Научно – исследовательская работа Влияние гидрогеля на рост растения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 средняя общеобразовательная школа №12

Всероссийская олимпиада школьников по экологии

(региональный этап)

Научно – исследовательская работа

Влияние гидрогеля на рост растения

г. Краснодар 2018г.

Содержание

Введение

Однажды по телевизору я увидел, как  цветовод рекомендовал смешать землю с гидрогелем. Мне стало очень любопытно, что это такое. Этот материал очень интересен, и мне захотелось узнать побольше об этом веществе.

Гидрогель - это водопоглощающий полимер в виде гранул, который обладает уникальной способностью поглощать и удерживать при набухании до 1 л воды на 10 г гидрогеля. Наиболее распространены гидрогели на основе полиакриламида. Когда гидрогель находится в сухом состоянии, полимерные цепочки  находятся в "свернутом" состоянии, при добавлении воды они расходятся и вода проникает внутрь. Происходит набухание гранул с образованием гидрогеля. Гидрогели созданы на основе экологически безвредных полимеров. Гидрогель не токсичен, сохраняет свои свойства при высоких и низких температурах в почве в течение пяти лет (Полозов С.В, 2002)

Гидрогель можно использовать, как дополнительный полив для растения он не только позволяет обеспечивать растение водой, но также способен впитывать излишки воды при чрезмерном поливе, создавая оптимальный режим водоснабжения растений и позволяя тем самым исключить такую проблему, как «перелив».

Использование гидрогеля имеет большое количество преимуществ, но, к сожалению, гидрогель, как и все инновации, содержит и отрицательные стороны. Гидрогель не может полностью заменить растению естественной питательной почвы, хотя он и обладает отличными характеристиками в качестве заменителя субстрата, так как гранулы гидрогеля не пропускают воздух к корневой системе растения. Ещё одним недостатком  является ограниченный срок выращивания растений  в чистом гидрогеле, без использования удобрений. Гидрогель нейтрален, в этом его преимущество и недостаток: он не содержит никаких нужных растению веществ, кроме воды.

Поэтому главной целью моей  работы является исследование влияния гидрогеля на рост растений.

Задачи, которые мы поставили перед собой:

1) Изучить особенности выращивания растений в гидрогеле.

 2) Определить тот момент жизни растений, в который лучше использовать для них гидрогель (семя, молодое растение или взрослое растение)

3)  Рассмотреть возможность выращивания комнатных культур в гидрогеле.                              

4)  Выявить экологическое значение использования гидрогеля в выращивании растений.

5) Опросить учащихся и учителей школы  узнать, насколько они знают о гидрогеле.

Актуальность исследования

Одной из проблем выращивания рассады в домашних условиях является ограниченность полезной площади на подоконниках как в частных домах, так и в квартирах. Метод выращивания в гидрогеле позволяет сэкономить площадь подоконника и выращивать больше цветочных культур на той же площади. К тому же садовая земля заражена болезнетворными бактериями, а гидрогель позволит вырастить здоровую рассаду.

 Мы в своем исследовании в виде субстрата взяли гидрогель, в котором будем выращивать разновидность комнатного растения. Посадили семена пшеницы.      

1. Использование гидрогеля в качестве субстрата

Гидрогель - в виде шариков или гранул, полимерный материал, который давно и с успехом используется во многих странах, полимер изменяется в размерах до 10-15 раз от первоначального размера.  Основной особенностью продукта, является способность впитывать и удерживать в своей структуре большой объем воды и впоследствии отдавать ее корням растения по мере необходимости.  При этом он достаточно экономичен, из одного пакетика получается  –  до 400 миллиграмм готового грунта, что более чем достаточно для небольшого горшка или узкой вазы. Добавив в землю гидрогель, создаётся  доступный для корней запас воды и удобрений, при этом  сокращается частота  и объём полива, а удобрения не обжигают корни растениям (Полозов С. В., 2002). Гидрогель — это влагоудерживающее вещество, способное абсорбировать и накапливать большие количества воды. Грунт,  в который внесен гидрогель из расчета 30 гр. на 1 м кв., в два раза больше удерживает влагу. Так же гидрогель, за счет содержащейся в нем сетки полимеров, значительно понижает вымывание удобрений они дольше остаются доступными для растений. Благодаря своей структуре, кристаллы гидрогеля улучшают характеристики самых разных почв: глинистые почвы становятся более рыхлыми, а сыпучие – комковатыми. Растения, выращиваемые с использованием гидрогеля, даже в самую сильную жару достаточно поливать раз в неделю и реже.

