Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 9 с.Кипарисово Надеждинского района» Исследовательский проект на тему: «Гидропоника» Выполнила ученица 9 класса Пудель Алина Руководитель проекта: Коровашкина Евгения Алексеевна с.Кипарисово, 2023 г Содержание Введение ………………………………………………………………………..…3 ГЛАВА 1. Теоретический обзор……………………………................................4 1.1. Что такое гидропоника?……………………………………………………...4 1.2. История гидропоники………………………………………………………..4 1.3. Разновидность гидропоники……………………………………………..….6 1.4. Субстрат для гидропонной установки …………………………………….11 1.5. Питательные среды для гидропонной установки ……………………..….12 1.6. Плюсы и минусы гидропоники…………………………………………….12 ГЛАВА 2. Практическая часть……………………………………………….…13 2.1 Эксперимент……………………………………………………………….....13 2.2 Результаты эксперимента…………………………………………………...14 Заключение………………………………………………………………….…...15 Список литературы………………………………………………………….…..16 Приложение……………………………………………………………….……..17 2 Введение С одной стороны, население планеты, нет нужды беспокоиться по поводу наличия необходимого количества пищи. И разнообразие нашего рациона в последние несколько десятилетий расширилось. Но проблема этих продуктов наоборот - становится всё более актуальной. Особое беспокойство у взрослых, конечно, вызывает питание нас, школьников. Конечно, этими сложными вопросами занимаются политики, экономисты, институты на государственном уровне. Конечно, заботятся о нашем питании наши родители! Но в нашей жизни учебный процесс занимает большое количество времени, да и после уроков в наших школах, гимназиях, лицеях - есть чем заняться! Так что питание в школе - очень важно для нас, современных школьников. В настоящее время набирает популярность выращивание зелени методом гидропоники. Цель: Выявить преимущества выращивания пищевой зелени методом гидропоники в условиях школы Задачи: 1. Подобрать и проанализировать литературу по данной теме. 2. Сделать сравнительный анализ практического использования метода гидропоники в домашних условиях 3. Провести эксперимент по изучению выращивания пищевой зелени методами гидропоники и традиционным (почвенным) методом. 4. Проанализировать полученные результаты. 5. Спланировать развитие проекта по выращиванию «пищевой» зелени в школе. 6. Объектная область исследования: выращивание пищевой зелени в искусственных условиях Объект исследования: выращивание пищевой зелени методом гидропоники Предмет исследования: выращивание пищевой зелени традиционным способом (почвенным) и методом гидропоники Методы исследования: поисковый, аналитический, сравнение, анализ и синтез Гипотеза: выращивание пищевой зелени методом гидропоники имеет ряд преимуществ и является наиболее перспективным по сравнению с традиционным (почвенным) методом. 3 Глава 1. Теоретический обзор 1.1. Что такое гидропоника? Гидропо́ника — это способ выращивания растений на искусственных средах без почвы. Питание растения получают из питательного раствора, окружающего корни. Гидропоника позволяет регулировать условия выращивания растений — создавать режим питания для корневой системы, полностью обеспечивающий потребности растений в питательных элементах, концентрацию углекислого газа в воздухе, наиболее благоприятную для фотосинтеза, а также регулировать температуру воздуха и корнеобитаемого пространства, влажность воздуха, интенсивность и продолжительность освещения. Создание оптимальных условий для роста и развития растений обеспечивает получение очень высоких урожаев, лучшего качества и за более короткие сроки. Выращивание растений этим способом менее трудоемко, чем в почвенной культуре, вода и питательные вещества расходуются экономнее. Подача питательного раствора легко автоматизируется. В условиях гидропоники практически отпадает борьба с сорняками. 1.2. История гидропоники Гидропоникой в современном мире никого не удивить. Огромное количество сельских хозяйств используют гидропонные комплексы для 4 выращивания различных продуктов питания. На прилавках питания можно увидеть шпинат, томаты, перцы, клубнику и укроп, которые выращены беспочвенным способом. Но мало кто знает, как именно происходит выращивание растений этим методом. История гидропоники берет свои корни еще с древнего мира. Предполагается, что знаменитые Висячие Сады, которые были построены по приказу Древнего Вавилонского правителя Навуходоносора II для своей жены, использовали базовые принципы гидропоники. Растения в этом саду росли из воды, что очень похоже на современные гидропонные фермы. Первым описал процесс питания растений философ из Древней Греции по имени Аристотель. Аристотель по результатам своих наблюдений пришел к выводу, что растения обогащаются конечными органическими соединениями. Аристотель оставался единственным человеком который пытался объяснить принципы питания растений