課題研究 水葫蘆泛濫與生物入侵

課題研究 水葫蘆泛濫與生物入侵 1.研究目的水葫蘆泛濫造成的環(huán)境問題已成為人們關(guān)注的熱點話題。通過對水葫蘆泛濫與生物入侵的課題研究，了解水葫蘆的生物學(xué)特征、生活史、泛濫成因及防治對策，初步學(xué)會調(diào)查研究、對照實驗、資料收集和處理等方法，增強人們的環(huán)保意識和社會責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)合作、堅韌不拔和自主探索的精神。2.研究過程2001年9月：組成課題組，選題，上網(wǎng)收集資料。2001年上旬至中旬：制定課題方案。2001年10月下旬至于12月底：實踐體驗。A調(diào)查。利用周二下午和雙休日調(diào)查嘉興市區(qū)和平湖市當(dāng)湖鎮(zhèn)所有河流、湖泊水葫蘆分布情況，觀察水葫蘆形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境。B取樣。在嘉興市區(qū)環(huán)城河南湖大橋段和南湖取20水樣，化驗其理化性質(zhì)（PH值、陰離子、陽離子、顏色、氣味、味道、懸浮物等）。還打撈了5個植株，測量根、莖、葉有關(guān)數(shù)據(jù)（詳見表論文中表1）。C實驗。在4個分別盛有等量河水、大量尿素的自來水、少量尿素的自來水和自來水的水槽中，放養(yǎng)大小基本相同的水葫蘆植株（葉長20CM），觀察其生長情況，并測量有關(guān)數(shù)據(jù)。還對盛有河水的水槽檢測其放養(yǎng)水葫蘆前后金屬的變化。D采訪。實地采訪秀城區(qū)建設(shè)街道南湖橋社區(qū)黨支部書記張留忠、居民袁永康、市水利局工程師、平湖當(dāng)湖鎮(zhèn)農(nóng)技站農(nóng)藝師老張及兩位船工，了解水葫蘆生活史、泛濫成因、危害及綜合利用情況。還通過電話采訪全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心高及工程師陳某某，了解水葫蘆生物防治的信息?？偨Y(jié)交流A、2002年1月：撰寫課題論文，小組和班級交流。B、2002年3月至4月：在學(xué)校、市屬學(xué)校、市級和省級進行成果展示和交流（榮獲省中學(xué)研究性學(xué)習(xí)成果展示壹等獎）。在研究過程中，指導(dǎo)教師主要抓三方面工作：（1）管理。組建課題組，檢查和落實每周活動計劃，要求組長填寫研究性學(xué)習(xí)活動計劃、研究性學(xué)習(xí)活動匯報、調(diào)查訪問錄，要求每一個學(xué)生寫活動感受，上交后存檔保管。（2）指導(dǎo)。對選題、方案設(shè)計、調(diào)查、實驗、資料收集和處理、論文撰寫、成果展示等均給予必要的指導(dǎo)，尤其要強調(diào)原始材料的積累（照片、實驗記錄、典型事件及有關(guān)數(shù)據(jù)），做到放手而不放任。（3）服務(wù)。在外出采訪、上網(wǎng)及實驗時，要與有關(guān)部門聯(lián)系，認(rèn)真做好服務(wù)和協(xié)調(diào)工作。3、材料用具水槽、廣口瓶、試管、照相機、水葫蘆、水樣、尿素、PH試紙、玻璃棒及有關(guān)化學(xué)藥品。