วิธีพัฒนาการทดลองวิทยาศาสตร์ของคุณเอง

ทดสอบพลังปุ๋ยกับการทดลองพันธุ์สวนนี้

บทความนี้เป็นหนึ่งในชุดการทดลองที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อสอนนักเรียนเกี่ยวกับวิธีการทำวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่การสร้างสมมติฐานและการออกแบบการทดลองไปจนถึงการวิเคราะห์ผลลัพธ์ด้วยสถิติ คุณสามารถทำซ้ำขั้นตอนที่นี่และเปรียบเทียบผลลัพธ์ของคุณ หรือใช้สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจในการออกแบบการทดสอบของคุณเอง

บางครั้งเมื่อคุณดูแลสวน ต้นไม้ของคุณอาจดูเศร้าอย่างผิดปกติ บางทีมันอาจจะสั้นและมีขนแข็งหรือไม่เป็นใบตามที่คุณต้องการ สิ่งแรกที่บางคนอาจแนะนำคือการใส่ปุ๋ยเล็กน้อยเพื่อทำให้ต้นไม้ของคุณใหญ่ขึ้นและสูงขึ้น แต่ปุ๋ยจะทำอย่างนั้นหรือ? นี่คือการทดลองเพื่อหาคำตอบ

พืชเป็นสิ่งมหัศจรรย์ การใช้คาร์บอนไดออกไซด์ แสง และน้ำ ทำให้น้ำตาลจาก (เกือบ) อากาศบางได้ “พืชส่วนใหญ่ทำมาจากคาร์บอนไดออกไซด์” เจสสิก้า ซาเวจอธิบาย “หลายครั้งที่ผู้คนคิดว่าต้นไม้เติบโตหรือสร้างขึ้นจากสิ่งของจากดิน แต่มันเติบโตจากอากาศ” ในฐานะนักพฤกษศาสตร์ Savage ศึกษาเกี่ยวกับพืช เธอทำงานที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตาในดุลูท

พืชไม่สามารถอยู่รอดได้ในอากาศเพียงลำพัง พวกเขาต้องการองค์ประกอบอื่นอีกสองสามอย่าง ตัวอย่างเช่น กระดูกสันหลังของดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีคำสั่งทางพันธุกรรมของพืช มีอะตอมของฟอสฟอรัสอยู่ในนั้น ATP สารเคมีที่ช่วยถ่ายเทพลังงานรอบเซลล์ก็เช่นกัน โปรตีน — โมเลกุลที่ทำหน้าที่ส่วนใหญ่ของเซลล์ — ต้องการอะตอมไนโตรเจน

โดยปกติพืชจะได้รับไนโตรเจนและฟอสฟอรัสจากดิน พืชบางชนิดเรียกว่าการตรึงไนโตรเจน พวกเขาสามารถดึงไนโตรเจนจากอากาศและเปลี่ยนเป็นโมเลกุลที่มีไนโตรเจนซึ่งพืชสามารถใช้ได้ แต่พืชส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้ พวกเขาต้องพึ่งพาพืชหรือเชื้อราชนิดอื่นเพื่อเปลี่ยนไนโตรเจนสำหรับพวกมัน พวกเขายังต้องได้รับฟอสฟอรัสในรูปของฟอสเฟต (ฟอสฟอรัสจับกับอะตอมออกซิเจนสี่อะตอม) ซึ่งแตกออกจากหินในดิน

ดินมีไนโตรเจนและฟอสฟอรัสอยู่มาก แต่หลายคนทำไม่ได้ ปุ๋ยสำหรับทำสวนประกอบด้วยไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในรูปแบบที่รากพืชสามารถย่อยได้ง่าย โฆษณาปุ๋ยบอกว่าพืชจะเติบโตใหญ่ขึ้นและเร็วขึ้นด้วยสารอาหารเพิ่มเติมทั้งหมด

“ถ้า [พืช] ได้รับแสงและไนโตรเจนเป็นจำนวนมาก พวกมันอาจเพิ่มคลอโรฟิลล์และการสังเคราะห์ด้วยแสง” Savage กล่าว นั่นอาจหมายความว่าพืชจะมีใบมากขึ้น เธอตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อมีใบมากขึ้นพวกเขาจะมีน้ำตาลมากขึ้น น้ำตาลเหล่านั้นสามารถทำเป็นวัสดุจากพืชได้มากขึ้น ด้วยปุ๋ย Savage อธิบายว่าพืชควรใหญ่ขึ้นเพราะจะทำให้น้ำตาลมากขึ้น

คำถามคือว่าพืชที่ปฏิสนธิจะมีรากที่ใหญ่กว่า ใบที่ใหญ่กว่า หรือทั้งสองอย่าง “พวกเขาจะมุ่งเน้นไปที่การเติบโตบนหรือใต้พื้นดิน?” เธอถาม.