вплоть до 17 века нашей эры. В 17 веке изучением процесса питания культур занялся знаменитый голландский ученый Иоганн Ван Гельмонт. Проводя эксперименты, он хотел понять, каким образом растения получают питательные элементы и как происходит их рост. На протяжении следующих нескольких веком схожими изучениями занимались другие ученые: Эдме Мариот, Стефан Хэйлс, Джон Вудворд и Марчелло Мальпиги. Благодаря их наблюдениям стало ясно, что для роста культур важную роль играет кислород, а для производства своих клеток они используют химические вещества. Подхватил эстафету в желании разгадать тайны растений немецкий ботаник и агрохимик Юстус фон Либих, живший в 19 веке. Он первый вывел определение, что в питании растения используют вещества неорганической природы. Последователями Либиха, немцы Ю. 5 Закс и Ф. Кноп впервые в истории вырастили из семян растения, используя питательный раствор. Благодаря их исследованиям стало ясно, какие именно химические элементы растения используют для своего роста и развития. Питательный раствор Кнопа используется и по сей день. Новый свет не отставал от старого в работе по изучению питания растений. В начале ХХ века Американский ученый по имени Уильям Герикке стал основателем теории гидропоники. Он без труда выращивал овощи в специальных емкостях, которые были заполнены питательным раствором. Во времена советского союза, примерно в одно и тоже время с американским ученым Генрикке, советские ученые Прянишников и Тимирязев выращивали растения в химических растворах. Таким образом, гидропоника пришла в Россию и прижилась у нас. Результатом работы многих ученых и проведения сотен экспериментов позволило нам видеть гидропоники в том виде, в котором она существует сейчас. 1.3. Разновидность гидропоники Существует несколько разновидностей гидропонных систем. В целом, их можно разделить на две основные группы: «Пассивные» и «Активные». В «Пассивных» системах питательный раствор не подвергается какомулибо механическому воздействию и доставляется к корням за счет капиллярных сил. Такие системы получили название — фитильные Все «Активные» системы, так или иначе, требуют циркуляции питательной жидкости, что достигается при помощи насосов. Большинство из них нуждается в параллельной системе аэрации (насыщении кислородом питательного раствора). Существуют сотни модификаций гидропонных систем, но все они — это разновидность (или комбинация) шести основных типов: 1.ФИТИЛЬНАЯ СИСТЕМА Это классический метод, применяемый в питомниках, где культивируют медленнорастущие декоративные комнатные растения. Ее очевидный плюс — автономность до 2-3 недель при достаточном запасе воды или питательного раствора. Не требуется ни насос, ни электричество, так как жидкость сама в постоянном темпе поступает по фитилю к корням растения из резервуара. Это настолько простая и дешевая система, что при ее создании невозможно ошибиться. Не нужны ни оборудование, ни автоматика, только лишь: 6 резервуар с раствором (хоть ведро, хоть банк) фитиль (продаются готовые капроновые, но умельцы применяют и старые колготки, скрученные в жгут, и шнурки от кроссовок, и любую хлопчатобумажную плотную ткань) горшок с субстратом (можно и без него, чаще используют керамзит), с закрепленным растением. Один конец фитиля опускают в резервуар, другой подводят к корням растения. Но! В фитильной системе нельзя вырастить крупное растение или быстрорастущее, требующее обильного полива. А вот в более сложной системе глубоководных культур, где сами корни растения погружаются в жидкость, напротив, можно вырастить культуру, для которой важно большое количество воды. 2.СИСТЕМА ВОДНОЙ КУЛЬТУРЫ Эти системы могут считаться самым простым типом из всех активных гидропонных систем. Растения фиксируются на платформе (обычно из пенопласта) которая плавает на поверхности питательного раствора, расположенного в контейнере. Корни растений находятся погруженном состоянии. Для обеспечения корней кислородом, осуществляют аэрацию питательного раствора при помощи воздушного насоса или же производят регулярную смену раствора. 7 Данная система идеальна для выращивания быстрорастущих небольших растений, нуждающихся в большом количестве жидкости (к примеру, салат), но не подходит для больших и долголетних растений. Для выращивания крупных растений, была создана модификация системы глубоководных культур, названная «система Джерайк», или «система фиксированной платформы». В этой модификации платформа крепится к контейнеру с питательным раствором, а для поддержки растений (к примеру, томатов) устанавливают штативы. Этот тип культивационных систем подходит для получения начальных навыков в выращивании гидропонным методом. 3.