4、研究結(jié)果嘉興市區(qū)90%的水面和當(dāng)湖鎮(zhèn)74.49%的水面長滿水葫蘆。水葫蘆適宜生長在水流緩慢、渾濁、N元素較多的酸性水體中。通過水樣化驗，PH值在4.75.6之間，平均為4.9，說明水葫蘆適宜生活在酸性水體中。從對照實驗可知：1、2號植株生長良好，4號生長緩慢。在第14天，4號植株已開始枯萎，這說明在N元素豐富的水域中有利于水葫蘆的生長。對水葫蘆死后的水（2號水槽）再次化驗，發(fā)現(xiàn)汞、鋅等金屬離子明顯減少，這說明水葫蘆能吸收金屬離子，對凈化水源有一定作用。水葫蘆在4月底開始繁殖，79月為繁殖高峰期，89月份某些植株會開紫色的花。水葫蘆通常為營養(yǎng)生殖，57天為一個繁殖周期。霜降后葉片開始腐爛，水下的莖和根繼續(xù)越冬，待第二年發(fā)芽。水葫蘆泛濫有阻塞航道、污染水源、破壞生物多樣性等危害。水葫蘆泛濫主要原因：A、水體富營養(yǎng)化，使植株繁殖過快。B、無天敵。C、人類對水葫蘆未充分利用。要防止水葫蘆泛濫，必須進行綜合利用。主要措施有：凈化水源、生物防治、資源轉(zhuǎn)化（制作青貯飼料、有機肥料、蔬菜、造紙）等。5、課題組成員及分工組長：沈莉（負(fù)責(zé)全組工作，撰寫論文、測量等）組員：俞騰飛歐富強傅國平（采集水樣、化驗）；李B（測量、對照實驗）；馮卿、柴曉娟（記錄）；趙健琴（攝影）。采訪要求全組成員參加。指導(dǎo)教師：呂柏盛附件1：課題論文：水葫蘆泛濫與生物入侵水葫蘆泛濫成因及其對策嘉興一中“水葫蘆”研究小組（執(zhí)筆沈莉）1、提出問題近年來，河流刮起了一陣水葫蘆風(fēng)，滿河、滿池都是水葫蘆，密密麻麻一大片。站在橋上遠(yuǎn)眺，船只駛過，水葫蘆被慢慢推向兩邊，一股臭氣撲鼻而來，這時才發(fā)現(xiàn)水葫蘆竟長得這么高，那么厚，河水也是那樣黑和混濁，再也不見昔日小橋流水，荷塘月色的水鄉(xiāng)風(fēng)光。為何“舶來品”的水葫蘆能瘋狂“蠶食”清水粼粼的港灣、河汊？因此，我們就開始探索水葫蘆泛濫成因，并提出相應(yīng)對策。2、研究內(nèi)容和方法2.1 生物學(xué)特征水葫蘆又名為鳳眼蓮，雨久花科。多年生草本，營水生直立或漂浮生活。原產(chǎn)南美委內(nèi)瑞拉，分布在長江以南的河湖、池塘和稻田中。在11月20日，我們在南湖大橋下水中采集了兩棵不同地點的水葫蘆。觀察到水葫蘆的葉是平行脈，深綠色，如銀杏葉形狀，表面光滑。葉柄呈葫蘆狀，“葫蘆”內(nèi)部有很大的空隙，如海綿狀（確切說，是如海綿擠開水后的狀態(tài)），這些空隙一直延伸到葉柄和葉中，因為葉很薄，所以不容易察覺。把葉柄掰開，可以發(fā)現(xiàn)有像藕絲一樣的細(xì)小粘液，也許這就是正在輸送中的水分和養(yǎng)料。莖的底部與根連成一團，把莖與根分開，可以看見有很多粘液，有滑膩感，非常干凈，嘗了一下，沒有味道。水葫蘆的根為須根系，非常濃密，根上還長著很多小須根，與主根一樣，小須根也長得非常整齊。我們帶了一把刻度尺，量出了成熟水葫蘆根莖葉的長和寬。在兩棵水葫蘆之間，有一根直而硬的根狀莖相連，在莖上長有56個芽，每個芽將發(fā)育為一個新植株。水葫蘆夏季開花，一般待長到葉長48cm左右，葉片長15cm，寬14cm，開始開花，穗狀花序，有612朵花，花冠藍紫色，漏斗狀6裂（見表1）。