Соавторы: Т.А. Лесонен
Код уникальной десятичной классификации: УДК 57.08

Аннотация: в качестве исследовательской задачи авторами была определена попытка оценить преимущества выращивания растений в гидропонной установке по сравнению с традиционным (почвенным) способом.

Ключевые слова: исследовательская работа; гидропоника; гидропонная установка; листовой салат; нитраты.

Зимний дефицит свежих овощей и фруктов очевидный факт. В это время выращивание зелени в открытом грунте невозможно, а в магазинах привезенные со всех концов света овощи и фрукты не обладают теми же качествами, что и свежие. Кроме того, следует помнить, что срезанная зелень теряет 70 % витаминов уже через несколько часов. Витаминов и минералов, необходимых для полноценного питания, мы почти не получаем. Все эти факты повышают риск заболеваний гриппом и простудными заболеваниями.

Выращивание овощных культур в домашних условиях в зимний период процесс трудоемкий и затратный. Но в последнее время альтернативой традиционным способам выращивания овощей, стала гидропоника: «метод выращивания растений без почвы, при котором растение получает из раствора необходимые питательные вещества в нужных количествах и точных пропорциях (что невозможно осуществить при почвенном выращивании)» [2]. В век высоких технологий выращивание растений методами гидропоники развивается с космической скоростью. В настоящее время появилось большое количество гидропонных систем, как для любителей, так и коммерческого выращивания в промышленных целях. Это и компактные домашние установки (например, («Aquapot гидропоника», Луковое счастье», «Домашний сад»), и огромные компьютеризированные гидропонные станции.

Проанализировав литературу о выращивании растений методом гидропоники [4], можно констатировать, что этот метод обеспечивает все потребности растения в нужном количестве и в нужное время. В гидропонной установке решается один из очень важных и достаточно проблемных вопросов систематического обеспечения растений водой. Вода расходуется рационально, так как точечная и капельная ее подача в каждый стаканчик дает возможность излишки воды пустить в оборот многократно. Гидропоника не вредит окружающей среде. Выращивание растений гидропонными методами намного бережливее к земле и водоемам, чем традиционные методы садоводства и огородничества (не происходит загрязнения удобрениями естественных водоемов и почвы, как при обычном, почвенном, выращивании растений). Не возникает проблемы недостатка удобрений или их передозировки (растение берет из питательного гидропонного раствора, все что ему нужно, в достаточном количестве), нет необходимости поливать растения, исчезают многие проблемы почвенных вредителей и болезней [8].

Благодаря участию в проекте Медицинский класс в московской школе (http://profil.mos.ru/med.html#/), в рамках которого ряд московских школ оснастили высокотехнологичным оборудованием для проведения исследовательской работы мы смогли использовать специальную гидропонную установку «Домашний сад» и цифровую лабораторию Relab.

Цель нашей исследовательской работы - выявление преимуществ выращивания растений методом гидропоники в зимнее время. Был поставлен ряд задач: изучение литературных источников о выращивании растений методом гидропоники; проведение эксперимента по выращиванию листового салата методом гидропоники и традиционным (почвенным) методом; сравнение размеров и качества зеленой массы салата, выращенного методом гидропоники и традиционным методом; исследование количества нитрат-ионов в выращенных образцах и в листовом салате, купленном в магазине; анализ полученных результатов и формирование выводов.

В ходе работы нам хотелось найти подтверждение выдвинутой гипотезы: выращивание салата методом гидропоники имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным (почвенным) методом.

В работе были использованы теоретические методы: анализ учебно-методической литературы, обобщение полученных данных и эмпирические методы - эксперимент, измерения и сравнение полученной информации.

Для выращивания салата использовалась автоматическая гидропонная установка «Домашний сад». Для выращивания салата традиционным методом использовали горшок, грунт для овощных культур, дренаж, препятствующий переувлажнению почвы, пленку для обеспечения всхожести и лампу дневного света. Полив и опрыскивание листьев осуществляли один раз в два дня. Содержание нитрат-ионов определяли с помощью цифровых датчиков цифровой лаборатории Relab.

