课题研究 水葫芦泛滥与生物入侵

课题研究 水葫芦泛滥与生物入侵 1.研究目的水葫芦泛滥造成的环境问题已成为人们关注的热点话题。通过对水葫芦泛滥与生物入侵的课题研究，了解水葫芦的生物学特征、生活史、泛滥成因及防治对策，初步学会调查研究、对照实验、资料收集和处理等方法，增强人们的环保意识和社会责任感，培养学生团结合作、坚韧不拔和自主探索的精神。2.研究过程2001年9月：组成课题组，选题，上网收集资料。2001年上旬至中旬：制定课题方案。2001年10月下旬至于12月底：实践体验。A调查。利用周二下午和双休日调查嘉兴市区和平湖市当湖镇所有河流、湖泊水葫芦分布情况，观察水葫芦形态结构和生活环境。B取样。在嘉兴市区环城河南湖大桥段和南湖取20水样，化验其理化性质（PH值、阴离子、阳离子、颜色、气味、味道、悬浮物等）。还打捞了5个植株，测量根、茎、叶有关数据（详见表论文中表1）。C实验。在4个分别盛有等量河水、大量尿素的自来水、少量尿素的自来水和自来水的水槽中，放养大小基本相同的水葫芦植株（叶长20CM），观察其生长情况，并测量有关数据。还对盛有河水的水槽检测其放养水葫芦前后金属的变化。D采访。实地采访秀城区建设街道南湖桥社区党支部书记张留忠、居民袁永康、市水利局工程师、平湖当湖镇农技站农艺师老张及两位船工，了解水葫芦生活史、泛滥成因、危害及综合利用情况。还通过电话采访全国农业技术推广中心高及工程师陈某某，了解水葫芦生物防治的信息。总结交流A、2002年1月：撰写课题论文，小组和班级交流。B、2002年3月至4月：在学校、市属学校、市级和省级进行成果展示和交流（荣获省中学研究性学习成果展示壹等奖）。在研究过程中，指导教师主要抓三方面工作：（1）管理。组建课题组，检查和落实每周活动计划，要求组长填写研究性学习活动计划、研究性学习活动汇报、调查访问录，要求每一个学生写活动感受，上交后存档保管。（2）指导。对选题、方案设计、调查、实验、资料收集和处理、论文撰写、成果展示等均给予必要的指导，尤其要强调原始材料的积累（照片、实验记录、典型事件及有关数据），做到放手而不放任。（3）服务。在外出采访、上网及实验时，要与有关部门联系，认真做好服务和协调工作。3、材料用具水槽、广口瓶、试管、照相机、水葫芦、水样、尿素、PH试纸、玻璃棒及有关化学药品。4、研究结果嘉兴市区90%的水面和当湖镇74.49%的水面长满水葫芦。水葫芦适宜生长在水流缓慢、浑浊、N元素较多的酸性水体中。通过水样化验，PH值在4.75.6之间，平均为4.9，说明水葫芦适宜生活在酸性水体中。从对照实验可知：1、2号植株生长良好，4号生长缓慢。在第14天，4号植株已开始枯萎，这说明在N元素丰富的水域中有利于水葫芦的生长。对水葫芦死后的水（2号水槽）再次化验，发现汞、锌等金属离子明显减少，这说明水葫芦能吸收金属离子，对净化水源有一定作用。水葫芦在4月底开始繁殖，79月为繁殖高峰期，89月份某些植株会开紫色的花。水葫芦通常为营养生殖，57天为一个繁殖周期。霜降后叶片开始腐烂，水下的茎和根继续越冬，待第二年发芽。水葫芦泛滥有阻塞航道、污染水源、破坏生物多样性等危害。水葫芦泛滥主要原因：A、水体富营养化，使植株繁殖过快。B、无天敌。C、人类对水葫芦未充分利用。要防止水葫芦泛滥，必须进行综合利用。主要措施有：净化水源、生物防治、资源转化（制作青贮饲料、有机肥料、蔬菜、造纸）等。