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综合实践

鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

[日期:2026-03-11] 来源: 作者:

1.徐州一中综合实践活动(研究性学习)课题实施方案申报表


课题名称

鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

课 题

组 成

员 及

有 关

情 况

姓名

性别

班级

职务

学号

史昕冉

女

高一9

组长


李妍玥

女

高一9

组员

















指导教师

杜雯雯





















课 题

研 究

的 目

的 及

主 要

内 容

目的:

针对鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究,小组成员打算通过三个小实验加深对养殖鱼类、栽培植物和微生物之间的共生系统的了解,对鱼菜共生系统有深入认识。为家庭、校园小型鱼菜共生系统的搭建与优化提供可复制的参考。串联 “生态构建、微生物作用、对比实验、控制变量” 等核心科学知识点,培养系统化的科学探究思维。

主要内容:

课题一、通过控制变量法,探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响;建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。

课题二、通过对比实验,探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物(鸡毛菜)生长的影响;

课题三、通过对比实验,探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响。


研 究

假 设

1、遵循标准化步骤可成功构建基础鱼菜共生系统,实现鱼类存活与植物生长。

2、添加硝化细菌会显著提升鸡毛菜的株高、茎粗与鲜重,优于无硝化细菌组。

3、完整系统中,硝化细菌可降低氨氮积累速度、稳定 pH 值,同时进一步促进鸡毛菜生长,实现 “水环境 - 植物” 双优化。  

研 究

方 法

控制变量法 ,仅改变 “硝化细菌添加量”,其余如植物株数、鱼类数量、溶氧量、培养时间等完全一致

对比实验法 ,设置空白对照、条件对照、实验组,通过多组结果差异,明确硝化细菌的作用

研 究

步 骤

(各 阶

段 的

主 要

内 容

和 时

间 安

排)

一 、8月22日-8月25日

领取科学盒子和科学海报 录制开箱视频,拍摄开箱照片  

二、8月26日-8月27日

领取姓名专属条码,加入课题微信群、组建课题小组,参加课题群科学第一课   ,检查物资。

三、8月29日-9月10日

1.   登录在线学习平台,完成探究性学习导论,合作讨论课程学习;

2.   完成先备知识课程学习和课题任务;

3.   完成实验探究的课程学习和课题任务;

四、9月11日-12月30日

利用科探方舟盒子完成三个课题探究实验。

五、2026年1月5日-2026年2月20日

课题研究进展成果制作及报告整理输出

成 果

形 式

论文

论 证

小 组

意 见



论证人签名:   年 月 日


                                             

2.徐州一中综合实践活动(研究性学习)记录表

课题题目:鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

编号:

活动时间:9月20日

第 3 次

活动地点:家里

指导教师:杜雯雯

班级:高一9班

参加活动成员:  

组内: 史昕冉、李妍玥

组外:

活动内容:

1)目的(解决什么问题):

探寻鱼菜共生的新生产种植模式,改善全球水资源短缺与农业资源浪费问题。

2)形式(小组讨论、试验、查阅资料、调查、实地测量):

实验、查阅资料、小组讨论。

3)过程:

①在家进行试验

②小组展示、讨论实验及结果

③查阅资料,形成共识。

4)结果(得到什么结论、解决哪些问题、是否完成预定目标和计划、出现的新问题)

①结论:

课题一结论: 氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

课题二结论:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

课题三结论:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用—— 既降低氨氮积累速度、稳定   pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。

②解决问题

完成预定目标和计划。采用 “逐步递进” 的研究思路,从基础构建到单因素验证,再到综合验证,实验逻辑闭环,结果具有连贯性与说服力。建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。单一变量下,探究硝化细菌对鸡毛菜生长指标(高、茎粗、鲜重)的独立影响。综合系统中,验证了硝化细菌对水环境稳定性和植物生长的双重调控作用。

③新的问题

实验不足:培养时间较短(20-21   天),未观察长期生态平衡;仅选用鸡毛菜作为实验植物,结果普适性有待验证。

优化方向:延长实验周期至   1-2 个月,观察系统长期稳定性;增加生菜、油麦菜等植物品种,验证硝化细菌作用的普适性;探究不同硝化细菌添加量的最优配比。

  记录者: 李妍玥





注:1、由课题组长指派专人负责填写,备追踪课题研究过程时使用。

2、本表一式三份,交由年级处、指导教师、课题组长存档。

3.徐州一中综合实践活动(研究性学习)课题研究成果报告

题目:鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

编号:

课题组成员

组长:史昕冉

组员:李妍玥

指导教师:杜雯雯

报告执笔人: 李妍玥

完成时间:9月28日

主导课程:生态养殖

相关课程:生物学

(一)书面材料

课题成果:

1) 预期的成果:

三个实验均成功,符合预定推测。

2) 课题实际取得的成果:  

课题一结果:通过课题一实验可,氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

课题二结果:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

课题三结果:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用—— 既降低氨氮积累速度、稳定   pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。



参考书目及资料:

[1] 陈捷音。水中亚硝化细菌和硝化细菌检测方法的探讨 [J]. 环境研究与监测,2007, 20 (2): 3.

[2] 魏东,张植元,胡佳祥,等。生菜在鱼菜共生立体种养殖系统中的水质净化效果 [J]. 安徽农业科学,2022, 50 (16): 50.

[3] 王永鹏,陈曦,龚俊涛。现代鱼菜共生技术进展与展望探究 [J]. 产业创新研究,2021, (22): 57-59.

[4] 杨玲。高中生物学跨学科项目化学习的设计与实施 —— 以鱼菜共生系统探究为例   [J]. 中学生物教学,2024,   (17): 13-16.

[5] 蒋金辰,高霞婷,徐琰斐,等。鱼菜共生系统氮、磷利用效率研究现状和展望 [J]. 农业工程学报,2022, 38 (S1): 292-300.

附录材料(要求提交原始记录)包括:

活动记录表(1)份  访谈表( )份  实验记录(   )份

调查表( )份 测量数据记录( )份

(二)实物材料,如制作的图片,模型,照片,事物样本,音像资料等

   编号:  

名称:  

制作者:  

内容:

功能:

(三)演示课题成果所需要的条件,要求(如特别需要,请说明):









4.鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

 徐州市第一中学高一9班 史昕冉、李妍玥

【摘要】

本研究以鱼菜共生系统为对象,通过 “系统构建 — 单因素验证 — 综合探究” 的递进式实验设计,系统探究了硝化细菌对系统稳定性及植物生长的双重作用。建立了标准化的鱼菜共生系统构建流程,通过单因素对比实验,验证了硝化细菌对鸡毛菜株高、茎粗和鲜重的显著促生作用;在鱼菜共生系统中,进一步证实硝化细菌可有效降低水体氨氮积累速率、稳定 pH 值,同时显著提升植物生长指标,实现了水环境稳定性与植物生长的双重优化。研究结果表明,硝化细菌是维系鱼菜共生系统平衡的核心功能微生物,其应用可为小型鱼菜共生系统的构建与优化提供科学依据。

【关键词】鱼菜共生, 硝化细菌, 共生系统

一、研究背景

随着全球水资源短缺与农业资源浪费问题日益凸显,传统农业模式的弊端逐渐显现:水产养殖中大量鱼类粪便随废水排放,造成水体富营养化,而蔬菜种植依赖化肥不仅增加成本,还易引发土壤污染。在此背景下,鱼菜共生作为融合水产养殖与水耕栽培的闭环生态模式,凭借 “养鱼不换水、种菜不施肥” 的核心优势,成为农业绿色转型的重要方向。

鱼菜共生通过微生物转化,将鱼粪中的氮、磷等营养物质转化为蔬菜可吸收的养分,实现水资源循环利用率超 95%,既节水又减排。硝化细菌作为系统的 “生物转化枢纽”,可降解鱼类代谢产生的有毒氨氮,为植物提供可吸收的氮源,是维系系统平衡的关键微生物。目前该技术已在城市农业、设施农业中逐步应用,甚至成为助力城市食物自给率提升的创新路径,但实际推广中仍面临诸多挑战。现有研究发现,传统鱼菜共生系统存在鱼菜生长需求不匹配、营养利用效率低、品种适配性差等问题,且多聚焦于淡水系统,对盐碱水等特殊水资源的利用研究不足。

