Конкурс «Био/Мол/Текст»-2024/2025

Эта работа опубликована в номинации «Школьная» конкурса «Био/Мол/Текст»-2024/2025.

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Введение

В современном обществе бытует мнение, что, в связи с ростом населения нашей планеты, совсем скоро наступит момент, когда ресурсы будут на исходе. И действительно, по данным ООН население мира перевалило за отметку в 8 миллиардов человек. Уже сейчас ученые бьют тревогу, призывая обратить внимание на решение вопросов продовольственной безопасности. Кто-то говорит о том, что необходимо подходить к решению проблемы переходя на другие источники питания, предлагая в качестве белковых продуктов использовать насекомых. В этом случае мясные породы птиц и животных будут не настолько востребованы, а также уменьшится спрос на растительные корма, снизится необходимость в посевных площадях. Другие ученые предлагают заняться вопросами регулирования рождаемости. Но этот метод совсем уж варварский. А есть и те, кто традиционно предлагает применять методы повышения урожайности сельскохозяйственных растений. Среди этих методов на первом месте традиционно стоит применение различных минеральных удобрений. Кроме того, рассматривается и технологический метод, суть которого состоит в правильном понимании процесса саморегуляции растений.

Конечно, наука не стоит на месте. То, что по временным рамкам еще совсем недавно было не известно нашим агрономам, ботаникам, селекционерам, сейчас знает каждый школьник. Поливая комнатные растения у себя в квартире или помогая бабушке выращивать картошку, даже дети расскажут о необходимости применения комплексных удобрений или смены культур на одной и той же посевной площади. В наше время требуются иные, более современные методы повышения урожайности. Одним из таких методов может являться применение воздействия электрическим током на различные органы растения. Причем, в зависимости от приложения этого метода к различным органам растения и в сочетании с изменяемыми временными рамками воздействия — итог может существенно отличаться. Ведь возможен и обратный результат, не так ли?

Целью данной работы стало исследование влияния электрического тока на рост и развитие лука репчатого при использовании различных удобрений, а также при подключении электрического тока к различным органам растения. При этом были поставлены следующие задачи:

1. выбор возможных удобрений, влияющих на рост и развитие растения;

2. определение условий эксперимента;

3. изготовление экспериментальной установки;

4. проведение эксперимента;

5. поиск возможных вариантов применения результатов.

Вы когда-нибудь испытывали на себе удар электрическим током? Неприятное ощущение, не так ли? Сложно себе представить, что подобное «удовольствие» понравится растению настолько, что оно даст невиданный урожай. У меня есть предположение, что применение электрического тока не всегда оказывает положительное влияние на рост и развитие растения и данный метод не может оказать существенного влияния на повышение урожайности. Однако, условия проведения опыта могут существенно влиять на результат. Учитывая то, что начинающему исследователю хочется все попробовать и проверить самому, опыт будет довольно масштабный. Для удобства он разделен на 2 части. В первой части будет проведено общее исследование влияния электрического тока, проходящего через грунт, и в сочетании с различными удобрениями. Во второй части работы будет проведен опыт с направленным применением электрического тока к определенному органу растения с вариантами изменения полюсов.

Обзор литературы

Методы исследования

В последние годы происходит уменьшение эффективности применения минеральных удобрений. Дозы их применения увеличивают, но при этом эффективность усвояемости понижается. В результате, работники аграрного сектора тратят значительные средства на удобрения, ожидая отдачи, которую в итоге не получают. Кроме того, существует и еще одна проблема — экологическая. Большие дозы минеральных удобрений и химических препаратов приводят к загрязнению окружающей среды. И, наконец, существует рост цен. Цены растут не только на сельхозпродукцию, но и на минеральные удобрения. Причем на удобрения цены растут гораздо быстрее. Получается замкнутый круг [1].

Возникает вопрос, а как решить эту проблему? Ответ лежит на поверхности: нужны новые технологии. Это может быть комплекс методов. Например, сочетание химических, биологических и технологических воздействий на растения. Одним из способов возможного повышения урожайности растений стало использование электрического тока. Нужно сказать, что этому вопросу в научной литературе посвящено множество статей, но выводы совершенно разнятся. Одни исследования доказывают, что воздействие слабым электрическим током стимулирует рост растений и ведет к повышению урожайности [2].

Другие ученые делают выводы, что значение имеет и направленность электрического тока. Экспериментально установлено, что подключение отрицательного полюса источника постоянного электрического тока к верхней части погруженного в воду черенка виноградной лозы стимулирует его жизнедеятельность, что проявляется в интенсивном корнеобразовании и распускании почек. В то время, как подключение в этих же условиях положительного полюса оказало противоположный эффект [2].