5、课题组成员及分工组长：沈莉（负责全组工作，撰写论文、测量等）组员：俞腾飞欧富强傅国平（采集水样、化验）；李B（测量、对照实验）；冯卿、柴晓娟（记录）；赵健琴（摄影）。采访要求全组成员参加。指导教师：吕柏盛附件1：课题论文：水葫芦泛滥与生物入侵水葫芦泛滥成因及其对策嘉兴一中“水葫芦”研究小组（执笔沈莉）1、提出问题近年来，河流刮起了一阵水葫芦风，满河、满池都是水葫芦，密密麻麻一大片。站在桥上远眺，船只驶过，水葫芦被慢慢推向两边，一股臭气扑鼻而来，这时才发现水葫芦竟长得这么高，那么厚，河水也是那样黑和混浊，再也不见昔日小桥流水，荷塘月色的水乡风光。为何“舶来品”的水葫芦能疯狂“蚕食”清水粼粼的港湾、河汊？因此，我们就开始探索水葫芦泛滥成因，并提出相应对策。2、研究内容和方法2.1 生物学特征水葫芦又名为凤眼莲，雨久花科。多年生草本，营水生直立或漂浮生活。原产南美委内瑞拉，分布在长江以南的河湖、池塘和稻田中。在11月20日，我们在南湖大桥下水中采集了两棵不同地点的水葫芦。观察到水葫芦的叶是平行脉，深绿色，如银杏叶形状，表面光滑。叶柄呈葫芦状，“葫芦”内部有很大的空隙，如海绵状（确切说，是如海绵挤开水后的状态），这些空隙一直延伸到叶柄和叶中，因为叶很薄，所以不容易察觉。把叶柄掰开，可以发现有像藕丝一样的细小粘液，也许这就是正在输送中的水分和养料。茎的底部与根连成一团，把茎与根分开，可以看见有很多粘液，有滑腻感，非常干净，尝了一下，没有味道。水葫芦的根为须根系，非常浓密，根上还长着很多小须根，与主根一样，小须根也长得非常整齐。我们带了一把刻度尺，量出了成熟水葫芦根茎叶的长和宽。在两棵水葫芦之间，有一根直而硬的根状茎相连，在茎上长有56个芽，每个芽将发育为一个新植株。水葫芦夏季开花，一般待长到叶长48cm左右，叶片长15cm，宽14cm，开始开花，穗状花序，有612朵花，花冠蓝紫色，漏斗状6裂（见表1）。表1:水葫芦茎、叶、根数据单位：cm根叶柄叶片根状茎长须毛长直径长宽长宽6711.537661.52.51016151930.82.2生活史水葫芦的特点是生命力旺盛，遇水便长，酸性，水温较高的地方，就迅速繁殖。所以夏、秋是它的生长期，冬天，水上叶全部烂掉，剩根和茎越冬。水葫芦是成片成片生长的，以无性繁殖为主，种子繁殖为辅的繁殖方式，故一片水葫芦与另一片水葫芦在个体上有明显差别。水葫芦宽大的叶交错生长，须根系的根浓、密、短、细，海绵状气囊的叶柄轻而大，这些都有利于它的生长。我们在2001年11月27日在南湖大桥下采访一位市水利局工程师，他说：“水葫芦一般4月底开始繁殖，7、8、9月份大量繁殖，8、9月份有些水葫芦会开花，紫色的花。它5天一繁殖，一只水葫芦90天能繁殖成25万只。冬天霜打后，水面上的叶烂掉，水下茎和根继续越冬，等第二年发芽。”2.3生活环境我们通过观察，发现水葫芦生长在水流缓慢、浑浊的水体中。我们采集了4棵同一片水葫芦群里的差不多大小的植株（叶长为20cm），并采了2000ml河水，拿回学校做对比性实验。（见表2）表2：不同水质水葫芦生长情况水槽编号内容物第14天叶长（cm）12000ml河水5522000ml自来水+60mg尿素5232000ml自来水+30mg尿素3442000ml自来水22通过实验发现：1、2号水葫芦生长良好，4号生长缓慢。