表1:水葫蘆莖、葉、根數(shù)據(jù)單位：cm根葉柄葉片根狀莖長須毛長直徑長寬長寬6711.537661.52.51016151930.82.2生活史水葫蘆的特點是生命力旺盛，遇水便長，酸性，水溫較高的地方，就迅速繁殖。所以夏、秋是它的生長期，冬天，水上葉全部爛掉，剩根和莖越冬。水葫蘆是成片成片生長的，以無性繁殖為主，種子繁殖為輔的繁殖方式，故一片水葫蘆與另一片水葫蘆在個體上有明顯差別。水葫蘆寬大的葉交錯生長，須根系的根濃、密、短、細(xì)，海綿狀氣囊的葉柄輕而大，這些都有利于它的生長。我們在2001年11月27日在南湖大橋下采訪一位市水利局工程師，他說：“水葫蘆一般4月底開始繁殖，7、8、9月份大量繁殖，8、9月份有些水葫蘆會開花，紫色的花。它5天一繁殖，一只水葫蘆90天能繁殖成25萬只。冬天霜打后，水面上的葉爛掉，水下莖和根繼續(xù)越冬，等第二年發(fā)芽。”2.3生活環(huán)境我們通過觀察，發(fā)現(xiàn)水葫蘆生長在水流緩慢、渾濁的水體中。我們采集了4棵同一片水葫蘆群里的差不多大小的植株（葉長為20cm），并采了2000ml河水，拿回學(xué)校做對比性實驗。（見表2）表2：不同水質(zhì)水葫蘆生長情況水槽編號內(nèi)容物第14天葉長（cm）12000ml河水5522000ml自來水+60mg尿素5232000ml自來水+30mg尿素3442000ml自來水22通過實驗發(fā)現(xiàn)：1、2號水葫蘆生長良好，4號生長緩慢。第14天時，4號水葫蘆已開始枯萎。這說明水葫蘆適宜生長在氮元素較多的水體中。2001年11月27日我們在南湖大橋下環(huán)城河中采了3個水樣。在老師的指導(dǎo)下進行水質(zhì)分析，河水渾濁黃綠色，PH值在4.75.6之間，表明水葫蘆適宜生長在酸性環(huán)境中。通過實驗，發(fā)現(xiàn)有較多的Cl、SO42、也存在著Pb2、Zn2+、Al3+、Ni2+、Hg2+。老師告訴我們Ni2+是電鍍廠排放出來的，Hg2+是造紙、電鍍、印染廠排放的，而像Pb2、Zn2+、Al3+等重金屬是由印刷廠排放出來的。對水葫蘆死亡后的水（2號水槽），再次化驗，發(fā)現(xiàn)Hg2+、Zn2+等金屬離子明顯減少。這說明水葫蘆能吸收金屬離子，對凈化水源有一定作用（具體見表3）。表3：環(huán)城河（城南公園段）水質(zhì)分析取樣觀察1號瓶（河邊）2號瓶（拐角）3號瓶（河中間）PH值5.64.84.7CL有，不明顯有，很明顯有，不明顯SO42不明顯加鹽酸白色絮狀沉淀白色絮狀沉淀，較明顯白色絮狀沉淀加銨水、加熱測出Ni2+,Hg2+的存在加少量KOH產(chǎn)生絮狀沉淀加過量KOH，加熱沉淀溶解：證明Zn2+、Pb2+的存在2.4水葫蘆的功過入秋后，水葫蘆擠滿了水面。我們調(diào)查了市區(qū)所有河流和湖泊，發(fā)現(xiàn)除南湖外均長滿了水葫蘆。據(jù)平湖市當(dāng)湖鎮(zhèn)農(nóng)技站老張伯伯介紹，全鎮(zhèn)水域面積5340畝，其中長滿水葫蘆的有4031畝，占河湖面積的75.49%。在長有水葫蘆的水面，其覆蓋率為100%。2001年12月25日，我們采訪一位幫水利局打撈水葫蘆的船夫。他說，今年水葫蘆特別多，特別是那些不流動的小河里，河水發(fā)黑發(fā)臭，水葫蘆繁殖高峰時，河面阻塞，船只通行不暢，有時還會被卡住，不得不用長蒿將它撐開?