  На сегодняшний день сфера применения гидрогеля выглядит так:

• Гидрогель – добавка в почву для удержания влаги,
• Гидрогель – среда для содержания растений,
• Гидрогель – средство для транспортировки растений.
• Гидрогель - влагоудерживающее вещество в памперсах.

2. Организация и проведение эксперимента.

1. Место проведения эксперимента.

Исследования проводилось в МБОУ СОШ №12, в течение 3 месяцев.  В качестве растений для эксперимента брали неприхотливое комнатное растение такое, как традесканция.   Посадка производилась как в обычной почве, почве смешанной с гидрогелем,  так и в гидрогеле, для того чтобы затем можно было провести сравнительный анализ. Для наблюдения роста сеянцев, посадили семена зерновых.

2. Приготовление субстрата для выращивания растений

В качестве субстрата  брали цветные гидрогранулы. Помещали их в банку, заливали водой и оставляли на несколько часов для набухания. После этого набухшие гидрогранулы  помещали в сосуд, в котором в дальнейшем должен был расти цветок.

Нужное растение  извлекали из почвы, тщательно промывали корни растения от почвы. Затем растение помещали в гидрогель,  в  садовую почву,  и в смесь гидрогеля и земли.

3. Уход за растениями

Уход за растениями заключался в поливе  водой комнатной температуры  1-2 раза в месяц по мере высыхания верхнего слоя гидрогеля, а обычную почву 2-3 раза, смесь земли с гидрогелем 1-2 раза  в неделю. Кроме этого следили за тем, чтобы температура в помещении была оптимальной.  

Я выяснил, что гидрогель хорошо удерживает воду, поэтому в своем эксперименте я  решила проверить, а можно ли заменить природную почву гидрогелем. Мой эксперимент начинается  21 сентября 2016 года.

2.4. Информация  о растении.

Традесканция белоцветковая (Tradescantia albiflora). Ее еще называют трехцветной (tricolor), уридис (uiridis). Имеет продолговато-широкояйцевидные листья. Они заострены у вершины, с обеих сторон голые. Длина 4-6 см, ширина – 2-2,5 см. Цвет листочков зеленый или серебристо-пестрый, поверхность глянцевая. Побеги ползучие. Верхушечные, реже пазушные соцветия, мелкие белые цветки. Растение не капризное. Неплохо приживается почти во всех помещениях и в засушливом климате. Для выращивания лучше подобрать кашпо или горшки. Важно соблюдать определенный температурный режим, подобрать правильно освещенное в комнате место с оптимальной влажностью воздуха, использовать подходящий грунт.  (https://sovets.net/16055-tradeskanciya.html).

2.5. Выращивание традесканции в разном количестве почвы и геля.
Гипотеза: В земле с большим содержанием геля растение будет жить дольше

Изменения, происходящие с растениями в течение времени

Таблица 1.

Окончание эксперимента 10 декабря.

В результате проведённого мной эксперимента были получены следующие результаты:

1. Саженец декабриста, высаженный в искусственный грунт -  кристаллы гидрогеля,  не  «прижился», имеет не здоровый вид, у него нет корневой системы.
2. Саженец, высаженный в природный растительный грунт, «прижился» и растет, не требуя дополнительных условий для выращивания. Необходим полив 2 раза в неделю.

3. Саженец, высаженный в смесь природного грунта и гидрогеля, «прижился» и растет, требуя меньше полива, чем растение в природном (садовом) грунте. Достаточно поливать один раз в неделю.  

Наиболее благоприятный для выращивания растений природный  грунт. Грунт из гидрогеля не пригоден для длительного выращивания растений. Смешанный грунт также не требует дополнительных условий, преимущество в том,  что достаточно поливать 1 раз в неделю.

2.6.Выращивание семян пшеницы в гидрогеле.
Гипотеза: В гидрогеле росток вырастет быстрее, чем в простой земле.

Таблица 2.

2.7. Выращивание семян овощных растений в гидрогеле.

Проведя первую часть эксперимента, мы решили вырастить овощные культуры в гидрогеле и получить урожай. Начало второй части эксперимента 18 марта 2017 года.

Гипотеза: семена овощных культур быстрее прорастут в гидрогеле.

Произведена закладка на проращивание в гидрогель и почву семян  томата «Жираф» - 10 семян, 10 семян огурцов «Журавленок» F1, 20 семян редиса «18 дней».