第14天时，4号水葫芦已开始枯萎。这说明水葫芦适宜生长在氮元素较多的水体中。2001年11月27日我们在南湖大桥下环城河中采了3个水样。在老师的指导下进行水质分析，河水浑浊黄绿色，PH值在4.75.6之间，表明水葫芦适宜生长在酸性环境中。通过实验，发现有较多的Cl、SO42、也存在着Pb2、Zn2+、Al3+、Ni2+、Hg2+。老师告诉我们Ni2+是电镀厂排放出来的，Hg2+是造纸、电镀、印染厂排放的，而像Pb2、Zn2+、Al3+等重金属是由印刷厂排放出来的。对水葫芦死亡后的水（2号水槽），再次化验，发现Hg2+、Zn2+等金属离子明显减少。这说明水葫芦能吸收金属离子，对净化水源有一定作用（具体见表3）。表3：环城河（城南公园段）水质分析取样观察1号瓶（河边）2号瓶（拐角）3号瓶（河中间）PH值5.64.84.7CL有，不明显有，很明显有，不明显SO42不明显加盐酸白色絮状沉淀白色絮状沉淀，较明显白色絮状沉淀加铵水、加热测出Ni2+,Hg2+的存在加少量KOH产生絮状沉淀加过量KOH，加热沉淀溶解：证明Zn2+、Pb2+的存在2.4水葫芦的功过入秋后，水葫芦挤满了水面。我们调查了市区所有河流和湖泊，发现除南湖外均长满了水葫芦。据平湖市当湖镇农技站老张伯伯介绍，全镇水域面积5340亩，其中长满水葫芦的有4031亩，占河湖面积的75.49%。在长有水葫芦的水面，其覆盖率为100%。2001年12月25日，我们采访一位帮水利局打捞水葫芦的船夫。他说，今年水葫芦特别多，特别是那些不流动的小河里，河水发黑发臭，水葫芦繁殖高峰时，河面阻塞，船只通行不畅，有时还会被卡住，不得不用长蒿将它撑开。现在也没有好的方法来消除水葫芦，政府只能派我们来打捞，每次有十几只船专门负责定期打捞，但打捞速度跟不上水葫芦生长速度，所以效果不好。我们采访了帆落浜的一位居民。这位居民说，水葫芦今年特别多，很多都是从湖州、上海等地飘过来的，对我们影响也蛮大的。水用处没以前大了，水葫芦飘过来时，还夹带着大量废瓶、破布、塑料袋，且水葫芦本身也是垃圾，一旦腐烂，就臭气熏天。水利局也在南湖大桥下筑了栏，防止水葫芦飘到市政府附近的人工河和南湖去。现在水葫芦对我们来说一点价值都没有，希望你们以后能研究出水葫芦的使用价值。生物多样性是生态系统稳定的重要条件。由于水葫芦的疯长，几乎100%占据水面，抑制了其它物种的发生和发展，使生态系统遭到严重破坏，群落多样性几乎等于零。虽然水葫芦给人们带来了很大的麻烦，但也不能抹杀水葫芦的功绩。水葫芦对人类最大的贡献是净化污水，分解有毒物质，保障人体健康，据实验证明，1公顷水葫芦，24小时内能从污水中吸咐34公斤钠、22公斤钙、17公斤磷、4公斤锰、2.1公斤酚、89克汞、104克铪、294克镍、321克锶还有较强的吸收和积累锌的能力。据实验：水葫芦在含锌10毫克/升的污水中栽培38天，它体内含锌量比对照植物要多133。水葫芦还能将酚、氰等有毒物质分解成无毒物质。它富含蛋白质、糖类、维生素及矿物质，是营养丰富的优质青饲料，还可当绿肥，生产沼气，作为造纸原料等。2.5水葫芦泛滥的原因2.5.1不合理的引种。当初从南美引入水葫芦，是作为青饲料，兼有观赏功能。而现在农民粮食多了，用的是复合饲料，不再费劲地打捞水葫芦。再加上水葫芦繁殖速度极快，又没有天敌，因而造成水葫芦“疯长”。2.5.2水体富营养化污染。