Влияние физико-химических факторов на урожайность овощных культур

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

 РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КИСЛЯНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА

(Юргамышского района Курганской области)

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ  ФАКТОРОВ  НА УРОЖАЙНОСТЬ  ОВОЩНЫХ  КУЛЬТУР

   Автор: – обучающийся 8 класса: Стаханов Вячеслав Викторович (13 лет),                                 МОУ «Кислянская средняя общеобразовательная школа»  Юргамышского района  Курганской     области

   Руководитель: Борчанинов Сергей Николаевич, учитель экологии, педагог дополнительного образования   

место работы: МОУ «Кислянская средняя общеобразовательная школа» Юргамышского района Курганской  области

  Контактная информация: телефон школы:  (8-35-248)  9-33-85.

   Адрес: 641206, Курганская область  Юргамышский район  с. Кислянское

Аннотация работы

   Обостряющаяся необходимость рационального использования природных ресурсов и возрастающая потребность в качественных, экологически чистых продуктах питания ускоряют поиск новых технологических подходов к производству биопродукции.

   Одно из направлений – это технологии с применением физических, физико-химических факторов, которые оказывают большое влияние на рост и развитие культурных растений. Поэтому тема исследовательской работы: «Влияние физико-химических факторов на урожайность овощных культур». Цель работы: «Выявить влияние физико-химических факторов на урожайность овощных культур».

   Методы исследования: физические – предпосевная обработка семян ультразвуком («Муссон – 2» - ингалятор ультразвуковой), лазером (лазерная указка); физико-химические – предпосевная обработка семян «живой» и «мертвой» водой; наблюдение.    

   Проведенные исследования: воздействие на семена свеклы и моркови лазера, ультразвука, электроактивированного раствора показали их положительное воздействие  - повышение урожайности данных культур. Но их можно применять для растений, выращиваемых на почвах с необходимым содержанием питательных минеральных веществ.

   Безусловно, данное направление является перспективным и мало изученным. Поэтому в дальнейшем необходимо продолжить исследования влияния физико-химических факторов на урожайность сельскохозяйственных  культур (огурцы, томаты, горох и др.), подбирая параметры воздействия.    

Содержание

    Введение ………………………………………………………………………………..4

1. Обзор литературы………………………………………………………………………5

1.1. Условия прорастания семян………………………………………………………....5

1.2. Физическое воздействие на семена……………………………………………..…..5

1.2.1.  Влияние ультразвука на прорастание семян……………………………………..6

1.2.2. Влияние лазера на прорастание семян…………………………………………….6

1.3.  Физико-химическое воздействие на прорастание семян………………………….7

2. Методы исследования………………………………………………………………….7

2.1. Физические методы исследования…………………………………………………..7

2.1.1. Ультразвуковое воздействие на семена…………………………………………...7

2.1.2. Воздействие на семена лазером……………………………………………………8

2.2. Физико-химические методы исследования…………………………………………8

3. Результаты исследований………………………………………………………………8

3.1. Характеристика посадочных культур………………………………………………..8

3.2.  Результаты выращивания экспериментальных культур…………………………...9

4. Обсуждение результатов ……………………………………………….……………...11

Заключение ………………………………………………………………………………..11

Список литературы …………………………………………………………………….....12

Приложение ……………………………………………………………………………….13

Введение

   Обостряющаяся необходимость рационального использования природных ресурсов и возрастающая потребность в качественных, экологически чистых продуктах питания ускоряют поиск новых технологических подходов к производству биопродукции. Создание таких технологий связывают с применением физических, физико-химических факторов, которые оказывают большое влияние на рост и развитие культурных растений.

   Поэтому тема исследовательской работы: «Влияние физико-химических факторов на урожайность овощных культур».

   Цель работы: «Выявить влияние физико-химических факторов на урожайность овощных культур».          

   Задачи:

1. Изучить литературные источники по проблеме.
2. Освоить методики ведения исследований по проблеме: физические, физико-химические, наблюдение.
3. Определить влияние предпосевной обработки семян лазером на урожайность овощных культур.
4. Определить влияние предпосевной обработки семян ультразвуком на урожайность овощных культур.
5. Определить влияние предпосевной обработки семян «живой» и «мертвой» водой на урожайность овощных культур.

   Объектом исследования являются  наиболее распространённые сельскохозяйственные овощные  растения: морковь, свекла.

