探究不同種類植物對生態瓶穩定的影響

本期點評專家

張永強" 正高級教師，湖南省十佳科技教師。科普中國2021年十大科普人物獎獲得者，全國校園發明創意大賽、湖南省青少年科技創新大賽、湖南省創新編程與智能設計大賽、湖南省科學調查體驗活動評審專家組成員。

針對環境問題，我國提出在2030年實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”的“雙碳”目標，其中涉及的環保、碳中和理念等與高中生物選擇性必修二《生物與環境》第3章第5節《生態系統的穩定性》的內容有一定關聯。我們在從課本習得的理論基礎上，開展了“創意生態瓶的制作”人工生態系統模型構建的科學探究實踐活動。

生態瓶是地球的微型模擬，要保持穩定，需在其內構建一個生態平衡系統。影響平衡的因素有很多，例如不同的土壤、水質，不同種類的動植物，等等。我們在生態瓶中種植不同種類的植物，探究其對生態瓶穩定性的影響。

一、實驗目的

從生態平衡角度出發，制作創意生態瓶，探究不同種類的植物對生態瓶穩定性的影響。

二、實驗原理

生態瓶模擬自然生態系統，通過封閉環境中生物與非生物成分的相互作用，實現能量流動和物質循環，維持生態平衡。生態系統中有生產者、消費者與分解者。我們通過改變生產者的種類，讓消費者與分解者保持一致，實現能量的流動與物質的循環，對生態瓶的穩定性進行探究。

在生態瓶的制作過程中，不僅考慮到生態系統的穩定性，還考慮到不同生物搭配的美觀性，構建一個兼具實用性與美觀性的創意生態瓶。為了更好地將書本知識與實驗有機結合，我們制作了思維導圖。

三、實驗假設

結合所學知識，在一定范圍內，生態系統中的生產者越多，生態瓶越趨于穩定。由此推測：僅放置蜈蚣草的1、2、3號瓶子持續穩定的時間較短；僅放置綠菊花的4、5、6號瓶子持續穩定的時間較短；放置蜈蚣草和綠菊花的7、8、9號瓶子持續穩定的時間較長。

四、探究過程

我們以水中不同種類的植物為生產者，消費者為熱帶魚，分解者為硝化細菌與小螺，構建出小型的生態系統模型，并將生態瓶置于陽光下，實現物質的循環與能量的流動。觀察熱帶魚的游動情況，包括游姿、游動速度、游動的頻率等，判斷熱帶魚的活躍情況（如：活躍度高的魚一般在水的下層游動，反應敏銳；活躍度低的魚則在水的上層游動，魚嘴貼近水面，尾身呈下垂現象）并進行量化打分，分數從1—10，分值越高說明魚越活躍。結合記錄的數據繪制曲線圖。

實驗結果表明，熱帶魚的活躍度均在實驗開始后3至4天下降，且20至24天后，僅放置綠菊花或蜈蚣草的生態瓶中出現熱帶魚死亡的現象，37天后，放置綠菊花與蜈蚣草的生態瓶中出現熱帶魚死亡的現象。總體而言，放置蜈蚣草與綠菊花兩種植物的生態瓶中的熱帶生物活躍度最高。

從生物總體情況來看，9個生態瓶活躍度都呈下降趨勢，其中放置蜈蚣草與綠菊花兩種植物的生態瓶比只放置蜈蚣草或綠菊花的生態瓶的活躍度下降趨勢要慢。可見，實驗結果與預期實驗結果一致。

五、分析與討論

在一定范圍內，植物種類越多，生態瓶越趨于穩定。

放置蜈蚣草或綠菊花的生態瓶中，仍出現魚類死亡的現象。經過討論與分析，我們得出以下可能導致魚類死亡的原因：生態瓶太小，熱帶魚的活動空間較小；熱帶魚在生態瓶中的生活時間較短，對環境未能較好適應；生態瓶中消費者單一，且營養結構簡單，導致生態瓶穩定性較差；生態瓶中的細菌等微生物的數量和種類影響魚類的生存，如果生態瓶沒有密封，空氣中的細菌進入后可能導致水質迅速惡化，加速魚類死亡；實驗期間連續的陰雨天氣導致環境頻繁變化，使得魚體發生應激反應，易死亡。

總而言之，在一定范圍內，生態瓶中的生產者越多，食物鏈越多，生態結構相對越穩定，越利于生物的生存。且環境易影響魚類生命力，導致魚類活躍度變化，可從側面反映生態瓶的穩定性。

為了保持生態平衡，需要建立一個更加復雜和穩定的生態系統，包括多種生物和適當的環境條件。

六、體會與反思

首先，生態瓶并非完全密封的，無法完全模擬地球所有相對獨立的生態要素和環境變化。其次，生態瓶的容量有限，難以展示出物種復雜性和多樣性，由此也可看出構建人工生態系統的困難。

盡管如此，生態瓶和“生物圈2號”（一種由美國人建造的封閉生態系統）都是地球的縮影，對其進行研究有助于我們加深對生物和環境的了解，探索影響人工生態系統穩定的因素。（指導老師：呂秀賢" "劉翔武）

專家點評

作者選取的課題“探究不同種類植物對生態瓶穩定的影響”與當前全球環境問題緊密相連，具有較高的實際應用價值和教育意義。

作者巧妙地將課本中的理論知識與實驗操作融合，通過動手實踐，將所學知識靈活地運用到實驗之中，促進了理論理解的深化和實踐能力的提升。文章從問題背景的闡述到研究問題的明確，再到學習目標的設定，直至實驗過程的細致描述、結果記錄的詳盡分析，以及體會與反思，環環相扣，完整地呈現了一次科學研究的全過程。記錄實驗結果并進行詳細分析，使結論更具說服力。在體會與反思部分，作者不僅總結了實驗的成功之處，還深入分析了實驗的局限性和不足，提出了對生態保護的思考，體現了較高的科研素養和責任感。

建議在條件允許的情況下，適當增加實驗組的數量，引入更多種類的生物和環境條件，以提高實驗結果的全面性和普適性。利用統計軟件對數據進行深入分析，如進行顯著性檢驗、回歸分析等，以增強結論的科學性和可靠性。在結論部分，可深入解釋其背后的生態學原理，并探討其對現實環境問題的啟示和應用價值。