1. 1 История открытия гидропонного метода выращивания растений
Скачать 119.47 Kb.
|
| 1.Введение 1.1 История открытия гидропонного метода выращивания растений Процесс питания растений интересовал людей еще с глубокой древности, ведь процесс поглощения растениями питательных веществ внешне ничем не обозначается, тем не менее, растения растут, развиваются и плодоносят. Первые письменно изложенные попытки объяснить это явление можно найти в трудах греческого ученого Аристотеля. Аристотель утверждал, что растения по сути своей существа пассивные и забирают из почвы все необходимые вещества уже в готовом виде, таким образом, они должны обеспечивать лишь перемещение веществ. Данное утверждение, как единственное верное, использовалось вплоть до середины 19 столетия, когда Юстус фон Либих опроверг эту, так называемую старую гумусовую теорию. Либих доказал, что количество гумуса в процессе роста растений в почве не уменьшается, а наоборот увеличивается и то, что нерастворимый в воде гумус вообще не может усваиваться растениями без предварительной обработки его микроорганизмами, которые раскладывают его до неорганических соединений. Попытки критиковать теорию Аристотеля предпринимались и ранее, однако существенного успеха они не имели, тем не менее, исследования таких ученых, как Джозеф Пристли, объяснивший значение углекислоты для растений, Марчелло Мальпиги и Эдме Мариотта, выдвинувших теорию о том, что вещества поглощаемые растения в качестве пищи безусловно проходят ряд химических превращений, и Ян Ингенауз, познакомивший мир с основами ассимиляции углекислоты и дыхания растений. В результате объединения всех этих данных в 1860 году родилось растениеводство без почвы или гидропоника, именно в этом году профессор агрохимии Вильгельм Кноп и его коллега Юлиус Закс впервые приготовили растворы для выращивания растений без почвы. Так же Закс создал первый прототип вегетационного сосуда – установки для беспочвенного выращивания растений. Изначально предполагалось, что растения выращенные гидропонным способом будут использоваться только лишь для научных изысканий, однако уже в 1929 году американский ученый Уильям Геррике доказал, что выращивание большого количества растения гидропонным методом не является фантастикой. Уильям Геррике разрабатывал и строил небольшие гидропоникумы на безжизненных островах практически лишенных почвы, но на которых во время Второй мировой войны устраивались временные верфи для починки судов и проходили воинскую службу американские солдаты. Своевременная доставка продуктов питания во время войны была, мягко говоря, проблематична. Поэтому предложение У Геррике о введении нового метода выращивания растения без почвы было чрезвычайно актуально, правительство начало финансирование его исследований и не прогадало, через некоторое время выяснилось, что один небольшой гидропоникум может обеспечивать отряд солдат в течение года всеми необходимыми овощами, а все что для этого нужно это несколько раз в год привозить им рассаду и химические элементы для приготовления новых растворов. После публикации данного открытия, инновационная технология заинтересовала практически все развитые страны того времени, начались бурные исследования. Одной из стран, наиболее ожесточенно занимавшейся изучением этого вопроса стал Советский Союз. В сообщения послевоенной прессы в качестве первооткрывателя метода беспочвенного выращивания растений большей частью фигурирует лишь проф. Геррике. Однако нельзя не отметить, что к тому времени, когда Геррике проводил свои опыты, в Европе уже действовали подобные установки. Вероятно, наиболее крупная из них была создана в советском институте плодоводства по инициативе "русского Либиха" - проф. Д.