Кроме того, было установлено, что воздействие электрическим током изменяет передвижение различных видов почвенной влаги, способствует разложению ряда трудноусваиваемых для растений веществ, провоцирует разнообразные химические реакции, изменяющие реакцию самого почвенного раствора.

Определены и параметры электрического тока, оптимальные для разнообразных почв: от 0,02 до 0,6 мА/см² для постоянного тока и от 0,25 до 0,50 мА/см² для переменного [3].

Также описан способ повышения урожайности и снижения сроков вегетации растений, заключающийся в воздействии на почву в корневой зоне растений постоянным электрическим током. В корневой зоне осуществляют процесс электролиза содержащихся в почве минеральных солей, скорость протекания которого поддерживают прямо пропорционально интенсивности фотосинтеза. Устройство работает от солнечной батареи и воздействие электродов осуществляется только на корневую систему [4].

Однако, результаты некоторых исследований говорят и о том, что влияние постоянным электрическим током на грунт, в котором высажены растения, может стимулировать прорастание семян, но при этом оказывать отрицательное воздействие на развитие корневой системы [5].

Выбор растения для исследования

Наиболее популярным объектом для исследований в аграрном секторе является микрозелень. Микрозелень легко выращивается на гидропонике, быстро растет и не требует особого ухода. Также широко используются пшеница и другие злаковые. Но в качестве исследуемого растения в данной работе был рассмотрен лук репчатый. Это популярное у садоводов растение, способное прорастать даже без доступа воды и света и давать прекрасный урожай при должном уходе.

Лук репчатый — широко распространенная овощная культура; многолетнее травянистое растение (в культуре двулетнее) семейства Луковых. В первый год выращивания у растения формируется луковица, на второй год — маточная репка и цветоносный стебель, который и дает семена. Луковица растения пленчатая, чешуйчатая, в диаметре достигает 10–15 см. Наружные чешуйки желтого, фиолетового или белого цвета, всегда сухие, внутренние — белые, зеленые или фиолетовые, мясистые, расположены на укороченном стебле (иначе донце). В пазухах сочных чешуек донца образуются почки, которые дают начало дочерним луковицам [6]. Именно из-за того, что мясистые сочные листья луковицы содержат высокий уровень влаги и растворенных питательных веществ, которые позволяют прорастать луковице в условиях низких температур и недостатка питательных веществ в почве и был выбран лук репчатый в качестве исследуемого растения.

Выбор удобрений

Как известно для того, чтобы получить высокий урожай, необходимо производить подкормку растений. В торговых сетях садоводам-любителям предлагается великое множество различных комплексных удобрений, предназначенных для тех или иных сортов сельскохозяйственных культур. Для выбранной нами культуры лука репчатого наиболее предпочтительными считаются калийные, фосфорные и азотные удобрения. Кроме того, совершенно необходимо было применить и органические удобрения, как наиболее доступные и интересные для исследования.

Калийные удобрения — улучшают качественные характеристики выращиваемой продукции: способствуют повышению сопротивляемости растений к заболеваниям, а также улучшению их вкусовых и эстетических качеств. К ним относят Хлорид калия (КCl), Калийная селитра (КNO3), Калимагнезия (K2SO4*MgSO4).

Фосфор отвечает за качество фотосинтеза, дыхание и обменные процессы. Он помогает растениям лучше усваивать азот, калий и магний. Достаточное количество доступного фосфора обеспечивает высокую урожайность и отличное качество плодов.

Плюсы применения фосфорных удобрений в том, что они отвечают и за качественное плодоношение растений. При передозировке растения практически не страдают. К фосфорным удобрениям относят суперфосфат, аммофос, ортофосфат и др. [7].

Азотные удобрения — неорганические и органические вещества, содержащие азот, которые вносят в почву для повышения урожайности. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Из-за высокой мобильности соединений азота, его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений. Из всех типов удобрений азотные наиболее подвержены воздействию со стороны почвенных микроорганизмов.

Органические удобрения — содержат элементы питания растений в форме органических соединений. К ним относят навоз, компосты, торф, солому, зеленое удобрение и др. В навозе разных животных в среднем содержится (%): воды 75, органического вещества 21, общего азота 0,5, усваиваемого фосфора 0,25, окиси калия 0,6, то есть их можно рассматривать как комплексные. Качество навоза зависит от вида животного, его корма, подстилки и способа хранения.

В кроличьем навозе, например, обнаружены все необходимые для растений вещества. Его ценность увеличивается при смешении с навозом других животных и птичьим пометом.