 

Гидропонная установк Домашний сад

Рисунок 1. Гидропонная установк «Домашний сад»

Цифровая лаборатория Relab

Рисунок 2. Цифровая лаборатория Relab

«Гидропоника основывается на современных технологиях, но, несмотря на кажущуюся сложность, в её основе лежат простые принципы. Все новое это хорошо забытое старое. Мы, живущие в мире высоких технологий, не изобрели гидропонику, хотя и думаем, что это наша заслуга. Гидропоника это, на самом деле, старейшая форма выращивания растений. Самая настоящая древняя гидропонная технология датируется 1100 годом. Именно тогда в Южной Америке и Мексике индейские племена стали применять систему выращивания растений на плотах, называемых Чинампа. Плодородных земель не хватало, поэтому умные ацтеки и другие племена плели специальные плоты, на которые накладывалась питательная для растений грязь, добытая на местах извержения вулканов. Плоты, или плавучие острова, как их еще называли, использовались для эффективного выращивания многих культур. Корни прорастали сквозь грязь и окунались в воду. Таким образом, питание поступало не только из воды, но и благодаря питательной грязи. Водоемы, на которых размещали плавучие сады, были богаты солями, а вода отлично насыщена кислородом. Все это в совокупности представляет идеальную гидропонную систему в естественных условиях. Данный метод широко применялся и в других частях света, например, в 1275 году, знаменитый Марко Поло узрел те же плавучие сады в Китае» [7, с. 17].

Известно, что впервые в России в 1896 году на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде К. А. Тимирязев демонстрировал растения, растущие в красивом стеклянном домике. Растения находились в сосудах, заполненных раствором минеральных солей. Основателем гидропоники считается Уильям Ф. Герик, который в 20 - 30 годы двадцатого столетия первым поставил культурные растения на промышленное выращивание методом гидропоники, он же автор термина «гидропоника [1]. Безусловно, его работы сильно потрясли ученый мир, зародили новое направления, появились приверженцы и даже фанаты данного метода выращивания. В бывшем СССР правительство уделяло большое внимание развитию гидропонных систем. Были построены первые тепличные комбинаты, применяющие данную технологию выращивания в Москве и Киеве. В городе Ереван (Республика Армения) был создан Институт гидропоники для проведения исследований в этой области [5].

В 1940 - 1944 годы (военный период) на островах Тихого океана солдаты США столкнулись с голодом. Снабжение практически не осуществлялось в связи с опасностью при транспортировке, а выращивать на соленых скалах при недостатке воды было крайне сложно и не выгодно. Люди были вынуждены испробовать выращивание методом гидропоники, что давало потрясающие результаты. Даже после окончания войны американцы продолжали выращивать таким способом, считая его наиболее эффективным [6].

В 1980 году на территории США и Канады начинает появляться большое количество компаний, которые начинаю производство систем, как для промышленного выращивания растений, так и для домашнего. Именно в этот момент наука стала развиваться в двух направлениях: любительская и промышленная гидропоника. Начали появляться любители выращивания редких коллекционных, тропических и лекарственных растений методом гидропоники в домашних условиях.

1995 год принес обширные изменения в направлении развития промышленной гидропоники. Системы становятся более совершенными, эффективными и в то же время недорогими, а главное быстро окупаемыми. В промышленных масштабах стали выращивать все больше растений, но по-прежнему очень популярны были виды с коротким периодом развития (вегетации), такие как салат, лук и некоторые лекарственные растения.

Для осуществления эксперимента была собрана гидропонная установка «Домашний сад» с помощью инструкции, предоставленной производителем. Посадка растений осуществлялась в декабре 2016 года.  Эксперимент был рассчитан на один месяц. Высев семян мы производили на поверхность перлита по 4 - 6 семян в каждый стаканчик. После этого закрыли стаканчики и надели на стаканчики прозрачные колпачки, чтобы не испарялась влага, так необходимая для прорастания растений. Установили нужный режим работы на панели - «Салат». Для сравнения и выявления преимущества растений, выращенных с помощью гидропоники, мы организовали посев семян этих же растений в грунт, в пластмассовый горшок глубиной 25 см. Правила посева, подбор грунта и дренажа соблюдались. До появления первых проростков горшок накрывали пленкой. Учитывая зимний короткий день, над горшком установили лампу дневного света.

Для фиксации результатов наблюдения о росте и развитии зеленой массы салата были напечатаны бланки, в которые заносились данные. Основные параметры для наблюдения: всхожесть семян, прорастание семян, длина листовой пластины (замеры производились каждые 10 дней). По итогам наблюдений получили следующие данные. 

