Задача:
Изготовление теплиц-автоматов с досветкой, регулировкой температуры и влажности для выращивания растений требует контроля (чем оперативней контроль, тем лучше) качества создаваемой среды. Качества среды соответствующие потребностям данного растения приводят к более интенсивному росту, высокой жизнестойкости, повышению содержания питательных ве-в, то есть в целом к увеличению энергетических качеств живого растения. Древние, проверенные способы определения состояния растения по цвету листьев, форме всего растения, величине и весу отдельных частей и т. д. сами по себе плохо поддаются научному описанию и обработке, требуют дополнительных средств, химического определения состава, количества воды в тканях (то есть разрушающие методы). В случае определения по количеству и качеству плодов, эти способы подходят только для однолетних растений, к концу вегетации перегоняющие все свое «энергетическое богатство» в плоды. В противном случае эти данные так и остаются трудно передаваемым личным опытом самого садовода. Существуют и более современные и точные способы: по поглощению радиоактивного и в закрытом объеме обычного углерода, по флуоресценции хлорофилла и т. д. Эти способы более оперативны, позволяют быстро получить ответ на быстро изменяющиеся условия среды. Однако эти способы дороги, требуют тонкого оборудования, специального обучения.
Наша задача -- предложить способ может не столь высокоточный и оперативный, но дешевый, простой настолько, чтобы быть освоенным человеком, не имеющим высшего или специального образования, неразрушающий (что, в общем-то, входит в требования о дешевизне), задача универсальности не ставилась, в связи с конкретным применением - при выращивании кактусов.
Выбор объекта - кактусов, не случаен. Кактусы - выносливые растения, не требуют постоянной влажности почвы, большинство из них «исповедуют» принцип -- «Много солнца не бывает». Что наряду с высокой температурной выносливостью дает свободу экспериментатору ошибаться, а автоматике теплиц еще и ломаться.
У кактусов есть одна уникальная возможность. Годами у кактусоводов более северных холодных широт выработалась искусственная мера -- так называемая «зимовка», когда кактусы в холодное время года в течение 3-х месяцев не поливаются (в некоторых случаях полив сильно ограничен), почва остается сухой, растение устанавливается в темное, прохладное помещение. В это время допускается и часто практикуется освобождение корней растения от почвы без нанесения какого-либо ущерба растению. Это позволяет более точно взвесить растение, а неизвестное содержание воды в почве не искажает картину изменения веса растения в процессе «усушки».
Технология подробней:
При наступлении холодов в январе - феврале (температура воздуха падает до 4-6 градусов Цельсия) полив растений прекращается. После высыхания почвы она высыпается из горшка, корни слегка разминаются и отряхиваются. Растение укладывается вертикально в новый стироловый горшочек. Половина кактусов ("не ложи все яйца в одну корзину" во избежание потерь от крыс и мороза) уложена в коробку и отправлена в подвал до следующего взвешивания, после которого туда отправляется другая. Высохший и осыпавшийся грунт после этого момента тщательно собирается и взвешивается вместе с растением (картину изменения веса он сильно не исказит). Растение взвешивается без стаканчика (не влезает в чашку весов), лабораторными рычажными весами 1-20 гр. (больших нет, большая точность пока не нужна, сами весы не жалко). Вес колючек оставшихся в пальцах во время взвешивания не учитывается.
Ожидаемые результаты:
Основная часть веса живого растения приходится на воду, поэтому основное влияние на форму графика изменения веса растения при сушке будет давать изменение веса воды. В начале сушки растение обладает нормальным запасом энергетических ресурсов и воды. В этих условиях на первый план стратегии выживания выступает сохранение нормальной, для жизнедеятельности, температуры, испарение воды происходит легко. Но постепенно, с обеднением свободных запасов, загущении соков, все более выступает вперед сохранение воды как жизненно важной составной. Испарение воды все более уменьшается, температура увеличивается, и растение все более приближается к тому соотношению вода/растворимые вещества, за которым наступает гибель растения. График изменения веса должен, видимо состоять из двух частей соответствующих асимптотам к некоторым двум значениям ординаты. Первая, "обратимая" (в течение которой здоровье растения может быть без вреда восстановлено возобновлением полива), к критическому весу, вторая, после излома, "необратимая" (или обратимая с трудом и потерями), к сухому весу растения. Например, вот так
(Y = -(2.9129119*10^(-4))*x^3+0.0542547*x^2-3.3758049*x+92.4666404):
(переключи в электронный вид, чтобы увидеть картинку)
Результаты взвешиваний
Результаты взвешиваний сведены в таблицу. Полученные графики похожы на ожидаемые, наиболее показателен график N 9, хотя и здесь достичь смерти растения не удалось, в конце "зимовки" N 9 имел очень плачевный вид, но дал корни и к следующему году полностью восстановился. Полученные графики похожы на ожидаемые, но имеются отличия: пик соответствующий (?) факторам, тормозящим испарение воды, находится намного выше по графику (т. е. предсказанный защитный механизм срабатывает намного раньше) и преодоление его внешними факторами воздействия (область за "пиком") не ведет к иссушению и смерти растения и мало влияет на его здоровье, что хорошо видно на образце N 9 (кактус после продолжительной зимовки медленно дал молодые корни и молодой прирост, весеннего "рывка" вегетации не было, но на следующий год он полностью восстановился). После "пика" график не возмущен никакими другими факторами, график похож на плавное высыхание мертвого тела. Это позволяет предположить, что задержка испарения (фактор образующий пик) - это не единственный защитный механизм. Возможно, после преодоления внешними факторами первого защитного механизма включается второй - более-менее всеобъемлющая остановка химических процессов, корректность которых зависит от концентраций растворов в организме растения. Создается впечатление, что в это время испарение воды из растения определяется только физическими факторами.
Вопросы, возникшие к следующим экспериментам
А. Пересчитать силу первого защитного механизма (площадь пика)
Б. Найти зависимость и корреляцию между силой этого фактора и:
- Освещенностью во время вегетации
- Влажностью во время вегетации
- Температурой во время вегетации
- Составом почвы во время вегетации
- Видом (ботаническим) растения
- Климатическими условиями естественного произрастания
- Повреждениями, болезнями, перенесенными растением
- Потерей сил на цветение и плодоношение
В. Найти способы оценки, вычислить, общую крутизну графика без пика
Г. Найти зависимость и корреляцию между ним и:
- Освещенностью во время вегетации
- Влажностью во время вегетации
- Температурой во время вегетации
- Составом почвы во время вегетации
- Видом (ботаническим) растения
- Климатическими условиями естественного произрастания
- Повреждениями, болезнями, перенесенными растением
- Потерей сил на цветение и плодоношение
Д. Вычислить, оценить угол наклона графика после пика
Е. Найти зависимость и корреляцию между ним и:
- Освещенностью во время вегетации
- Влажностью во время вегетации
- Температурой во время вегетации
- Составом почвы во время вегетации
- Видом (ботаническим) растения
- Климатическими условиями естественного произрастания
- Повреждениями, болезнями, перенесенными растением
- Потерей сил на цветение и плодоношение
Ж. Найти способ и подтвердить или опровергнуть предположение, что химические процессы после "пика" приостанавливаются.