Грунт для выращивания растений

Песок речной

В качестве основного грунта для проведения исследования был выбран речной песок. Это инертный и очень стабильный материал. Промытый песок не имеет в себе остатков органических веществ, что позволяет оценить рост растений без влияния каких-либо примесей. Этот материал доступен и подходит в качестве нейтрального субстрата для выращивания лука [8].

Готовый почвогрунт

Для сравнения интенсивности роста растений был взят готовый почвогрунт. Такая почва должна соответствовать условиям выращивания: удерживать влагу и элементы питания, но не заболачиваться и не переуплотняться.

Чтобы сделать грунт для луковичных растений максимально плодородным, его обогащают достаточным количеством питательных элементов [9].

Схема эксперимента

Для решения задачи 4, обозначенной в рамках эксперимента необходимо изучить влияние различных факторов на прорастание и развитие лука репчатого. Факторы могут взаимодействовать как по отдельности, так и совместно. На лук могут влиять такие факторы, как температура окружающей среды, свет, вода. Но это общие факторы. Нас интересуют, например, неорганические вещества, такие как фосфор, калий или азот, которые попадают в организм растения и, в конечном итоге, влияют как ионы, а также органические вещества, которые распадаются, и на уровне усвояемости клетками, фактически поставляют растению уже готовые питательные вещества.

Итак, для определения того, как влияет каждый фактор по отдельности и во взаимодействии с электричеством будут поставлены эксперименты в садовых ящиках (емкостях) в различных видах грунта и при подкормке различными удобрениями.

Для удобства отслеживания и понимания исследований все варианты проводимых опытов были внесены в таблицу:

Таблица 1. Варианты исследования влияния различных удобрений на рост и развитие лука репчатого при воздействии электрическим током и без него.

Электрический ток сам по себе не должен оказывать прямое воздействие на организм. Фактически действие оказывается на ионный состав растения. В этом случае химическое равновесие может изменяться и улучшать или ухудшать состояние организма. Следующим этапом станет определение на какую часть растения слабый электрический ток оказывает наибольшее влияние. И как это влияние меняется в зависимости от характера грунта и изменения приложения различных полюсов. Варианты экспериментов представлены в таблице 2. Эти эксперименты позволят узнать каким именно способом влияет электрический ток: сам по себе или опосредованно через ионы. А также будет возможность изучить какая именно часть растения наиболее восприимчива к подобным воздействиям. .

Таблица 2. Исследование влияния на рост и развитие лука репчатого при воздействии электрическим током на различные органы растения.

Подготовка к эксперименту

В магазине был закуплен лук репчатый в количестве 120 луковиц, примерно равных по размеру и весу. Каждая луковица была взвешена и пронумерована. Весь лук был распределен на 12 рядов по 10 штук в каждом от самого наименьшей по весу к наибольшей. Все луковицы имели вес в пределах от 55 до 65 граммов.

Чтобы укоротить время прорастания у луковиц была срезана сухая верхушка. Луковицы были очищены от излишней чешуи и помещены на поддоне с теплой водой на ночь перед посадкой. Грунт и песок в подготовленных емкостях также был увлажнен.

Для работы были закуплены универсальный грунт, садовые ящики размером 0,6×0,17×0,16м³ (V=15 литров, S=0,1 м²), фито лампы красно-синего спектра 10Вт, удобрения, садовый инвентарь. В качестве органических удобрений был подготовлен раствор помета кролика (рис. 3).

Для приготовления раствора с органическими удобрениями использовался сухой кроличий помет (рис. 3Д). За 2 недели до начала опыта материал был собран и залит водой. Раствор настаивался и тщательно перемешивался каждый день в течение двух недель. Затем смесь была отфильтрована через сито. Таким образом был получен концентрированный раствор, который при разведении 1:10 использовался для полива растений.

Лук высаживали в каждый ящик по 10 штук — 5 луковиц в два ряда. Чтобы в каждой емкости масса всех высаженных луковиц была примерно одинаковой, посадочный материал высаживался по принципу: по 5 луковиц с противоположных концов. То есть, в емкости 1 — луковицы с 1 по 5 и с 116 по 120, емкость 2 — луковицы с 6 по 10 и с 110 по 115, и так далее. Таким образом заполнили 6 емкостей (таблица 1).

При исследовании влияния электрического тока, проходящего через грунт, на рост и развитие лука в сочетании с подкормкой различными удобрениями в каждую емкость устанавливались электроды, подключенные параллельно к источнику питания таким образом, чтобы слабый электрический ток проходил через грунт в течение всего периода эксперимента и влиял на корневую систему растения.

В исследованиях использовался прибор для подачи постоянного тока и напряжения. К данному прибору были подключены провода, заканчивающиеся графитовым стержнем, который являлся соединительным проводником. Воздействие на луковицы велось током величиной в 0,02 А и напряжением 4,5 В.

