Выращивание овощных растений методом гидропоники на примере гороха и кресс-салата

Введение.

Большое количество растений погибает от болезнетворных бактерий и  насекомых, которые обитают в почве ещё на стадии рассады. Это сказывается на урожае. Поэтому возникает необходимость в поиске субстрата, альтернативного почве. Такой альтернативой является вода.  Выращивание растений в воде, а не в почве называется гидропоникой.         

Применение гидропоники снижает затраты на обработку почвы, обеспечивает защиту от вредителей и сорняков. Использование безземельных субстратов позволяет выращивать больше растений на ограниченной площади. Вода и удобрения расходуются рациональнее за счет многократного их использования.

Таким образом, цель данной исследовательской работы: изучение преимущества метода гидропоники и определение его эффективности в сравнение с традиционным методом выращивания растений.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. изучить теоретический материал об особенности выращивания культурных растений методом гидропоники.
2. опытным путём  вырастить растение с помощью метода гидропоники.
3. сравнить показатели развития вегетативных органов овощных растений на примере гороха при выращивании в почве и в питательной среде.
4. выявить эффективность метода гидропоники.

Объектом исследования данной работы является метод гидропоники, используемый при выращивании гороха и кресс - салата.

Предмет исследования: показатели развития вегетативных органов растений при выращивании методом гидропоники.

Гипотеза: если использовать метод гидропоники при выращивании рассады овощных культур, то можно получить более высокие показатели развития вегетативных органов растений.

Новизна работы: одной из острых проблем выращивания рассады в домашних условиях является ограниченность полезной площади на подоконниках и гибель рассады от насекомых-вредителей. Метод гидропоники позволяет сэкономить площадь подоконника и вырастить рассаду без потерь от насекомых-вредителей.

Практическая значимость работы заключается в том, что мы апробируем на практике новое оборудование для кабинета биологии при работе по новым федеральным государственным стандартам. Результаты работы могут быть интересны для учащихся биологической группы и тем, кто занимается выращиванием растений в домашних условиях.

1. Теоретическая часть.

1. История гидропоники.

 Гидропонные технологии - это технологии будущего, успешно разрабатываемые в разных странах, но стоит вспомнить пословицу: «Новое – хорошо забытое старое».

До нашего времени не сохранилось одно из семи чудес света – висячие сады, построенные Навуходоносором для своей жены, Семирамиды. Эти цветущие сады являлись чудом потому, что находились в раскалённой пустыне и поражали своими размерами. В VI веке до н.э. Вавилонский царь Навуходоносор II отдал приказ о строительстве дивных садов для своей любимой жены Амитис.

По очень немногочисленным свидетельствам очевидцев, дошедших до нашего времени, можно заключить – для содержания растений использовались, выражаясь современным языком, примитивные гидропонные системы активного типа.

В качестве субстрата использовалась смесь земли и камней, этакая гидрокультура. Описания рецепта приготовления питательного раствора для растений не сохранилось, к сожалению.

1.2.  Дальнейшее развитие гидропоники.

Профессор медицины Джон Вудворд (1665 – 1828), видимо, был первым, кто осуществил и описал выращивание, наиболее близкое к определению гидропоники. В 1699 году он вырастил перечную мяту. Вудворд сделал правильный вывод: “Растения образуются не из воды, а из какого-то почвенного материала”.^[1]

Впервые довести растение из семян до цветения и новых семян на искусственном растворе удалось двум немецким ботаникам Ф. Кнопу и Ю. Заксу в 1856 г.  Это позволило выяснить, какие именно химические элементы нужны растениям. С тех пор раствор Кнопа занял почетное место в гидропонных культурах.

Однако нельзя не отметить, что к тому времени, в Европе уже действовали подобные установки. Наиболее крупная из них была создана в советском институте плодоводства по инициативе проф. Д.Н. Прянишникова. Результаты работ этой значительной научной установки были практически реализованы советской полярной экспедицией уже в 1937 году. С 1936 года методом гидропоники начали выращивать овощные и цветочные растения в оранжереях у нас в стране. Первый НИИ, работающий с беспочвенными методами, был образован в Минске. Метод аэропоники был разработан именно там.

В мире всё идет к тому, что за гидропоникой (гидрокультурой) - будущее, и весьма перспективное. Есть несколько компаний в России, которые уже долгое время находятся на этом специализированном рынке.^[2]

1.3.  Гидропоника и её виды.