ТЕХНИКА ПИТАТЕЛЬНОГО СЛОЯ В контейнер, на котором фиксируют растения (растения усаживают в пластиковые стаканчики с прорезями для свободного роста корней), при помощи насоса подают питательный раствор из резервуара. Раствор протекает по корням растений, а затем стекает обратно в резервуар. Поток питательного раствора постоянен, либо включается автоматически через короткие промежутки времени. Кончики корней растений касаются питательного раствора, тонкий слой которого постоянно находится на дне 8 контейнера. Корни растения обеспечиваются кислородом благодаря влажному воздуху над поверхностью питательного раствора. В данном типе гидропонных систем не требуется таймер для насоса и, обычно, не используют дополнительный субстрата, кроме воздуха. Главным недостатком данной системы является восприимчивость к отключениям электроэнергии и поломкам насоса. В этих случаях, как только происходит сбой в подаче питательного раствора, корни практически сразу начинают высыхать. Как вариант решения данной проблемы, устанавливают аварийные автономные источники питания (аккумуляторы) и используют субстраты, которые задерживают влагу. 4.СИСТЕМА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАТОПЛЕНИЯ К корням растений, погруженных в субстрат (керамзит, перлит, гравий, кокосовое волокно и т. д.), время от времени подается питательный раствор, который затем обратно сливается в резервуар. Процесс автоматизирован: насос соединен с таймером. При включении таймера, насос подает питательный раствор в лоток с корнями. При выключении таймера питательный раствор самостоятельно сливается в резервуар. После сливания питательного раствора в резервуар происходит аэрация корней. Процедура затопления осуществляется несколько раз в день и зависит от вида выращиваемой культуры, типа и свойств субстрата. Недостаток – уязвимость в случае отключения электричества и поломки насоса или таймера. Используя керамзит или подобные плохо удерживающие влагу субстраты, повышается вероятность гибели растения при сбое работы системы. Поэтому рекомендуется использовать субстраты, хорошо удерживающие влагу (кокосовое волокно, вермикулит и др.). 5.Система капельного полива Данная система является самой распространенной системой гидропонного выращивания в мире. Управляемый таймером насос подает питательный раствор, который посредством трубочек капает под основание каждого растения, корни которого находятся в субстрате (рис.5). Возможно использование отдельных горшков, что облегчает перестановку растений, добавление и извлечение их из системы. 9 Различают два вида систем капельного полива: а) реверсивный капельный полив: избыток питательного раствора стекает обратно в резервуар и используется повторно. Точного управления циклами полива не требуется, поэтому возможно использование более простого таймера. Существует, все же, необходимость тщательно следить за уровнем кислотности и составом раствора. б) нереверсивный капельный полив: раствор повторно не используется, поэтому таймер настраивают очень аккуратно (таймер должен быть более точным), чтобы не было никаких излишков раствора (во избежание загнивания корней). Этот способ полива требует меньше времени на обслуживание, так как рН и содержание питательных веществ в растворе не меняется. Также отпадает необходимость корректировки раствора. Недостаток, как и у всех активных гидропонных систем, - это уязвимость при отключении электричества и поломки насоса или таймера, а также засорение трубок подачи питательного раствора к корням растений. 6.СИСТЕМА АЭРОПОНИКИ Аэропоника - самая высокотехнологичная из гидропонных систем. 10 Растения, находящиеся в подвешенном состоянии со свободно свисающими корнями, крепятся на крышке емкости, внутри которой находятся распылители, приходящие в действие при помощи таймера и насоса. В определенным интервалы времени (определяются исходя из времени поглощения и испарения питательного раствора) распылители орошают корни питательным раствором в виде мельчайших капель. Таким образом, корни растений находятся в постоянном тумане, состоящем из питательной смеси и кислорода. Высокая аэрация способствует очень высоким темпам роста выращиваемых культур. В аэропонике очень важна сверхвысокая точность настройки таймера, которая обеспечивала бы короткий цикл и включала насос на несколько секунд каждые несколько минут. Недостаток системы – высыхание корней при отключении электричества или же поломке таймера или насоса. 