Для изготовления электродов потребовались провода, графитовые стержни, токопроводящий углеродный войлок марки «Карбапон» производства «М-Карбо». Графитовый стержень длиной 10 см был связующим звеном между войлоком и источником питания. Стержень соединялся с проводом, другой конец которого был подключен к блоку питания.

Небольшой кусочек углеродного волокна (10×15см) устанавливался с боковой стороны емкости (с двух сторон). Для экспериментов подключением к различным органам растения использовался отрезок войлока большей площади. Между его волокнами внедрялся графитовый стержень, и вся эта установка подключалась к источнику питания через сетевой фильтр. Основная часть углеродного волокна находилась в грунте и обеспечивала возможность прохождения электрического тока через всю емкость. Перед установкой волокно тщательно пропитывали водой.

Для того, чтобы избежать фактора, при котором электрический ток будет по-разному влиять на луковицы различной величины, в остальные емкости были высажены луковицы примерно одинакового веса (разница в весе от наименьшей к наибольшей составляла незначительные 1–2 грамма).

Во второй части эксперимента участвуют емкости 2.1–2.6 (таблица 1). Все контейнеры подписаны и размещены в светлом месте, на улице под навесом.

Над каждой емкостью была установлена фито лампа, которая работала круглосуточно. Полив растений раствором с удобрениями производился раз в неделю. Поскольку погода стояла жаркая, то среди недели проводился добавочный полив обычной отстоявшейся водой. Таким образом полив всех растений делали два раза в неделю с чередованием удобрения — вода. При необходимости почву рыхлили.

Эксперимент проходил в течение 35 дней. Когда показались первые листья 2 раза в неделю после полива проводились измерения длины зеленой части листа в сантиметрах. Пока растения находились в емкости измерения проводились при помощи измерительной ленты от точки выхода листа из луковицы до кончика самого длинного листа в данном растении (см). После того, как растение было изъято из почвы, оно измерялось по показателям: длина листа — самый длинный (см), длина корня — самый длинный (см), общая длина растения: от конца самого длинного корня до конца самого длинного листа, масса листа — общая масса всех листьев данного растения (гр), масса корня — общая всех корней данного растения (гр), вес растения: общий вес данного растения (гр).

Результаты измерений заносились в таблицу (приложение 1, приложение 5).

По результатам опыта для каждого отдельного эксперимента выстраивался свой график. Графики представляют собой зависимость роста листа растений, измеряемого в сантиметрах, от времени в сутках. Отметки усредненных значений длины листа всех растений в данной емкости представлены точками. На графиках также отражена допустимая ошибка измерения. За ошибку измерения взято 5% от измеряемого параметра. Данная ошибка была применена в соответствии с сертификацией приборов измерения длины, которые применялись в эксперименте. Можно заметить, что ошибка не пересекает границу данных, полученных в ходе всех измерений эксперимента. Из чего можно сделать вывод, что данные достоверны, ошибка в рамках опыта незначительна.

Также на графике представлена линия тренда, которая отражает соответствие полученных данных от идеальных. В качестве метода статистического анализа в графиках использовался коэффициент детерминации (R2), который в целом отображает точность измеряемого показателя от ожидаемого. В данном случае ошибка составляет менее 0,1, что означает, что данные достоверны для критериев биологического эксперимента.

Ход работы

Опыт с универсальным грунтом

Емкость 1.1 и 2.1 была заполнена универсальным грунтом (рис. 3Г).

Луковицы, высаженные в данную емкость имели средний вес 59,8±5,15 грамм и 59,9±1,6 грамм соответственно. Растения, кроме полива и рыхления, ни в чем не нуждались. Всходы в этих емкостях появились раньше, чем в других, растения чувствовали себя лучше и развивались быстрее. Общие показатели роста в емкостях 1.1 и 2.1 различались незначительно. Выход зеленой массы в емкости с электродами был несколько ниже. Существенно отличалось развитие корневой системы. В емкости с электродами при том, что лист был хорошо развит, корневая система была слабой или отсутствовала вовсе.

Контрольный опыт

В контрольном опыте емкости 1.2 и 2.2 были заполнены речным песком (рис. 3Е). В них были в два ряда высажены луковицы средний вес которых 59,8±4,8 и 58,8±0,2 грамм соответственно. Луковицы были закопаны в песок примерно на 2/3. Полив проводился согласно общему графику чистой водой 2 раза в неделю. В емкости 2.2 особое внимание уделялось увлажнению электродов (как и во всех емкостях с электродами)

В контрольной емкости с электродами 2.2 все луковицы проросли, но общий показатель роста в ней несколько ниже, чем в емкости 1.2

Опыт с калийными удобрениями

Емкости 1.3 и 2.3 были наполнены промытым песком, средний вес каждой луковицы составил 59,7±4,4 и 59,7±0,2 грамм соответственно. Полив проводился раствором, специально приготовленным в соответствии с инструкцией на упаковке (40г/м² ) с калийным удобрением Хлористый калий фирмы «Фаско» (рис. 3В). В составе удобрения K₂O — 57%, CuO — 01%, Zn — 0,01%, Mn — 0,05%, B — 0,01%. Полив проводился из расчета площади емкости 0,1м².