，F(xiàn)在也沒有好的方法來消除水葫蘆，政府只能派我們來打撈，每次有十幾只船專門負(fù)責(zé)定期打撈，但打撈速度跟不上水葫蘆生長速度，所以效果不好。我們采訪了帆落浜的一位居民。這位居民說，水葫蘆今年特別多，很多都是從湖州、上海等地飄過來的，對我們影響也蠻大的。水用處沒以前大了，水葫蘆飄過來時，還夾帶著大量廢瓶、破布、塑料袋，且水葫蘆本身也是垃圾，一旦腐爛，就臭氣熏天。水利局也在南湖大橋下筑了欄，防止水葫蘆飄到市政府附近的人工河和南湖去?，F(xiàn)在水葫蘆對我們來說一點價值都沒有，希望你們以后能研究出水葫蘆的使用價值。生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要條件。由于水葫蘆的瘋長，幾乎100%占據(jù)水面，抑制了其它物種的發(fā)生和發(fā)展，使生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，群落多樣性幾乎等于零。雖然水葫蘆給人們帶來了很大的麻煩，但也不能抹殺水葫蘆的功績。水葫蘆對人類最大的貢獻是凈化污水，分解有毒物質(zhì)，保障人體健康，據(jù)實驗證明，1公頃水葫蘆，24小時內(nèi)能從污水中吸咐34公斤鈉、22公斤鈣、17公斤磷、4公斤錳、2.1公斤酚、89克汞、104克鉿、294克鎳、321克鍶還有較強的吸收和積累鋅的能力。據(jù)實驗：水葫蘆在含鋅10毫克/升的污水中栽培38天，它體內(nèi)含鋅量比對照植物要多133。水葫蘆還能將酚、氰等有毒物質(zhì)分解成無毒物質(zhì)。它富含蛋白質(zhì)、糖類、維生素及礦物質(zhì)，是營養(yǎng)豐富的優(yōu)質(zhì)青飼料，還可當(dāng)綠肥，生產(chǎn)沼氣，作為造紙原料等。2.5水葫蘆泛濫的原因2.5.1不合理的引種。當(dāng)初從南美引入水葫蘆，是作為青飼料，兼有觀賞功能。而現(xiàn)在農(nóng)民糧食多了，用的是復(fù)合飼料，不再費勁地打撈水葫蘆。再加上水葫蘆繁殖速度極快，又沒有天敵，因而造成水葫蘆“瘋長”。2.5.2水體富營養(yǎng)化污染。由于大量排放工業(yè)污水、生活污水及生活垃圾、化肥，使水體N、P元素過多，造成水體富營養(yǎng)化。在遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)中，外來物種容易入侵“定居”，水葫蘆在富營養(yǎng)化的水中“如魚得水”，瘋狂生長，這也是水葫蘆泛濫的重要原因。3、對策3.1 凈化水源水質(zhì)惡化是引起水葫蘆泛濫的重要原因。而造紙廠、電鍍廠、印染廠是污水排放的重點單位，所以有關(guān)部門應(yīng)進一步加強對這些企業(yè)污水排放的監(jiān)測，完善污水處理系統(tǒng)。氧化塘和污水處理廠也是對污水進行凈化的有效手段。同時，還要對河道、湖泊進行“清淤”，既能防止水體富養(yǎng)化，又能改良土壤。3.2 引入天故目前對于水葫蘆最常見的治理方法是直接消滅：如打撈，但由于它的生長速度特別快，收效不太好。比較合理的的方法是生物防治：如在圭亞那找到了一種吃水葫蘆的海牛；一天能夠吃45kg的水葫蘆，在印度找到了吃水葫蘆的蚱蜢和兩種毛蟲；寧波市農(nóng)科院已成功引進專吃水葫蘆葉片的水葫蘆象甲。