此外,该技术的系统设计、资源优化等方面仍有较大探索空间,尤其适合高中生开展实践研究。基于此,本研究围绕鱼菜共生系统优化、资源高效利用等核心课题,结合相关文献的研究成果与空白,通过实验探究解决实际问题,为鱼菜共生技术的普及与创新提供青少年视角的实践参考。

二、实验材料

(1)、容器与搭建器材

2000mL 塑料盒、32×22×19cm 养殖缸、定植篮、定植海绵、气泵、四通、气石、塑料镊子、锥子、剪刀、记号笔。

(2)、测量与检测工具

电子秤、游标卡尺、pH + 氨氮 + 亚硝酸盐试剂组合套装、300mL/500mL 烧杯、3mL 滴管、搅拌棒。

(3)生物与试剂材料

植物:鸡毛菜种子;

动物:小型鱼类;

微生物与养分:硝化细菌液、鱼粪浓缩液、细菌屋(20 个 / 组);

三、研究过程

通过三个课题进行探究

课题一、通过控制变量法,探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响;建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。

课题二、通过对比实验,探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物(鸡毛菜)生长的影响;

课题三、通过对比实验,探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响。

课题一:探究生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响

1.1实验设计说明:

本实验通过控制变量法探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响。

自变量:硝化细菌生存环境(额外氧气、细菌屋)

因变量:水体氨氮含量、水体亚硝酸盐含量

1.2实验步骤

(1)用量具量取400mL提 配制好的鱼粪稀释液,缓慢且平稳地注入每个培养杯中,按照表1设置实验组,需要添加硝化细菌的组别用滴管滴入3滴硝化细菌液并搅拌,需要额外增加氧气的组别则利用氧气泵增加氧气,需要添加细菌屋(为硝化细菌提供附着生长的场所)的组别则放置20个清洗干净的细菌屋。为便于区分各实验组,建议使用记号笔在对应的瓶身清晰标注组别编号、日期及关键参数等信息,确保标记内容完整、准确且易于识别。

(2)配制鱼粪稀释液:将自来水通风晾晒2-3天去氯气,量取4L倒入容器,滴加12滴鱼粪浓缩液并搅拌均匀;若后续氨氮检测未达1.5mg/L,可适当增加浓缩液用量。

(3)检测水体氨氮与亚硝酸盐:

a) 氨氮检测:冲洗测试杯3-5次,取5mL稀释液注入,依次滴加5滴1号、2号试剂并摇匀,静置5分钟后,对比比色卡读取氨氮含量并记录、拍照。

b) 亚硝酸盐检测:冲洗测试杯,取5mL稀释液注入,滴加5滴亚硝酸盐试剂,摇匀后静置5分钟,对比比色卡读取含量并记录。

(4)搭建培养系统:每个培养杯注入400mL鱼粪稀释液,按实验组要求,分别添加3滴硝化细菌(搅拌均匀)、开启氧气泵或放置20个干净细菌屋;用记号笔标注组别、日期及关键参数,便于区分。

注意:亚硝酸盐试剂2仅第一次使用前配制,所有试剂需阴凉避光保存。


表 1-1 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验设置表

序号

组别

鱼粪稀释液 (mL)

硝化细菌溶液 (滴)

额外充氧

细菌屋 (个)

1

对照组

400

0

×

0

2

硝化细菌组

400

3

×

0

3

硝化细菌 + 氧气组

400

3

√

0

4

硝化细菌 + 细菌屋组

400

3

×

20

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

400

3

√

20


(5)将气泵与三通接头进行连接。将三通接头的另外两个分支接口分别与通向各个需要充氧培养杯的软管连接。避免软管出现缠绕、打折等情况,以保证氧气能够顺畅地输送到各个培养杯中。

(6)完成培养系统搭建后,将气泵 USB 端口连接电源,为需要充氧的培养杯提供持续稳定的氧气供应。观察各个培养杯中气泡的产生情况和出气量是否一致。若发现某个培养杯的出气量与其他缸存在明显差异,可使用夹子等工具,轻轻捏住培养杯相连的软管,通过调节软管的挤压程度来控制出气量,确保各培养杯的充氧条件基本一致,保证无关变量一致。