В емкости 1.3 одна луковица не взошла. В целом растения чувствовали себя нормально. В емкости с электродами рост листа шел более активно, чем в емкости 1.3. Корни у растений были развиты хорошо.

Опыт с фосфатными удобрениями

В емкости под номером 1.4 и 2.4 были высажены луковицы каждая средним весом 59,7±3,4 и 59,6±0,3 грамм соответственно. Растения поливались по общему графику раствором универсального фосфорного удобрения фирмы «Огородник» в соответствии с инструкцией на упаковке (30г/м²). В состав удобрения входит P₂O₅ — 20,0%, Ca — 20,0%, MgO — 0,5% (рис. 3Б) Растения в емкости 1.4 не достигли максимума по длине листа, и по массе показали средний результат. Корни у всех растений емкости 1.4 были хорошо развиты.

А вот в емкости 2.4 пропускание электрического тока через грунт не просто снизило все измеряемые параметры, но и сказалось крайне негативно. Проросли все растения, но с самого начала имели не обычный вид: лист был искривлен и имел тусклую окраску. Рост проходил вяло, растения выглядели нездоровыми. Под конец эксперимента практически все растения пожухли. При извлечении растений из почвы оказалось, что луковицы иссохли, а корней практически не наблюдалось. В сравнении с растениями из емкости 1.4. они проигрывали по всем показателям.

Опыт с азотными удобрениями

В емкостях 1.5 и 2.5 средняя масса каждой луковицы составила 59,6±3 и 59,6±0,4 грамм соответственно. Для полива раз в неделю использовалось азотное удобрение (мочевина) фирмы Fertika (рис. 3А). В составе (NH₂)₂CO (мочевина) 46,2%, которая в почве превращается в ионы аммония и CO₂.

В ходе опыта две луковицы не проросли совсем, а некоторые растения, наоборот, показали высокий результат и по длине листа и по росту корня. В результате усредненный показатель по длине листа был не очень высоким, а все остальные показатели ниже среднего значения (приложение 2). Нужно отметить, что корни у всех растений хорошо развиты, даже у тех луковиц, которые не проросли. Если из выборки убрать непроросшие луковицы, то соотношение явно изменится в пользу увеличения показателей по длине листа. Но так как корни у всех растений были хорошо развиты, то в обработке результатов участвовали все 10 растений.

Опыт с органическими удобрениями

В опытах с органическими удобрениями в емкостях 1.6 и 2.6 принимали участие луковицы средняя масса которых составила 59,8±2,6 и 61,4±0,4 гр соответственно. Интересно, что средние графики роста листа в обоих емкостях практически одинаковые. Но корни у растений в емкости с электродами более слабые и поэтому общий вес листа к весу корня находится в соотношении 1:2. Нужно отметить, что растения в обеих емкостях имели здоровый, крепкий вид.

Опыт при подключении электрического тока к различным частям растения

Для исследования влияния электрического тока на рост и развитие лука репчатого при подключении его к отдельным органам растения, 120 пронумерованных луковиц примерно одинакового (60±5 грамм) веса и размера высаживались в емкости по 10 штук в шахматном порядке. 6 емкостей были заполнены промытым песком, другие 6 — грунтом из магазина. Также было проведено подключение электродов в соответствии с таблицей 2.

Поскольку вес и размер луковиц был практически одинаковым и воздействие электрическим током проводилось по всем емкостям (кроме контрольных), то строгий контроль веса каждой луковицы по емкостям не проводился. Полив во всех емкостях проводился по мере надобности, обычно 2 раза в неделю чистой водой, уделяя особое внимание увлажнению электродов.

Для удобства результаты измерений заносились в таблицу (приложение 5). А также для каждой емкости был составлен график зависимости роста зеленого листа от времени.

Опыт в контрольной емкости проводился по двум критериям: промытый песок и грунт из магазина. В емкости с грунтом результаты были несколько выше по весу, а по длине листа практически одинаково.

