Исследование ранних этапов развития культурных растений в субстрате на основе кофейного жмыха (коффелита). Проблема засоленности почв | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 октября, печатный экземпляр отправим 6 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Биология

Опубликовано в Юный учёный №4 (45) апрель 2021 г.

Дата публикации: 02.04.2021

Статья просмотрена: 38 раз

Библиографическое описание:

Гольцверт, Г. С. Исследование ранних этапов развития культурных растений в субстрате на основе кофейного жмыха (коффелита). Проблема засоленности почв / Г. С. Гольцверт, Ф. И. Каюпов. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 4 (45). — С. 31-34. — URL: https://moluch.ru/young/archive/45/2440/ (дата обращения: 22.09.2021).



Ключевые слова: растение, сельское хозяйство, кофейный субстрат, почва, экспериментальная почва, выращивание растений.

В современном развивающемся обществе в связи с совершенствованием технических средств, производств и технологий появляются не только новые достижения, но и новые проблемы, связанные между собой. Одним из таких важных вопросов является нехватка земельных ресурсов для растениеводства в сельском хозяйстве. В результате обильного использования синтетических удобрений на основе различных химических веществ в почве, используемой для выращивания необходимых человеку культурных растений, накапливается чрезмерное количество солей, которое не позволяет нормально развиваться сельскохозяйственным культурам. В результате этих процессов возникает проблема нехватки плодородных почв, для выращивания основных сельскохозяйственных культур — основы питания человека. Это может перерасти в еще большую проблему, если не развивать такие науки как ботаника, почвоведение, биохимия и физиология растений. Именно поэтому, наша научная работа была направлена, в первую очередь, на изучение свойств новой почвы на основе коффелита посредством выращивания в ней основных культурных семейств сельскохозяйственных растений. Мы провели исследования, целью которых было выявление новых субстратов для выращивания культурных растений, на основе отходов, производимых человеком в быту. При проведении исследований нами была выдвинута гипотеза, что некоторые пищевые отходы человека, которые не представляют пищевой ценности и не используются для других подобных целей, могут использоваться для выращивания культурных растений. В частности, отходы кофейных напитков — коффелит.

Экскурс в историю

Проблема засоленности почв имеет большое количество предпосылок, главная из которых начинается еще в 20-е, 30-е годы XX века, когда начинается активная химизация сельского хозяйства. Химизация сельского хозяйства представляет собой способ повышения урожайности культурных растений, улучшение показателей и свойств почвы посредством внесения в субстрат некоторого количества химически синтезированных удобрений. Преимущественно калийных, азотистых, фосфатных и сульфатных удобрений, производство которого стало более активным в начале XX века. Такой метод повышения урожайности был предложен академиком Дмитрием Николаевичем Прянишниковым. Ученый предложил вносить некоторое количество химического вещества в почву и тем самым улучшать ее показатели. Сам академик Прянишников неоднократно повторял, что при данной методики необходимо точно соблюдать аккуратность при применении разных количеств удобрений, так как их избыток может пагубно отразиться на здоровье растений и свойствах почвы. Он утверждал, что недостаток знаний удобрениями не исправить. Но, как это бывает, слова Прянишникова об осторожности не были услышаны — на территории огромной страны начали применять избыточное количество удобрений. Данная проблема проявляется не сразу после применения химического вещества, так как необходимо время, чтобы активные части химического вещества перешли в форму, которую усваивают растения и остаток перешел в почву, нарушив ее солевой баланс. Таким образом, в современном мире мы имеем большое количество засоленных территорий. Сам академик Д. Н. Прянишников не может нести за это никакой ответственности — ни моральной, ни какой-либо иной. Его позиция была направлена на сохранение окружающей среды при применении химических удобрений. Всему вина неверная интерпретация его слов. Д. Н. Прянишников — великий ученый, боровшийся с голодом.

Д. Н. Прянишников

Рис. 1. Д. Н. Прянишников

На Земле существуют растения, которые способны произрастать и нормально развиваться на засоленных почвах. Такие растений называются галофитами. Среди них известны такие растения как полынь, трава-тархун, ежовник и т. п. Но такие растения не могут обеспечить мир едой. Они используются в парфюмерии, медицине, пищевой промышленности, но обеспечить едой всю планету они все же не способны. Именно поэтому нам необходимо разрабатывать новые субстраты, в которых мы сможем выращивать основные культурные растения, без вреда для окружающей среды. В современном мире все известнее становятся идеи экосистемного и природоохранного сельского хозяйства. Оно основывается на выращивании растений без удобрений, сохранении почвенных ресурсов и вообще бережном отношение к окружающей среде при ведении сельского хозяйства.

