هذه المقالة هي واحدة من سلسلة من التجارب تهدف إلى تعليم الطلاب كيفية عمل العلم ، من إنشاء فرضية وتصميم تجربة إلى تحليل النتائج بالإحصاءات. يمكنك تكرار الخطوات هنا ومقارنة نتائجك - أو استخدم هذا كمصدر إلهام لتصميم تجربتك الخاصة.
في بعض الأحيان عندما تعتني بحديقة ، ينتهي بك الأمر بنباتاتك حزينة بشكل غريب. ربما تكون قصيرة وقصيرة ، أو ليست مورقة كما تريد. أول شيء قد يقترحه بعض الناس هو إضافة القليل من السماد لجعل نباتاتك أكبر وأطول. لكن هل الأسمدة تفعل ذلك؟ هذه تجربة لاكتشافها.
الشرح:قوة التسميد لـ N و P
النباتات روائع. باستخدام ثاني أكسيد الكربون والضوء والماء ، يمكنهم إخراج السكر من (تقريبًا) الهواء الرقيق. توضح جيسيكا سافاج:"يتكون معظم النبات من ثاني أكسيد الكربون". "كثيرًا ما يعتقد الناس أن النبات ينمو أو يُبنى من أشياء من التربة. لكنها تنمو من الهواء ". كعالم نبات ، يدرس Savage النباتات. تعمل في جامعة مينيسوتا في دولوث.
لا يمكن للنباتات أن تعيش على الهواء وحدها. إنهم يحتاجون إلى بعض العناصر الأخرى. على سبيل المثال ، يحتوي العمود الفقري للحمض النووي - الجزيء مع التعليمات الوراثية للنبات - على ذرات الفوسفور. وكذلك الحال بالنسبة لـ ATP ، المادة الكيميائية التي تساعد على نقل الطاقة حول الخلية. البروتينات - الجزيئات التي تقوم بالكثير من عمل الخلية - تحتاج إلى ذرات النيتروجين.
عادة ، تحصل النباتات على النيتروجين والفوسفور من التربة. تُعرف بعض النباتات باسم مثبتات النيتروجين. يمكنهم سحب النيتروجين من الهواء وتحويله إلى جزيئات تحتوي على النيتروجين يمكن للنباتات استخدامها. لكن معظم النباتات لا تستطيع القيام بذلك. عليهم الاعتماد على النباتات أو الفطريات الأخرى لتحويل النيتروجين لهم. كما يتعين عليهم الحصول على الفوسفور على شكل فوسفات (فوسفور مرتبط بأربع ذرات أكسجين) ، والذي يتم تكسيره من الصخور الموجودة في الأرض.
تحتوي التربة على الكثير من النيتروجين والفوسفور فيها. لكن الكثيرين لا يفعلون ذلك. يحتوي سماد البستنة على النيتروجين والفوسفور بأشكال يمكن أن تتسرب منها جذور النباتات بسهولة. تقول إعلانات الأسمدة ، مع كل العناصر الغذائية الإضافية ، ستنمو النباتات بشكل أكبر وأسرع.
الشرح:كيف يعمل التمثيل الضوئي
يقول سافاج:"إذا أعطيت [النباتات] الكثير من الضوء والنيتروجين ، فقد تزيد من الكلوروفيل والتمثيل الضوئي". قد يعني هذا أن النباتات ينتهي بها الأمر بمزيد من الأوراق. وتشير إلى أنه مع المزيد من الأوراق ، سيكون لديهم المزيد من السكر. يمكن تحويل هذه السكريات إلى مواد نباتية أكثر. يوضح سافاج أنه باستخدام الأسمدة ، يجب أن تكبر النباتات ، لأنها ستنتج المزيد من السكر.
السؤال هو ما إذا كانت النباتات المخصبة سيكون لها جذور أكبر أو أوراق أكبر أو كليهما. "هل سيركزون على النمو فوق الأرض أو تحتها؟" تسأل.
هذه فرضية يمكنني اختبارها. فرضيتي هي أن النباتات المخصبة ستكون أكبر من تلك التي لم يتم تخصيبها.
تنمو الفجل تنمو
اشتريت عدة عبوات من البذور ، و 24 وعاءًا صغيرًا للبذور البلاستيكية ، وسمادًا نباتيًا ، وتربة تأصيص. لقد تأكدت من أن التربة لا تحتوي على سماد مضاف.
أردت شيئًا يمكنني أن أنموه بسرعة ، ولن يشغل مساحة كبيرة ولن يصبح كبيرًا جدًا. أجريت هذه التجربة في أوائل الخريف في ولاية ماريلاند. لذلك علمت أنني بحاجة إلى نبات يمكن أن ينمو عندما يكون الجو باردًا. قطفت الفجل الذي ينمو جيدًا في أوائل الخريف أو الربيع. يمكن لبعض الأصناف أن تنمو فجلًا كاملاً في 21 يومًا فقط.