В емкости 3, 4, 5, 6 к каждому из растений подводился электрод, который крепился на верхушку луковицы оголенным окончанием, то есть было непосредственное соприкосновение. Для удобства наблюдений положительный электрод отмечался красной, а отрицательный — синей изолентой. Противоположный луковичным электрод в виде ленты по площади соответствующей дну емкости, выстилал ее полностью и при помощи графитового стержня соединялся с источником питания (рисунки 22, 23).

В емкостях 3 и 4 луковицы были явно угнетены (приложение 7В, Г). С самого начала опыта они чувствовали себя очень плохо, на поверхности выделялся пенный раствор, хотя они оставались плотными на ощупь. Нормально проросла лишь одна луковица, вполне возможно, что к ней электрод был подсоединен недостаточно плотно. Все остальные луковицы погибли, как в песке, так и в грунте.

В емкости 5 и 6 результат оказался более благоприятным. В емкости 5 полностью погибли 4 луковицы, в емкости 6 только две. При этом корней у растений в емкости 5 практически не наблюдалось. В 6 емкости выход зеленой массы также был гораздо выше.

В следующие емкости 7, 8, 9, 10 были высажены луковицы с подключением электродов, которые воздействовали полностью на луковицу по периметру, а не по вертикальной оси, как это было в предыдущем варианте. Для этого в карбоновом волокне, которое использовалось в качестве электрода были вырезаны отверстия, в которые вставлялись плотно сами луковицы. Дно емкости было выложено кусочком войлока такого же размера. Подключение производилось в соответствии с таблицей 2.

Показатели роста лука в этих емкостях примерно совпадали с показателями емкостей 5 и 6. В емкости 7 не проросло 3 луковицы, в емкости 8 — 5 луковиц. Развитие зелени было слабым, корней практически не было. Сами луковицы после их изъятия из емкости выглядели очень неприглядно — сгнившие, почерневшие.

В емкостях 9 и 10 ситуация была скорее положительной по сравнению с емкостями 7 и 8. В каждой из них не проросло по 1 луковице. Корневая система развита слабо, но присутствовала. Луковицы показали стабильный рост, хотя в песке и более слабый, листья были плотными, здоровыми.

Оставшиеся емкости 11 и 12 были заполнены песком и грунтом соответственно. Подключение электродов было таким же, как и в исследовании 1, то есть электроды были установлены по бокам емкости. Следовательно ток проходил через всю емкость в горизонтальном направлении. Этот опыт проводился для подтверждения результатов первоначального исследования.

После того, как новый урожай лука был собран, каждая луковица и лист измерены (сантиметры) и взвешены (граммы) данные были занесены в таблицу. Согласно полученным данным были построены графики и сравнительные диаграммы. Результаты измерений были занесены в таблицу (приложение 5).

Результаты исследования

В ходе работы была создана установка для стимуляции корней растения слабым электрическим током, проходящим через грунт, выбраны удобрения, которые применялись в комплексе с работой электродов, были собраны и обработаны полученные данные.

По общему графику средних величин длины листа исследования влияния удобрений в сочетании с электрическим током (рисунок 34) видно, что лучший результат был получен в емкости с универсальным грунтом из магазина. Результаты выхода зеленой массы в емкостях с песком гораздо ниже.

Это значит, что удобрения лучше работают в комплексе. Однако, если рассматривать рост растений, высаженных в промытом песке, где полезным веществам взяться неоткуда, то тут явного лидера не наблюдается. Все результаты находятся на примерно одинаковом уровне (в пределах 40–45 единиц), вне зависимости от вида применяемого удобрения.

В емкостях с калийными и азотными удобрениями наблюдалось снижение результатов. В емкостях с подключенными электродами наблюдалось явление, при котором был хороший выход зеленой массы при явной нехватке корней. При этом можно сказать, что все луковицы, которые подвергались влиянию электрического тока так или иначе проросли: даже если зеленый лист был не вполне зеленым (как у растений в емкости с фосфорными удобрениями).

Была отмечена тенденция, что в емкостях, с подключением электродов величина листа не соответствовала величине корня, как это должно было бы быть, если сравнивать рост лука в соответствующих емкостях без электродов. Это может означать, что при воздействии на корневую систему слабым электрическим током, она отмирает, но само растение стимулирует рост при помощи других механизмов. И еще важный момент состоит в том, что поскольку в емкостях со стимуляцией электрическим током проросли все луковицы, а в емкостях без стимуляции в общей сложности не проросло 6 луковиц (что составляет 10 % от общего числа растений в этих емкостях), то можно утверждать, что слабый электрический ток при воздействии на луковицу «пробуждает» ее и заставляет прорастать. При этом, общая картина данного исследования показала, что при пропускании электрического тока через грунт, в котором находятся ионы, обеспечивающие электропроводность почвы, выход зеленой массы получается не очень высоким (приложение 1,2), а значит и стимуляция роста растений электрическим током является не лучшим способом заменить уже привычные и простые в использовании комплексные удобрения.

