Исследовательская работа. Тема: Выращивание растений в гидропонной установке, Павлова Варвара, 8 Ф класс

Исследовательская работа

Тема: Выращивание растений в гидропонной установке

Автор работы:

Павлова Варвара Павловна,

ученица 8 класса Ф МОУ СОШ №23

Руководитель:

Бакаева Татьяна Анатольевна,

учитель химии МОУ СОШ №23

Допускается к защите:

____________ (Ф.И.О. _______________)

« ___ » ________________ 2020 г.

Комсомольск-на-Амуре

2020г.

Рецензия

на исследовательскую работу

«Выращивание растений в гидропонной установке»

ученицы 8Ф класса Павловой Варвары

Исследовательская работа выполнена в соответствии со всеми требованиями к оформлению: содержание включает в себя введение, теоретическую и практическую части, выводы, заключение, список использованной литературы.

В ведение обозначена актуальность темы, выдвинута гипотеза, указана цель исследования и задачи, а так же объект, предмет исследования, практическая значимость работы.

В теоретической части работы приведены доводы о необходимости выращивания растений без почвы, изучены методы выращивания, преимущества использования метода гидропоники, а также вред.

В практической части работы проведено исследование, на основании которого было установлено, что при выращивании комнатных растений (герани) можно с успехом использовать гидропонику, составлен дневник наблюдения за ростом герани в гидропонной установке.

При подготовке работы Варвара продемонстрировала умения анализировать и структурировать материал, работать с несколькими источниками научно-популярной литературы.

Результаты исследования были использованы при проведении мастер-класса «Гидропоника» для учащихся 7 кадетского класса МОУ СОШ №23.

Стиль изложения работы научный, оформление исследовательской работы соответствует требованиям. Работа допускается к защите.

Рецензент Т.А. Бакаева

Содержание

Введение ……………………………………………………………………3

1.Теоретическая часть………………………………………………………5

1. Необходимость выращивания растений без почвы. Методы выращивания…………………….......................................................5

2. Гидропоника, как способ выращивания растений без почвы……8

3. Преимущества использования метода гидропоники……………..10

4. Вред гидропоники…………………………………………………..12

1. Практическая часть……………………………………………………..13

   1. Подготовка выращивания растений в гидропонной установке….13

   2. Ведение дневника наблюдений «Выращивание герани в гидропонной установке»……………………………………………………………13

Заключение………………………………………………………………….14

Список используемой литературы………………………………………...15

Приложение…………………………………………………………………16

Введение

История исследований по выращиванию растений не на естественных почвах начинается с глубокой древности. Археологические раскопки свидетельствуют, что висячие сады древнего Вавилона, вошедшие в число ―Семи Чудес Света были одной из первых удачных попыток земледелия на искусственных почвах. Висячие сады Семирамиды (Аль-Хилла, Ирак) были построены вавилонским царём Навуходоносором II около 600 г до н.э. Известно, что Навуходоносор II приказал возвести сады, чтобы порадовать свою жену, Амитис из Мидии. Мидийская царица скучала в пыльном Вавилоне под деревьями и благоухающими растениями своей зелёной родины. Вокруг дворца соорудили целую сеть каналов, чтобы подвести к растениям воду, подкачиваемую с помощью архимедова винта.

Актуальность этой темы заключается в том, что в сельском хозяйстве, промышленности и даже в быту возрастает роль гидропоники.

Россия, являясь самым большим государством в мире, объединяет много природных зон с разными климатическими условиями. Люди, которые населяют различные регионы нашей страны, одинаково нуждаются в круглогодичном получении необходимых для здоровья витаминов и минеральных веществ. Если в южных районах страны это не является проблемой, то территории Урала, Крайнего севера, Дальнего Востока и других областей остро нуждаются во внедрении инновационных технологий, позволяющих обеспечить население недорогими и качественными овощами и фруктами. Кроме того, не все земли пригодны для ведения сельского хозяйства и возделывания по причине их чрезмерного загрязнения и истощения. Главная причина почвенного загрязнения – деятельность человека. В результате неправильной эксплуатации земельных угодий, ежегодно теряется немалая доля плодородного слоя почвы.