   Предметом исследования являются технологии физического, физико-химического воздействия на семена,  применяемые при предпосевной обработке.

   Методы исследования: физические – предпосевная обработка семян ультразвуком («Муссон – 2» - ингалятор ультразвуковой), лазером (лазерная указка); физико-химические – предпосевная обработка семян «живой» и «мертвой» водой; наблюдение.    

  Значение результатов исследования: научное – осуществление изучения влияния физико-химических факторов на урожайность овощных культур; практическое – результаты исследования используются на  уроках экологии, биологии, при работе на пришкольном учебно-опытном участке.

1. Обзор литературы

1.1. Условия прорастания семян

   Для прорастания семенам необходи мы ряд факторов: влажная среда с доступом воздуха, температура. В таких условиях семена набирают воду (разбухают), начинают дышать, в них ак тивизируются биохимические реакции, и через определенное время они прорастают. Энергия прорастания и всхо жесть снижаются при хранении семян. Особенно быстро ухудшаются эти пока затели в переломное время, когда оканчи вается период естественного сохранения этих качеств.

   На прорастание семян влияет темпера тура. Семена большей части однолетних культур проклевываются и дают всходы при температуре днем 20°С, ночью 16-18°С.

   Предпосевная обработка семян – система приемов, которые улучшают посевные и физические качества семян, ускоряют появление всходов, повышают продуктивность и урожайность семян. Можно воздействовать на прорастание семян различными методами. Различная реакция семян зерновых культур на предпосевное стимулирование физическими и химическими методами в значительной мере обусловлена их влиянием на уровень активности биохимических процессов в прорастающем семени [9]..

   Семена овощных культур по уровню всхожести подразделяются на 1-й и 2-й классы. Различают лабораторную всхожесть семян – процент всхожих семян к общему их числу в данной пробе, определенный при проращивании в лабораторных условиях, полевую – процент всхожих семян в пробе, определенный в полевых условиях, и полноту всходов – отношение полевой всхожести семян к лабораторной.

1.2. Физическое воздействие на семена

   Физические воздействия на семена также находят свое применение при предпосевной обработке семян. Вот несколько способов. Перед посевом сухие семена различных овощных культур в течение 2-6 минут обрабатывают ультразвуком. Можно в течение 0,1-0,5 минуты сухие семена обработать рентгеновскими и гамма-лучами. Также семена можно обработать импульсным концентрированным солнечным светом (делают 30-40 импульсов). Сейчас довольно широко применяют лазерное облучение семян в течение 5-15 минут. Можно сделать и ультрафиолетовое облучение семян при помощи оборудованного лампой кварцевого света кухонного очистителя воздуха.
Большая часть описанных выше приемов применяется в комплексе, например, калибровка сочетается с намачиванием и закалкой семян.

1.2.1.  Влияние ультразвука на прорастание семян

   Звук почти всегда сопутствует жизни. Для растений, животных и человека это один из факторов внешней среды. Звуком называются такие механические колебания внешней среды, которые воспринимаются слуховым аппаратом человека (от 16 до                   20 000 колебаний в секунду). Колебания большей частоты называются ультразвуком, меньшей – инфразвуком.

   Воздействие звука на организм различно. Например, воздействие музыки на организм имеет далеко еще не выясненную биофизическую основу. У растений нет нервной системы. Однако росянка и мимоза, например, реагируют на сильный звук, направленный на их лист.

   Хорошо изучено действие ультразвуковых колебаний, особенно больших частот (порядка десятков и сотен тысяч герц). В зависимости от мощности звукового потока, частоты колебаний, длительности воздействия, природы и состояния организма оно может быть стимулирующим, тормозящим, смертельным.

   Механизмы действия ультразвука на живые организмы крайне многообразны. Это и мгновенное образование пузырьков газа в жидкой фазе клетки, обладающих взрывным действием, и произвольные разрывы полимерных молекул белков и нуклеиновых кислот, и образование вихревых потоков, в которые вовлекаются клеточные органеллы, и разрушение ферментов. Нужно изучать действие ультразвука на живые организмы, чтобы направленно использовать его в народном хозяйстве и чтобы применение ультразвука в технике было безопасным для человека.

   Ультразвуковая обработка зерна и семян перед посадкой интенсифицирует процесс прорастания, повышает урожайность различных культур в среднем на 20-40%.  