Учитывая небольшую выборку растений, задействованных в данном эксперименте, нельзя с уверенностью утверждать, что результаты опыта достоверны. Однако можно с уверенностью утверждать, что на мочковатую корневую систему лука репчатого воздействие электрическим током оказало негативный результат.

Отношение общей массы листа к общей массе корня у растений в емкости с электродами 2.1 почти в два раза выше (5,9 к 11,5), при том, что общая длина корней в два раза выше у растений в емкости 1.1. (приложение 2). То есть в целом разница составляет практически в 4 раза. Такое отсутствие корневой системы у растений в емкости 2.1 может быть связано с тем, что электрический ток подавлял ее развитие [6]. Сама луковица не страдала из-за более плотной структуры (в отличие от корней она имеет защиту в виде сухих чешуй). Но ток, тем не менее, стимулировал физиологические процессы в луковице, вызывающие рост листа. Этот рост происходил, скорее всего, за счет питательных веществ, находящихся в самой луковице, а не в грунт

В емкости 1.2 в результате из 10 луковиц луковица не проросла, остальные показали средний рост (приложение 3). Показатели длины корня в соотношении отличаются в 2 раза (8,5 к 18,4 соответственно), а отношение веса листа к весу корня находятся примерно на одном уровне (приложение 2).

В емкостях 1.3 и 2.3 результат был снижен. Это может объясняться тем, что при взаимодействии с водой K₂O превращается в KOH и в дальнейшем диссоциирует на K⁺ и OH⁻. Находясь в почве ионы под действием электрического тока создают направленное движение от + к −, тем самым оказывая активное влияние на корневую систему растения.

В результате опыта было отмечено, что рост отдельных растений в емкости 1.3 достигал высокого значения. Но две луковицы не проросли.

По графикам в емкости 2.3 показатели роста растений мало чем отличаются от показателей емкости 1.3. Нужно отметить, что 2 луковицы показали слабый результат, но все же проросли. Выход зеленой массы был выше, чем в емкости 1.3 и по отношению веса листа к весу корня тоже. Различия хорошо заметны, если рассматривать каждое растение отдельно. Но, тем не менее, стала прослеживаться тенденция в различном развитии корневой системы: корни растений в емкости с электродами снова оказались слабее и по массе, и по длине.

В емкостях 1.4 и 2.4 результат сильно отличался в между емкостями. При том, что луковицы с воздействием электрического тока развивались нестандартно и в скором времени все погибли, в емкости без электродов результат был достаточно высоким: по весу 18:4 (приложение 2). Это также объясняется влиянием электрического тока. При взаимодействии с водой Р₂О₅ превращается в метафосфорную кислоту, которая диссоциирует на ионы H⁺ и на метафосфат ионы PO₃²⁻. В водном растворе метафосфорная кислота может постепенно переходить в фосфорную, так что возможно также присутствие ионов РО₄³⁻. В результате влияние фосфат-ионов накладывается на воздействие электрическим током, что в целом губительно сказывается на растении.

В емкости 2.5 состояние растений было хорошим, но по выходу зеленой массы результат меньше, чем в емкости 1.5. Общий вес листа был в 2 раза выше, чем такой же показатель в емкости 2.5. Как и у всех растений, которые подвергались воздействию электрического тока, корни были слабыми. Отношение массы листа к массе корня выше, чем такой же показатель у растений в емкости 1.5, но это опять таки из-за слабого развития корневой системы.

В емкостях с органическим удобрением 1.6 и 2.6 существенных отличий не обнаружено. Скорее всего органические кислоты, входящие в состав удобрения слабо диссоциируют и оказывают незначительное влияние на развитие луковицы.

При рассмотрении результатов эксперимента с подключением электрического тока к различным частям растения оказалось, что при подключении вертикального тока, проходящего по оси луковицы от плюса к минусу (емкость 3–4), луковица гибнет. А если ток идет в обратную сторону, то, хоть и слабо, но растение дает результат (приложение 6,7). Причем луковицы, высаженные в грунт были более «успешными» и дали более высокий результат.

Вертикальное воздействие электрическим током в емкостях 7–10 на луковицу по периметру, видимо, было более щадящим. Возможно распределение потоков было рассредоточено не в точечном направлении, по оси, как в емкостях 3–6, а распределялось на весь объем луковицы, чем смягчало воздействие и оно было не столь интенсивным. Но интересно, что в данном случае подключение положительного полюса к верхней части растения не очень хорошо сказалось на результатах, то есть сработало в обратную сторону. И в емкостях, где протекание тока было вертикально вниз (7–8) значения по показателям длины и массы зеленого листа было гораздо ниже, чем в емкостях 9–10 (приложение 7).