احتفظت بـ 12 وعاءًا وعلبة بذور واحدة لنفسي. أعطيت 12 وعاءًا الأخرى وعلبة البذور الأخرى - جنبًا إلى جنب مع بعض الأسمدة والتربة - لمحرري ، سارة زيلينسكي. كان هذا لتوفير تحكم إضافي للموقع. بعد كل شيء ، ماذا لو كانت حديتي أفضل بكثير لنمو النباتات؟ ماذا لو كان أسوأ؟ من خلال تقسيم النباتات بين ساحتي وساحة سارة ، كنت آمل أن أتأكد من أن أي اختلاف مع النباتات يأتي من السماد.
لقد زرعت أنا وسارة بذورنا. في بعض الأحيان ، لا تنبت البذور. لذلك قمنا بزرع أربع بذور متباعدة بشكل متساوٍ في كل وعاء بعناية. ستة من أواني (وستة من سارا) كانت بمثابة أدوات تحكم - أواني لن تحصل على الأسمدة. عولج الستة الآخرون بالأسمدة. لكل منا ، أضاف هذا ما يصل إلى 24 بذرة تحكم و 24 بذرة ستحصل على السماد.
من المهم قراءة واتباع التعليمات الخاصة بنوع السماد الذي تستخدمه. (يتطلب المنجم خلط غطاء صغير من السائل مع خمسة جالونات من الماء.) يمكن أن يتسبب الإفراط في حرق السماد ، حيث تصبح النباتات بنية أو حتى تموت. ذلك لأن النيتروجين الموجود في خليط الأسمدة يكون على شكل ملح يسمى نترات الأمونيوم. يمكن أن تتسبب هذه الأملاح في التربة في ترك الماء للنبات والتوجه نحو التربة المالحة - وهي عملية تسمى التناضح. هذا يمكن أن يجعل النبات جافًا ويبدو محترقًا.
كنا نسقي جميع النباتات بالتساوي بالماء النظيف كل يوم (ما لم تمطر). مرة واحدة في الأسبوع ، قمنا بتطبيق الأسمدة على نصف الأواني. التقطنا أيضًا صورًا كل يوم ، حتى نتمكن من رؤية النباتات تتغير بمرور الوقت.
كما توقعت ، لم تنبت الكثير من بذورنا. في الواقع ، لم ينبت سوى ربع ما ينبت منه. سارة لديها إبهام أكثر خضرة. لقد نجحت في نمو نصف راتبها.
نتائج تألق
كان يوم 21 لحظة الحقيقة! استخرجت أنا وسارة الفجل ووزنتهم وقمنا بقياس الأوراق والجذور.
لقد سحبت الفجل الأول - وشعرت بخيبة أمل كبيرة.
بينما هذه النباتات تستطيع ناضجة في 21 يومًا ، هذا لا يعني أنها تفعل ذلك دائمًا . كان لدينا الفجل ضئيل جدا. لكن هذا ليس بالأمر السيئ. بعد كل شيء ، إذا نمت جميع الفجل حتى لا تكبر ، فقد يكون من الصعب رؤية أي اختلافات عن السماد.
لسوء الحظ ، كان الفجل صغيرًا جدًا لدرجة أنه كان يزن أقل من جرام واحد. معظم موازين المطبخ المنزلية لا تقيس الكتل بهذه الصغر. لقد علقت أنا وسارة في قياس طول الجذور والأوراق لمعرفة ما إذا كان هناك أي فرق.
بدأنا بإحصاء الأوراق على كل نبتة. معًا ، قمنا بزراعة ما مجموعه 30 نباتًا لم تحصل على أي أسمدة. كان معدل نباتات التحكم هذه 4.1 ورقة. قمنا أيضًا بزراعة 24 نبتة في أوانينا المخصبة. كان متوسط الأوراق 5.3 ورقة. يبدو أن النباتات المخصبة كانت تحتوي على أوراق أكثر من نباتات التحكم.
لكن هذا لا يعني أن الاختلاف كان بسبب الأسمدة. لمعرفة ذلك ، أحتاج إلى إجراء إحصائيات - اختبارات يمكنني استخدامها لتفسير بياناتي. في هذه الحالة ، لدينا مجموعتان - مخصبة ومضبوطة. لقد استخدمت اختبار t ، والتي يمكن استخدامها لمقارنة مجموعتين ببعضهما البعض. هناك الكثير من المواقع عبر الإنترنت التي تتيح لك نسخ بياناتك ولصقها. لقد استخدمت هذا من GraphPad.