Учитывая обширную территорию нашей страны, одним из наиболее универсальных, экономичных и эффективных методов круглогодичного выращивания.

Гидропоника — это способ выращивания растений на искусственных средах без почвы. Питание растения получают из питательного раствора, окружающего корни. Основным аргументом в пользу гидропоники служит то, что органические вещества, из которых примерно на 95% состоит сухое вещество растений, образуется самим растением из воды и углекислого газа, в процессе фотосинтеза. Они никогда не извлекаются из почвы в готовом виде. Почва лишь поставляет недостающие 5% минеральных соединений и способствует укоренению растений. Субстрат выполняет лишь физическую роль и ничего общего с питанием растением не имеет. Для этого служит так называемый питательный раствор.

Гипотеза исследования: выращивать гидропонически возможно комнатные растения (герань)

Цель работы: Провести выращивание герани методом гидропоники и исследовать его эффективность в сравнение с традиционным методом выращивания растений.

Задачи:

1. Определить необходимость выращивания растений без почвы. Методы выращивания.

2. Изучить гидропонику, как способ выращивания растений без почвы.

3. Изучить преимущества и вред использования метода гидропоники.

4. Освоить метод гидропоники.

5. Провести выращивание герани в гидропонной установке.

Практическая значимость: материалы данной работы могут представлять интерес для общественности, а также могут быть использованы в растениеводстве.

Объект исследования: герань.

Предмет исследования: метод гидропоники.

1. Теоретическая часть.

1.1. Необходимость выращивания растений без почвы. Методы выращивания.

Очень ценным для человека природным богатством является почва. С ее помощью человек обеспечивает себя необходимыми продовольственными ресурсами. Без почвы невозможна жизнь на земле. Человек в процессе жизнедеятельности непрерывно потребляет ее природные ресурсы, и, зачастую не уделяет должного внимания заботе о почве. Ввиду неправильного использования, почва загрязняется и, как следствие, снижаются её плодородные свойства. Источником загрязнений почвы являются минеральные удобрения, ядохимикаты. По данным санитарно-эпидемиологической службы в среднем по стране до 20% исследованных образцов почвы не отвечают санитарным нормам и гигиеническим нормативам, из них в 3% проб отмечалось повышение содержания пестицидов, в 16% - тяжелых металлов. В сложившихся условиях трудно добиться плодородности почвы и выращивания экологически чистых и полезных овощей и фруктов. (Приложение № 1.)Как видно из представленной структуры на долю овощей открытого грунта в настоящее время приходится только 0,2% от всех посевных площадей Российской Федерации. Это ничтожно мало для такой большой страны как Россия, учитывая обширную площадь и возможность изыскания новых территорий для выращивания зелени, овощей и фруктов. [8] Доказано, что отсутствие в ежедневном рационе должного количества зелени, овощей и фруктов отрицательно сказывается на здоровье человека. В английском языке есть пословица, которую можно перевести на русский примерно так: «Одно яблоко в день убережет тебя от визитов к докторам». [3] Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует съедать минимум пять порций свежих фруктов и овощей ежедневно.

Ограничение потребления на территории РФ рекомендованного количества растительной пищи напрямую связано с климатическим условиями и географическим положением нашей страны. Территории Урала, Северного Поволжья, Сибири, Крайнего Севера и Дальнего востока отличаются неустойчивым климатом, ограничивающим возможность получения стабильного уровня урожайности в естественных условиях.Кроме того, учитывая большую протяженность территории нашей страны очень остро стоит проблема транспортировки выращенного урожая до потребителя. Последний годы очень актуален вопрос импортозамещенияв России. На полках магазинов можно найти овощи и фрукты импортного производителя, однако над длительными сроками хранения, свежестью и экологичностью данной продукции стоит задуматься. Транспортировка свежей растительной пищи, в результате которой товар не потеряет свои полезные свойства, требует больших затрат, что напрямую ведет к увеличению стоимости продукции.