由于大量排放工业污水、生活污水及生活垃圾、化肥，使水体N、P元素过多，造成水体富营养化。在遭到破坏的生态系统中，外来物种容易入侵“定居”，水葫芦在富营养化的水中“如鱼得水”，疯狂生长，这也是水葫芦泛滥的重要原因。3、对策3.1 净化水源水质恶化是引起水葫芦泛滥的重要原因。而造纸厂、电镀厂、印染厂是污水排放的重点单位，所以有关部门应进一步加强对这些企业污水排放的监测，完善污水处理系统。氧化塘和污水处理厂也是对污水进行净化的有效手段。同时，还要对河道、湖泊进行“清淤”，既能防止水体富养化，又能改良土壤。3.2 引入天故目前对于水葫芦最常见的治理方法是直接消灭：如打捞，但由于它的生长速度特别快，收效不太好。比较合理的的方法是生物防治：如在圭亚那找到了一种吃水葫芦的海牛；一天能够吃45kg的水葫芦，在印度找到了吃水葫芦的蚱蜢和两种毛虫；宁波市农科院已成功引进专吃水葫芦叶片的水葫芦象甲。但在引入天敌前，应进行详细地调查，防止再次受到外来物种侵害。3.3 饲料和有机肥料水葫芦泛滥成灾最根本的原因就是失去了把它作为饲料的功能，无人利用。水葫芦不是本身没有价值，而现在粮食多了，农民不愿再费劲地去打捞水葫芦作青饲料，而是用混合饲料代替。其实水葫芦富含多种营养，猪爱吃、鱼也爱吃。如果水葫芦加工成颗粒饲料、鱼饵，不但水葫芦泛滥的问题尽快解决，而且人们也不用去担心猪肉的质量问题了。听老农说，水葫芦腐烂以后还是很好的有机肥料。3.4 蔬菜和食品很多人都不相信，水葫芦还可以吃，但这是真的。我们想，如果在将来，水葫芦能像芦荟一样，开发成为不仅可食用，而且营养价值高的产品，那该多好啊，这样既可以做到保护环境，又能在桌上增添一道美味佳肴。我们深信：在大家不懈的努力下，水葫芦变废为宝的一天将会很快到来。主要参考文献：1浙江农事手册，浙江省人民政府农村工作办公室编，中国农业科技出版社2000年3月第1版；2水葫芦漂出环保新课题，蒋连根文，嘉兴日报2001年11月26日。附件2：调查访问录：1.被访问者：水利部门工作人员（不愿透露姓名）被访问者工作单位：水利监察（水利局）访问时间：2001年11月27日访问方式：面谈访问地点：南湖大桥下访问记录：问：近年来水葫芦为什么这么多？答：现在农村不用水葫芦做猪饲料，这些水葫芦便随风飘进城市的河道中，也由于现在水的富营养化污染，所以（水葫芦）这么多，当风力大于水潮时，水葫芦随风走，当水潮大于风力时，随水走。问：水葫芦繁殖周期怎样？答：水葫芦只要有较高的水温就能繁殖，一般4月底开始繁殖，7、8、9月份大量繁殖，8、9月份有些水葫芦会开花，紫色的花。它5天一繁殖，一只水葫芦90天能繁殖成25万只。冬天霜打后，水面上的茎叶烂掉，水下的根继续越冬，等第二年发芽。这也是水葫芦危害水质的一个方面。（采访时，他们正在监督打捞水葫芦工作，和拦坝工序。）问：现在能采取什么方式制止水葫芦繁殖？答：我们已经对水葫芦进行了三次大打捞，4月份，7、8、9月份和最近一次，一直都有好几船被运到中环南路嘉兴大桥那边岸上，使它们干掉或烂掉。这些坝是为了不让水葫芦飘进嘉兴市政府的人工河里。2.被访问者：张*被访问者工作单位：南湖桥社区居委会访问时间：2001年12月25日访问地点：南湖桥社区居委会访问方式：面谈访问记录：问：水葫芦为什么会在南湖大桥附近的河面繁殖生长？答：这不是本地区生长的，主要是从北部顺风漂过来的。