Гидропоника - это обобщенный термин, означающий один из методов культивирования растений без почвы на питательных растворах, содержащих полный набор необходимых для роста и развития веществ в необходимой концентрации и доступной растению форме. При этом необходимо создать благоприятные условия для развития корней и питания растения. Для этого нужно обеспечить контакт корней с питательным раствором и постоянный доступ к корням воздуха, а также создать оптимальную влажность в пространстве между питательным раствором и основанием корней, так как при недостатке влаги они быстро засохнут.

Для этого растения укореняются в толстом слое минерального субстрата (гравий, керамзит, вермикулит и т.п.), а обеспечение растений питательным раствором производится по принципу периодического увлажнения или обычным поливом сверху или принципом подпора.

Принцип подпора заключается в том, что раствор постоянно находится только в нижней части субстрата, куда проникают длинные корни растения, а к остальным корням раствор поднимается по капиллярам.

Использование полива сверху - исключительно простой способ гидропонного выращивания растений. Несколько раз в неделю субстрат поливают питательным раствором и один раз - чистой водой.^[3]

1.4. Растения, выращиваемые методом гидропоники.

Метод этот обретает все большую популярность, как в сельском хозяйстве, так и у обычных людей, которые хотят, круглый год иметь на своем столе свежую зелень, а может быть, даже вырастить экзотические растения. Итак, что же можно вырастить с помощью гидропоники?

Уже ни для кого не в новинку выращивание зелени на гидропонике (салат, укроп, лук, мята и прочее). Многие заядлые цветоводы применяют этот метод для выращивания рассады экзотических растений или обычных цветов — как комнатных, так и садовых. Можно выращивать разнообразные мхи, а также и плодовые растения.

     А чего на гидропонике вырастить нельзя?

Этот отличный метод выращивания растений имеет один недостаток: с его помощью невозможно вырастить клубневые растения — картофель, свеклу, морковь, брюкву, редис.

Для всего же остального гидропоника — отличный метод, который позволяет в значительной степени ускорить рост растений, сэкономить полезную площадь, финансовые средства и трудозатраты.^[4]

1.5. Методика выращивания растений методом гидропоники.

Что для этого нужно? Для применения гидропоники необходимы следующие материалы:

1. керамзитовые шарики в качестве субстрата, поглощающего воду и питающего растения;
2. вегетационный сосуд или пластиковый вазон с решетчатыми стенками в форме короба, который заполняется субстратом;
3. поддон из керамики или пластмассы, в котором находится вода или основное удобрение;
4. водяной уровнемер, который укрепляется на поддоне. Он позволяет определить, когда растению нужна вода.

Наиболее часто применяют следующие виды субстратов: керамзит, перлит, агроперлит, вермикулит, гравий, гранитная щебенка, крупнозернистый песок, пемза, иногда применяют минеральную вату и кокосовую стружку. Можно также использовать гранулированную пластмассу, т.е. минпласт, поровинил и др., а также природные субстраты - опилки, мох и торф. Субстраты можно комбинировать. Например, смешивают гранит с песком или песок с керамзитом...

Преимущество гидропонного метода в том, что как только растения минуют транзитную фазу, они могут усваивать влагу и питательные вещества из раствора у основания контейнера, в то время как расположенные выше корни начинают поглощать необходимое количество кислорода.

Уровень питательных веществ в растворе имеет решающее значение. Если налить в резервуар слишком много воды, то для корней останется мало воздушного пространства, они не смогут получать достаточного количества кислорода и растение гибнет. Дело в том, что кислород, необходимый для жизни растения, плохо растворяется в воде, поэтому вблизи корней его концентрация быстро снижается.

     Обеспечить корни кислородом можно опустив их в питательный раствор не полностью, а примерно наполовину. Для этого следует использовать поддон с сетчатым дном, в который слоем 3-4 см насыпают рыхлый субстрат. Затем в него сажают проросшие семена или укоренившие черенки. Поддон устанавливают на сосуд с питательным раствором. Между сеткой и раствором должно быть воздушное пространство, увеличивающееся по мере роста корневой системы. На начальном этапе, пока корни не достигли поверхности питательного раствора, субстрат с высаженными в него растениями увлажняют обычным поливом сверху.^[5]

2. Практическая часть работы.

2.1. Гидропонная установка, подготовка субстрата и питательного раствора.

При проведении практической части исследований на первоначальном этапе нам необходимо было определиться с конструкцией гидропонной установки. В кабинете биологии имеется специальное оборудование для выращивания растений методом гидропоники. Данное оборудование, предназначенное для работы учащихся, обучающихся биологии по новым Федеральным  Государственным стандартам.