Н. Прянишникова. Результаты работ этой значительной научной установки были практически реализованы советской полярной экспедицией уже в 1937 г. (Прянишников взято из книги Эрнста Зальцера) 1.2 Способы выращивания и используемые установки В результате проведенных исследований специалисты столкнулись с рядом проблем, ведь условия роста растений в большинстве своем различны. Простейший вегетационный сосуд Геррике уже перестал удовлетворять всем необходимым требованиям и поэтому ученые принялись за разработку новых установок, позволивших бы выращивать все растения без исключения. В вегетационном сосуде Геррике корни растения были целиком погружены в раствор, а раствор может содержать в себе сравнительно небольшое количество кислорода. Соответственно, растения очень чувствительные к наличию кислорода в растворе не могут нормально расти и развиваться (в качестве примера можно привести некоторые декоративные растения, такие как эпифиты, орхидеи и тд). Решений для этого вопроса нашлось сразу два, первый из них это модернизация классического сосуда У Геррике, при которой корни находятся в растворе не целиком и соответственно получают кислород прямо из воздуха и второй, метод аэрации. Суть метода аэрации заключается в том, что корни растения целиком находятся в воздухе, а специальное устройство периодически опрыскивает их питательным раствором. Двух этих методов оказалось достаточно для выращивания растений в лабораторных условиях, но далее встал вопрос о применении гидропоники в промышленных масштабах. Работа продолжалась. В период с 1937 по 1965 года было разработано и введено в широкое использование четыре метода промышленного выращивания растений без почвы. Наиболее подробно они изложены в книге Максуэлла Бентли – крупного американского специалиста по гидропонике, занимавшегося созданием гидропоникувов в безжизненных районах Южной Африки. В своем труде он выделил четыре основные технологии, используемые в промышленном гидропонном хозяйстве: 1. Система Геррике Модернизация стандартных поддонов доктора Геррике, которые он использовал при обеспечении американских солдат продуктами питания. Основное отличие от этих устройств от стандартных вегетационных сосудов состоит в том, что над поддоном с раствором устанавливают специальные “грядки”, набитые стружками. Эти приспособления немного приподняты над сосудами с раствором. Растения не просто закрепляются в каком либо приспособлении, а напрямую высаживаются в эти “грядки” так, что примерно половина корневой системы растения находится в опилках, некоторая ее часть соприкасается с воздухом в просвете между грядками и поддоном, оставшаяся же часть погружена в питательный раствор. Данная система позволила создать более благоприятные условия для выращивания клубневых растений, таких как картофель или морковь. 2. Гравийная культура Суть гравийной культуры заключается в том, что в качестве корней применяются всевозможные инертные материалы, такие как гравий, мраморная крошка, гранитная крошка, пемза, шлак, керамзит. В случае с гравийной культурой поддоны глубиной 20 – 30 см заполняются инертным материалом, заполняют их растворами и высаживают в эти наполнители растения. 3. Песчаная культура Основывается на том же методе, что и гравийная культура. Но более дешевая и доступная. Применяется в районах с жарким климатом, так как всасывающая способность песка и его капиллярные свойства увеличиваются с возрастанием температуры (источник: http://209.85.135.132/search?q=cache:DOGdP9RzDJwJ:www.allbeton.ru/forum/download/file.php%3Fid%3D4133%26sid%3D897777220dc426e7dbc94adb0058b3d4+капиллярные+свойства+песка&cd=3&hl=en&ct=clnk&client=safari). Тем не менее, как оказалось, эта технология абсолютно не подходит для Африканского климата, потому что, не смотря даже на указанное выше свойство песка, его удерживающая способность не является достаточной при том уровне испарения, который зарегистрирован на Африканском континенте. 4. Вермикулитовая культура Немецкий ученый Эрнст Зальцер в своей книге “Гидропоника для любителей” определил основные свойства, которыми должны обладать наполнители для гидропонных установок: “…Это должно быть вещество со следующими свойствами:
