Исследовательская работа "Гидропоника – способ выращивания растений без почвы"

Комитет по образованию Администрации Поспелихинского района

Алтайского края

Филиал МБОУ «Поспелихинская СОШ №1» Озимовская СОШ

Муниципальный конкурс для одарённых школьников

и молодёжи «Продвижение»

Секция: Экология, биология, химия, медицина, география.

Направление: биология.

Гидропоника – способ выращивания растений без почвы

(научно - исследовательская работа)

Автор: Бакулина Кристина Ивановна,

5 класс,

филиала МБОУ «ПоспелихинскаяСОШ №1»

Озимовская СОШ

Научный руководитель: Бакулина Ирина Юрьевна,

учитель географии,

филиала МБОУ «ПоспелихинскаяСОШ №1»

Озимовская СОШ

ст. Озимая

2025 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОПОНИКИ.................5

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ САЛАТА В ГИДРОПОННОЙ УСТАНОВКЕ И В ТРАДИЦИОННОМ ГРУНТЕ.................7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................12

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ..........................................................................13

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................14

ВВЕДЕНИЕ

Выращивание зелени в домашних условиях, особенно зимой, становится все более популярным. Однако короткий световой день, ограниченные ресурсы (почва, место), а также сложности с поддержанием оптимального режима полива (риск пересыхания, переувлажнения, появления паразитов) создают определенные трудности. Гидропоника, технология выращивания растений без почвы на питательных растворах, представляется перспективным решением этих проблем. Данная работа посвящена изучению возможности применения гидропоники для выращивания салата в домашних условиях.

Актуальность исследования обусловлена возможностью гидропоники решить ряд проблем, связанных с домашним выращиванием растений: исключить риски, связанные с неправильным поливом и качеством почвы, а также повысить эффективность использования ограниченного пространства.

Цель: изучить метод гидропоники и оценить его эффективность на примере выращивания салата в домашних условиях.

Задачи:

1) изучить теоретические основы гидропоники;

2) провести сравнительный эксперимент по выращиванию салата в гидропонной установке и в традиционном грунте.

Объект исследования: выращивание салата в гидропонной установке и в грунте.

Предмет исследования: условия выращивания салата в гидропонной установке и в грунте.

Гипотеза: я предполагаю, что использование питательного раствора «Вермичай» в сочетании с «Гумат» обеспечит успешный рост салата в гидропонной установке.

Методы исследования: наблюдение, сравнение, измерение, анализ, синтез, обобщение, систематизация, эксперимент.

Практическая значимость: благодаря результатам исследования станет возможным круглогодичное выращивание зелени в домашних условиях.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОПОНИКИ

Я начала своё исследование с изучения информации о гидропонике.

Гидропоника — это метод выращивания растений без почвы, при котором питательные вещества доставляются к корням в виде водного раствора. Этот метод позволяет контролировать питание растений и условия окружающей среды, что приводит к более быстрому росту и повышенной урожайности по сравнению с традиционным выращиванием в почве.

Основные принципы гидропоники:

- питательный раствор: вместо почвы, растения получают все необходимые питательные вещества из специально приготовленного раствора. Состав и концентрация раствора меняется в зависимости от вида растения и стадии его роста;

- кислород: корни растений нуждаются в кислороде для дыхания. В гидропонных системах кислород может поступать через аэрацию раствора (принудительное насыщение воды кислородом), через контакт корней с влажным воздухом или через специальные субстраты;

- поддержка растений: поскольку в гидропонике отсутствует почва, необходимо предусмотреть поддержку для растений. Для этой цели используются различные материалы, такие как минеральная вата, кокосовое волокно, керамзит и др. Эти материалы также помогают удерживать влагу и обеспечивать доступ кислорода к корням;

- свет: растения нуждаются в достаточном количестве света для фотосинтеза. В гидропонных системах часто используется искусственное освещение, что позволяет контролировать длительность светового дня и спектр света;

- температура и влажность: оптимальные температура и влажность важны для здорового роста растений. В гидропонных системах эти параметры можно легко контролировать.