但在引入天敵前，應(yīng)進行詳細(xì)地調(diào)查，防止再次受到外來物種侵害。3.3 飼料和有機肥料水葫蘆泛濫成災(zāi)最根本的原因就是失去了把它作為飼料的功能，無人利用。水葫蘆不是本身沒有價值，而現(xiàn)在糧食多了，農(nóng)民不愿再費勁地去打撈水葫蘆作青飼料，而是用混合飼料代替。其實水葫蘆富含多種營養(yǎng)，豬愛吃、魚也愛吃。如果水葫蘆加工成顆粒飼料、魚餌，不但水葫蘆泛濫的問題盡快解決，而且人們也不用去擔(dān)心豬肉的質(zhì)量問題了。聽老農(nóng)說，水葫蘆腐爛以后還是很好的有機肥料。3.4 蔬菜和食品很多人都不相信，水葫蘆還可以吃，但這是真的。我們想，如果在將來，水葫蘆能像蘆薈一樣，開發(fā)成為不僅可食用，而且營養(yǎng)價值高的產(chǎn)品，那該多好啊，這樣既可以做到保護環(huán)境，又能在桌上增添一道美味佳肴。我們深信：在大家不懈的努力下，水葫蘆變廢為寶的一天將會很快到來。主要參考文獻：1浙江農(nóng)事手冊，浙江省人民政府農(nóng)村工作辦公室編，中國農(nóng)業(yè)科技出版社2000年3月第1版；2水葫蘆漂出環(huán)保新課題，蔣連根文，嘉興日報2001年11月26日。附件2：調(diào)查訪問錄：1.被訪問者：水利部門工作人員（不愿透露姓名）被訪問者工作單位：水利監(jiān)察（水利局）訪問時間：2001年11月27日訪問方式：面談訪問地點：南湖大橋下訪問記錄：問：近年來水葫蘆為什么這么多？答：現(xiàn)在農(nóng)村不用水葫蘆做豬飼料，這些水葫蘆便隨風(fēng)飄進城市的河道中，也由于現(xiàn)在水的富營養(yǎng)化污染，所以（水葫蘆）這么多，當(dāng)風(fēng)力大于水潮時，水葫蘆隨風(fēng)走，當(dāng)水潮大于風(fēng)力時，隨水走。問：水葫蘆繁殖周期怎樣？答：水葫蘆只要有較高的水溫就能繁殖，一般4月底開始繁殖，7、8、9月份大量繁殖，8、9月份有些水葫蘆會開花，紫色的花。它5天一繁殖，一只水葫蘆90天能繁殖成25萬只。冬天霜打后，水面上的莖葉爛掉，水下的根繼續(xù)越冬，等第二年發(fā)芽。這也是水葫蘆危害水質(zhì)的一個方面。（采訪時，他們正在監(jiān)督打撈水葫蘆工作，和攔壩工序。）問：現(xiàn)在能采取什么方式制止水葫蘆繁殖？答：我們已經(jīng)對水葫蘆進行了三次大打撈，4月份，7、8、9月份和最近一次，一直都有好幾船被運到中環(huán)南路嘉興大橋那邊岸上，使它們干掉或爛掉。這些壩是為了不讓水葫蘆飄進嘉興市政府的人工河里。2.被訪問者：張*被訪問者工作單位：南湖橋社區(qū)居委會訪問時間：2001年12月25日訪問地點：南湖橋社區(qū)居委會訪問方式：面談訪問記錄：問：水葫蘆為什么會在南湖大橋附近的河面繁殖生長？答：這不是本地區(qū)生長的，主要是從北部順風(fēng)漂過來的。問：水葫蘆是從什么時候開始在這里生長的？答：近幾年特別是今年，長得特別茂盛。問：水葫蘆什么時候生長最茂盛？答：夏天，冬天天一冷，它們的莖葉就會凍死爛掉。問：居民有沒有反映過水葫蘆的泛濫對生活有不利影響？答：沒有。因為現(xiàn)在居民已經(jīng)很少再利用河水了。問：水葫蘆有什么利用價值？答：現(xiàn)在是基本沒有了。在過去，農(nóng)民把水葫蘆叫作“羊草”，就是說水葫蘆可以喂羊。