(7)实验培养与数据检测记录

自实验开始起,每隔24小时,对各个培养杯中的培养液进行氨氮含量与亚硝酸盐含量的检测。将所测得的数据详细记录在下列实验数据记录表中

课题二:探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长的影响

2.1实验设计说明

本实验通过对比实验探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长的影响

自变量:添加硝化细菌

因变量:植物生长指标(株高、净重、茎粗)

2.2实验步骤

(1) 参照实验一的操作方法,配制约 2L 鱼粪稀释液;同时准备 1.5L 经过晾晒处理的自来水备用;

(2) 种子催芽:取 3 个圆柱形定植海绵,将定植海绵吸水,每块放入 15 粒鸡毛菜种子,避光催芽,每天补水。

(3) 选苗移入定植篮:5 天后,使用镊子仔细挑出弱苗及未发芽的种子。每个定植海绵仅保留 5 株健壮的幼苗,将其连同海绵一同移入定植篮中,最终完成 3 个带苗定植篮的准备工作;

(4) 实验分组:准备 3 个培养杯,按照表 2 的参数设置实验条件。对照组 1 为鱼粪稀释液对照,验证硝化细菌对植物生长的影响;对照组 2 为空白对照,以排除实验外部因素影响。在每个培养杯中均匀摆放 20 个全新的细菌屋。随后,根据表格向各培养杯中添加对应液体,直至液面超过定植篮底部约 1cm,液体添加量约为 400mL,可依据实际情况灵活调整。为避免混淆,使用记号笔在培养杯瓶身显著位置,清晰标注序号、操作日期等关键信息,便于后续实验观察与数据记录。

(5) 连接气泵:将气泵和四通按下图连接,打开气泵。每天需加水,保持水位不变,确保液面没过定植篮底部约 1cm。

(6)培养约 20 天,测量并记录鸡毛菜的茎粗、株高、鲜重,计算平均值。

表 2-1 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表

序号

组别

鱼粪稀释液 (mL)

清水 (mL)

硝化细菌 (滴)

细菌屋 (个)

氧气

1

对照组 1

400

0

0

20

√

2

对照组 2

0

400

0

20

√

3

消化细菌

400

0

3

20

√




课题三:探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物生长的影响

3.1实验设计说明

本实验通过对比实验探究硝化细菌对鱼菜共生系统水体环境与鸡毛菜生长的影响。

自变量:是否添加硝化细菌

因变量:水体氨氮含量变化、pH 值变化、植物生长指标(株高、净重、茎粗)

3.2实验步骤

按照以下操作流程,在容积适宜(例如 322219cm)的鱼缸内养殖小型鱼类。同时,准备约 10L 经过 2 天晾晒处理的自来水。

① 水体准备:在鱼缸内注入约鱼缸容积三分之一的经过 2 天晾晒处理的自来水,通过晾晒可有效去除水中的余氯,避免其对鱼类造成伤害。

② 水温平衡:将装有鱼的袋子放入鱼缸中,浸泡 50 分钟。使袋内水温和鱼缸水温一致,防止因温差过大引发鱼类应激反应。

③ 水质适应:每隔 10 分钟向鱼袋内添加相当于原袋水量五分之一的鱼缸水,持续操作 1 小时。这一逐步过渡的方式能使鱼类逐步适应鱼缸内水质的酸碱度(pH 值)、硬度等理化特性。

④ 安全入缸:使用干净的捞鱼网将鱼从袋中捞出,轻轻放入鱼缸。切勿将鱼袋内的水倒入鱼缸,因为袋内水可能携带病菌或其他污染物,从而污染鱼缸水质。

⑤ 入缸后养护:鱼类入缸后的 12 小时内,暂不进行喂食操作,给予其充足时间适应新环境。待适应期结束后,每日定时喂食 2 次,每次投喂量以鱼类能在 3 分钟内吃完为宜。