1.4. Субстрат для гидропонной установки При выращивании растений без почвы используют различные субстраты. Чаще всего это местные материалы, но в любом случае он должен отвечать следующим требованиям: - не содержать ядовитых веществ и быть химически нейтральным или инертным к питательному раствору; - иметь хорошую водоудерживающую способность и аэрацию. В качестве такого субстрата может выступать вермикулит, перлит и керамзит; - субстрат должен обладать достаточной прочностью. И в этом вермикулит, перлит и керамзит не отвечают данному требованию и со временем крошатся. Это ухудшает аэрацию корневой системы и экономически невыгодно, поскольку требуют частой замены. Субстратом для гидропоники может служить вермикулит, керамзит, гранитный щебень, каменноугольный шлак, полихлорвиниловый субстрат. В качестве органического субстрата может выступать: мох, древесные опилки, торф, кокосовые коврики. Каждый из вышеперечисленных имеет свои плюсы и минусы. Для этого был разработан субстрат, соответствующий требованиям – гродан (минеральная вата). Кроме этого возможно использование синтетических материалов таких, как: вспененный полистирол, полиуретан, термопластические полимеры, синтетические пенистые смолы. 11 1.5. Питательный раствор для гидропонной установки Гидропоникой называют способ выращивания растений в специальных питательном растворах, без использования почв. Добиться успеха в данном направлении возможно только при условии правильной подготовки раствора и регулярного его пополнения питательными веществами и элементами. Раствор для гидропоники - особая жидкая смесь, предназначенная для питания растений, с добавленными в нее минеральными солями и прочими необходимыми компонентами. При выращивании растений традиционным способом, они получают из почвы все необходимое для роста и развития. Питательный раствор заменяет естественную среду и позволяет выращивать культуры вне грунта. Чтобы раствор обеспечил выполнение поставленной задачи, в течение всего жизненного цикла растений, в воде растворяют различные органические или минеральные удобрения, состав которых определяется видом выращиваемой культуры. Питательный раствор можно приобрести в готовом виде или же сделать самостоятельно, если имеются определенные реактивы. 1.6. Плюсы и минусы гидропоники ПЛЮСЫ Быстрый рост и продуктивность. Находящиеся в беспочвенной среде растения растут быстрее своих собратьев, корни которых находятся в почве. Гидропонные культуры характерны большим количеством крупных плодов, которые также быстро набирают массу. Такие плоды отличаются от обычных повышенным содержанием витаминов и минералов, которые так нужны нашему организму. Возможность полного визуального осмотра. Часто случается, что растения начинают болеть с корней. Находящиеся в земле корни нельзя осмотреть, а вот корни, находящиеся в питательном растворе, доступны для осмотра. Пораженные участки корневой системы можно вовремя извлечь, тем самым спасти растение и урожай. Значительная экономия воды. Водные ресурсы не безграничны. Особенно это заметно в настоящее время, когда так много грунтовых вод загрязняются крупными фабриками и заводами. Экономия воды в беспочвенном методе происходит за счет того, что вода постоянно находится в емкости с питательным раствором и полностью может использоваться растением. При оливе грунтовых растений, часть воды либо испаряется, либо уходит в грунт. Корни культур успевают поглотить лишь малую долю влаги от полива. Полный контроль роста. В питательный раствор попадают только те химические элементы, которые добавит сам человек. В почве такой 12 роскоши себе позволить нельзя. Дождь или ветер могут занести нежелательные химикаты, которые способы навредить растению. Возможность получать урожай круглый год. Закрытые гидропонные системы позволяют получать свежие продукты питания в любую пору года. Комплексы пригодны даже в суровых климатических зонах, где никогда не бывает подходящих для роста растений условий. Северный полюс это или, жаркая пустыня – не важно, гидропонный комплекс применим везде. МИНУСЫ Высокое потребление электроэнергии. Для обеспечения высокого уровня автоматизации необходимы большие затраты электроэнергии. К тому же, много электричества нужно и для воссоздания всех необходимых условий роста. На одно только освещение уходят десятки киловатт, а увеличением размеров гидропонного комплекса увеличиваются и затраты на свет. Кроме освещения нужно позаботиться о водяных насосах, вентиляции, отоплении или охлаждении воздуха. Необходимость контроля питательного раствора. Если переборщить с какими-либо элементами, то полезный питательный раствор может превратиться в ванну с ядом. В считанные часы растения завянет, а вместе с ним погибнет и весь урожай. Процесс придется проводить заново. Низкая рациональность выращивания некоторых растений. Есть группы сельскохозяйственных культур, выращивать которые гидропонным методом весьма расточительно. Это многие злаковые культуры, корнеплоды. Речь идет не только о высоких затратах электроэнергии, воды и трудовых ресурсах, ключевым фактором здесь выступает время. Некоторые энтузиасты выращивают совсем диковинные для гидропоники растения, такие как ананасы. На процесс созревания плода понадобилось больше года, это целый год оплаты дополнительных расходов электричества и воды. Глава 2. Практическая часть 2.1. Эксперимент Для того, чтобы