Таблица3.

После получения проростков семян овощных культур произведена посадка в  почву и  смесь гидрогеля  и почву.

2.8. Выращивание огурца.

Контрольный образец – в почву, опытный  образец – в смесь почвы  с гидрогелем (на 1 литр грунта 20 гр. разбухшего гидрогеля). Полив контрольного образца производился 1 раз в два дня, опытного – первые два раза через день, далее 1раз в неделю. Через 28, 61 день оценили развитие растений  опытного и контрольного образца.

Таблица 4.

Растение, которое росло в грунте с добавлением гидрогеля, имеет более мощную корневую систему.

2.9. Выращивание томатов

Контрольный образец – в почву, опытный  образец – в смесь почвы  с гидрогелем (на 1 литр грунта 20 гр. разбухшего гидрогеля). Полив контрольного образца производился 1 раз в два дня, опытного – первые два раза через день, далее 1раз в неделю. Через 28, 61,70  день оценили развитие растений  опытного и контрольного образца.

Таблица 5.

2.10. Выращивание редиса.

Контрольный образец – в почву, опытный  образец – в смесь почвы  с гидрогелем (на 1 литр грунта 20 гр. разбухшего гидрогеля). Полив контрольного образца производился 1 раз в два дня, опытного – первые два раза через день, далее 1раз в неделю. Через 5, 10,15, 20 дней оценили развитие растений  опытного и контрольного образца.

Таблица 6.

При выращивании комнатных культур гидрогель  не надо использовать  для всех растений подряд – применяется он только для потребляющих большое количество воды растений, требующих частых поливов. 
Гидрогель, например, не подходит эпифитам и некоторым растениям с плотными кожистыми листьями, поскольку при использовании гидрогеля такие растения могут не требовать полива месяцами. В итоге, земля в горшке долго будет оставаться влажной, а на поверхности почвы начнут расти грибки и водоросли, перекрывая доступ воздуха к корням растений.
В фотографиях вы можете наглядно увидеть, что эксперимент свидетельствуют о том, что растение хорошо приживается и растет как  в гидрогеле смешанной с землей, так и в обычной почве. А на чистом гидрогеле растения растут некоторое время за счет питательных веществ удобрения, потом исчерпав запас, отстают в росте и погибают. Поэтому нужно все время добавлять удобрения, менять верхний слой гидрогеля из-за воздействия со светом. А вот семена прорастают дружно и равномерно. Только потом все равно требуется пересадка в грунт, т.к. гидрогель не содержит необходимые питательные вещества.

3. Анкетирования обучающихся школы №12 ст. Анапской г.-к. Анапа

Мне удалось выяснить удивительные свойства гидрогеля. Я решил проверить, а знают ли об этих удивительных гранулах  ребята и учителя нашей школы. Для этого я провел анкетирование в 4-7 классах.

Вопросы для анкетирования:

1. Знаете ли вы, что такое гидрогель?
2. Какими свойствами он обладает?
3. Где можно использовать свойства гидрогеля?
4. Съели бы вы продукты, выращенные на гидрогеле?

В анкетировании принимали участие 30 обучающихся 10 взрослых. Были получены следующие результаты.

Таблица 7.

«Знаете ли вы, что такое гидрогель?»

Рис1. «Знаете ли вы, что такое гидрогель?»

Таблица 8.

«Какими свойствами он обладает?»

Рис 2. «Какими свойствами он обладает?»

Таблица 9.

«Где можно использовать свойства гидрогеля?»

Рис 3. «Где можно использовать свойства гидрогеля?»

Таблица 10.

«Съели бы вы продукты, выращенные на гидрогеле?»

Рис 4. «Съели бы вы продукты, выращенные на гидрогеле?»

Из проведенного анкетирования видно, что о гидрогели знают 19 из 40. Лишь 10 человек знает о свойствах этих интересных кристаллов, и  знают, где его можно применить. А вот съесть продукты, выращенные на гидрогеле отважились только 2, остальные написали нет или не знаю. По-моему это связано с тем, что это пока новый материал для нас и не применяется в хозяйстве. Хотя возможно, что мы уже едим продукты, выращенные на гидрогеле. Это помидоры, огурцы, перец и зелень. Ведь эти культуры выращивают в промышленных теплицах круглый год на гидропонике и продают в супермаркетах.

4. Заключение.