Установка изготовлена из прозрачного пластмасса и разделена в верхней части на шесть отсеков с извитой щелью на дне. Нижняя часть установки имеет общее дно, в которое можно заливать питательный раствор. По углам установки имеются отверстия для воздушного питания корней растений.

Дальше мы выбрали субстрат, в котором будем выращивать растение. В качестве субстрата должны использоваться инертные материалы. Мы выбрали керамзит, так как он обладает следующими положительными свойствами:

1) гигроскопичен;

2) долговечен;

3) пористый, в нем растение может достаточно долго сохранять влагу;

4) после подготовки не меняет pH раствора.

Керамзит мы купили в магазине и провели его подготовку. Сначала мы отобрали керамзитный камень размером 3-4 см., затем несколько раз тщательно промыли и высушили.

На следующем этапе исследований мы выбрали растение, которое будем выращивать на гидропонике. Мы выбрали горох, семена которого мы осенью собрали с нашего приусадебного участка. Всё лето я ухаживала за ним, а теперь хотела увидеть рост гороха в домашних условиях на подоконнике. Кроме этого горох не прихотлив при выращивании и можно быстро зафиксировать результат своих трудов.

По просьбе мамы, кроме гороха, я стала выращивать салат, так как из литературных источников стало известно, что выгонка зелени происходит очень быстро.

2.2. Подготовка посадочного материала.

Начало эксперимента – 2 февраля 2014 года. Для предварительного проращивания семян мы использовали традиционный метод – завернули несколько горошин во влажную салфетку и положили ее на тарелочку с небольшим количеством воды (приложение №1).

После того как семена проросли, мы пересадили их в заранее подготовленный горшок с землей.

А когда из земли проросли два первых листочка, мы осторожно выкопали растение и промыв корни проточной водой поместили горох в отсек гидропонной установки, аккуратно присыпав корни керамзитом.

В качестве питательной смеси использовали готовую смесь ГУМИ-20. Содержание Азота 0,5-2%, Фосфора 0,5-2%, Калия 0,5-1%.

В первые несколько дней мы для питания растения использовали раствор, разбавленный в два раза дистиллированной водой.

Выращивание растения осуществляли на солнечной стороне на подоконнике. Искусственное освещение не использовали.

Для сравнения рядом с гидропонной установкой пересадили проросший горох в питательную почву для овощных культур, которые выращивали традиционным способом. (приложение №1).

Раствор в гидропонной установке меняли каждые 10 дней. В промежутках следили за уровнем раствора и в случае необходимости доводили его уровень до нормы путем добавления дистиллированной воды.^[6]

2.3. Результаты эксперимента.

Эксперимент № 1 Сравнительная динамика роста и развития побегов гороха при разных методах выращивания.

   Подготовив все необходимые условия для выращивания на разных методах, было высажено 10 ростков гороха (5 на гидропонику, 5 в почву).

    Горох - однолетнее растение со слабыми лазящими стеблями, высотой до 50 см. Листья перистые и заканчиваются ветвистыми усами, с помощью которых они цепляются за другие растения.

По ходу роста образцов экспериментальной и контрольной групп осуществляли  фенологические наблюдений и биометрические измерения образцов, высчитывали средние показатели, и составлялась сравнительная динамика роста. Динамика роста представлена на графике №1.

График №1 «Динамика роста побега гороха при выращивании методом гидропоники и в почве».

Из данных графика можно заметить существенные различия в скорости роста побегов. Образцы, выращенные методом гидропоники, показывают довольно большой отрыв, и уже на 5 недели достигают размеров 35 см, в тоже время образцы, выращенные в почве — только 25 см. Разница составила 10 см.

В первые недели исследования наблюдается наиболее активный рост образцов на гидропоники, и напротив, медленный  рост образцов в почве. Корень, помещённый в питательный раствор не увеличивается, так как нет необходимости в поиске минеральных веществ. У растений на гидропонике происходит более активный рост стебля и листьев, а также развитие боковых побегов. Далее на 3 недели скорость роста постепенно спала, и началось активное развитие боковых побегов. На 5 недели их было 6, в тоже время у образцов почвенного выращивания — 2.  Число листьев также увеличивается с 2 листьев до 16 на гидропонике, а при росте гороха в почве число листьев увеличилось с двух до 12. Результаты представлены в таблице №1 «Показатели развития побега гороха при выращивании методом гидропоники и в почве».

