Исследовательская работа Выполнял
Скачать 276.15 Kb.
|
ГОУ Гимназия 1505 «Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория» Исследовательская работа Выполнял ученик 9 класса «А» Соломанников Вячеслав “Выращивание растений гидропонным способом” Руководитель: Г.А. Шипарева Москва, 2010 г. Оглавление Введение…………………………………………………………………………3 1. Теоретическая часть 1.1 Химические элементы и их значение для роста и развития растения.4 1.2 Внешние факторы, влияющие на рост и развитие растений………….6 1.3 История открытия гидропонного метода выращивания растений…...8 1.4 Способы выращивания и используемые установки………………….10 1.5 Плюсы и минусы выращивания растений гидропонным методом….14 1.6 Причины отказа от гидропонного метода выращивания растений в Советском Союзе и в современной России……………………………………16 1.7 Предположения о качестве и количестве растений, которые будут получены в процессе выращивания их гидропонным способом, на основе теоретических данных…………………………………………………………..17 2. Практическая часть 2.1 Описание проведенных экспериментов………………………………17 2.2 Выводы о перспективности данного метода, на основе полученных данных…………………………………………………………………………...26 2.3 Закономерности, выявленные в процессе проведения экспериментов 3.Приложения 3.1Графики изменения различных показателей в растворах, в зависимости от времени……………………………………………………27 Введение Актуальность исследования. Метод беспочвенного выращивания растений позволяет заниматься растениеводством в тех местах, где невозможно стандартное сельское хозяйство: в пустынях, на космические и подводных аппаратах, в городских условия. Этот метод, открытый еще в середине прошлого века, чрезвычайно перспективен в наше время, так как загрязнение окружающей среды идет сейчас с огромной скоростью. К сожалению, когда уже станет очевидной эрозия почв, этот метод в большинстве районов мира будет уже практически забыт, как он оказался забытым в России после развала Союза Советских Социалистических Республик. Целью моего исследования является накопление и обработка данных об этом методе, а именно сбор и подборка информации, а так же анализ ее на достоверность путем научных экспериментов. Перед тем, как начать исследование мною были поставлены несколько задач:
Работа основана на изучении научных трудов и их анализе. Как основные источники мною были подобраны несколько книг, написанных в середине XX ого столетия в эпоху развития беспочвенного метода выращивания растений. Основой моей работы послужила книга крупного немецкого ученого Эрнста Зальцера “Гидропоника для любителей”, эта книга оказалась чрезвычайно полезной при написании данной работы, так как содержала полное и доскональное описание гидропонного метода выращивания растений. К сожалению, в своей книге Эрнст Зальцер практически не обращался к промышленному выращиванию растений, поэтому еще одним ключевым источником, давшим мне все необходимые данные, была книга американского ученого – доктора Максуэлла Бентли “Промышленная гидропоника”. В этой книге содержалось превосходное описание гидропонных установок промышленного масштаба. Как еще один ключевой источник хотелось бы выделить книгу украинского ученого НП Бедриковской “Гидропоника комнатных цветов”. 1. Теоретическая часть 1.1 Химические элементы и их значение для роста и развития растения Основой жизни на Земле, а так же основной составляющей любого 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. 1.2 Внешние факторы, влияющие на рост и развитие растений Выделяют несколько важных факторов, влияющих на рост и развитие растений, все эти факторы равнозначны, ни один из них не может заменить другой, к этим факторам относятся такие, как: свет, тепло, вода, воздух и наличие необходимых минеральных веществ. Свет. Свет – это один из важнейших факторов. Свет необходим растениям для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. В гидропонном методе выращивания растений большое значение имеет искусственное освещение. Продолжительность периода от посева или посадки до цветения сильно зависит от светового периода (количества светлых часов). Растения, цветущие весной и осенью, требуют короткий световой день, а растениям, цветущим летом, требуется довольно длинный световой день. Соответственно, для того чтобы ускорить процесс развития растений нужно удлинить световой день путем искусственного освещения. Для создания искусственного освещения используются различные типы ламп: угольные дуговые лампы, кварцевые ртутные дуговые лампы, неоновые трубки и лампы накаливания с вольфрамовой нитью (лампы Мазда). Наиболее эффективны лампы Мазда. Тепло. Температура определяет все жизненные процессы растения. Весной, с наступлением тепла, растения пробуждаются от зимнего покоя, начинается рост корней, распускаются почки. И чем выше поднимается температура, тем энергичнее идет рост и развитие растений. Но и здесь имеется свой предел. При повышении температуры выше оптимальной жизненные процессы затормаживаются, прекращается фотосинтез, приостанавливается рост корней и побегов. С понижением температуры замедляется дыхание, обмен веществ и, как следствие этого, замедляется и рост растения, а при температурах ниже нуля гибнут зеленые части растений. В гидропонном методе зачастую используются теплицы, при помощи теплиц с искусственным освещением, можно создавать оптимальную температуру для роста и развития растений. Вода. Растения постоянно нуждаются в воде. Именно на этом их свойстве и основана теория беспочвенного выращивания растений. Вода нужна для поддержания тургорного давления в клетках и для транспорта минеральных веществ из внешней среды и по самому растению. (О минеральных веществах пункт 2.5) Воздух. Из воздуха растения поглощают углекислый газ и кислород. В процессе фотосинтеза углекислый газ разлагается на углерод и кислород. Из углерода растения создают органические вещества, а кислород выделяется в атмосферу. Когда были выявлены факторы, влияющие на рост и развитие растений, было сделано предположение о том, что любое растение можно вырастить без почвы, если предоставить ему все необходимые для развития условия. Так родилась идея выращивания растений гидропонным методом. 