Теперь можно сделать окончательные выводы о направленном влиянии электрического тока на рост лука репчатого. В итоге мы выяснили, что при воздействии электрическим током на верхнюю часть луковицы, где подключение отрицательным электродом было сверху, она гибнет (емкость 3 и 4). Несколько лучше обстояли дела в емкостях с противоположным подключением (5 и 6). Самый высокий результат по выходу зеленой массы был получен в контрольной емкости 2, но при этом всхожесть была не 100%. По длине листа наилучший показатель был получен в емкости 12, где в специальном грунте из магазина луковицы подвергались воздействию горизонтально текущего электрического тока. В отличие от первого исследования, во втором был использован ток меньшей силы и напряжения. Видимо этот вариант оказался более оптимальным, поскольку длина пера в отдельных случаях достигала более 100 см. (приложение 5). Возможно, что Жюль Верн в своих фантазиях не ошибался.

Заключение

Опыт показал, что обычному садоводу-любителю, который выращивает урожай у себя на грядке, не следует увлекаться новыми технологиями. Можно просто приобрести специальный грунт в магазине, который обогащен всеми необходимыми минералами. Семена, высаженные в такой грунт, при должном уходе дадут максимальный урожай. Но при масштабном выращивании сельскохозяйственных культур обогащение почвы минеральными удобрениями может быть недостаточно.. Существуют различные варианты использования слабого электрического тока в сельском хозяйстве. В работе рассмотрен только один из них. Можно пропускать ток через стебель растения, подключать к листу, менять силу тока, его направление, периодичность включения или сочетание с другими факторами. Новые технологии должны развиваться и помогать повышать урожайность культур. Традиционные методы культивирования почв необходимо усовершенствовать также и для того, чтобы не нарушать экологическую систему нашей планеты.

В результате работы было проведено исследование влияния электрического тока на рост и развитие лука репчатого при использовании различных удобрений, а также при подключении электрического тока к различным органам растения. Задачи, которые были поставлены для достижения цели решались последовательно и планомерно. В ходе работы были отобраны калийные, фосфатные и азотные удобрения, как наиболее востребованные при выращивании лука репчатого.

Эксперимент был тщательно подготовлен и проводился в течение 35 дней в мае-июне и сентябре-октябре, когда погода и световой день были примерно одинаковы и не могли влиять на результаты эксперимента.

Также были изготовлены электроды различной направленности действия и проведено подключение их к исследуемому материалу.

По результатам эксперимента можно сделать вывод о том, что воздействие на луковицу электрическим током оказывает существенное влияние на рост и развитие растения. Причем в различных вариантах это влияние может быть как положительным, так и отрицательным.

Луковицы гибнут при вертикальной направленности тока вверх от + к −, а также при взаимодействии электрическим током в сочетании с фосфатными удобрениями. В других вариантах применения электрического тока вертикальной направленности (вверх от − к +) гибнет около 50% луковиц, а выход зеленой массы более, чем в два раза отстает от контроля. Развитие мочковатой корневой системы при воздействии электрическим током угнетается.

При воздействии электрическим током всхожесть посадочного материала повышается на 10%. При воздействии слабым электрическим током 0,02А и напряжением 4,5В горизонтальной направленности и без применения каких-либо удобрений высота листа растения существенно повышается. Особенно эта тенденция наблюдается в опытах, где субстратом является песок. А в емкостях с универсальным грунтом наблюдалось повышение общего веса зеленой массы в полтора раза.

В результате проведенных опытов можно предложить такое перспективное применение:

1. В аграрной отрасли:

   Если применить электростимуляцию посадочного материала (семян, луковиц, клубней), то, исходя из результатов данного исследования, можно избежать потери до 10% урожая из-за не всхожести семян. Но даже при минимальном уровне повышения этого показателя, урожайность сельскохозяйственных культур даст ощутимый результат в масштабах страны.

   Электроподавление растений может быть перспективно для борьбы с сорняками в случае выращивания культур с категорическим запретом обработки гербицидами (например виноград, культуры для детского питания и др.).

2. Для частных потребителей:

   Имеется большое количество зарубежных биофизических устройств, предлагаемых для садоводов-экспериментаторов, цветоводов и т.п. Возможно изобрести прибор, который будет помогать на приусадебных участках выращивать более высокие урожаи.

3. Для школ:

   На уроках биологии, физики, технологии можно использовать данную установку, чтобы наглядно показать ученикам влияние и роль электричества в нашей повседневной жизни и применение его в практических целях.

Приложение 1. Сводная таблица результатов исследования 1.