Исследовательская работа учащегося «Выращивание растений на растворах минеральных веществ разного состава»
Submitted by Елена Тимофеевна Перова on чт, 27/02/2014 - 00:50
Больше-Ломовисский филиал МБОУ Пичаевская СОШ
Пичаевского района Тамбовской области
Выращивание растений на растворах минеральных веществ разного состава
Панов Дмитрий Вячеславович,
ученик 7 класса
Перова Елена Тимофеевна,
учитель биологии и географии
2014
Введение
Актуальность. Человек издавна пытается обеспечить себя продуктами питания, создавая искусственные условия для выращивания растений. Примером могут послужить висячие сады ассирийской царицы Семирамиды, считавшиеся одним из Чудес Света. Во время раскопок Помпеи археологи обнаружили специальные здания, в которых, видимо, некогда содержались цветущие растения. В окнах этих зданий были выставлены пластинки слюды. Попытки создать для растений искусственную среду делались и в Древнем Риме. Люди уже умели управлять температурными режимами выращивания роз и овощей в особых ямах. А в средние века в Англии сооружались каменные помещения - оранжереи, где имитировался климат, благоприятный для разведения винограда, мандаринов и других даров юга. Люди шаг за шагом познавали секреты плодородия почв. Итог этих исследований парадоксален: возникла мысль полностью отказаться от почвы! В начале XX в. в России опыт с водными культурами в широких масштабах проводил К.А.Тимирязев. Этот метод называется гидропоникой. Благодаря этому методу можно довести растение до полного созревания семян. В результате можно установить, как будут развиваться растения в разных условиях. Использование беспочвенного метода выращивания растений позволит обеспечить людей продуктами питания в разных природно-климатических условиях.
Проблема исследования: Выращивание растений на минеральных растворах.
Цель: изучение состава минеральных веществ, необходимых для нормального развития растений.
Задачи:
изучить литературу по данной теме;
сделать сравнительный анализ уже существующих способов выращивания растений на беспочвенных средах;
провести эксперимент по изучению наиболее оптимального минерального состава для выращивания растений;
выяснить, как влияют различные минеральные вещества на рост и развитие растений;
проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Объект исследования: минеральное питание растений.
Предмет исследования: выращивание фасоли на беспочвенных средах.
Методы исследования: анализ литературы по изучаемой теме, сравнение, эксперимент.
Исследовательская работа рассчитана на повышение и расширение уровня знаний по биологии.
Гипотеза: На правильно подобранных питательных средах можно выращивать растения без почвы.
Ход исследования:
1. Сбор и анализ информации по данной теме.
2. Проведение эксперимента:
а) выращивание фасоли на растворе калийной и фосфорной солей («Нет азотной соли, есть калийная и фосфорная (PK)»);
б) выращивание фасоли на растворе азотной и калийной солей («Нет фосфорной соли, есть азотная и калийная (NK)»);
в) выращивание фасоли на растворе фосфорной и азотной солей («Нет калийной соли, есть фосфорная и азотная (NP)»);
г) выращивание фасоли на растворе фосфорной, калийной и азотной солей («Есть фосфорная, калийная и азотная соли (NPK)»);
д) выращивание фасоли на растворе поваренной соли («Поваренная соль»);
е) выращивание фасоли на чистой воде («Нет солей»).
3. Выводы.
4. Заключение.
2. Минеральное питание растений
Растение своей корневой системой поглощает из почвенных растворов и затем усваивает необходимые ему минеральные вещества. Для всех растений абсолютно необходимы 13 элементов, которые принимают участие в обмене веществ: азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, хлор. При полном отсутствии в почве одного из этих элементов происходят резкие изменения основных жизненных функций растений - тормозится рост, нарушается нормальный ход фотосинтеза. Азот, фосфор, калий, кальций, сера и магний содержатся в растениях в значительных количествах и называются макроэлементами (от греческого слова «макрос» - большой), остальные - в ничтожных количествах и называются микроэлементами (от греческого слова «микрос» - маленький), но и они очень важны для растения.
Ряду растений нужны и другие элементы, не они не абсолютно необходимы им. Так, ничтожные количества кобальта усиливают рост сои, повышают содержание хлорофилла в листьях и витамина В12 в клубеньках, которые образуются на корнях растения, что очень важно для жизнедеятельности клубеньковых бактерий, обогащающих почву азотом.