นั่นเป็นสมมติฐานที่ฉันสามารถทดสอบได้ สมมติฐานของฉันคือพืชที่ปฏิสนธิจะใหญ่กว่าพืชที่ไม่ได้รับการปฏิสนธิ

ปลูกหัวไชเท้าเติบโต

ฉันซื้อเมล็ดพืชหลายห่อ กระถางพลาสติกขนาดเล็ก 24 กระถาง ปุ๋ยพืชและดินปลูก ฉันแน่ใจว่าดินไม่มีปุ๋ยเพิ่ม

ฉันต้องการบางอย่างที่ฉันสามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่ใช้พื้นที่มากนัก และไม่ใหญ่เกินไป ฉันทำการทดลองนี้เมื่อต้นฤดูใบไม้ร่วงในรัฐแมรี่แลนด์ ฉันจึงรู้ว่าฉันต้องการต้นไม้ที่สามารถเติบโตได้เมื่ออากาศเย็น ฉันเลือกหัวไชเท้าซึ่งเติบโตได้ดีในต้นฤดูใบไม้ร่วงหรือฤดูใบไม้ผลิ บางพันธุ์สามารถปลูกหัวไชเท้าได้เต็มที่ในเวลาเพียง 21 วันเท่านั้น

ฉันเก็บกระถาง 12 ใบและเมล็ดพืชหนึ่งห่อไว้ใช้เอง ฉันมอบกระถางอีก 12 กระถางและเมล็ดพืชอีกชุดหนึ่ง พร้อมปุ๋ยและดิน ให้กับ Sarah Zielinski บรรณาธิการของฉัน ทั้งนี้เพื่อให้มีการควบคุมเพิ่มเติมสำหรับสถานที่ ท้ายที่สุดแล้วจะเกิดอะไรขึ้นถ้าสวนของฉันดีขึ้นมากสำหรับการปลูกพืช เกิดอะไรขึ้นถ้ามันแย่ลง? การแบ่งต้นไม้ระหว่างสวนของฉันกับสวนของ Sarah ฉันหวังว่าจะแน่ใจว่าความแตกต่างของต้นไม้นั้นมาจากปุ๋ย ฉันกับซาร่าห์ปลูกเมล็ดพันธุ์ของเรา บางครั้งเมล็ดก็ไม่แตกหน่อ ดังนั้นเราจึงปลูกเมล็ดที่มีระยะห่างเท่ากันสี่เมล็ดในกระถางแต่ละใบอย่างระมัดระวัง หม้อหกใบของฉัน (และของ Sarah อีกหกใบ) ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุม — หม้อที่จะไม่ได้รับปุ๋ย อีกหกคนของเราได้รับการรักษาด้วยปุ๋ย สำหรับเราแต่ละคน ได้รวมเมล็ดพันธุ์ควบคุม 24 เมล็ด และ 24 เมล็ดที่จะได้รับปุ๋ย

สิ่งสำคัญคือต้องอ่านและปฏิบัติตามคำแนะนำสำหรับประเภทของปุ๋ยที่คุณใช้ (เหมืองต้องผสมของเหลวหนึ่งฝาเล็กๆ กับน้ำ 5 แกลลอน) มากเกินไปอาจทำให้ปุ๋ยไหม้ได้ ซึ่งพืชมีสีน้ำตาลหรือตายได้ นั่นเป็นเพราะว่าไนโตรเจนในปุ๋ยผสมจะอยู่ในรูปของเกลือที่เรียกว่าแอมโมเนียมไนเตรต เกลือดังกล่าวในดินอาจทำให้น้ำออกจากพืชและมุ่งหน้าไปยังดินที่มีความเค็ม ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าออสโมซิส สิ่งนี้สามารถทำให้พืชแห้งและดูถูกไฟไหม้

