鳳眼蓮（水葫蘆）的污水凈化功能探秘

朱哲予 李殊

科學(xué)，能鍛煉人的思維和邏輯。無論你研究的是什么，最后總要形成脈絡(luò)非常清晰的文字材料?？茖W(xué)論文恰恰就是文字和思維最好的結(jié)合體。鄧玉琳老師，廣東省深圳市南山實驗教育集團南頭小學(xué)語文高級教師、班主任，教育部小學(xué)語文骨干教師國家級培訓(xùn)優(yōu)秀學(xué)員，全國“閱讀改變中國”2019年度點燈人。她引導(dǎo)孩子們對發(fā)現(xiàn)的問題進行探索，并付諸實驗，最后提出解決的方法。這一系列的過程最后落在文字上，既鍛煉了孩子的思維，又提高了孩子的寫作能力。

問題·探索

周末的時候，我們到深圳大學(xué)校園里的文山湖去玩，看到文山湖里種著大片的水草。我們很好奇：為什么要種這么多水草呢？這些水草長得密密麻麻的，幾乎把半個文山湖塞滿了，看起來并不好看。媽媽告訴我們：這個文山湖其實是一個人工濕地，這種水草叫作鳳眼蓮，俗稱水葫蘆，種植它們并不是為了好看，而是為了對這個人工濕地起到污水凈化的作用。我們很驚訝：鳳眼蓮能凈化污水？它是怎么實現(xiàn)污水凈化的呢？我們決定對此展開研究。

研究·思路

我們確定了如下的研究思路：

1.首先查閱文獻，了解濕地植物及其凈化污水的相關(guān)知識。

2.采集鳳眼蓮植物樣本，觀察它們的根、莖的特點。

3.做實驗，通過水樣檢測來了解鳳眼蓮的污水凈化作用。

研究·過程

1.文獻閱讀。

通過文獻閱讀，我們了解到：

（1）鳳眼蓮是一種可用于人工濕地污水凈化的植物。類似的能夠起到人工濕地污水凈化功能的植物還有很多，一般可分為三種類型：挺水型、浮水型和沉水型。挺水型的如蘆竹、梭魚草、風車草、香蒲等;浮水型的如鳳眼蓮、睡蓮等;沉水型的如狐尾藻等。浮水型濕地植物的凈化效果比挺水型和沉水型濕地植物的凈化效果要更好。

（2）污水中有各種各樣的污染物。一般而言，生活污水中含有較高的人畜糞尿等成分，氮、磷含量特別高，還有細菌、微生物及碳氫化合物等。

（3）人工濕地植物去污的機理主要有三個方面：第一方面，植物自身可以直接吸收利用污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，積累、轉(zhuǎn)化成植物生命物質(zhì)或代謝物，同時吸附和富集污水中的重金屬如鉛、鎘等有害物質(zhì)，吸收污染物的主要器官是根;第二方面，輸送氧氣到植物根區(qū)，為微生物生長、繁殖和降解反應(yīng)提供氧氣;第三方面，增強和維持水體的水力傳輸能力。第一個方面可以理解為直接利用污染物，第二和第三個方面可以理解為間接地促進分解。

2.我們的猜想。

通過文獻閱讀，我們對濕地植物有了一些初步的了解。我們猜想：

（1）鳳眼蓮的根和莖應(yīng)該具有某種特殊結(jié)構(gòu)，從而有利于輸送氧氣以及吸收污水中的營養(yǎng)物質(zhì)或有害物質(zhì)，達到凈化污水的作用。

（2）鳳眼蓮的根會吸附污水中的污染物，因此，它的根上應(yīng)該含有大量的污染物。

（3）鳳眼蓮還會把污水中的污染物吸收到自己的身體里，因此，鳳眼蓮的莖里面也會含有污染物。

針對第一個猜想，我們打算從文山湖中采集鳳眼蓮帶回實驗室，觀察它們的根、莖結(jié)構(gòu);針對第二個猜想，我們打算清洗采集回來的鳳眼蓮根部，獲得根系水樣，檢測其中的污染物含量，并與文山湖水中的污染物含量作對比，了解鳳眼蓮的根對污染物的吸附作用;針對第三個猜想，我們打算將采集回來的鳳眼蓮的莖搗碎，獲得莖汁水樣，檢測其中的污染物含量，并與文山湖水中的污染物含量作對比，了解鳳眼蓮的身體對污染物的吸收作用。

3.植物觀察。

（1）根系觀察。肉眼可以看到，鳳眼蓮的根系非常密集，毛茸茸的。這意味著與污水的接觸面較大，應(yīng)該有助于它們對于污水內(nèi)各類物質(zhì)的吸收。

（2）莖觀測。我們把鳳眼蓮的莖進行切片，肉眼可以看到它的莖切面呈網(wǎng)狀，透氣性較好。

我們把它帶回實驗室用顯微鏡進行觀測，可以看到非常明顯的氣室結(jié)構(gòu)。這種氣室結(jié)構(gòu)應(yīng)該有助于輸送氧氣到植物根區(qū)。

4.水質(zhì)檢測。

通過文獻閱讀，我們知道污水中氮、磷含量特別高。針對這兩類污染物，我們在咨詢相關(guān)專家后，按照專家的建議從網(wǎng)上購買了專業(yè)的水質(zhì)檢測試劑盒：氨氮檢測試劑盒和磷檢測試劑盒。

我們通過不同方式分別采集獲取了四類水樣本：

（1）自來水。從水龍頭接水，采集自來水水樣本。自來水樣本可以幫助我們確定檢測試劑的可靠性。

（2）文山湖水。我們猜測文山湖水可能因為種植鳳眼蓮而得到了凈化，因此，我們在文山湖的鳳眼蓮種植區(qū)采集了湖水樣本來做檢測。在采集的過程中，我們盡量靠近但不攪動鳳眼蓮根系來獲取文山湖水樣本。