Преимущества гидропоники:

- экономия воды: растения получают ровно столько воды, сколько им нужно. В земле вода может испаряться или уходить вглубь, а при гидропонике она используется гораздо эффективнее;

- больше урожая, так как растения получают идеальное питание, они растут быстрее и дают больше урожая, чем в земле;

- нет сорняков: в растворе нет семян сорняков, поэтому не нужно тратить время на прополку;

- меньше вредителей и болезней: в гидропонных системах риск заболеваний растений значительно ниже, чем в почве;

- можно выращивать где угодно: гидропонику можно использовать в любых условиях, например, в пустыне или даже в космосе.

Недостатки гидропоники:

- начальные затраты на оборудование;

- необходимость в специальных знаниях и навыках;

- риск заболеваний растений при неправильном уходе. [1]

Существует множество различных гидропонных систем, каждая из которых имеет свои особенности.

Система глубоководных культур: корни растений погружены в раствор, который постоянно обогащается кислородом с помощью воздушного компрессора. [Приложение 1]

Система периодического затопления: растения находятся в специальном поддоне, который периодически заполняется питательным раствором, а затем вода сливается обратно в резервуар. [Приложение 2]

Система капельного полива: питательный раствор подается к каждому растению по отдельным трубочкам маленькими каплями. [Приложение 3]

Система питательного слоя: корни растений находятся в тонком слое питательного раствора, который постоянно циркулирует. [Приложение 4]

Аэропоника: корни растений подвешены в воздухе и периодически опрыскиваются питательным раствором. [Приложение 5]

Выбор гидропонной системы зависит от различных факторов, таких как вид растения, доступное пространство и бюджет. [2]

В гидропонике, где растения растут без почвы, питательный раствор играет ключевую роль, обеспечивая их всем необходимым для жизни и развития.

Я изучила особенности применения питательных растворов.

Правильная концентрация: очень важно правильно разводить питательный раствор. Если концентрация будет слишком высокой, это может навредить растениям. Если слишком низкой – растения будут голодать. Нужно следовать инструкции на упаковке.

Регулярная замена раствора: со временем растения поглощают питательные вещества, и раствор нужно менять. Частота замены зависит от типа растений и системы гидропоники.

Температура раствора: оптимальная температура раствора – около 20-25 градусов Цельсия.

Питательный раствор можно приготовить самостоятельно или купить готовый. У каждого варианта есть свои плюсы и минусы.

Плюсы самостоятельного приготовления раствора:

- дешевле: ингредиенты для раствора обходятся дешевле, чем готовые смеси;

- контроль состава: точно знаете, что входит в состав вашего раствора и можете регулировать его в зависимости от потребностей растений.

Минусы самостоятельного приготовления раствора:

- сложнее: требуются знания о потребностях растений и умения рассчитывать пропорции элементов;

- затраты времени: приготовление раствора занимает время и требует точности;

- необходимость покупки отдельных компонентов и оборудования: понадобятся весы, мерные емкости, pH-метр и, возможно, другие инструменты.

Готовые питательные растворы можно приобрести в специализированных магазинах для гидропоники, садоводческих центрах, а также в интернет-магазинах.

Плюсы покупки готового раствора:

- простота: достаточно развести концентрат водой по инструкции;

- быстрота: не нужно тратить время на расчеты и смешивание компонентов;

- сбалансированный состав: производители предлагают растворы с оптимальным соотношением питательных веществ для разных видов растений и стадий роста.

Минусы покупки готового раствора:

- дороже: готовые растворы стоят дороже, чем самостоятельное приготовление;

- меньше контроля над составом: вы полагаетесь на состав, указанный производителем.

Правильно приготовленный и применяемый питательный раствор – это основа успешного выращивания растений на гидропонике. Он обеспечивает растения всем необходимым для здорового роста и богатого урожая. Важно контролировать все параметры раствора, чтобы создать идеальные условия для развития растений. [3]

В ходе исследования я изучила основные требования к выращиванию растений методом гидропоники, рассмотрела преимущества и недостатки этого метода, а также ознакомилась с различными типами гидропонных систем и питательными растворами. Мой вывод: гидропоника действительно представляет собой современный и эффективный способ выращивания растений, а разнообразие существующих систем позволяет подобрать оптимальный вариант для любых условий, в том числе и для выращивания растений дома.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ САЛАТА В ГИДРОПОННОЙ УСТАНОВКЕ И В ТРАДИЦИОННОМ ГРУНТЕ

Чтобы проверить, действительно ли гидропоника эффективнее традиционного способа выращивания растений, я провела эксперимент. Я решила вырастить салат двумя способами: в гидропонной установке и в обычном грунте.