เรารดน้ำต้นไม้ทุกต้นอย่างเท่าเทียมกันด้วยน้ำสะอาดวันเว้นวัน (เว้นแต่ฝนจะตก) สัปดาห์ละครั้ง เราใส่ปุ๋ยครึ่งกระถาง เรายังถ่ายรูปทุกวัน เพื่อให้เราเห็นพืชเปลี่ยนไปตามกาลเวลา

อย่างที่ฉันคาดไว้ เมล็ดพืชของเราจำนวนมากไม่แตกหน่อ อันที่จริงมีเพียงประมาณหนึ่งในสี่ของฉันงอกออกมา Sarah มีนิ้วหัวแม่มือที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เธอประสบความสำเร็จในการเติบโตครึ่งหนึ่งของเธอ

ผลหัวไชเท้า

วันที่ 21 เป็นช่วงเวลาแห่งความจริง! ฉันกับซาราห์ดึงหัวไชเท้าออกมา ชั่งและตวงใบและราก

ฉันดึงหัวไชเท้าแรกออกมา – และค่อนข้างผิดหวัง

แม้ว่าพืชเหล่านี้จะเติบโตได้ภายใน 21 วัน แต่ก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะโตเสมอไป หัวไชเท้าของเราค่อนข้างบอบบาง แต่นั่นไม่ใช่สิ่งเลวร้าย อย่างไรก็ตาม หากหัวไชเท้าทั้งหมดเติบโตจนไม่สามารถใหญ่ขึ้นได้ ก็อาจมองเห็นความแตกต่างจากปุ๋ยได้ยากขึ้น

น่าเสียดายที่หัวไชเท้ามีขนาดเล็กมากจนน้ำหนักไม่ถึงหนึ่งกรัม เครื่องชั่งในครัวส่วนใหญ่ไม่ได้วัดมวลที่เล็กขนาดนั้น ฉันกับซาราห์ต้องวัดความยาวของรากและใบเพื่อดูว่ามีความแตกต่างกันหรือไม่

เราเริ่มต้นด้วยการนับใบในแต่ละต้น เราปลูกพืชทั้งหมด 30 ต้นที่ไม่ใส่ปุ๋ยด้วยกัน พืชควบคุมเหล่านี้มีใบเฉลี่ย 4.1 ใบ เรายังปลูกพืช 24 ต้นในกระถางที่ผสมปุ๋ยแล้ว ใบเหล่านี้มีค่าเฉลี่ย 5.3 ใบ ดูเหมือนว่าพืชที่ปฏิสนธิจะมีใบมากกว่าพืชควบคุม

แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าความแตกต่างเกิดจากปุ๋ย หากต้องการทราบสิ่งนี้ ฉันต้องเรียกใช้สถิติ — การทดสอบที่ฉันสามารถใช้ตีความข้อมูลของฉันได้ ในกรณีนี้ เรามีสองกลุ่ม — ปฏิสนธิและควบคุม ฉันใช้การทดสอบ t ซึ่งสามารถใช้เพื่อเปรียบเทียบสองกลุ่มเข้าด้วยกัน มีเว็บไซต์ออนไลน์มากมายที่ให้คุณคัดลอกและวางข้อมูลของคุณ ฉันใช้อันนี้จาก GraphPad

การทดสอบ t ให้ค่า p แก่คุณ ค่า p คือการวัดความน่าจะเป็นที่บังเอิญฉันจะได้เห็นความแปรผันระหว่างกลุ่มต่างๆ ที่ใหญ่พอๆ กับที่ฉันวัดได้ โดยปกติจะแสดงเป็นทศนิยม เช่น 0.05 นั่นจะเป็นโอกาสห้าเปอร์เซ็นต์ที่ฉันจะได้รับความแตกต่างมากหรือใหญ่กว่าที่ฉันเห็นถ้าไม่มีความแตกต่างระหว่างกลุ่มอย่างแท้จริง นักวิทยาศาสตร์มักถือว่าค่า p ที่น้อยกว่า 0.05 มีความหมาย ซึ่งเรียกว่ามีนัยสำคัญทางสถิติ