（3）鳳眼蓮根系水。我們猜測鳳眼蓮的根系中可能因為吸收了湖水中的污染物而含有氨氮或磷，且含量要高于文山湖水中的氨氮或磷含量。我們?nèi)×?株從文山湖中采集的鳳眼蓮，放入一小盆自來水中，用力清洗并擠出根系吸附的水分，獲得鳳眼蓮根系水樣本。

（4）鳳眼蓮莖汁水。我們猜測鳳眼蓮的身體中可能因為吸收了湖水中的營養(yǎng)物質(zhì)而含有氨氮或磷，且含量要高于文山湖水中的氨氮或磷含量。我們將鳳眼蓮的莖在小碗里搗碎，形成汁水，獲得莖汁水樣本。

四類水樣的氨氮檢測。

我們對四類水樣本進行了氨氮檢測。結(jié)果顯示：

（1）自來水：比色管中的水呈淺黃色透明狀，氨氮含量約為0.01mg/L。

（2）文山湖水：比色管中的水呈淺黃色透明狀，氨氮含量約為0.01mg/L。

（3）鳳眼蓮根系水：比色管中的水呈混濁狀，無法確定氨氮含量。

（4）鳳眼蓮莖汁水：比色管中的水呈褐黃色，無法確定氨氮含量。

鳳眼蓮根系水和莖汁水中的氨氮含量難以判斷，可能因為原水樣本身就有顏色，與色卡難以進行比對。因此，無法通過比色確定鳳眼蓮對文山湖中的氨氮的凈化效果。

四類水樣的磷檢測。

我們對四類水樣本進行了磷檢測。結(jié)果顯示：

（1）自來水：比色管中的水呈透明狀，磷含量小于0.03mg/L。

（2）文山湖水：比色管中的水呈淺淺的綠色，磷含量約為0.03mg/L。

（3）鳳眼蓮根系水：比色管中的水呈黑色，磷含量大于0.50mg/L。

（4）鳳眼蓮莖汁水：比色管中的水呈藍色，磷含量約為0.20mg/L。

由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮確實吸附和吸收了文山湖水中的磷，讓文山湖水得到了凈化。由于我們的清洗能夠?qū)⑵湮降牧揍尫诺剿铮虼锁P眼蓮的根系對磷的吸附作用并不牢固。也就是說，打撈、攪動等可能會導(dǎo)致根系所吸收的磷釋放到水中，從而引起局部的水體磷含量激增。

思考·延伸

中國有廣大的農(nóng)村，家家戶戶都會產(chǎn)生越來越多的生活污水，而往往農(nóng)村污水處理設(shè)施的建設(shè)跟不上，導(dǎo)致農(nóng)村的污染越來越嚴重。我們的檢測結(jié)果顯示，鳳眼蓮對污水中磷的凈化作用較強。那么，能不能把這種凈化作用運用于廣大農(nóng)村的污水凈化實踐呢？（有詳細的實驗過程，由于版面有限，故略去，有興趣的同學(xué)可以聯(lián)系快樂作文編輯部。）

研究·結(jié)論

通過以上的研究過程，我們基本可以得出以下結(jié)論：

（1）鳳眼蓮根系發(fā)達，莖具有氣室結(jié)構(gòu)，有助于凈化污水。

（2）鳳眼蓮的根系能夠大量地吸附污水中的磷，還能夠?qū)⒘孜盏襟w內(nèi)。

（3）鳳眼蓮對生活污水中的氨氮和磷的凈化效果好、成本低、見效快，應(yīng)該可以將這種凈化作用運用于廣大農(nóng)村的污水凈化實踐。

結(jié)束語

這次的研究很有意思。我們通過觀察，發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮具有非常發(fā)達的根系，而且它的莖具有明顯的氣室結(jié)構(gòu)，這些都有助于它實現(xiàn)污水凈化;通過對自來水、文山湖水、鳳眼蓮根系水、鳳眼蓮莖汁水四類水樣的檢測，我們發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮根系水和鳳眼蓮莖汁水的磷含量都高于文山湖水，可見鳳眼蓮確實吸附和吸收了文山湖水中的磷，讓文山湖水得到了凈化。在這四類水樣的檢測中，我們未能確定鳳眼蓮對氨氮的凈化效果。

但在延伸實驗中我們又有了有趣的發(fā)現(xiàn)，就是生活污水在剛剛形成的時候，氨氮的含量不高，但經(jīng)過一段時間后，沒有種植鳳眼蓮的生活污水，因為發(fā)酵的過程使得氨氮的含量大大提高了;而種植有鳳眼蓮的生活污水，氨氮的含量仍然不高。也就是說，鳳眼蓮對生活污水中的氨氮生成有較好的抑制作用。此外，我們檢測到，生活污水中的磷含量很高，尤其是尿液的磷含量很高，而鳳眼蓮對生活污水中磷的凈化效果非常顯著。我們非常希望，可以通過在廣大農(nóng)村開發(fā)小型人工濕地的方式，將鳳眼蓮的這種凈化作用運用于農(nóng)村的污水凈化實踐。

（指導(dǎo)教師：鄧玉琳）

由于版面有限，我們展示的只是這篇論文的部分內(nèi)容。通過論文，我們發(fā)現(xiàn)同學(xué)們的發(fā)現(xiàn)力和研究力真是無限的。生活中任何一個細節(jié)，都可能成為你探索的理由。加油吧，少年！