Ученые 20 века считали, что если им удастся обнаружить вещество, обладающие всеми вышеперечисленными свойствами в достаточной мере, то они смогут решить все преследующие их проблемы с внедрением метода беспочвенного выращивания растений. И им действительно удалось обнаружить его. Этим веществом оказался вермикулит. Вермикулит (от лат. vermiculus — червячок), минерал из группы гидрослюд, имеющих слоистую структуру. Продукт вторичного изменения (гидролиза и последующего выветривания) тёмных слюд биотита и флогопита. Представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-жёлтого или бурого цвета. При нагревании из пластинок образуются червеобразные столбики или нити золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки (вспученный вермикулит). Обожжёные массы вермикулита свободно плавают на поверхности воды. Химический состав отвечает приблизительной формуле (Mg+2, Fe+2, Fe+3)3 [(AlSi)4O10]·(OH)2·4H2O. Вермикулит обладает следующими свойствами: 1. Вермикулит имеет высокий коэффициент водопоглощения 400-530% (100 г вермикулита поглощают 400-530 мл воды). Он легко впитывает влагу и также легко отдает ее растению, создавая оптимально влажную среду для питания корней. 2. Биологически стоек: не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов. Химически инертен: нейтрален к действию щелочей кислот. 3. Частицы вермикулита очень большие, особенно после нагревания, в результате которого они увеличиваются в 10 – 15 раз. Таким образом, открытие вермикулита дало новый толчок развитию гидропонного метода. Установки построенные на его основе пригодны для выращивания почти всех видов растений. 1.3 Плюсы и минусы выращивания растений гидропонным методом Выращивание растений гидропонным способом имеет ряд неоспоримых преимуществ перед агротехникой. Все они будут рассмотрены ниже. Преимущества выращивания растений гидропонным способом. а. Земля. Для выращивания растений этим способом в почве нет никакой необходимости, что позволяет устраивать гидропоникумы в местах непригодных для сельского хозяйства. b.Вода. В случае с почвенным методом выращивания растений, большая часть воды уходит в почву и “теряется”. Однако, при гидропонном методе выращивания вода целиком остается в сосудах или поддонах. А так как менять раствор нужно крайне редко, то расход воды, даже при условии, что используются субстраты, не абсорбирующие воду, уменьшается примерно в восемь раз (В случае с вермикулитовой культурой расход сокращается примерно в 20 раз). Более того многие современные гидропоникумы имеют собственные системы очистки и обогащения воды полезными веществами, то есть они могут работать годами без смены воды. c. Уход за растениями. В гидропоникумах не бывает ни кротов, ни сорняков, ни нематод. Растения не нужно поливать, вносить удобрения, известковать. Все это удешевляет и упрощает процесс ухода за растениями. d. Для сбора урожая не нужно покупать дорогостоящие сельскохозяйственные машины. e. Наблюдение за гидропоникумом. По данным доктора Максуэлла Бентли - крупного специалиста в области гидропоники – два человека под руководством специалиста могут осуществлять наблюдение и ремонт гидропоникума площадью до 0,4 га. В почвенном методе при той же площади требуется не менее 8. Эти цифры были актуальны для 1959 года и при нынешнем развитии приборостроения конечно же устарели. Сейчас возможно создать мощную систему наблюдения, которая бы контролировала все аспекты жизни растений на большой площади, таким образом можно сделать вывод, что при наличии такой системы достаточно одного – двух человек, которые будут снимать показания с приборов и пару раз в месяц совершать обходы. f. Качество урожая. Гидропоника обеспечивает высокое качество урожая из – за отсутствия различных насекомых – вредителей, грызунов и вредных веществ, которые часто содержатся в почвах. g. Урожай. Благодаря загущенным посевам, урожаи сильно возрастают. h. Севообороты. В гидропонике не нужны севообороты, можно сеять одну и ту же культуру бессменно в течение нескольких лет. j. Стандартизация. Агротехнику и питательные растворы легко стандартизировать для каждого вида растений, что создает более благоприятные условия для их жизнедеятельности, упрощает выращивание. Недостатки гидропонного метода a. Для создания гидропонного хозяйства требуются большие средства. b. Персонал гидропоникума должен быть хорошо обучен. 