Именно с целью изучения таких методов ведения сельского хозяйства нами было исследовано, как разные семейства культурных растений могут развиваться в субстрате, не включающем в свой состав почву (чернозем).

Постановка эксперимента

Было принято решение о выращивании основных семейств культурных растений в чистом коффелите. Были использованы такие семейства как: 1. Пасленовые (15 семян); 2. Злаковые (18 семян); 3. Бобовые (10 семян); 4. Тыквенные (10 семян); 5. Астровые (20 семян). Было засеяно две группы растений. Первая группа была выращена в чистом коффелите в прозрачных контейнерах для возможности наблюдения за развитием корней. Вторая группа тех же растений в тех же количествах была посажена в обычную почву на основе чернозема. Все растения находились в одинаковых условиях. Из семейства бобовых был выбран горох, из злаковых — ячмень, из пасленовых — томат, из тыквенных — тыква, из астровых — подсолнечник. Данный этап эксперимента был направлен на выявление возможности выращивания культурных растений в грунте из чистого коффелита. Для чистоты эксперимента растения были помещены в одинаковые условия, что дает возможность опираться на полученные данные.

Для исследования химических и физических свойств экспериментальной почвы на основе кофейного жмыха (коффелита) и последующим растений, рост которых благоприятен в данном субстрате, было взято 10 контейнеров (5 экспериментальных, 5 контрольных) с экспериментальной и черноземной почвой. Были посажены растения разных семейств («Злаки», «Тыквенные», «Пасленовые», «Астровые», «Бобовые»). Планируется дальнейшее измерение и наблюдение за прорастанием семян и развитием растений.

Далее представлены постепенные изменения, действия исследователя и замечания, которые необходимо было фиксировать для дальнейшего совершенствования методики выполнения эксперимента.

Ход эксперимента.

1 день. Посажены все группы растений в экспериментальный и контрольный грунт. Одинаковое количество семян растений в каждой группе: 1. Горох — 20 семян. 2. Тыква — 10 семян. 3. Ячмень — 18 семян. 4. Томат — 15 семян. 5. Подсолнечник — 20 семян.

2 день. Появление белого налета на поверхности грунта экспериментальной группы. Микроскопическое исследование показало, что это белая плесень — пеницилл. Проростков нет.

5 день. Появление побегов ячменя в контрольной группе. Полив растений. Исчезновение белого налета.

8 день. Появление ростков всех растений, кроме томата. Активный рост. Было замечено, что семена гороха, тыквы, ячменя взошли первыми в экспериментальной почве. Однако активнее и быстрее побеги растут в классической почве. Всхожесть семян гороха выше в кофейном субстрате, то же наблюдаем в случае с тыквой. Вероятно, это может быть связано с избытком или недостатком некоторых химических веществ, которые в разных количествах необходимы при стадиях кущения, стеблевания и плодоношения.

Ростки Ростки

Рис. 2. Ростки

10 день. Активный рост тыквы. Взошли побеги томата. Полная всхожесть в классической почве. Ростки в кофейном субстрате развиваются медленнее. Активный рост подсолнечника, аналогичный томату.

15 день. Завершение эксперимента. Были созданы условия засухи. Экспериментальная почва на основе коффелита устойчива к засухе. Растения в экспериментальном грунте чувствуют себя хорошо. Активный рост. Многие растения в классической почве погибли.

Краткий вывод.

Эксперимент показал, что экспериментальная почва на основе кофейного субстрата может использоваться в качестве грунта для выращивания различных семейств культурных растений.

Из-за сохранения в коффелите необходимых питательных веществ, богатых азотом, из-за хорошей водоудерживающей и воздухопроницаемой способности, новый субстрат может служить в качестве грунта для выращивания культурных растений, которые мы исследовали.

В первую очередь стоит уделить внимание самим субстратам, а именно кофейному субстрату (коффелит). Было выявлено, что кофеин является природным веществом — инсектицидом, т. е. веществом, способным отпугивать вредоносных насекомых. Это делает субстрат на основе кофе прекрасной альтернативой синтетическим удобрениям, которые способны нанести вред и растениям, растущим в непосредственной близости, и животным, обитающим в окружающей среде, и почве, на которой происходит возделывание той или иной культуры растений. Доказано, что добавление кофеина к химическим инсектицидам в несколько раз улучшает действие препарата. Коффелит содержит некоторое количество белков, которые могут служить источником азота, необходимого для нормального развития растений.