В результате исследования  мы  изучили особенности выращивания традесканции и зерновых культур на гидрогеле, в обычной земле и в грунте смешанной с гидрогелем.

Первое растение, используемое в эксперименте, было традесканция. Гипотеза: в земле с большим содержанием геля растение будет жить дольше. В результате проведенного эксперимента гипотеза не подтвердилась. В чистом виде растение не может долго расти,  потому что не хватает питания. В смеси почвы и гидрогеля растение растет лучше, к тому же требуется меньше полива. Следовательно, влаголюбивые растения растут лучше с повышенным количеством гидрогеля.

Второе растение – пшеница. Гипотеза: в гидрогеле росток вырастет быстрее, чем в простой земле. Гипотеза подтвердилась. Лучше всего прорастание происходило в земле с гидрогелем. Там проросло самое большое количество семян. Там и достаточное количество питательных веществ и влаги в гидрогеле. Но из-за нехватки питания по мере роста растение погибло. А в земле с гелем и садовой земле росли хорошо, но из-за нехватки солнечного света растения вытянулись и легли на землю.

В ходе исследования мы решили задачи, которые поставили перед собой и сделали выводы:
1) Гидрогель очень хорошо разбухает в воде. Это происходит благодаря его химическому составу. 
2) В земле с повышенным содержанием гидрогеля влаголюбивые растения растут лучше, даже  если землю редко поливать. В гидрогеле есть дополнительная влага для жизни таких растений. 
3) В гидрогеле нет питательных веществ, поэтому растения не могут долго жить в одном гидрогеле.
4) Семена прорастают лучше и быстрее в гидрогеле с землёй. У семян есть питательные вещества, образованные при оплодотворении, поэтому так им не нужно так много питательных веществ из земли, но для прорастания нужна вода, которая в избытке содержится в гидрогеле. Растения вырастают более крепкие и здоровые.
Поэтому я бы порекомендовала вам использовать гидрогель:

• При выращивании цветов и зелени круглый год на балконе или под открытым небом в саду.
• Для уменьшения периода прорастания семян. Увеличения всхожести семян, с последующей пересадкой растения.  Возможность вырастить здоровую рассаду.
• Компактно расположить растения. Это даст возможность содержать растения не только в напольных емкостях, но и располагать их вертикально. Таким образом, даже в обычной квартире можно на стене вырастить целый сад.
• У метода гидропоники есть свои положительные стороны: растения выращенные таким способом практически не подвержены поражению насекомыми-вредителями, обитающими в почве, следовательно, отпадает необходимость в использовании ядохимикатов при выращивании растений.
• Нет необходимости каждый день поливать растение. В зависимости от выбранной ёмкости и системы выращивания нужно добавлять воду гораздо реже —  от 1 раза в неделю до раза в месяц. Не возникает проблемы недостатка удобрений или их передозировки.

5.Литература

1. Александрова М., Александрова П. Комнатное цветоводство / М.: Лабиринт - Пресс, 2004. – 416с. (Серия «Золотая коллекция»).
2. Громов А. Н. Книга цветовода. – М. – 1983. -  225 с.
3. Полозов С.В. Гидропоника. Руководство для начинающих и интересующихся. – С-Пб, 2002

Интернет ресурсы

1. http://www.gidrogel.ru/rick
2. Myflora.com.ua - комнатные цветы, лекарственные растения, энциклопедия растений.
3. https://studydoc.ru/doc/416433/vyrashhivanie-rastenij-v-gidrogele
4. https://infourok.ru/nauchnoissledovatelskaya-rabota-po-teme-ispolzovanie-gidrogelya-v-viraschivanii-rasteniy-koldarova-kseniya-klass-1082315.html
5. https://attuale.ru/gidrogel-kak-ispolzovat-dlya-rastenij-instruktsiya-po-primeneniyu/
6. https://teplica-exp.ru/gidrogel-dlya-rasteniy-primenenie/
7. https://agronomwiki.ru/dlya-chego-nuzhen-gidrogel-i-kak-ego-primenyat.html
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/

Приложения

Приложение 1

 Вот так выглядит  готовый гидрогель  для выращивания растений

Приложение 2

Растение традесканции в гидрогеле

Приложение 3

Посев семян пшеницы  

Приложение 4.

Проростки пшеницы

Приложение 5.

Посев семян овощных культур.

Приложение 6.

 Растения огурцов в гидропонике

Приложение 7.

Урожай растений в гидропонике