выполнить практическую часть проекта, мне пришлось изучить массу информации различных сайтов в интернете, в которых увлечённые методом гидропоники люди, делились своим опытом, давали рекомендации. Конечно, были подобраны литературные источники. Далее были определены семена. Для эксперимента я взяла семена «Кресс-салат». Из подручных материалов собрала гидропонную установку, основанную на фитильной системе. Для этого мне понадобились 13 пластиковые контейнеры (2 шт.) и шерстяные нитки. В качестве субстрата использовала вермикулит, а также приобрела готовый питательный раствор (Приложение 1.) Для определения преимущества гидропонной установки, второй образец салата был посеян привычным для меня способом – в почву. На протяжении двух недель, я наблюдала за ростом зелени. 2.2. Результаты эксперимента При одинаковых условиях среды кресс-салат показал разные сроки прорастания. В гидропонной установке зелень проросла уже на вторые сутки. Всхожесть при этом была равномерной и составила 100%. Семена кресс-салата, посаженные в почву, проросли только на 4 сутки и всхожесть семян была не равнозначной. Кое-где семена даже не появились. Выводы 1. Гипотеза о том, что выращивание пищевой зелени методом гидропоники имеет ряд преимуществ перед почвенным методом, подтвердилась. Семена растений в гидропонной установке быстрее проросли. Рост растений в гидропонной установке происходил равномернее. Растения меньше «тянулись». Набирали «зелёную массу» быстрее. Растения, выращиваемые при других равных условиях, в почве, отставали в развитии: размеры – в 4-6 раз, вес – в 3,8 раз. 2. За растениями в гидропонной установке было легче ухаживать. Большее время у меня освобождалось для наблюдений и дальнейшего планирования развития своего проекта, для пропаганды этого метода в школе, среди сверстников, для планирования дальнейшей работы по развитию исследования. 3. Особенно стоит отметить то, что я совсем не беспокоилась о поливе растений в гидропонике. Растения же контрольной группы (в почве), приходилось поливать через день. Но равномерно это было сделать нельзя. Растения были на разных уровнях развития, а поливать приходилось всю поверхность почвы. 4. Действительно, традиционный метод, почвенный, вызывает некоторые нарекания, связанные с тем, что времени приходится на традиционный уход тратить больше, а результат достаётся с большими усилиями. 5. Даже визуально мне было очень приятно наблюдать за аккуратными растениями в гидропонной установке. Никаких хлопот не доставляла и сама установка. Растения же контрольной (почвенной) группы, естественно не могли получать воду в выходные и праздничные дни, что, естественно снижало процесс фотосинтеза этих растений. 14 Заключение Проводя наблюдения за ростом и развитием растений проекта, я убедилась, что гидропоника, как метод, очень перспективен. Сегодня ресурсов планеты не хватает, чтобы прокормить население, а к 2050 году потребуется в два раза больше продуктов питания. Если мы не научимся применять современные технологии, то населению планеты будет грозить голод. Гидропоника - способ выращивания растений без почвы, позволяющий экономить так необходимые сегодня ресурсы планеты: воду и почву. Регулируя с помощью метода гидропоники количество воды, только одного абиотического фактора, можно решать проблему доставки качественной «пищевой» зелени к нашему столу. Я убедилась, что выращенные методом гидропоники растения, в большей степени гарантируют наличие в своём составе допустимых количеств нитратов и других веществ, так как систематическая смена питательных растворов не допускает накопления этих веществ в установке. Скорость прорастания семян, скорость роста «пищевой зелени», выращенной методом гидропоники, безопасность её употребления подтверждает моё предположение о преимуществе этого метода над почвенным методом выращивания растений и предположение о возможностях выращивания растений в условиях школы. 15 Список литературы 1. «Выращивание растений без почвы», В.А. Чесноков, Е.Н. Базырина, Ленинград, Ленинградский университет, 1984 г. 2. Журнал «Гидропоника», 2014, 2013 г. 3. Лаврова С. А. Занимательная ботаника / С. А. Лаврова. – Белгород : Белый город, 2008. – 144 с.Растения / Пер. с англ. Ю. Соколова. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2002. 4. Чесноков В. А., Базырина Е. Н. Выращивание растений без почвы / В. А. Чесноков, Е. Н. Базырина – Ленинград: Изд-во Ленингр. у-та, 1960. Интернетисточники: 1. http://www.botanichka.ru/blog/2011/01/06/hydroponic-2/ 2. http://www.7dach.ru/janlight/elektronnyy-ogorod-na-vashem-podokonnike-6variantov-4790.html 3. http://www.prodindustry.ru/archive/2005/december/0005.php 4. http://growhead.com/ 5. http://www.promgidroponica.ru/vsjo-o-gidroponike 6. dach.ru 7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидропоника 16 Приложение 1. 17