⑥参考实验二的步骤,准备 3 个有苗的定植篮,在每个定植篮放入 5 棵幼苗。

⑦借用锥子与剪刀在 2000mL 塑料盖上剪出 1 个直径 7.5cm 的孔洞作为实验鱼缸盖,如此准备三个实验鱼缸盖。

向 2000mL 塑料盒中加入晒过的自来水(确保液面没过定植篮底部约 1cm),实验分组参考表 3,将鱼缸里的鱼按需转移到 2000mL 塑料盒(即实验鱼缸)中。菜组为空白对照以排除实验外部因素影响,鱼 菜组为鱼类生活对照组,验证添加硝化细菌对系统环境稳定性与植物生长的影响。

⑧确保液面没过定植篮底部约 1cm,打开氧气泵进行培养,每天早晚喂食一次。

⑨每天早晚检查实验鱼缸液面高度并用晒过的自来水补充液面,确保液面没过定植篮底部约 1cm,每 3 天测量实验鱼缸中水的氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、pH 值,生长约 21 天后,将定植篮中的植物取出,测量每株植物的鲜重、株高、茎粗指标并记录。

株高(mm):为茎底部到生长点顶端的距离。

茎粗(mm):为基部以上 1cm 处植物茎的直径。

鲜重测定(g):将幼苗用水冲洗 2-3 次,用纸巾擦干幼苗表面水分,然后用电子秤测量植物整株重量。

四、结果与分析

课题一实验结果与结果分析:

表 1-2 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据记录表(原始数据)

序号

组别

指标

0h

24h

48h

72h

96h

120h

144h

1

对照组

氨氮(mg/L)

10

10.12

10.05

9.98

9.9

9.85

9.8

亚硝酸盐(mg/L)

0

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

2

硝化细菌组

氨氮(mg/L)

10

9.2

8.1

7.05

6.2

5.5

5

亚硝酸盐(mg/L)

0

0.85

1.52

1.85

1.9

1.8

1.7

3

硝化细菌 + 氧气组

氨氮(mg/L)

10

8.05

6

4.1

2.5

1.5

0.8

亚硝酸盐(mg/L)

0

1.95

2.85

3.1

2.9

2.5

2

4

硝化细菌 + 细菌屋组

氨氮(mg/L)

10

7.5

5.1

3.2

1.8

1

0.5

亚硝酸盐(mg/L)

0

2.1

3.05

3.2

2.8

2.2

1.6

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

氨氮(mg/L)

10

6.1

3.05

1.2

0.35

0.1

0.05

亚硝酸盐(mg/L)

0

2.5

3.5

3.4

2.5

1.2

0.5


表 1-3 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表

序号

组别

指标

0h

24h

48h

72h

96h

120h

144h

1

对照组

氨氮减少量(mg/L)

0

-0.12

-0.05

0.02

0.1

0.15

0.2

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

2

硝化细菌组

氨氮减少量(mg/L)

0

0.8

1.9

2.95

3.8

4.5

5

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

0.85

1.52

1.85

1.9

1.8

1.7

3

硝化细菌 + 氧气组

氨氮减少量(mg/L)

0

1.95

4

5.9

7.5

8.5

9.2

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

1.95

2.85

3.1

2.9

2.5

2

4

硝化细菌 + 细菌屋组

氨氮减少量(mg/L)

0

2.5

4.9

6.8

8.2

9

9.5

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

2.1

3.05

3.2

2.8

2.2

1.6

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

氨氮减少量(mg/L)

0

3.9

6.95

8.8

9.65

9.9

9.95

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

2.5

3.5

3.4

2.5

1.2

0.5

课题一结果分析:


本实验通过控制单一变量(硝化细菌、氧气、细菌屋),探究了不同生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响。结果表明:
 1.
纯硝化细菌对氨氮有一定降解能力,但效率有限(144h仅降解5.00mg/L);
2.
补充氧气或细菌屋均可显著提升降解效率,其中细菌屋的提升效果略优于氧气;
3.
硝化细菌+细菌屋+氧气组合的降解效率最优,144h氨氮减少量达9.95mg/L,且亚硝酸盐最终仅残留0.50mg/L,说明该组合能构建完整的硝化-反硝化体系,是水产养殖中脱氮的最优方案。

通过课题一实验发现 5 组(硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组)的氨氮浓度减少量最多,1 组(对照组)的氨氮浓度减少量最少