问：水葫芦是从什么时候开始在这里生长的？答：近几年特别是今年，长得特别茂盛。问：水葫芦什么时候生长最茂盛？答：夏天，冬天天一冷，它们的茎叶就会冻死烂掉。问：居民有没有反映过水葫芦的泛滥对生活有不利影响？答：没有。因为现在居民已经很少再利用河水了。问：水葫芦有什么利用价值？答：现在是基本没有了。在过去，农民把水葫芦叫作“羊草”，就是说水葫芦可以喂羊。但现在，居民不养什么家畜了，河水也有污染，所以水葫芦也没什么用处了。问：前段时间我们看见许多船载着水葫芦开走，这两天河面上已经基本看不到水葫芦了，这是怎么回事？答：因为水葫芦覆盖了河面，影响美观，有碍交通，所以水利部门专门花钱雇了十几艘农民的船，用了两个多星期时间，把水葫芦运走。水葫芦没有什么利用价值，只有埋起来任其腐烂。问：今年水葫芦如此茂盛，是否与某些因素有关？答：这个不太清楚。它主要是顺流而下的，可能上游的污染比较严重，与气候偏暖也有一定关系。3.被访问者：袁*被访问者工作单位：不详。访问时间：2001年12月25日访问地点：南湖帆落浜访问方式：面谈访问记录：问：什么时候是水葫芦大量繁殖（的季节）？答：近两年来。问：为什么水葫芦近年来如此之多？答：都是从外地随水流漂流过来的，比如说，湖州、上海等地。问：那河中那么多的水葫芦对周围居民环境有什么影响呢？答：影响其实很大，这种情况既造成河道污染，也影响环境卫生。因为水葫芦一般都夹带着大量的废瓶、破布、塑料袋，而且水葫芦本身也是垃圾，一旦腐烂，就臭气熏天。再说，河里长满水葫芦，对来往的船只也造成了不便。问：对于水葫芦的泛滥，本地政府采取了哪些措施呢？答：政府和水利局组织了专门人员打捞水葫芦，并用船运到河岸上，有一段时间每天都有人在打捞。而且我知道，水利局人员在南湖大桥下筑起了拦坝，防止水葫芦漂进市政府的人工河和南湖。问：那周围的居民对这个情况反应强烈吗？有没有埋怨过？答：有，当然有！但都是些老百姓，唠叨过了，就完了，有些也是视而不见，不关心这些东西。问：您知道水葫芦有什么用途吗？答：没有，因为我们是城市人，而水葫芦一般用来做青饲料，喂牲畜，所以对我们来说没有什么经济价值。问：您有没有想过利用起水葫芦？答：没有。因为我觉得它的利用价值不高，利用起来浪费钱和时间，而且没有利用的方法。这样很不划算，至少我们现在没有能力利用啊，很希望你们好好学习，研究出水葫芦的使用价值。4.被访问者：船夫被访问者工作单位：无。访问时间：2001年12月25日访问地点：南湖大桥访问方式：面谈访问记录：问：水葫芦为什么在这个时期内生长特快？答：水葫芦（污染水面问题）去年还比较好，主要是今年特多，可能由于今年的气温比去年的高。水葫芦一般从农村中漂过来，且在农村这方面的管理没有城市如此严格，不加以控制，使得它繁殖迅速。水葫芦在静止时繁殖最快，如随河漂动，就会相对而慢。问：水葫芦繁殖如此之快，对船只（航行）有什么影响？答：由于水葫芦繁殖过快，造成河面阻塞，船只通行不畅，船就会被卡住，不得不用长蒿将其撑开，才能使船只继续前进。问：那么政府有什么措施？答：政府现在只能派我们来打捞，现在大约有十几只船专门负责清除河道上的垃圾，守好这坝，每天派两人来清除，由于还没有先进技术可以来阻止它的繁殖，只能靠打捞来清除。问：那么您（对处理水葫芦问题）有什么提议呢？答：提议嘛，就是能发明先进技术，将水葫芦转废为有利于人类的物质，如将其变成饲料等等。附件3：活动感受