   Механизм ультразвукового воздействия на зерна и семена до конца не исследован. Ясно только, что ультразвук способен стимулировать жизненные силы, заложенные природой в каждую сельскохозяйственную культуру. Причиной ускорения биологических процессов, происходя щих в растении после озвучивания, может быть ускорение про цесса диффузии веществ сквозь оболочки клеток зерна [3].

1.2.2. Влияние лазера на прорастание семян

   При использовании лазерного излучения семена сельскохозяйственных культур прорастают более активно под воздействием света с различными длинами волн. Применение гелий-неонового лазера (=632,8 нм) увеличивает урожайность пшеницы на 9,5%, льна – на 8,5%. Использование кадмий-гелиевого лазера (=441,6 нм) по ложительно сказывается на содержании пигментов в листьях растений, повышает активность каталазы и пероксидазы. Кроме того, снижается поражённость растений патогенной флорой.

   Причина повышения урожайности зерновых и овощных культур в результате фотоактивирования семян (по сравнению с растениями из необлученных семян) является более высокая энергия прорастания и раннее появление всходов, лучшая облиственность, более высокая интенсивность фотосинтеза, повышенная продуктивная кустистость и озерненность колосьев, ускоренное развитие и созревание.

   Считается, что наилучшее прорастание семян происходит под влиянием красного света, что  связано с образованием фермента, который разрушает эндоспермный слой, механически ограничивающий рост зародыша. Действие красного света также связано с образованием стимулятора роста – гиббереллина, который активирует прорастание. Светолазерное облучение семян оптимальными дозами приводит к увеличению скорости поглощения ими воды, поскольку изменяется проницаемость клеточных мембран [8].

1.3.  Физико-химическое воздействие на прорастание семян

   Одним из таких воздействий является влияние на семена электроактивированных растворов, обеспечивающих стимулирующий эффект, выражающийся в увеличении силы роста, энергии прорастания, лабораторной и полевой всхожести. В результате исследований по обработке семян электроактивированным раствором было установлено, что он обладает одновременно стимулирующим и обеззараживающим свойствами [1].

2. Методы исследования

2.1. Физические методы исследования

2.1.1. Ультразвуковое воздействие на семена

   Использовался ингалятор ультразвуковой «Муссон – 2» (см. фото. 1 в приложении).

Продолжительность обработки семян – 10 минут [8].

Технические характеристики

1. Напряжение источника питания ------------------------ 220 Вольт.
2. Излучаемая мощность ------------------------------------ 30 Ватт.
3. Рабочая частота     ------------------------ -----------------2,64 МГц.
4. Масса прибора    -------------------------------------------  0,6 Кг

2.1.2. Воздействие на семена лазером

   Использовалась лазерная указка с красным диодом с длиной волны – 635 нм, мощность – 2 мВт. Применялось  лазерное облучение семян в течение 10 минут.

2.2. Физико-химические методы исследования

   Использовался самодельный аппарат для получения «живой» и «мертвой» воды                  (см. рис. 1 в приложении). Аппарат состоит из: литровая банка, 2 электрода из нержавеющей стали, расстояние между ними 40 мм, не достают до дна. Нержавейка размером 40х160х0,8 мм.    

   Процесс приготовления воды длится 3-8 минут в зависимости от определенной крепости. После приготовления, отключив вилку от сети и вынув устройство, быстро вытащить мешочек и вылить «мертвую « воду в другую посуду.

   Уровень рН определяется при помощи прибора Н.И. Алямовского.

Ход работы:

1. Пипетку на 5 мл и одну из пробирок ополаскивают небольшим объемом исследуемой воды. С помощью пипетки берут 5 мл пробы и выливают в пробирку.
2. В эту же пробирку при помощи второй пипетки прибавляют 0,3 мл комбинированного индикатора.
3. Затем содержимое пробирки аккуратно перемешивают, до равномерного смешивания индикатора с водой.
4. После этого определяют рН испытуемой жидкости путем сопоставления ее окраски с окраской эталонов стандартной шкалы.

   «Живая» и «мертвая» вода: щелочная вода – рН = 10 единиц, кислотная вода – рН = 4,5 единицы.  

   Семена обрабатываются соответствующими растворами в течение 10-12 часов.