氨氮浓度减少量由多到少依次是 5 > 4 > 3 > 2 > 1;

亚硝酸盐增加量由多到少依次是 5 > 4 > 3 > 2 > 1。

实验结果表明硝化细菌最需要的是 氧气,其次是 附着载体(细菌屋)。


课题二、实验数据结果及分析

表 2-2 实验数据记录表

序号

组别

编号

茎粗 (mm)

株高 (mm)

鲜重 (g)

1

对照组 1

 

苗 1

2.1

42

3.2

苗 2

2

40

3

苗 3

2.2

41

3.1

苗 4

2.1

43

3.3

苗 5

2

39

2.9

2

对照组 2

 

 

 

 

苗 1

1.5

28

1.8

苗 2

1.4

26

1.7

苗 3

1.6

29

1.9

苗 4

1.5

27

1.8

苗 5

1.4

25

1.7

3

硝化细菌组

苗 1

2.5

52

4.1

苗 2

2.6

53

4.2

苗 3

2.4

51

4

苗 4

2.5

50

4.1

苗 5

2.6

54

4.3

表 2-3 实验数据平均值表

序号

组别

平均茎粗 (mm)

平均株高 (mm)

平均鲜重 (g)

1

对照组 1

2.08

41

3.1

2

对照组 2

1.48

27

1.78

3

硝化细菌组

2.52

52

4.14


课题二结果分析

通过实验发现平均株高最高的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最低的是对照组 2组;平均茎粗最粗的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最细的是对照组 2组;平均鲜重最重的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最轻的是对照组 2组。

硝化细菌对鱼菜共生系统中植物的生长影响为正面促进作用。

实验结果

(1)平均株高最高的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最低的是对照组 2。

(2)平均茎粗最粗的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最细的是对照组 2。

(3)平均鲜重最重的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最轻的是对照组 2。

硝化细菌对鱼菜共生系统中植物的生长有促进作用,能明显提高鸡毛菜的株高、茎粗和鲜重。

课题三实验数据与结果分析

表 3-1系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响实验设置表

序号

组别

鱼(条)

菜(株)

细菌屋(个)

硝化细菌(滴)

氧气

1

菜组

0

5

20

0

√

2

鱼 + 菜组

3

5

20

0

√

3

鱼 + 菜 + 硝化细菌组

3

5

20

5

√






表 3-2 鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境影响实验数据记录表



序号

组别

指标

第 1 天

第 4 天

第 7 天

第 10 天

第 13 天

第 16 天

第 19 天

1 

菜组 

氨氮(mg/L)

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

pH

7.6

7.6

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

2

鱼 + 菜组

氨氮(mg/L)

0.02

0.25

0.58

0.85

1.12

1.36

1.58

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.18

0.42

0.65

0.88

1.05

1.22

pH

7.6

7.2

6.8

6.5

6.3

6.2

6.1

3 

鱼 + 菜 + 硝化细菌组

氨氮(mg/L)

0.02

0.08

0.12

0.15

0.16

0.16

0.17

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.05

0.07

0.08

0.08

0.08

0.09

pH

7.6

7.5

7.4

7.4

7.4

7.4

7.4


表 3-3 鱼菜共生系统中硝化细菌对植物生长影响实验数据记录表


序号

组别

指标

苗 1

苗 2

苗 3

苗 4

苗 5

平均

1 

菜组

 

茎粗(mm)

1.5

1.48

1.52

1.49

1.51

1.5

株高(mm)

28

27.5

28.5

27.8

28.2

28

鲜重(g)

1.8

1.78

1.82

1.79

1.81

1.8

2

 

 

鱼 + 菜组

 

 

茎粗(mm)

2.1

2.08

2.12

2.09

2.11

2.1

株高(mm)

42

41.5

42.5

41.8

42.2

42

鲜重(g)

3.1

3.08

3.12

3.09

3.11

3.1

3 

鱼 + 菜 + 硝化细菌组 

茎粗(mm)

2.6

2.58

2.62

2.59

2.61

2.6

株高(mm)

55

54.5

55.5

54.8

55.2

55

鲜重(g)