Таблица №1 «Показатели развития побега гороха при выращивании методом гидропоники и в почве».

По результатам эксперимента нам удалось выделить ряд преимуществ гидропоники. Во-первых, скорость роста растений на гидропонике значительно выше, за более короткие сроки растения достигают довольно больших размеров. Во-вторых, развитие побега происходит значительно быстрее.

Таким образом можно сделать вывод, что методом гидропоники можно более результативно и с минимальными затратами времени выращивать необходимые культуры, что может благоприятно отразиться на развитии промышленных и научных предприятиях работающих в области ботаники и агрохимии.

Эксперимент № 2 Динамика роста листьев салата при использовании метода гидропоники.

Салат это культура с коротким сроком созревания. Особенно часто садоводы выращивают  листовой вид салата, так как он имеет самый короткий срок созревания.

В листовом сорте растение формирует розетку состоящую из 6 – 12 листовых пластин спустя 30 дней после всхода растения.

Появление всходов происходит на 4 – 5 день при благоприятных условиях и свежих семенах. Самой подходящей температурой для роста салата является температура от 20 до 22 °С.

В стадии 1 – 2 настоящих листиков, рассаду необходимо рассадить. Когда сформируется 4 листик настоящий, высадить необходимо на постоянное место роста, так чтобы корневая шейка растения находилась на уровне грунта, иначе загниет.

Салаты листового вида можно употреблять в пищу в стадии 6-9 листочков, т.е. после 20-30 дней от дня высевания.

Мы осуществили посадку семян кресс-салата одновременно с посевом гороха 2 февраля 2014 года. На 4 день появились всходы, которые мы пересадили в подготовленную почву. На второй недели выращивания мы растения пересадили в гидропонную установку. К концу 4 недели роста салата, листья пригодны для употребления в пищу (приложение №2).

Динамика роста кресс-салата представлена в таблице №2 «Динамика роста листьев салата при использовании метода гидропоники».

Результаты фенологических наблюдений и биометрических измерений образцов представлены на графике №2.

График №2 « Динамика роста листьев салата при использовании метода гидропоники».

Гидропонный метод как перспективный, гигиенический и доступный способ выращивания растений с наименьшими затратами, дает возможность получать полноценные красивые  лиственные растения. При использовании метода гидропоники можно круглый год получать урожай свежей зелени.

Выводы.

1. Скорость роста растений на гидропонике значительно выше, чем при выращивании в почве. На гидропонике горох имеет высоту побега 35 см., 6 боковых побегов и 16 развитых листьев. Значительно ниже показатели роста растения в почве: 25 см. побег, 2 боковых побега и 12 листьев.
2. Метод гидропоники позволяет легко создавать оптимальные условия для роста растений, получать высокие урожаи, экономить воду, питательные вещества. Технология выращивания требует сравнительно небольшой площади. При использовании метода гидропоники можно круглый год получать урожай свежей зелени.

Заключение.

При анализе используемых источников по предложенной теме мною были, выявили сведения об истории и развитии гидропоники, её видах. Изучена методика выращивания, и определены растения, которые можно выращивать методом гидропоники.

 На практике вырастили горох и кресс-салат методом гидропоники. Для сравнения выращивали горох в почве. Осуществили сравнительный анализ результатов выращивания гороха разными методами.

В ходе экспериментальной части работы было отмечено, что метод гидропоники имеет ряд преимуществ.

С результатами своей работы познакомила учащихся 6 класса, в котором я сама обучаюсь, на уроке биологии. А также представила результаты практической части на внеурочном курсе по биологии.

         Планирую продолжить работу по данной теме, а именно вырастить низкорослые виды растений и получить урожай. В данный период готовлю посадочный материал кабачка сорта Белоплодный.

     А также составила буклет, в котором кратно и доступно представлена практическая часть моей работы.

Список литературы.

1. Вопросы о гидропонике floragrow.ru›gidroponika
2. Гидропоника для всех. hydo.ru›basics/systems/1gidroponnyh-sistem.html
3. Гидропоника - альтернатива использованию земли • Форум фермеров.

FarmerForum.ru.

4. Д.И. Трайтак,  Н.Д. Трайтак., Биология 5 – 6 класс, изд. М.: Мнемозина, 2012г.
5. Преимущества и недостатки гидропоники. https://dzagi.ru
6. Слепцова А., Васюк А. Сад на балконе. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2000.- 192 с.