A اختبار t يمنحك p القيمة. أ ف القيمة هي مقياس للاحتمال الذي قد أرى فيه بالصدفة تباينًا بين المجموعات بحجم المجموعة التي قمت بقياسها. عادة ، يتم التعبير عنها في صورة رقم عشري ، مثل 0.05. سيكون ذلك احتمالًا بنسبة خمسة بالمائة أن أحصل على فرق كبير أو أكبر من الذي رأيته إذا لم يكن هناك فرق حقيقي بين المجموعات. غالبًا ما يفكر العلماء في p القيم الأصغر من 0.05 لتكون ذات مغزى - ما يسمونه مهمًا من الناحية الإحصائية.
في هذه الحالة ، فإن عنصر p كانت القيمة بين الأوراق الملقحة وأوراق الشاهد 0.0001 أو 0.01٪. هذا الاختلاف ذو دلالة إحصائية. لكن هذا لا يخبرك ما إذا كان الفرق بين الاثنين كبيرًا. يمكن أن يكون الاختلاف صغيرًا جدًا ولا يزال ذو دلالة إحصائية. لمعرفة ما إذا كان لدي فرق كبير ، أحتاج إلى إجراء اختبار يسمى Cohen’s d. يمكنك أيضًا تشغيل ذلك مجانًا عبر الإنترنت. لقد استخدمت الآلة الحاسبة هنا.
لحساب كوهين د ، أحتاج إلى رقم يسمى الانحراف المعياري. هذا هو المقدار الذي تختلف به كل مجموعة من البيانات عن المتوسط (أو المتوسط). للعثور على ذلك ، ذهبت إلى بياناتي في Microsoft Excel ، وكتبت في الوظيفة "=STDEV" وقمت بتمييز مجموعة البيانات الخاصة بي. لقد أدخلت في الآلة الحاسبة المتوسط والانحراف المعياري وعدد النباتات في كل مجموعة.
كان د كوهين 1.3. يعتبر العلماء عادة أي رقم يزيد عن 0.8 فرقًا كبيرًا. لذلك يبدو أن نباتاتنا المخصبة كانت تحتوي على أوراق أكثر من نباتاتنا غير المخصبة ، وأن الأسمدة أحدثت فرقًا كبيرًا في عدد الأوراق.
قمنا أيضًا بقياس طول الأوراق وطول الجذور. لقد قمت بتضمين قيم p لكل واحدة و Cohen's d في الجدول أدناه. كان للنباتات المخصبة جذور أطول ، لكن هذا الاختلاف لم يكن كبيرًا. كانت لديهم أيضًا أوراق أطول ، وهنا كان الاختلاف كبيرًا مرة أخرى.
لقد بدأت بفرضية أن النباتات المخصبة ستكون أكبر من تلك التي لم يتم تخصيبها. حسنًا ، كان للنباتات المخصبة أوراق أكثر وأوراقها أطول. كانت الجذور أطول أيضًا ، رغم أن الاختلاف لم يكن كبيرًا جدًا. بشكل عام ، يبدو أن السماد يجعل الفجل ينمو بشكل أكبر مما قد ينمو في غير ذلك.
بالطبع ، كل تجربة لها حدود - أشياء كان من الممكن أن تتحسن. على سبيل المثال ، لماذا نبت القليل من الفجل؟ أعتقد أنه ربما إذا فعلت ذلك مرة أخرى ، فسوف أضع أواني في مكان أكثر إشراقًا. لقد قمت أيضًا بسحب النباتات عندما كانت لا تزال صغيرة. في تجربة أخرى ، سأمنحهم المزيد من الوقت للنمو. بعد كل شيء ، لدينا خضار فجل أكبر. من الممكن أنه مع المزيد من الأوراق ومزيد من الوقت في الشمس - وبالتالي المزيد من التمثيل الضوئي - سننتهي بفجل أكبر.
هناك الكثير من الأشياء الأخرى التي يمكنك تجربتها. يمكنني تجربة "جرعات" مختلفة من الأسمدة. يمكنني أيضًا تجربة أنواع مختلفة من الفجل. ربما يستجيب البعض للأسمدة بشكل أفضل من البعض الآخر. هناك الكثير من العلوم التي يمكن إجراؤها باستخدام بعض الأوساخ والقليل من البذور.
المواد
- Miracle Gro (7.48 دولار أمريكي)
- تربة تأصيص عضوية (محصول ممتص ، 32 دولارًا)
- بذور الفجل (Cherry Belle ، 21 يومًا ، 1.95 دولارًا أمريكيًا / علبة)
- أواني الشتلات (0.50 دولار لكل وعاء)
- أكواب القياس (7.46 دولار أمريكي)
- قفازات النتريل أو اللاتكس (4.24 دولار أمريكي)
- مقياس رقمي صغير (11.85 دولارًا أمريكيًا)