От правильного минерального питания растений зависит высокий уровень фотосинтеза. Каждый элемент при этом выполняет определенную физиологическую роль. Например, азот (N) непосредственно участвует в формировании аппарата, в котором происходит фотосинтез; при участии фосфора (Р) в процессе фотосинтеза образуются богатые энергией фосфорорганические соединения; калий (К) влияет на интенсивность фотосинтеза, быстрее идет накопление хлорофилла и синтез белка. Знать физиологическую роль необходимых для растения элементов, механизм их поглощения и передвижения в растении очень важно для того, чтобы правильно применять удобрения и получать высокие урожаи.
Нужно уметь своевременно заметить нехватку того или иного элемента в почве. Обеспеченность почвы минеральными элементами можно определить путем химического анализа почвы, а также самих растений. Недостаток питательных веществ (или их избыток) можно заметить и простым глазом по изменению окраски листьев, их формы, резкому замедлению роста и развития растений, если, конечно, они не вызваны другими причинами: вредителями, болезнями, засухой, холодом.
3. Основные признаки недостаточности питательных элементов
При нехватке азота (N) у растений - бледно-зеленая окраска и пожелтение листьев, слабый рост и раннее опадание листьев. Если мало фосфора (P) - темно-зеленая или голубоватая окраска листьев; появляются красные, пурпурные оттенки; темный, иногда почти черный цвет засыхающих листьев. При недостатке калия (K) - пожелтение или побурение листьев, отмирание ткани либо закручивание книзу краев листа, морщинистость листьев.
Чтобы восполнить недостаток тех или иных веществ в почве, в нее вносят в виде подкормок соответствующие удобрения, в том числе и специальные микроудобрения, содержащие микроэлементы.
4.Выращивание растений методом гидропоники
Гидропоника - это выращивание растений без почвы. Корни укрепляются в гравии, мхе, песке и другом твердом субстрате (куда подается вода с растворенными в ней элементами питания), погружаются в питательный раствор или, находясь в воздушной среде, периодически этим раствором опрыскиваются. При выращивании растений без почвы используются искусственные питательные среды, содержащие элементы питания в необходимых соотношениях и концентрациях. Сущность метода заключается в замене почвы субстратом, например, песком, и снабжении растений необходимыми элементами питания в усвояемой форме. Субстрат служит лишь опорой, в нем размещаются корни растений, а питание они получают из водного раствора, в котором содержатся все необходимые соли. Гидропоника, в отличие от грунта, позволяет варьировать систему питания растения непосредственно у корней, что и позволяет добиваться отличных результатов. Для каждой используемой культуры можно подобрать свой раствор. При выращивании культур в грунте, рентабельность и окупаемость часто бывает очень низкой, в гидропонных же условиях могут работать даже промышленные предприятия, что и демонстрируют многие тепличные комбинаты. Это несомненный «плюс».
5.Практическая часть
Опыт проводился с 7 октября по 25 ноября 2013 года. Перед проведением опыта семена фасоли на несколько дней замочили в воде для набухания. В ёмкости для проращивания насыпали прокалённого песка. На ёмкостях сделали специальные надписи:
«Нет азотной соли, есть калийная и фосфорная (PK)»;
«Нет фосфорной соли, есть азотная и калийная (NK)»;
«Нет калийной соли, есть фосфорная и азотная (NP)»;
«Есть фосфорная, калийная и азотная соли (NPK)»;
«Поваренная соль»;
«Нет солей».
В каждую из ёмкостей с песком добавили соответствующую питательную смесь и посадили по 3 семени фасоли. Посев произвели 7 октября (Приложение 1).
5.1. Выращивание фасоли на растворе калийной и фосфорной солей («Нет азотной соли, есть калийная и фосфорная (PK)»)
Фасоль на данной питательной смеси начала прорастать только 12 октября, затем довольно дружно росла вверх и к концу опыта, 25 ноября, зацвела. Но нехватка азота повлияла на растения - стебли были тонкие, листья бледные, растения полегали. Максимальный рост растений 25 см. Данные о росте растений представлены на диаграмме.
5.2. Выращивание фасоли на раствореазотной и калийной солей («Нет фосфорной соли, есть азотная и калийная (NK)»
Фасоль на данной питательной смеси проросла только 13 октября, затем росла медленнее, чем на других питательных средах, но к концу опыта догнала другие растения и зацвела. Листья у растений темнее, чем в других опытах. Максимальный рост растений 35 см. Данные о росте растений представлены на диаграмме.