Цель эксперимента: сравнить скорость роста и урожайность салата, выращенного в гидропонной установке и в грунте.

Я купила набор для гидропоники «Минисад» - это система глубоководных культур, корни растений погружены в раствор, который постоянно обогащается кислородом с помощью воздушного компрессора. В комплекте были компрессор, фито-светильник, подставка для светильника, пластиковый поддон, две крышки с лунками. Дополнительно были куплены минеральные пробки для поддержки растений, универсальное удобрение для гидропоники «Вермичай» и «Гумат».

Для традиционного выращивания приобрела в магазине универсальный грунт «Живая почва» и пластиковый поддон для рассады. [Приложение 6]

Взяла поддон из набора для гидропоники, наполнила его водой и добавила в качестве питательного раствора 150 мл «Вермичая» и 2 грамма «Гумата», следуя инструкциям на упаковках. Для поддержки растений использовала минеральные пробки, в которые поместила семена салата. Компрессор обеспечивал постоянную аэрацию раствора, чтобы корни получали достаточно кислорода.

Взяла пластиковый поддон и наполнила его грунтом для рассады. Посеяла туда в два ряда такие же семена салата, как и в гидропонную установку.

После увлажнения субстратов, накрыла их пленкой, чтобы влага не испарилась, семена не пересохли. [Приложение 7]

Обе установки находились на одном подоконнике для обеспечения одинаковых условий освещения и температуры. Растения в грунте регулярно поливались отстоянной водой. В гидропонной установке питательный раствор обновлялся, и добавлялось удобрение каждые 10 дней.

Первые ростки появились на вторые сутки. Пленку убрала. В гидропонике дополнительно начала использовать фито-светильник с 17:00 до 22:00 для увеличения светового дня. Оба варианта рассады опрыскивала водой один раз в день для увлажнения, так как в зимнее время в помещении очень сухой воздух. [Приложение 8]

На 10 день корни салата в гидропонной установке достигли уровня раствора. В обеих группах растения имели по три листа. [Приложение 9]

На 20 день листья салата в гидропонике имели более округлую форму, в грунте – более вытянутую. [Приложение 10]

На 30 день листья салата в гидропонике достигли длины 5-10 см и имели светло-зеленый цвет. Листья салата в грунте достигли длины до 15 см и имели насыщенный зеленый цвет. [Приложение 11]

Для мониторинга условий выращивания воспользовалась датчиками из комплекта AFS^TM из курса «Окружающий мир» и программой Logger Lite. Измерила следующие параметры: уровень кислорода в помещении; температуру раствора в гидропонной установке и грунта; уровень освещенности от фитосветильника и дневного света.

Измерила уровень кислорода с помощью датчика содержания О₂. Содержание кислорода получилось 19%, для нормального роста растений необходимо 20-22%. Чтобы улучшить показатель, нужно чаще проветривать помещение. [Приложение 12] [4, С. 270]

Измерила температуру с помощью датчика температуры. Опустила щуп датчика в раствор гидропоники, температура составила 22,5 ⁰С, затем измерила в грунте 23,2 ⁰С. Данная температура является оптимальной для выращивания растений. [Приложение 13] [5, С. 17]

Измерила уровень освещённости при фитосветильнике. Установила щуп датчика над гидропонной установкой и направила его на источник света, уровень яркости составил 0,41 единиц. Установила щуп датчика над грунтом и направила его на источник света, уровень яркости составил 0,14 единиц. Таким образом, при фитосветильнике листья салата в гидропонике получали света в три раза больше, чем листья салата в грунте. [Приложение 14] [4, С. 167]

Измерила уровень освещенности при дневном свете (пасмурная погода), уровень освещенности составил 0,43 единиц. Таким образом, фитосветильник поддерживал такую же освещенность, которая была при дневном свете в пасмурную погоду. [Приложение 15]

Несмотря на более интенсивное освещение для гидропонной установки в вечернее время, салат в грунте имел более насыщенный зеленый цвет и большую длину листьев. Это может указывать на влияние состава питательного раствора на цвет листьев, а также возможную нехватку каких-либо питательных веществ в гидропонном растворе. Отличие в форме листьев может быть связано с разницей в способе получения питательных веществ и влаги.