Подводя итог вышесказанному, в России остро стоит проблема поиска решений для улучшения и развития сельского хозяйства, увеличения посевной площади для выращивания зелени, овощей и фруктов в открытом и защищенном грунте, а также иных инновационных методов выращивания растений. Решением вышеуказанной проблемы может стать метод выращивания растений без почвы, называемый «Гидропоника».

В зависимости от характера питательной среды различают: - водную культуру (собственно гидропоника); - субстратную культуру (растения выращивают на твердых заменителях почвы - субстратах, которые периодически смачивают питательным раствором); - аэропоника (или воздушная культура, представляет собой метод выращивания растений без субстрата вообще.); - хемокультура (культура сухих солей); - ионопоника (культура выращивания растений на ионообменных материалах.В качестве субстрата применяют ионитные смолы, волокнистые материалы, блоки и гранулы пенополиуретана). [4]

Гидропоника позволяет легко создавать оптимальные условия для роста растений, получать высокие урожаи, экономить воду, питательные вещества и трудозатраты. Гидропоника делает ненужным всю трудоемкую работу по обработке почвы, а также делает ненужным чередование культур, защиту от сорняков и вредителей. На гидропонике можно выращивать совершенно экологически чистый продукт, не содержащий вредных веществ и ядохимикатов. [10]

Кроме того, для размещения гидропонных систем может подойти любое производственное помещение или цех, не имеющие специального остекления для естественного солнечного света, так как современные технологии позволяют создавать для растений энергоэффективное освещение для обеспечения растениям комфортных условий роста и развития.

Использование метода гидропоники в России, может привести к резкому сокращению или даже прекращению импорта фруктов и овощей, или введению в рацион таких фруктов, которые до России просто не довозятся, потому что являются скоропортящимся продуктом. Применение гидропоники в северных районах нашей страны может обеспечить жителей этих территорий фруктами и зеленью круглый год. Выращивание растений методом гидропоники позволит завести высокопродуктивное сельское хозяйство даже в тех районах России, где его никогда не было.

1.2. Гидропоника, как способ выращивания растений без почвы.

Решением проблемы совершенствования сельскохозяйственных угодий и увеличения производительности растениеводства ученые всего мира и агрономы начали заниматься еще много столетий назад. Люди задавались вопросами как возделывание растений связано с почвой, которая имеет сложный состав и резко отличается на полях разной местности. Чем и как питается растение, долго оставалось загадкой. Разрешение этого сложного вопроса, составляющего основу разумного выращивания растений, потребовало очень много времени – оно связано с развитием общих химических знаний и разработкой методов количественного анализа. Много ученых упорно работало десятки лет, чтобы узнать, что корень извлекает из почвы. Понять это удалось в результате опытов выращивания растений в воде (метод водных культур). Он заключается в следующем: в воде растворяют определенные минеральные соли, кроме солей того химического элемента, значение которого для жизни растения хотят выяснить. Растение выращивают на этом растворе в стеклянной банке. Опыты показали, что растение хорошо развивается лишь в том случае, если в растворе солей есть калий, кальций, железо, магний, сера, фосфор и азот. Если из питательного раствора исключить калий, рост растения останавливается. Без кальция не может развиваться корневая система. Магний и железо необходимы растению для образования хлорофилла. Без серы и фосфора не образуются белки, входящие в состав протоплазмы и ядра. [1] Долгое время думали, что только эти элементы необходимы для нормального развития растений. Но потом выяснилось, что растению нужны также очень небольшие количества других элементов, которые поэтому и назвали микроэлементами. 12 В 1936 г. В США ученый Калифорнийского университета Уильям Герикке впервые испытал выращивание овощей в растворах, назвав данный метод гидропоникой. [6]