  1. Ячмень. Ячмень отличается высокой продуктивностью, скороспелостью, засухоустойчивостью, сравнительной холодостойкостью яровых форм и требовательностью к теплу и химическому составу почвы. Однако лучше размещать его на плодородных структурных легко- и среднесуглинистых почвах с глубоким пахотным слоем и нейтральной или слабощелочной реакцией.
  2. Тыква. Из заметок по особенным свойствам тыквы стоит выделить невосприимчивость фиголистной тыквы к прикорневым гнилям, которые вызываются патогенными бактериями и грибами.

Тыквенные культуры отрицательно относятся к избытку влаги в почве и воздухе. К свету и теплу особенно требовательны.

  1. Горох. Горох требователен к влаге. Наибольшее потребление воды наблюдается в периоды до формирования и созревания бобов. Излишнее увлажнение почвы горох воспринимает благоприятно, но побочным эффектом является затягивание периода вегетации.
  2. Подсолнечник. Экологически подсолнечник — степной вид растения. Дикие предки современного подсолнечника росли в сухих областях Северной Америки. Затем этот вид нашел вторую Родину в России.
  3. Томат. Культура томата отличается сравнительно высоким водопотреблением вплоть до плодообразования. Такие условия, как нерегулярный полив и недостаток в почве кальция способны вызвать болезнь растения под названием «вершинная гниль плодов».

Заключение

В результате эксперимента, удалось выяснить и доказать, что органические отходы кофейных напитков могут быть использованы для выращивания определенных культурных растений. Из-за большого содержания азота, кофейный жмых представляет собой хорошую основу для выращивания растений. Это позволяет нам использовать отходы, не применяемые ни в какой другой области, для выращивания растений на чистом коффелите, без добавления иных органических и неорганических веществ. Эксперимент подтвердил гипотезу исследования. Из-за сохранения некоторых веществ, которые необходимы для роста и развития растений, в кофейном субстрате, из-за сохранения необходимой консистенции и физических свойств, выращивание культурных растений в коффелите возможно. Все исследования требуют дальнейших проверок и доработок как с практической, так и с теоретической точки зрения.

Вывод

Выращивая растения на органических отходах, мы можем поспособствовать экономии и сохранению необходимых и очень ценных природных ресурсов, дать вторичную ступень использования отходов, тем самым сократив количество мусора, производимого человечеством. Такой способ выращивания основной пищевой культуры человека может быть смежно соединен с разработками итальянских ученых о выращивании растений на поверхности водоемов, с целью экономии территории. Все это поможет грамотно использовать природные ресурсы, улучшить экологическую обстановку в современном обществе и поспособствовать помощи различным территориям Земли с целью устранения риска голода. Такие способы выращивания культурных растений могут быть использованы на территориях с повышенной засоленностью почв, грубыми, неплодородными почвами и с нестабильными климатическими условиями. В такие территории входят страны Западно-азиатского центра происхождения культурных растений по Н. И. Вавилову — Афганистан, Иран, Ирак. Нам необходим переход на природосообразное, или экосистемное сельское хозяйство, иначе территории, на которых мы сможем выращивать продовольствие, быстро исчезнут, и человечеству будет грозить голод. Используя современные методики ведения сельского хозяйства, мы сможем предупредить многие мировые проблемы, имеющие как экологический, так и экономический характер. В число этих современных исследований входят и наша работа по выращиванию культурных растений на новой почве, на основе кофейного субстрата (коффелита), вышедшего из пищевого употребления после всех необходимых процессов. Давайте беречь природу!

Литература:

  1. Атлас «Мир культурных растений». В. Д. Баранов, Г. В. Устименко. «Мысль». 1994 год.
  2. Ботаника. Морфология и анатомия высших растений: Учебник. Л. И. Лотова. «ЛЕНАНД» 2016, 2019 год.
  3. Атлас «Наглядная биохимия». Я. Кольман, К.-Г. Рем. «Лаборатория знаний». 2019 год.
  4. «Пять континентов». Н. И. Вавилов. «Мысль». 1987 год.
  5. «Heimat und Welt». Weltatlas. Ausgabe Bayern. Dr. Fritz Achilles, Gottfried Bräuer, Karl-Heinz Brubach, Johannes Derichs, Prof. Dr. Jürgen Nebel, Prof. Dr. Jürgen Newig. «Westermann». 1994 Herstellungsjahr.
  6. «Революция Растений». Стефано Манкузо. «Бомбора». 2019 год.


Ключевые слова

растение, сельское хозяйство, почва, кофейный субстрат, экспериментальная почва, выращивание растений
Задать вопрос