但現(xiàn)在，居民不養(yǎng)什么家畜了，河水也有污染，所以水葫蘆也沒什么用處了。問：前段時間我們看見許多船載著水葫蘆開走，這兩天河面上已經(jīng)基本看不到水葫蘆了，這是怎么回事？答：因為水葫蘆覆蓋了河面，影響美觀，有礙交通，所以水利部門專門花錢雇了十幾艘農(nóng)民的船，用了兩個多星期時間，把水葫蘆運走。水葫蘆沒有什么利用價值，只有埋起來任其腐爛。問：今年水葫蘆如此茂盛，是否與某些因素有關(guān)？答：這個不太清楚。它主要是順流而下的，可能上游的污染比較嚴(yán)重，與氣候偏暖也有一定關(guān)系。3.被訪問者：袁*被訪問者工作單位：不詳。訪問時間：2001年12月25日訪問地點：南湖帆落浜訪問方式：面談訪問記錄：問：什么時候是水葫蘆大量繁殖（的季節(jié)）？答：近兩年來。問：為什么水葫蘆近年來如此之多？答：都是從外地隨水流漂流過來的，比如說，湖州、上海等地。問：那河中那么多的水葫蘆對周圍居民環(huán)境有什么影響呢？答：影響其實很大，這種情況既造成河道污染，也影響環(huán)境衛(wèi)生。因為水葫蘆一般都夾帶著大量的廢瓶、破布、塑料袋，而且水葫蘆本身也是垃圾，一旦腐爛，就臭氣熏天。再說，河里長滿水葫蘆，對來往的船只也造成了不便。問：對于水葫蘆的泛濫，本地政府采取了哪些措施呢？答：政府和水利局組織了專門人員打撈水葫蘆，并用船運到河岸上，有一段時間每天都有人在打撈。而且我知道，水利局人員在南湖大橋下筑起了攔壩，防止水葫蘆漂進市政府的人工河和南湖。問：那周圍的居民對這個情況反應(yīng)強烈嗎？有沒有埋怨過？答：有，當(dāng)然有！但都是些老百姓，嘮叨過了，就完了，有些也是視而不見，不關(guān)心這些東西。問：您知道水葫蘆有什么用途嗎？答：沒有，因為我們是城市人，而水葫蘆一般用來做青飼料，喂牲畜，所以對我們來說沒有什么經(jīng)濟價值。問：您有沒有想過利用起水葫蘆？答：沒有。因為我覺得它的利用價值不高，利用起來浪費錢和時間，而且沒有利用的方法。這樣很不劃算，至少我們現(xiàn)在沒有能力利用啊，很希望你們好好學(xué)習(xí)，研究出水葫蘆的使用價值。4.被訪問者：船夫被訪問者工作單位：無。訪問時間：2001年12月25日訪問地點：南湖大橋訪問方式：面談訪問記錄：問：水葫蘆為什么在這個時期內(nèi)生長特快？答：水葫蘆（污染水面問題）去年還比較好，主要是今年特多，可能由于今年的氣溫比去年的高。水葫蘆一般從農(nóng)村中漂過來，且在農(nóng)村這方面的管理沒有城市如此嚴(yán)格，不加以控制，使得它繁殖迅速。水葫蘆在靜止時繁殖最快，如隨河漂動，就會相對而慢。問：水葫蘆繁殖如此之快，對船只（航行）有什么影響？答：由于水葫蘆繁殖過快，造成河面阻塞，船只通行不暢，船就會被卡住，不得不用長蒿將其撐開，才能使船只繼續(xù)前進。問：那么政府有什么措施？答：政府現(xiàn)在只能派我們來打撈，現(xiàn)在大約有十幾只船專門負(fù)責(zé)清除河道上的垃圾，守好這壩，每天派兩人來清除，由于還沒有先進技術(shù)可以來阻止它的繁殖，只能靠打撈來清除。問：那么您（對處理水葫蘆問題）有什么提議呢？答：提議嘛，就是能發(fā)明先進技術(shù)，將水葫蘆轉(zhuǎn)廢為有利于人類的物質(zhì)，如將其變成飼料等等。附件3：活動感受