Метод Геррике блестяще выдержал проверку, когда потребовалось обеспечить свежими овощами крошечный остров Уэйк в Тихом океане. Этот остров использовался в качестве остановки для дозаправки самолетов авиакомпании Пан Американ, и выращенные там продукты успешно использовалась для питания персонала авиакомпании и экипажа. В России большое внимание водным культурам растений уделял знаменитый исследователь фотосинтеза К.А. Тимирязев (1948г.), а также профессор Д.Н. Прянишников. Первые успешные опыты выращивания овощей в растворах без почвы в России были поставлены в 1938-1939 гг. Тогда же в советском институте плодоводства по инициативе проф. Д.Н. Прянишникова была создана первая гидропонная установка. Результаты работ этой значительной научной установки были практически реализованы советской полярной экспедицией уже в 1938 году. [6] Первоначально растения на гидропонике выращивались исключительно в водной среде. Но при водной культуре снабжение корней кислородом оказалось неудовлетворительным, поэтому корни растений стали размещать в каком-либо субстрате. Корни растений через субстрат и отверстия основы опускаются в раствор, питая растение. При гидропонном способе выращивания растений сложность представляет аэрация корней, так как содержащегося в питательном растворе кислорода растению недостаточно и корневую систему растения полностью погрузить в раствор нельзя. Для обеспечения дыхания корней между раствором и основой оставляют воздушное пространство (Приложение.№2).

Вышеизложенный принцип работы гидропонной установки используется в настоящее время. Гидропонную установку можно использовать как «домашний сад» у себя на подоконнике, так и в промышленных масштабах. Методом гидропоники выращивают овощи, фрукты и ягоды. Гидропоника является идеальным способом производства кулинарных и лекарственных трав. Помимо того, что травы на гидропонике растут быстрее, они имеют значительно лучший вкус и аромат, чем травы, выращенные в почве. Метод гидропоники широко применяется для выращивания цветов и декоративного дизайнерского озеленения помещений, офисного ландшафта. Примером успешного промышленного использования гидропоники по праву может служить ЗАО «Агрокомбинат «Московский». Это агропредприятие не боится внедрять новые технологии в производство, занимая первые места по итогам года работы тепличных комбинатов в России. На данный момент одним из самых востребованных производств является выращивание салата методом гидропоники. И ЗАО «Агрокомбинат «Московский» успешно освоил и внедрил данную технологию. [9]

1.3. Преимущества использования метода гидропоники.

Практические преимущества применения гидропоники:

✓ растения, произрастающие в питательной среде, получают все макро- и микроэлементы, необходимые для их развития и плодоношения;

✓ растения получают ровно столько воды, сколько им необходимо для жизнедеятельности;

✓ нет необходимости бороться с сорняками и заболеваниями культурных растений, и таким образом, использовать дорогие и вредные для здоровья людей пестициды;

✓ в благоприятных условиях повышается продуктивность и качество растений;

✓ всегда можно проверить состояние корней;

✓ гидропоника позволяет выращивать гораздо большее количество растений, нежели в открытом грунте;

✓ не происходит истощения субстрата: вносить питательные вещества можно бесконечно долго; ✓ большая часть операций, связанных с уходом за растениями, включая внесение удобрений и орошение, при этой технологии автоматизирована;

Экономические преимущества применения гидропоники:

✓ на овощи стабильно существует повышенный круглогодичный спрос;

✓ повышение урожайности и улучшение качества продукции по сравнению с традиционными методами выращивания растений;

✓ экономия количества минеральных удобрений (до 40%);

✓ сокращение расходов пестицидов на дезинфекцию теплиц, улучшение фитосанитарных условий;

Социальные преимущества применения гидропоники:

✓ ликвидируется сезонный характер труда и обеспечивается постоянная занятость обслуживающего персонала в течении всего года;

✓ повышение производительности труда, организационно-технологического уровня производства.

1.4. Вред гидропоники

Так как питательный раствор насыщен химикатами, выращенная на нём продукция вредна в такой же степени, как продукты, выращенные на нитратах. Вред овощей выращенных на гидропонике скорее зависит от химикатов, которые используются при выращивании, а не от самого метода. Часто применяют химикаты, действие которых направлено на максимальный и быстрый рост урожая («урожайные» химикаты). Это прежде всего 7 отражается на вкусе и конечно на здоровье. Сейчас мало кто будет отрицать вред пестицидов. Производитель для получения большей прибыли и для удешевления, будет использовать только те химикаты, которые влияют на рост и внешний вид. Продукция получается не совсем экологически чистой и безвредной для здоровья. Ряд тяжѐлых металлов, которые попадают в организм через такую синтетическую продукцию, практически не выводятся и со временем это сказывается на здоровье. И когда спустя определѐнное количество лет, появляется какая-либо болезнь, то определить причину этого заболевания уже практически невозможно. Ведь неизвестно, через какие продукты это всѐ ненужное попало в организм [1, 7].