3. Результаты исследований

3.1. Характеристика посадочных культур

   Свекла – двулетнее растение – относится к семейству маревых. В первый год она образует корнеплод, в котором накапливаются питательные вещества, на второй год этот запас расходуется на выгонку листьев и цветочного стебля. В корнеплодах свеклы содержится довольно большое количество углеводов (сахар, отчасти крахмал), органических кислот, минеральных солей и витаминов [9].

   Свекла сорта «Детройт». Среднеспелый сорт. Корнеплод округлый, гладкий, мякоть темно-красная, без кольцеватости, масса 110-212 г. Ценность сорта: стабильная урожайность, холодоустойчивость. Хорошо хранится.

   Морковь – двулетнее растение из семейства зонтичных: в первый год жизни образует корнеплод, а во второй – выгоняет цветоносный стебель и дает семена. Морковь содержит много сахаров, минеральных солей, витаминов. Время прорастания семян моркови 8 дней при температуре 18 оС.

   Морковь сорта «Лосиноостровская». Среднеспелый урожайный сорт. Корнеплод массой 70-155 г., цилиндрический  с тупым кончиком. Мякоть оранжевая, сочная. Отличается повышенным содержанием каротина, сахаров. Хорошо хранится, рекомендуется для детского питания.

3.2.  Результаты выращивания экспериментальных культур

   Посев семян экспериментальных культур производился на делянках площадью 1 м2 согласно схеме эксперимента (см. рис. 2 в приложении). Повторность трехкратная. На делянке – 5 осуществлено предпосевное внесение удобрений:0,02 кг сульфата аммония, 0,03 кг суперфосфата, 0,02 кг калийной соли (для свеклы и моркови) [9].

   Посев семян свеклы на глубину 2-3 см,  расстояние между рядами 30 см.  После появления первого настоящего листочка осуществлялось прореживание,  оставлялось по одному лучшему растению на расстоянии 3 см друг от друга.

    Посев семян моркови на глубину 2 см, расстояние между рядами 25 см. Прореживание всходов. После появления первого настоящего листочка оставлялось по одному лучшему растению на расстоянии 2-3 см друг от друга.

   Посадка культур осуществлялась 02.06.09г., уборка урожая - 18.09.09г.

   Средние показатели  урожайности экспериментальных культур с опытных делянок представлены в таблице 1 (см. в приложении) и на диаграмме 3.2.1, 3.2.2.

      Наилучшие показатели для свеклы с опытной делянки 2 (семена обработаны «мертвой» водой). 13% превышение урожайности в сравнении с контрольными показателями. На 11%  урожайность выше на делянке 4 (семена обработаны лазером). Так же показатели несколько выше на делянках 3 (семена обработаны ультразвуком) и 5 (предпосевное внесение комплексных удобрений).

   Наилучшие показатели урожайности для моркови с опытных делянок 2 (обработка семян «мертвой» водой) и 3 (обработка семян ультразвуком). 13% превышение урожайности в сравнении с контрольными показателями. На 12% урожайность выше на  делянке 4 (семена обработаны лазером). Показатели несколько выше контрольных на делянках 1 (обработка семян «живой» водой) и 5 (предпосевное внесение удобрений: комплексное удобрение).

Диаграмма 3.2.1. Показатели урожайности свеклы

2,3

3,4

2,9

3

2,8

2,6

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Масса (кг)

Свекла

1         2         3          4       5       6

Экспериментальные делянки

Показатели урожайности свеклы

Масса с 1 м2

1.  Обработка семян «живой» водой. 2. Обработка семян «мертвой» водой.

3. Обработка семян ультразвуком. 4. Обработка семян лазером.

5. Предпосевное внесение удобрений: комплексное удобрение. 6. Контроль

Диаграмма 3.2.1. Показатели урожайности моркови

2,6

3,2

3,2

2,9

2,7

2,4

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Масса (кг)

Морковь

1         2         3          4       5       6

Экспериментальные делянки

Показатели урожайности моркови

Масса с 1 м2

1.  Обработка семян «живой» водой. 2. Обработка семян «мертвой» водой.

3. Обработка семян ультразвуком. 4. Обработка семян лазером.

