“水質(zhì)污染對藍(lán)藻水華影響”的探究實驗設(shè)計

譚文杰

(湖南省岳陽市第一中學(xué) 414000)

人教版高中生物學(xué)教材(必修三)中提及由于人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生的污染物排入水體中，使水體富營養(yǎng)化加劇，導(dǎo)致浮游藻類大量生長繁殖，最終暴發(fā)水華或赤潮現(xiàn)象。據(jù)文獻(xiàn)報道，東洞庭湖區(qū)局部水面也已經(jīng)暴發(fā)了藍(lán)藻水華[1]。為了增加學(xué)生對學(xué)習(xí)生物學(xué)知識的興趣，結(jié)合岳陽市地處于東洞庭湖的地理區(qū)位優(yōu)勢，設(shè)計實驗來證實水質(zhì)污染對藍(lán)藻的影響。實驗用水取自東洞庭湖暴發(fā)藍(lán)藻水華的湖區(qū)，用磷酸二氫鉀(KH2PO4)和氯化銨(NH4Cl)配置成一定濃度的溶液來模擬污染物(營養(yǎng)鹽)。用光學(xué)顯微鏡(10×40)對水中浮游藻類的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)(為降低難度，適宜高中階段學(xué)生開展，實驗中只對優(yōu)勢種偽魚腥藻計數(shù))。由于該實驗步驟相對較多，就運用小組合作的方式展開，具體實驗設(shè)計如下：

1 探究不同水質(zhì)污染物濃度對藍(lán)藻水華的影響

取洗凈烘干且規(guī)格一致的1000 mL錐形瓶3個，編為1、2、3號瓶。各加入250 mL取自洞庭湖混勻后的湖水(水體中偽魚腥藻數(shù)量為18.7×105個/L)，1號瓶中再加入250 mL蒸餾水，作為對照組；2號瓶中加入P和N元素濃度分別為0.1 mg/L與2.0 mg/L的磷酸二氫鉀與氯化銨混合溶液；3號瓶中加入P和N元素濃度分別為0.2 mg/L與4.0 mg/L的磷酸二氫鉀與氯化銨混合溶液(表1)。三個錐形瓶瓶口用牛皮紙封口并扎上若干小孔，放在25℃和光照條件為4000 Lx(接近湖面白天日照強(qiáng)度，光暗時間比為12∶12)的環(huán)境中培養(yǎng)20 d。

培養(yǎng)結(jié)束后用光學(xué)顯微鏡對各個錐形瓶中藍(lán)藻進(jìn)行計數(shù)，結(jié)果如表1所示：在相同的培養(yǎng)條件下，加入的污染物濃度越高，藍(lán)藻的生長速度越快，可能暴發(fā)藍(lán)藻水華的可能性越大。

表1 不同污染濃度對藍(lán)藻生長的影響

2 探究不同溫度條件對藍(lán)藻的影響

取洗凈烘干且規(guī)格一致的1000 mL錐形瓶4個，編為4、5、6和7號瓶。各加入250 mL取自洞庭湖混勻后的湖水，其中4號瓶和6號瓶中加入250 mL蒸餾水，作為對照組；5號瓶和7號瓶中加入250 mL P和N元素濃度分別為0.1 mg/L與2.0 mg/L的磷酸二氫鉀與氯化銨混合溶液(表2)。將4號瓶與5號瓶放置于10 ℃和光照條件為4000 Lx(光暗時間比為12∶12)的環(huán)境中培養(yǎng)20 d；將6號瓶與7號瓶放置于25 ℃和光照條件為4000 Lx(光暗時間比為12∶12)的環(huán)境中培養(yǎng)20 d，各瓶口均用牛皮紙封口并扎上若干小孔。培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行計數(shù)(表2)。

結(jié)果表明，在溫度較低時，水體被污染后藍(lán)藻生長的速度并不明顯，水華暴發(fā)的可能性相對較低；而溫度較高時，藍(lán)藻會大量生長，暴發(fā)水華的可能性會大大增加。

表2 不同溫度條件下藍(lán)藻生長情況對比

3 探究不同光照條件對藍(lán)藻的影響

取洗凈烘干且規(guī)格一致的1000 mL錐形瓶4個，編為8、9、10和11號瓶。各加入250 mL取自洞庭湖混勻后的湖水，其中8號瓶和10號瓶中加入250 mL蒸餾水，作為對照組；9號瓶和11號瓶中加入250 mL P和N元素濃度分別為0.1 mg/L與2.0 mg/L的磷酸二氫鉀與氯化銨混合溶液(表3)。將8號瓶與9號瓶放置于25℃和光照條件為2000 Lx(光暗時間比為12∶

12)的環(huán)境中培養(yǎng)20 d；將10號瓶與11號瓶放置于25℃和光照條件為4000 Lx(光暗時間比為12∶12)的環(huán)境中培養(yǎng)20 d，各瓶口均用牛皮紙封口并扎上若干小孔。培養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行計數(shù)(表3)。結(jié)果表明，光照強(qiáng)度對2000 Lx與4000 Lx對藍(lán)藻生長情況影響并不太明顯，4000 Lx光照條件下藍(lán)藻生長情況僅略快于2000 Lx，可能是實驗設(shè)計中2000 Lx的光照條件已經(jīng)接近飽和光照條件。

表3 不同光照條件下藍(lán)藻生長情況對比

4 結(jié)論

通過以上三組實驗得出結(jié)論：排入水體污染物濃度增加，將對水體中藍(lán)藻生長繁殖產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用，直到導(dǎo)致藍(lán)藻水華的暴發(fā)，溫度是影響藍(lán)藻生長和藍(lán)藻水華暴發(fā)的重要因子。因此，可證明受污染的湖泊水體之所以經(jīng)常在夏天暴發(fā)藍(lán)藻水華，就在于夏天溫度高、光照條件充足、有充足的營養(yǎng)鹽(污染)的原因。