Эксперимент показал различия в росте и развитии салата при выращивании в гидропонной и грунтовой системах. Несмотря на более быстрый начальный рост корней в гидропонике, салат в грунте к 30 дню имел более длинные листья и более насыщенный цвет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследования, посвященного сравнению эффективности гидропонного метода выращивания растений с традиционным грунтовым методом, была достигнута поставленная цель. Все запланированные задачи были успешно выполнены.

Результаты эксперимента не подтвердили выдвинутую гипотезу об успешном выращивании салата в гидропонной установке с использованием выбранного питательного раствора «Вермичай» в сочетании с «Гумат».

По результатам эксперимента можно предположить, что состав выбранного раствора не обеспечил растения всеми питательными веществами для полноценного роста. Это свидетельствует о необходимости дальнейших исследований, направленных на изучение состава и концентрации питательных веществ в гидропонном растворе.

Также важным фактором, требующим внимания, является поддержание оптимального уровня кислорода в помещении, что особенно актуально для закрытых систем выращивания.

Полученный опыт может быть использован для дальнейших экспериментов по изучению питательного раствора и выращиванию различных культур в гидропонных установках.

Практическая значимость данного исследования заключается в возможности обеспечения свежей зеленью, в частности салатом, в зимний период. Выращивание салата гидропонным методом позволяет получать урожай независимо от сезона и погодных условий. [Приложение 16]

Полученный опыт был успешно представлен учащимся 4 класса. Я познакомила ребят с основами гидропоники. Мы совместно изготовили простую гидропонную установку из пластиковой бутылки с фитильной системой полива. Мастер-класс поспособствовал развитию их интереса к естественнонаучным дисциплинам и формированию практических навыков в области растениеводства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Интернет – ресурсы: «Как вырастить растения на гидропонике в домашних условиях» https://www.novochag.ru/dacha-and-garden/kitchen-garden/kak-vyrastit-rasteniya-na-gidroponike-v-domashnih-usloviyah/ 2. Интернет – ресурсы: «Основные типы гидропонных систем» https://gidronom.ru/uroki/uroki-nachinaiushchego/1-osnovnye-tipy-gidroponnyh-sistem.html 3. Интернет – ресурсы: «Питательный раствор для гидропоники» https://gidronom.ru/uroki/uroki-nachinaiushchego/938-pitatelnyj-rastvor-dlja-gidroponiki.html 4. Самкова В.А. Окружающий мир с ATS^TM. Основы естественных наук. Начальная школа , изд. «Русское слово». – Москва, 2012 г. 277 с. 5. Самкова В.А. Окружающий мир с ATS^TM. Исследуем температуру. Начальная школа , изд. «Русское слово». – Москва, 2011 г. 81 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рисунок 1. Система глубоководных культур

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рисунок 2. Система периодического затопления

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рисунок 3. Система капельного полива

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рисунок 4. Система питательного слоя

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Рисунок 5. Аэропоника

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Фото 1. Подготовка необходимого оборудования для проведения эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Фото 2. Посеяла семена салата.

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Фото 3. Появления первых ростков

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Фото 4. Рост салата на 10 день

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

Фото 5. Рост салата на 20 день

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

Фото 6. Рост салата на 30 день

ПРИЛОЖЕНИЕ 12

Фото 7. Измерение уровня кислорода с помощью датчика содержания О₂.

ПРИЛОЖЕНИЕ 13

Фото 8. Измерение температуры с помощью датчика температуры в растворе гидропоники и в грунте.

ПРИЛОЖЕНИЕ 14

Фото 9. Измерение уровня освещённости при фитосветильнике над гидропонной установкой и над грунтом

ПРИЛОЖЕНИЕ 15

Фото 10. Измерение уровня освещённости при дневном свете (пасмурная погода)

ПРИЛОЖЕНИЕ 16

Фото 11. Использование салата

ПРИЛОЖЕНИЕ 17

Фото 12. Представление полученного опыта был учащимся 4 класса

13