Таблица 1

Наблюдения о росте и развитии зеленой массы салата

Критерий сравненияГидропонная установкаПочва
Всхожесть (сколько) 100 % частично
Прорастание (когда) на 3 день на 6 день
Длина листовой пластины на 5 день 5 см 2 см
Длина листовой пластины на 15 день 10 - 12 см 3 - 4 см
Длина листовой пластины на 25 день 20 - 22 см 5 - 7 см

В результате произведенных замеров листовых пластин салата и наблюдений за его развитием установлено, что растения, выращенные методом гидропоники, проросли полностью на третий день после посева. Листовые пластины развивались быстрее, чем у салата, выращенного традиционным методом. В итоге длина листовой пластины у салата, выращенного методом гидропоники, оказалась в три раза больше, чем у выращенного в горшке. Кроме того, можно отметить простоту и удобство выращивания салата методом гидропоники, которая сама контролирует поддержание оптимальных условий для роста растений.  

Значительные расхождения в размерах листовых пластин исследуемых образцов навели нас на мысль о том, что при выращивании гидропонным способом в раствор вместе с удобрениями добавляются вещества, влияющие на скорость роста зеленой массы растений. Проанализировав литературу, мы пришли к выводу, что такими веществами могут быть азотосодержащие вещества (нитраты). Само по себе присутствие нитратов в растениях нормальное явление, ток как они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, потому, что они обладают высокой токсичностью для человека. Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах, причем больше в зеленых, чем в спелых. За последнее время сообщения об отравлениях нитратами практически не встречаются, но угроза попадания на прилавки торговых точек города продукции с повышенной концентрацией солей азотной кислоты велика и последствия их для населения серьёзны. Поэтому мы решили добавить к существующим образцам еще один, купленный в магазине. В выращенном растительном материале и приобретенном образце мы исследовали концентрацию нитрат-ионов, используя цифровой датчик, измеряющий концентрацию нитрат-ионов. Полученные результаты отразили в таблице.

Таблица 2

Результаты исследования концентрации нитрат-ионов с помощью цифрового датчика в разных образцах

Образцы листового салатаСодержание нитрат-ионов (мг/л)
  В образцах ПДК
Выращенный в гидропонной установке 2015 2000
Выращенный в почве 1900 2000
Купленный в магазине 1980 2000

Как видно из таблицы, содержание нитрат-ионов во всех образцах высокое. По данным СанПиН 2.3.2.1078-01 Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов предельно допустимая концентрация нитрат-ионов в листовом салате 2000 мг/л. Салат, выращенный в гидропонной установке, содержит 2015 мг/л. нитрат-ионов, что превышает ПДК. Салат, выращенный в почве и купленный в магазине, имеет концентрацию нитрат-ионов на верхнем пределе нормы. Разница в содержании нитрат-ионов во всех образцах незначительна. Вполне возможно, что расхождение в размерах, исследуемых образцов объясняется нехваткой света для образца, высаженного в почву, тогда как гидропонная установка сама контролирует поддержание оптимальных условий для роста растений. Световой день для салата должен длиться как минимум 12 - 14 часов. Наш салат, выращенный традиционным методом, имел меньшую продолжительность дня из-за искусственного подсвечивания.

В ходе исследовательской работы нами были получены следующие результаты:

  • для выращивания листового салата различными методами в зимнее время были изучены соответствующие методики. За основу нами были взяты методики, изложенные в руководстве по эксплуатации к автоматической гидропонной установке Домашний сад и традиционные методы выращивания салата;
  • для проведения эксперимента собрана гидропонная установка Домашний сад. Высажены семена листового салата в гидропонную установку и в почву;
  • зафиксированы показатели всхожести, прорастания и роста обоих образцов. На основании показателей можно сделать вывод о явном преимуществе выращивания листового салата методом гидропоники;
  • исследована концентрация нитрат-ионов с использованием цифрового датчика измеряющего концентрацию нитрат ионов. Установлено, что в образце, выращенном в гидропонной установке, концентрация нитратов ионов незначительно превышает предельно допустимые нормы (СанПиН 2.3.2.1078-01), а в образцах, выращенных в почве и купленных в магазине, концентрация нитратов ионов соответствует норме, но на ее верхнем уровне;
  • выращивание салата методом гидропоники имеет преимущество по сравнению с традиционным (почвенным) методом, что подтверждает выдвинутую гипотезу.

Cultivation of sheet salad of methods of the hydroponics in winter time

P. P. Lesonen,
teacher of biology,
Gimnaziya No. 1516, Moscow
T. A. Lesonen,
teacher of geography,
Gimnaziya No. 1516, Moscow
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Summary: as a research task authors have defined attempt to estimate advantages of cultivation of plants in hydroponic installation in comparison with a traditional (soil) way.

Keywords: research; hydroponics; hydroponic installation; sheet salad; nitrates.