5. Предпосевное внесение удобрений: комплексное удобрение. 6. Контроль

4. Обсуждение результатов

      Наилучшие показатели для свеклы и моркови с опытных делянок №2 (семена обработаны «мертвой» водой) связаны с воздействием на семена электроактивированного раствора, обеспечивающего стимулирующий эффект, выражающийся в увеличении силы роста, энергии прорастания и полевой всхожести со стимулирующим действием (кислотная вода – рН = 4,5 единицы).

   Влияние лазера можно объяснить - оказывает фотоактивирующее действие на семена (по сравнению с растениями из необлученных семян) вследствие чего семена  обладают более высокой энергией прорастания, наблюдается раннее появление всходов (раньше на 2-3 дня), наблюдается лучшая облиственность, более высокая интенсивность фотосинтеза.

   Ультразвуковая обработка семян перед посадкой интенсифицирует процесс прорастания, повышает урожайность культур, что проявляется так же в более высокой урожайности в сравнении с контрольными показателями.  

   Комплексное применение минеральных удобрений так же стимулирует жизненные процессы  и развитие растений, что отражается на урожайности сельскохозяйственных растений.

   Физико-химические факторы, безусловно, повышают урожайность овощных культур, но в полной мере не могут заменить содержание питательных элементов в почве. Их можно применять для растений, выращиваемых на почвах с необходимым содержанием питательных минеральных веществ.

Заключение

   Обостряющаяся необходимость рационального использования природных ресурсов и возрастающая потребность в качественных, экологически чистых продуктах питания ускоряют поиск новых технологических подходов к производству биопродукции.

   Одно из направлений – это технологии с применением физических, физико-химических факторов, которые оказывают большое влияние на рост и развитие культурных растений.

   Проведенные исследования: воздействие на семена свеклы и моркови лазера, ультразвука, электроактивированного раствора показали их положительное воздействие  - повышение урожайности данных культур. Но их можно применять для растений, выращиваемых на почвах с необходимым содержанием питательных минеральных веществ.

   Безусловно, данное направление является перспективным и мало изученным. Поэтому в дальнейшем необходимо продолжить исследования влияния физико-химических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур (огурцы, томаты, горох и др.), подбирая параметры воздействия.    

Список литературы:

1. Акимова Т.А. Кузьмин А.П. Хаскин В.В. Экология. Природа Человек.Техника: учебник для вузов. – М.: Юнити – Дана, 2001.
2. Баландин Р. К., Бондарев Л. Г. Природа и цивилизация. – М.: Мысль, 1988.
3. Букатый В.И., Карманчиков В.П. Лазер и урожай. Монография. Барнаул: Изд-во АГУ, 1999.
4. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. – М.: Дрофа, 2008г.
5. Завьялова О.Г. Иванов А.Ф., Несговорова Н.П. Полевой практикум по     естествознанию. – Курган: ИПКРО, 1993.
6. Козлов О. В. Экология и здоровье человека. – Курган: Парус-М, 1994.
7. Майсурян Н.А. Полеводство. Лабораторно-практические занятия. – М.: Просвещение, 1984.
8. Панина И. Я. Внеклассная работа по физике.– М.: Просвещение, 1977.
9. Папорков М.А. Учебно-опытная работа на пришкольном участке. Пособие для учителей. –  М.: Просвещение, 1974.
10. Пасечник В.В. Биология. Бактерии. Грибы. Растения. 6 класс. – М.: Дрофа, 2008.

Приложение

Фото. 1. Ингалятор ультразвуковой «Муссон – 2»

1

5

4

3

2

1– крышка, 2– «мертвая» вода, 3– электроды, 4– мешочек из брезента, 5– «живая» вода.

Рис. 1. Прибор для получения «живой» и «мертвой» воды

6

5

4

3

2

1

Повторность: 1-3

1.  Обработка семян «живой» водой. 2. Обработка семян «мертвой» водой.3. Обработка семян ультразвуком. 4. Обработка семян лазером.

5. Предпосевное внесение удобрений: комплексное удобрение. 6. Контроль

Рис. 2.  Схема закладки опытов на экспериментальных делянках                                           (для моркови и свеклы)

Таблица 1.

Урожайность экспериментальных культур с опытных делянок

   1. Обработка семян «живой водой».    2. Обработка семян «мертвой водой».

   3. Обработка семян ультразвуком.    4.Обработка семян лазером.

   5. Предпосевное внесение удобрений: комплексное удобрение.    6. Контроль.

Фото. 1. Экспериментальные делянки моркови и свеклы