1.4 Причины отказа от гидропонного метода выращивания растений в России В советском союзе гидропонному методу уделялось большое внимание. В пост революционные годы на нее возлагались особенно большие надежды, ученые считали, сто гидропоника это именно тот способ, чтобы спасти многие части образовавшейся страны от голода. Идеи гидропоники пропагандировали многие советские лидеры, например, Никита Хрущев. Никита Сергеевич Хрущев, будучи при власти, активно пропагандировал гидропонику. На даче вместе с Михаилом Титковым строили теплицы, выращивали рассаду. Хрущев был очень придирчив, старался добиться лучшего урожая. За помощь обещал Михаилу Титкову первый огурец с урожая. Но после развала СССР способ в нашей стране стали считать бессмысленным, ведь в России большое количество земель пригодных для сельского хозяйства, а население для страны такой площади, крайне не велико. Ну а даже если случаются неурожайные годы, хлеб всегда можно завести из-за рубежа, так как у России, экспортирующей огромные количества природных ресурсов ежегодно, крепкие связи с заграничными государствами. Но гидропонный метод продолжает существовать, хотя истощение и загрязнение земель еще не очевидно, он успешно применяется там, где неэффективны почвогрунты — при выращивании в глубоководных аппаратах, на космических кораблях, в городских условиях. 2. Теоретическая часть 2.1 Суть теории беспочвенного выращивания растений 2.2 Химические элементы и их значение для роста и развития растения Основой питательного раствора является вода. Вода в жизни растений имеет два основных значения. Вода является составной частью растения, процентное содержание которой наибольшее, т.е. строительным материалом. Без воды растение увядает, так как уменьшение количества жидкости в тканях ведет к уменьшению внутриклеточного напряжения, и части растения начинают дрябнуть, скукоживаться, сохнуть и отмирать. Поэтому обеспечить растения достаточным количеством воды – первейшая задача. Второе значение воды заключается в транспортировке питательных веществ, растворенных в ней, ведь растения не в состоянии усваивать их в сухом виде. Для научных целей лучше пользоваться дистиллированной водой. Такая вода совершенно свободна от каких-либо растворенных в ней веществ, и только в этом случае можно быть уверенным, что результаты опыта не будут искажены. Основные шесть элементов питания: N, P, K, Ca, Mg, S. Азот необходим для всех процессов роста. Выделяют две формы азота, каждая из которых в той или иной мере необходима растениям: нитратная и аммонийная. Азот нитратов накапливается в сочных органах растений, помогая им регулировать водный баланс. Особенно велика потребность в азоте в начале периода роста. Но это не означает, что с началом роста все растения нужно подкармливать азотом одинаково. Азот стимулирует рост растения, препятствует переходу в состояние покоя. Входит в состав молекул белков и нуклеиновых кислот. При перекорме растения возможно буйное развитие вегетативной массы в ущерб цветению (далеко не у всех растений). Вреден азот и растениям в фазе проростка, плохо укоренившимся черенкам. Избыток азота в сочетании с постоянно высокой влажностью и плохой аэрацией корней может привести к загниванию растений. При этом понижается устойчивость растений к заболеваниям. Никогда не вносите азот, если вы видите, что растение поражено грибной или бактериальной инфекцией. Фосфор. В отличие от азота фосфор не побуждает растение к росту. Это "строительный" элемент. Соли фосфорной кислоты плохо растворяются в воде, что позволяет создавать долговременный запас фосфора в субстрате. Плохо растворяются простой суперфосфат, костная и фосфоритная мука, несколько лучше - двойной суперфосфат. Все эти вещества добавляют непосредственно в субстрат до посадки. Наиболее растворимы фосфаты калия, аммофос. Их можно использовать для жидких подкормок. Годится для этого и суперфосфат, если его предварительно залить кипятком и настаивать 3-4 дня. Потребность в фосфоре велика в период образования соцветий, цветения и формирования семян. Улучшение питания фосфором повышает зимостойкость растений, увеличивает в них содержание сахара, крахмала и жира. Калий. Это третий из основных элементов минерального питания. Он необходим растениям в период образования цветков и плодов, улучшает сопротивляемость их к инфекциям и стрессам. Калий, как и фосфор, растение не станет