2. Практическая часть

2.1. Подготовка выращивания растений в гидропонной установке.

1. Приобретение необходимых материалов:

• Вода;

• Растения;

• Стаканчики для растений;

• Керамзит;

• Минеральные удобрения.

2.2.Приготовление питательного раствора:

Чтобы растения получали необходимые микроэлементы, мы выбрали оптимальную рецептуру питательного раствора, заменив некоторые составляющие, для нашего эксперимента.[10]

Для приготовления раствора были использованы следующие минеральные удобрения(г/2л):

1. Азотнокислый натрий (NaNO3) – 4

2. Фосфат кальция ( Ca3(PO4)2 ) – 3

3. Аммоний сернокислый ( (NH4)2SO4 ) – 1

4. Хлористый калий ( KCl ) – 5

1. Ведение дневника наблюдений

Дневник наблюдений «Выращивание герани в гидропонной установке» (Приложение №3)

Заключение

В ходе работы над проектом были изучены: теоретические условия выращивания растений в гидропонных установках, преимущества, вред использования метода гидропоники. Выяснили, что гидропоника позволяет легко создавать оптимальные условия для роста растений, получать высокие урожаи, экономить воду, питательные вещества. Она делает ненужным всю трудоемкую работу по обработке и удобрению почвы. Технология выращивания требует сравнительно небольшой площади и объема, что открывает перед гидропоникой самые широкие перспективы и позволят человечеству создать мощные заводы по выращиванию растений и производству продовольствия прямо в центре городских мегаполисов, а значит решить раз и навсегда проблему голода в мире.

В практической части работы проведено исследование, на основании которого было установлено, что при выращивании комнатных растений (герани) можно с успехом использовать гидропонику, при этом устраняется необходимость в покупке и завозе почвенных грунтов, существенная экономия воды, исчезают такие проблемы, как почвенные вредители и болезни, выращивать растения можно в зимний период.

Проводя наблюдения за ростом и развитием растений герани, мы убедились, что гидропоника, как метод, подходит для выращивания комнатных растений, растения раньше цветут, по сравнению с растениями растущими в обычном грунте.

Таким образом, гипотеза исследования подтвердилась, поставленные цель и задачи выполнены.

Список используемой литературы.

1. Е.Н. Базырина, Т.М. Бушуева, Н.Л. Ильинская, В.А. Чесноков, Выращивание растений без почвы ― Изд-во: Ленинградского университета, 1960. ― 169 с.

2. Указ Президента РФ от 5 января 2016 г. N 7 "О проведении в Российской Федерации Года экологии", эл. Справочная система «Консультант Плюс».

3. Газета «Московский комсомолец», статья «80% россиян не доедают овощей и фруктов» от 30 октября 2014 г.

4. Гидропонный метод выращивания растений без почвы (http://www.floralworld.ru/gidroponica.html);

5. Журнал «Гидропоника», 2014, 2013 гг.

6. История гидропоники

(http://gidroponika.com/content/view/34/#axzz4WQeCCvDm)

1. Каталог публикаций Федеральной службы государственной статистики(http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/publication s/catalog/doc_1265196018516)

2. Официальный сайт Агрокомбината «Московский»

(http://www.mosagro.ru)

1. Экспертно-аналитический центр агробизнеса. Растениеводство России

(http://ab-centre.ru/page/rastenievodstvo-rossii)

Приложение №1

Структура посевных площадей в России в 2015 году, %, общий размер посевных площадей – 79,3 млн га (поданным Федеральной службы государственной статистики). [10]

Приложение №2

Принцип действия гидропонной установки.

Приложение №3

Дневник наблюдений «Выращивание герани в гидропонной установке»

12