости каждый день поливать растения. В зависимости от выбранной ёмкости и заменителя грунта добавление питательного раствора осуществляется от раза в три дня до раза в месяц;
нет проблемы недостатка удобрений или их передозировки;
растения ненужно обрабатывать ядохимикатами, так как почвенные вредители и болезни, которые они вызывают, отсутствуют;
при пересадке растений процесс ускоряется, так как нет необходимости освобождать растения от грунта и соответственно не происходит их травмирования;
не нужно покупать новую почву или горшки для пересадки, достаточно использовать пластиковые ёмкости большего объёма, следовательно, происходит удешевление процесса выращивания комнатных растений;
горшки с растениями мало весят, а потому их можно размещать не только на подоконнике, но и стенах кабинета сделав самостоятельно кашпо опять же из сырья, которое отслужило свой век и подлежит утилизации;
этот метод можно использовать и при вертикальном озеленении классных комнат;
так как в питательный раствор добавляются только вещества необходимые растению, то не происходит накапливания веществ, вредных для здоровья человека, которые, конечно же, присутствуют в почве;
используя максимальный уровень питательного раствора растение можно длительное время оставлять без полива например во время каникул.

Конечно же, нельзя сказать, что метод выращивания растений без почвы идеален на сто процентов, мы считаем, что как и при любом другом методе существуют свои минусы. Возможно, их гораздо больше, но мы хотим остановиться на тех, которые нам удалось выявить в результате нашего исследования:

не все виды комнатных растений, можно выращивать, применяя метод гидропоники, например фиалки при вегетативном размножении могут дать корни, если поместить лист в питательный раствор, но после посадки его в заменители почвы растение перестаёт развиваться и погибает;
невозможно подобрать универсальный питательный раствор для всех видов комнатных растений, так как они нуждаются в разном количестве микро и макроэлементов;

Глава 8. Практическая часть исследования

8.1. Эксперименты

Изучив теоритический материал о методе выращивания растений методом гидропоники, мы решили применить полученные знания на практике и сравнить два метода выращивания растений: гидропонический и стандартный (в питательном грунте).

Эксперимент 1. «Изготовление установки для посадки растений»

Мы изготовили наипростейшую установку. Для этого нам потребовались две пластиковые бутылки объёмом 2л. и 1л. Мы отрезали в бутылке объёмом 2 л. верхнюю половину, тоже проделали и с бутылкой объёмом 1л., но её мы срезали на половину и прорезали в ней на дне небольшие отверстия для проникновения питательного раствора, а также улучшения подачи воздуха к растению. Вставили бутылку с отверстиями в 2 л. бутылку.

Для посадки растения в грунт мы изготовили установку из одной пластиковой бутылки, также проделов отверстия в нижней части для проникновения воздуха к растению, установили бутылку на поддон (приложение 3).

Эксперимент 2. «Посадка растений в керамзит и грунт»

Мы взяли комнатное растение хлорофитум и отделили от него четыре одинаковых молодых отростка, поместили их в ёмкость с небольшим объемом воды и дождались, когда они дадут небольшие корешки.

Затем промыли керамзит под проточной водой и применили его вместо питательного грунта при посадке одного отростка. Для этого удерживая растения в верхней части установки, на уровне, на котором в дальнейшем оно будет находиться, засыпали керамзит, так чтобы корни растения оказались полностью засыпаны им.

Во вторую установку поместили грунт, который приобрели в цветочном магазине. Почва содержала все необходимые вещества, для нормального роста хлорофитума и посадили в него второй отросток, почву увлажнили (приложение 4).

Эксперимент 3. «Приготовление питательного раствора для выращивания растения на гидропонике».

Посетив рад цветочных магазинов с целью приобретения питательного раствора мы не получили результата, нам объяснили, что данные смеси дорогие и не раскупаются населением, поэтому в продаже бывают очень редко и в единичных экземплярах.

Мы решили изучить интернет источники и выяснили, что существует множество рецептов различных авторов, как можно самостоятельно приготовить питательные смеси. Изучив материал [6] мы подобрали для себя наиболее подходящий, исходили из наличия определённых солей в школьном кабинете химии. Им оказался состав питательной смеси по Герикке:

Монокалийфосфат - 1,4 г/л
Калийная селитра - 5,5 г/л
Кальциевая селитра - 1,0 г/л
Сульфат магния - 1,4 г/л
Сульфат железа двухвалентного - 0,2 г/л
Сульфат марганца - 0,02 г/л
Сульфат цинка - 0,01 г/л
Сульфат меди - 0,01 г/л

На электронных весах мы взвешивали определённое количество вещества, а затем растворяли отдельно в небольшом объеме воды. Воду использовали водопроводную, но предварительно профильтровали её, заморозили в пластиковой бутылке в морозильной камере в течении двух суток, затем разморозили, и отстояли. Таким образом, мы убрали примеси водопроводной воды и сделали её наиболее мягкой, так как рекомендуется использование дистиллированной воды, а мы её не имели. После этого наливали в мерный сосуд приблизительно 700-800 мл воды, добавляли первый раствор, хорошо размешивали, доливали второй, размешивали и т.д. Затем долили воду до общего объема 1 л. Проследили, чтобы в приготовленном растворе не было осадка (приложение 2).

Таким образом, мы приготовили 1 л. питательной смеси для выращивания растения методом гидропоники. Этот раствор мы поместили в ёмкость, изготовленную из 2 л. пластиковой бутылки, где было высажено первое экспериментальное растение. Раствор наливали до определённого уровня с расчётом, что корни должны оказаться в растворе на 2/3.