использовать себе во вред. Им подкармливают растения и в фазе активного роста, и в период, когда они готовятся к состоянию покоя. Калий способствует передвижению питательных веществ в растениях, повышает их устойчивость к холодам, болезням, увеличивает прочность волокон. Кроме трех основных элементов, потребность в которых очень высока, растениям необходимы и другие, но в гораздо меньших количествах. Магний. Этот элемент очень важен для растений, так как он входит в состав зеленого пигмента - хлорофилла, необходимого для фотосинтеза - основы основ жизни растения. Наиболее распространен сульфат магния. Кальций. Для жидкой подкормки кальций вносят в виде кальциевой селитры. Кальций способствует хорошему развитию корневой системы. Сера. Без некоторого количества серы растения не смогут образовывать белки и у них нарушаются процессы дыхания и фотосинтеза. Внешние факторы, влияющие на рост и развитие растений Выводы о перспективности развития данного метода на основе теоретических данных Практическая часть Описание проведенных экспериментов Выводы о перспективности данного метода, на основе полученных данных Теории, выдвинутые в процессе проведения экспериментов Общие выводы по проделанной работе Сравнение предполагаемого и полученного результатов Приложения Фотографии, сделанные в процессе проведения экспериментов Рисунки и схемы гидропонных установок Графики зависимости содержания тех или иных элементов в растворах в зависимости от внешних факторов |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Исследовательская работа Выполнял Причины отказа от гидропонного метода выращивания растений в Советском Союзе и в современной России | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель проекта: Расширение представлений детей об окружающем мире, о значении воды в жизни растений; развитие интереса к исследовательской... |
| Проблема выращивания растений в гидрогеле появилась не так давно.... Проблема выращивания растений в гидрогеле появилась не так давно. В нашей стране работы по созданию сильно набухающих полимерных... | | Мкоу «Светловская сош завьяловского района» Алтайского края Пресный водоём и его обитатели Как называется искусственное сообщество, созданное человеком для выращивания культурных растений? |
 | Применение физического метода в защите яровой пшеницы от болезней... Утверждение тем рефератов по истории отрасли науки для сдачи кандидатского экзамена по дисциплине «История и философия науки» | | Урок открытия нового знания ... |
| Конспект урока «Географическое положение Африки. История открытия... «Географическое положение Африки. История открытия и исследование материка». Урок №1 | | Географическое положение Северной Америки. История открытия и исследования Цель: учащиеся знают особенности географического положения и историю открытия Северной Америки |
| Эссе «Открытия XXI века» Каждый день в мире учёные делают новые открытия, изобретают различные приборы, вещества и в дальнейшем их совершенствуют. Открытия... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тип урока. Урок открытия новых знаний с опорой на технологию деятельностного метода |
| Исследовательская работа Тема: Определение благоприятных условий... Эксперимент по выявлению наиболее благоприятных условий и среды для выращивания кефирного гриба. 11 | | Урока сроки изучения Содержание материала (тема урока) «Слово о полку Игореве» величайший памятник древнерусской литературы. История открытия памятника. Русская история в «Слове…» |
| Урок открытия нового знания (технология деятельностного метода) Уметь оформлять свои мысли в устной форме; слушать и понимать речь других; совместно договариваться о правилах поведения и общения... | | Контрольная работа, ч Технические открытия и выход к Мировому океану. Великие географические открытия и их последствия |
| А. Н. Рогоза и стория неинвазивного измерения артериального давления... К столетию открытия аускультативного метода измерения артериального давления н. С. Коротковым | | Урок по теме «Сожительство растений с грибами и бактериями. Бактериальные... Цель урока: организовать знакомство обучающихся с ролью грибов и бактерий в жизни растений |