5.3. Выращивание фасоли на растворефосфорной и азотной солей («Нет калийной соли, есть фосфорная и азотная (NP)»
Фасоль на данной питательной смеси проросла быстро, быстро росла, к 13 ноября зацвела, а к 25 ноября образовались небольшие плоды. Эта смесь более благоприятна для роста и развития фасоли, чем предыдущие. Максимальный рост растений 35 см. Данные о росте растений представлены на диаграмме.
5.4. Выращивание фасоли на растворефосфорной, калийной и азотной солей («Есть фосфорная, калийная и азотная соли (NPK)»
Фасоль на данной питательной смеси, также как и на NP, проросла быстро, быстро росла, к 13 ноября зацвела, а к 25 ноября образовались небольшие плоды (Приложение 3). Эта смесь ещё более благоприятна для роста и развития фасоли, чем предыдущие. Максимальный рост растений 40 см. Это самый лучший показатель всего эксперимента. Данные о росте растений представлены на диаграмме.
5.5. Выращивание фасоли на раствореповаренной соли («Поваренная соль»)
Фасоль на растворе поваренной соли начала дружно прорастать 12 октября, затем быстро расти. К 31 октября фасоль достигла своего максимума – 30 см. Но к 13 ноября стала чахнуть, и к концу эксперимента все растения погибли. Данные о росте растений представлены на диаграмме.
5.6. Выращивание фасоли начистой воде («Нет солей»)
На воде без солей фасоль долго не прорастала. Прорастание началось только к 17 октября. Затем фасоль довольно дружно росла, но максимальный рост достигал только 20 см. Цветения и плодоношения не наблюдалось. К 13 ноября началось пожелтение листьев, к концу эксперимента растения погибли (Приложение 4). Данные о росте растений представлены на диаграмме.
Растения выращивались нами без почвы для чистоты эксперимента, чтобы не было дополнительного поступления питательных веществ. Это одинаковое условие для всех вариантов опыта. С помощью различных по составу питательных сред мы определили наиболее оптимальный вариант для выращивания фасоли – NPK (смотри диаграмму). Можно отметить сходство в развитии растений на чистой воде и тех, у которых не хватало какого-то одного элемента. Это говорит о том, что полное отсутствие одного из важных питательных элементов практически равносильно отсутствию их всех. Поваренная соль не способствует росту растений и в итоге приводит к их гибели. Растения на чистой воде сначала растут за счёт питательных веществ семени, а когда эти питательные вещества заканчиваются – погибают (Приложение 2).
7.Заключение
Из почвы через корни в растения поступают вода и растворенные в ней минеральные соли, т. е. происходит минеральное питание. Больше всего растению нужны азот, калий и фосфор. Остальные вещества требуются в небольших количествах. Но если растение не получает хотя бы одно из нужных веществ, то его процессы жизнедеятельности резко нарушаются. Избыток других веществ не заменяет недостающих. Это происходит потому, что питательные вещества выполняют в растениях различные функции. Например, выяснено, что вещества, содержащие азот, способствуют росту растений, содержащие фосфор - скорейшему созреванию плодов, а содержащие калий - быстрейшему оттоку органических веществ от листьев к корням. Растение нормально растет и развивается в том случае, если в окружающей корни среде будут содержаться все необходимые питательные вещества. Такой средой для большинства растений является почва.
Но можно выращивать растения и без почвы, на растворах минеральных веществ. Такой способ выращивания растений называется гидропоникой. Подбирая минеральный состав растворов, можно управлять минеральным питанием растений. Гидропоника может стать поистине спасителем человечества. В условиях нехватки продовольствия выращивание растений в специальных растворах и притом на ограниченных площадях, может решить проблему снабжения населения. В этом заключается практическая значимость нашей работы. На правильно подобранных питательных средах можно выращивать растения без почвы. Наша гипотеза подтвердилась.
8.Используемые ресурсы
Бинас, А. В. Биологический эксперимент в школе : кн. для учителя/ А. В. Бинас и др. – М. : Просвещение, 1990. – 192 с.
Петунин О. В. Изучение экологии в школе. – Ярославль.: Академия развития; Владимир: ВКТ, 2008. -192с.
Энциклопедический словарь юного биолога / Сост. М. Е. Аспиз. – М.: Педагогика, 1986. – 352с.