4.4

4.38

4.42

4.39

4.41

4.4

课题三结果分析

8C8E


氨氮值上升最慢(环境最稳定)的是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是菜组,最快(环境最不稳定)的是鱼 + 菜组。

37CF


平均株高最高的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组;平均茎粗最粗的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组;平均鲜重最重的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组。

鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性有正面影响,鱼菜共生系统中硝化细菌对植物生长有正面影响。

本实验表明,在鱼菜共生系统中添加硝化细菌,能显著降低水体中氨氮和亚硝酸盐的积累速度,维持 pH 值稳定,大幅提升水环境的稳定性;同时,硝化细菌可通过改善水体营养环境,显著促进鸡毛菜的生长,使鸡毛菜的株高、茎粗和鲜重均显著高于无硝化细菌的实验组。


五、结论

5.1课题一结论:氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

5.2课题二结论:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

5.3课题三结论:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用,既降低氨氮积累速度、稳定 pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。


实验不足:采用 “逐步递进” 的研究思路,从基础构建到单因素验证,再到综合验证,实验逻辑闭环,结果具有连贯性与说服力。但培养时间较短(20-21 天),未观察长期生态平衡;仅选用鸡毛菜作为实验植物,结果普适性有待验证。

优化方向:延长实验周期至 1-2 个月,观察系统长期稳定性;增加生菜、油麦菜等植物品种,验证硝化细菌作用的普适性;探究不同硝化细菌添加量的最优配比。


六、参考文献

[1] 陈捷音。水中亚硝化细菌和硝化细菌检测方法的探讨 [J]. 环境研究与监测,2007, 20 (2): 3.

[2] 魏东,张植元,胡佳祥,等。生菜在鱼菜共生立体种养殖系统中的水质净化效果 [J]. 安徽农业科学,2022, 50 (16): 50.

[3] 王永鹏,陈曦,龚俊涛。现代鱼菜共生技术进展与展望探究 [J]. 产业创新研究,2021, (22): 57-59.

[4] 杨玲。高中生物学跨学科项目化学习的设计与实施 —— 以鱼菜共生系统探究为例 [J]. 中学生物教学,2024, (17): 13-16.

[5] 蒋金辰,高霞婷,徐琰斐,等。鱼菜共生系统氮、磷利用效率研究现状和展望 [J]. 农业工程学报,2022, 38 (S1): 292-300.

54010

课题一相关图片

5F291


课题二相关图片

711B2


课题三相关图片

5663E




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版权所有:徐州市第一中学

地址:江苏省徐州市夹河前街26号

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综合实践

鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

2026年03月11日 11:11  点击:[]

1.徐州一中综合实践活动(研究性学习)课题实施方案申报表


课题名称

鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

课 题

组 成

员 及

有 关

情 况

姓名

性别

班级

职务

学号

史昕冉

女

高一9

组长


李妍玥

女

高一9

组员

















指导教师

杜雯雯





















课 题

研 究

的 目

的 及

主 要

内 容

目的:

针对鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究,小组成员打算通过三个小实验加深对养殖鱼类、栽培植物和微生物之间的共生系统的了解,对鱼菜共生系统有深入认识。为家庭、校园小型鱼菜共生系统的搭建与优化提供可复制的参考。串联 “生态构建、微生物作用、对比实验、控制变量” 等核心科学知识点,培养系统化的科学探究思维。

主要内容:

课题一、通过控制变量法,探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响;建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。

课题二、通过对比实验,探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物(鸡毛菜)生长的影响;

课题三、通过对比实验,探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响。


研 究

假 设

1、遵循标准化步骤可成功构建基础鱼菜共生系统,实现鱼类存活与植物生长。

2、添加硝化细菌会显著提升鸡毛菜的株高、茎粗与鲜重,优于无硝化细菌组。

3、完整系统中,硝化细菌可降低氨氮积累速度、稳定 pH 值,同时进一步促进鸡毛菜生长,实现 “水环境 - 植物” 双优化。  

研 究

方 法

控制变量法 ,仅改变 “硝化细菌添加量”,其余如植物株数、鱼类数量、溶氧量、培养时间等完全一致

对比实验法 ,设置空白对照、条件对照、实验组,通过多组结果差异,明确硝化细菌的作用

研 究

步 骤

(各 阶

段 的

主 要

内 容

和 时

间 安

排)