1.3 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 Аристотеля1. Аристотель2 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 просуществовало вплоть до середины XIX столетия, когда Юстус фон Либих3 опроверг эту, так называемую старую гумусовую теорию. Либих доказал4, 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 Пристли5, объяснивший значение углекислого газа для растений, Марчелло Мальпиги6 и Эдме Мариотта7, выдвинувших теорию о том, что вещества поглощаемые растения в качестве пищи безусловно проходят ряд химических превращений, и Ян Ингенхауз8, познакомивший мир с основами ассимиляции углекислоты и дыхания растений. В результате объединения всех этих данных в 1860 году появилось растениеводство без почвы или гидропоника, именно в этом году профессор агрохимии Вильгельм Кноп9 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 целей, 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 вещества для приготовления новых растворов. После публикации данного открытия, инновационная технология заинтересовала практически все развитые страны того времени, начались бурные исследования. Одной из стран, наиболее интенсивно занимавшейся изучением этого вопроса стал Советский Союз. В сообщения послевоенной прессы в качестве первооткрывателя метода беспочвенного выращивания растений большей частью фигурирует лишь профессор 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”10 - проф. Д.Н. Прянишникова. Результаты работ этой значительной научной установки были практически реализованы советской полярной экспедицией уже в 1937 г11.  1.4 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 почти 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 гидропоникумов в безжизненных районах Южной Африки. В своем труде он выделил четыре основные технологии, используемые в промышленном гидропонном хозяйстве: 2. Система Геррике Под данным названием подразумевается не изначальная версия системы Геррике, а ее модернизация. Модернизация стандартных поддонов профессора Геррике, которые он использовал при обеспечении американских солдат продуктами питания. Основное отличие 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 наполнителей 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 температуры12. 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 установок13: “…Это должно быть вещество со следующими свойствами:
Ученые XX 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 вермикулит14. Он 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)4O20]·(OH)2·4H2O. Вермикулит обладает следующими свойствами: 1. Вермикулит имеет высокий коэффициент водопоглощения 400-530% (200 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 или кислот. 3. Частицы вермикулита очень большие, особенно после нагревания, в результате которого они увеличиваются в 20 – 25 раз. Таким образом, открытие вермикулита дало новый толчок развитию гидропонного метода. Установки, построенные на его основе, пригодны для выращивания почти всех видов растений. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Научно-исследовательская работа Научно-исследовательская работа Научно-исследовательская... Научно-исследовательская работа (нир) относится к циклу «Практики и научно-исследовательская работа» магистерской программы «Русский... |  | Исследовательская работа «Тайна имени». Выполнила ученица 6 класса... Научно-исследовательская деятельность в Мокрушинской школе Канского района Красноярского края |
| Исследовательская работа школьников. 2007 №3 «Ученику необходимо... Леонтович А. В. Исследовательская деятельность учащихся в современном образовательном пространстве: итоги научно-практической конференции.... | | Фи ученика Исследовательские работы школьников были представлены следующими жанрами: исследовательский реферат – 2, исследовательская работа... |
| Список учащихся, рекомендованных на участие в городской научно практической... Тип работы (исследовательский реферат, исследовательская работа, проектно-исследовательская работа) | | Реферат «Я хочу рассказать о…Юрии Борисовиче Левитане». 8-в класс... Проектно – исследовательская работа «Вихрь чувств в романе А. С. Пушкина «Евгений Онегин» |
| Поисково-исследовательская работа в школьном музее (методические рекомендации) Поисково-исследовательская работа – важнейшее направление деятельности школьного музея, которое способствует его развитию, обеспечивает... | | 1 Конференция проводится в форме (конкурсных) презентаций ученических... Школьном этапе традиционной краевой межкадетской научно-практической конференции «Дети в мире науки» |
| Общая характеристика нир ученическая научно-исследовательская работа-... Ученическая научно-исследовательская работа это целенаправленная и результативная творческая работа ученика (группы учеников), выполненная... | | Среднего профессионального образования Самостоятельная работа студентов – это планируемая учебная, учебно-исследовательская, научно-исследовательская работа студентов,... |
| Жанры исследовательских работ школьников Описание оценки жанров "реферат", " Исследовательский реферат ", " Исследовательская работа ", " Проектно-исследовательская работа".... | | Исследовательская работа позволяет получить дополнительную информацию и знания по предмету Исследовательская деятельность обучающихся на уроках русского языка и литературы и внеурочное время |
| Методические рекомендации по изучению дисциплин в процессе внеаудиторной... Внеаудиторная самостоятельная работа студентов – это планируемая учебная, учебно-исследовательская, научно-исследовательская работа... | | Шутова Любовь Николаевна, начальные классы История жизни моей прабабушки... Научно- исследовательская деятельность в моу «Нижнекулойская средняя общеобразовательная школа» |
| О бстановка с техногенными пожарами Выпускная квалификационная работа — это итоговая исследовательская и, главное, самостоятельно выполненная работа студента дневной,... | | Методические рекомендации по выполнению выпускных квалификационных... Выпускная квалификационная работа — это итоговая исследовательская и, главное, самостоятельно выполненная работа студента дневной,... |