Эксперимент 4. «Посадка растения в агровермикулит».

В этом эксперименте мы использовали также пластиковые бутылки, установку изготовили, как и в первом эксперименте, но вместо грунта использовали агровермикулит. Питательный раствор мы использовали тот же, так как его осталось в достаточном количестве. Технология посадки третьего отростка прежняя.

Агровермикулит тщательно увлажнили (приложение 5).

Эксперимент 5. «Посадка растения в кокосовые стружки».

Кокосовые стружки мы приобрели в магазине «Всё для сада и огорода». Изготовили установку для посадки четвёртого отростка уже описанным нами выше способом и высадили растение, используя всё тот же питательный раствор (приложение 6).

Все четыре самостоятельно изготовленных «цветочных горшка» были размещены на подоконнике в классной комнате. Все четыре растения одинаково освещались, находились при одной и той же температуре. Мы следили за тем, чтобы уровень питательного раствора в емкостях был постоянным, а растение, высаженное в грунт, поливали по мере высыхания. Через 15 дней корни растений, высаженных в керамзит, агровермикулит и кокосовые стружки промывались под проточной водой, а питательный раствор заменяли вновь приготовленный (приложение 6).

Эксперимент 5. «Проращивание кресс - салата в грунте и сфагнуме».

Следующее, что мы решили выяснить, а возможно ли использовать метод гидропоники не только для выращивания некоторых комнатных растений, но и овощных культур. Для этого мы использовали одноразовые пластиковые тарелочки. В одну из них мы поместили мох, а в другую грунт, предназначенный для выращивания овощных культур. Семена трех сортов салата поместили в мох и посеяли в грунт, при этом соблюдая правила посадки, а именно размещая семена на небольшую глубину, так ка они имеют не большие размеры. После посадки увлажнили грунт водой, а мох питательным раствором, и также поместили на подоконник для нормальной освещённости (приложение 6).

8.2. Результаты экспериментов

Используя результаты дневника наблюдений (приложение 2) видно, что наиболее активным ростом обладало растение, выращиваемое методом гидропоники, где в качестве грунта использовался керамзит. Растение было наиболее кустистым, листья имели насыщенный зелёный цвет.

На втором месте растение, выращиваемое в грунте, оно росло медленнее, но также имело насыщенный зелёный цвет.

На третьем месте растение, выращиваемое в агровермикулите, оно росло медленно, цвет листьев не имел столь насыщенного зелёного цвета.

Растение, выращиваемое в кокосовых стружках, в росте прибавило совсем незначительно, листья имели бледно зеленоватый цвет, по краям пожелтели.

При проращивании семян разных сортов крест - салата во мху на второй день были замечены первые всходы, на четвёртый день вся ёмкость покрылась густой зеленью, а во второй ёмкости первые всходы появились на шестой день, на десятый день количество проростков увеличилось незначительно, некоторая часть семян не проросла.

8.3. Выводы

1. Метод гидропоники может использоваться для выращивания комнатных растений в условиях общеобразовательной школы.

2. Метод гидропоники может использоваться для выращивания овощных культур и проращивания семян (приложение 8). Семена кресс - салата проросли в субстрате из мха в два раза быстрее чем в почве, причём проросли все посеянные семена, в почве проросли небольшая часть семян. При дальнейшем развитии растения на заменители грунта также опережали в росте растения, произростающие на почве.

3. Использование концентрации1,67 мл. на литр воды оказалась благоприятной для выращивания растений хлорофитума на гидропонике.

4.Использование керамзита в качестве заменителя грунта является наиболее подходящим, так как происходит активный доступ воздуха, к корням растения обеспечивая корневое дыхание. Кроме того керамзит легко промывается и может неоднократно использоваться.

5. Самым неподходящим субстратом оказался субстрат из кокосовых стружек, в нём растение практически не росло и наблюдалось пожелтение по краям листьев. Такой процесс наблюдается, когда растению не хватает азота. Возможно, именно кокос явился причиной недостатка этого элемента.

6.Пластиковым бутылкам можно превратить в горшки для выращивания комнатных цветов, если проделать в дне отверстия для подачи воздуха к корням, облагородить их, используя своё фантазию.

7. Питательный раствор необязательно покупать в магазинах, можно изготовить его самостоятельно, используя химические вещества, что имеются в каждой школе в кабинете химии.

8.Используя питательные растворы необходимо производить подлив их в ёмкости по мере уменьшения объёма, а через 30 - 40 дней полностью заменять.

9. Метод гидропоники можно использовать для выращивания не всех комнатных растений.

Список литературы

1. Бедриковская Н. П. Гидропоника комнатных цветов. - Издательство Наукова думка, 2012. - 65 с.

2. Кемп П. Введение в биологию [Текст] / П. Кемп, К. Армс; пер. с английского Л.И. Александрова и др; под редакцией Ю. И. Полянского. - М.: Мир, 2009. - 671 с.

3. Кирилова Е. Н. Гидропоника [Текст] / Е.Н. Кирилова. - издательство Росмэс-пресс, 2011.- 96с.

4. Матвеев В. П., Рубцов М. И. Овощеводство [Текст]: учебник и учебное пособие для высших сельскохозяйственных учебных заведений. - М.: Агропромиздат, 2013. - 431 с.

5. Чесноков В. А. Выращивание растений без почвы [Текст] / В. А. Чесноков, Е. Н. Базырина, Т. М. Бушуев, Н. Л. Ильинских. - М.: Мир, 2010. - 169 с.

6. gidroponika.com/content/view/35/#ixzz410p1Y1zB

Приложение 1. «Заменители почвы»