ในกรณีนี้ ค่า p ระหว่างใบที่ปฏิสนธิกับใบควบคุมเท่ากับ 0.0001 หรือ 0.01 เปอร์เซ็นต์ ความแตกต่างนั้นมีนัยสำคัญทางสถิติ แต่นั่นไม่ได้บอกคุณว่าความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้มีขนาดใหญ่หรือไม่ ความแตกต่างอาจมีขนาดเล็กมากและยังคงมีนัยสำคัญทางสถิติ เพื่อดูว่าฉันมีความแตกต่างมากหรือไม่ ฉันต้องเรียกใช้การทดสอบที่เรียกว่า Cohen’s d คุณสามารถเรียกใช้ออนไลน์ได้ฟรี ฉันใช้เครื่องคิดเลขที่นี่

สำหรับการคำนวณ d ของโคเฮน ฉันต้องการตัวเลขที่เรียกว่าค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน นี่คือจำนวนที่ข้อมูลแต่ละชุดแตกต่างจากค่าเฉลี่ย (หรือค่าเฉลี่ย) ในการค้นหานั้น ฉันไปที่ข้อมูลของฉันใน Microsoft Excel พิมพ์ฟังก์ชัน “= STDEV” และเน้นชุดข้อมูลของฉัน ฉันเสียบค่าเฉลี่ย ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน และจำนวนพืชในแต่ละกลุ่มเข้ากับเครื่องคิดเลข

ค่า d ของโคเฮนของฉันคือ 1.3 นักวิทยาศาสตร์มักจะถือว่าตัวเลขใดๆ ที่มากกว่า 0.8 นั้นมีความแตกต่างกันมาก ดังนั้น จึงปรากฏว่าพืชที่ปฏิสนธิของเรามีใบมากกว่ากลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับปุ๋ย และปุ๋ยก็สร้างความแตกต่างอย่างมากในจำนวนใบ

เรายังวัดความยาวของใบและความยาวของรากด้วย ฉันได้รวมค่า p สำหรับแต่ละค่าและค่าของ Cohen ไว้ในตารางด้านล่าง พืชที่ปฏิสนธิมีรากที่ยาวกว่า แต่ความแตกต่างนั้นไม่ใหญ่มาก พวกมันยังมีใบที่ยาวกว่า และที่นี่มีความแตกต่างกันอย่างมาก

ฉันเริ่มต้นด้วยสมมติฐานที่ว่าพืชที่ปฏิสนธิจะมีขนาดใหญ่กว่าพืชที่ไม่ได้รับการปฏิสนธิ พืชที่ปฏิสนธิมีใบมากขึ้นและใบก็ยาวขึ้น รากก็ยาวเช่นกัน แม้ว่าความแตกต่างจะไม่ใหญ่มาก โดยรวมแล้ว ดูเหมือนว่าปุ๋ยจะทำให้หัวไชเท้าโตมากกว่าที่ควรจะเป็น

แน่นอน การทดสอบทุกครั้งมีข้อจำกัด — สิ่งต่างๆ ที่อาจดีขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น เหตุใดหัวไชเท้าของฉันจึงงอกออกมาเพียงเล็กน้อย ฉันคิดว่าบางทีถ้าฉันทำมันอีกครั้ง ฉันจะวางกระถางในที่ที่มีแสงแดดส่องถึง ฉันยังดึงต้นไม้เมื่อพวกมันยังเล็กอยู่ ในการทดลองอื่น ฉันจะให้เวลาพวกเขาเติบโตมากขึ้น ท้ายที่สุด เราก็ได้หัวไชเท้าที่ใหญ่ขึ้น เป็นไปได้ว่าหากมีใบมากขึ้นและใช้เวลาอยู่กลางแดดมากขึ้น และการสังเคราะห์แสงมากขึ้น เราก็จะได้หัวไชเท้าที่ใหญ่ขึ้น

มีอีกหลายอย่างที่ต้องลอง ฉันสามารถลองใช้ “ปริมาณ” ของปุ๋ยที่แตกต่างกัน ฉันสามารถลองใช้หัวไชเท้าประเภทต่างๆ ได้ บางทีบางคนอาจตอบสนองต่อปุ๋ยได้ดีกว่าคนอื่น มีวิทยาศาสตร์มากมายที่สามารถทำได้ด้วยสิ่งสกปรกและเมล็ดพืชบางส่วน

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ mauicoastcondo.com