一 、8月22日-8月25日

领取科学盒子和科学海报 录制开箱视频,拍摄开箱照片  

二、8月26日-8月27日

领取姓名专属条码,加入课题微信群、组建课题小组,参加课题群科学第一课   ,检查物资。

三、8月29日-9月10日

1.   登录在线学习平台,完成探究性学习导论,合作讨论课程学习;

2.   完成先备知识课程学习和课题任务;

3.   完成实验探究的课程学习和课题任务;

四、9月11日-12月30日

利用科探方舟盒子完成三个课题探究实验。

五、2026年1月5日-2026年2月20日

课题研究进展成果制作及报告整理输出

成 果

形 式

论文

论 证

小 组

意 见



论证人签名:   年 月 日


                                             

2.徐州一中综合实践活动(研究性学习)记录表

课题题目:鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

编号:

活动时间:9月20日

第 3 次

活动地点:家里

指导教师:杜雯雯

班级:高一9班

参加活动成员:  

组内: 史昕冉、李妍玥

组外:

活动内容:

1)目的(解决什么问题):

探寻鱼菜共生的新生产种植模式,改善全球水资源短缺与农业资源浪费问题。

2)形式(小组讨论、试验、查阅资料、调查、实地测量):

实验、查阅资料、小组讨论。

3)过程:

①在家进行试验

②小组展示、讨论实验及结果

③查阅资料,形成共识。

4)结果(得到什么结论、解决哪些问题、是否完成预定目标和计划、出现的新问题)

①结论:

课题一结论: 氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

课题二结论:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

课题三结论:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用—— 既降低氨氮积累速度、稳定   pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。

②解决问题

完成预定目标和计划。采用 “逐步递进” 的研究思路,从基础构建到单因素验证,再到综合验证,实验逻辑闭环,结果具有连贯性与说服力。建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。单一变量下,探究硝化细菌对鸡毛菜生长指标(高、茎粗、鲜重)的独立影响。综合系统中,验证了硝化细菌对水环境稳定性和植物生长的双重调控作用。

③新的问题

实验不足:培养时间较短(20-21   天),未观察长期生态平衡;仅选用鸡毛菜作为实验植物,结果普适性有待验证。

优化方向:延长实验周期至   1-2 个月,观察系统长期稳定性;增加生菜、油麦菜等植物品种,验证硝化细菌作用的普适性;探究不同硝化细菌添加量的最优配比。

  记录者: 李妍玥





注:1、由课题组长指派专人负责填写,备追踪课题研究过程时使用。

2、本表一式三份,交由年级处、指导教师、课题组长存档。

3.徐州一中综合实践活动(研究性学习)课题研究成果报告

题目:鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

编号:

课题组成员

组长:史昕冉

组员:李妍玥

指导教师:杜雯雯

报告执笔人: 李妍玥

完成时间:9月28日

主导课程:生态养殖

相关课程:生物学

(一)书面材料

课题成果:

1) 预期的成果:

三个实验均成功,符合预定推测。

2) 课题实际取得的成果:  

课题一结果:通过课题一实验可,氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

课题二结果:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

课题三结果:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用—— 既降低氨氮积累速度、稳定   pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。



参考书目及资料:

[1] 陈捷音。水中亚硝化细菌和硝化细菌检测方法的探讨 [J]. 环境研究与监测,2007, 20 (2): 3.

[2] 魏东,张植元,胡佳祥,等。生菜在鱼菜共生立体种养殖系统中的水质净化效果 [J]. 安徽农业科学,2022, 50 (16): 50.

[3] 王永鹏,陈曦,龚俊涛。现代鱼菜共生技术进展与展望探究 [J]. 产业创新研究,2021, (22): 57-59.

[4] 杨玲。高中生物学跨学科项目化学习的设计与实施 —— 以鱼菜共生系统探究为例   [J]. 中学生物教学,2024,   (17): 13-16.

[5] 蒋金辰,高霞婷,徐琰斐,等。鱼菜共生系统氮、磷利用效率研究现状和展望 [J]. 农业工程学报,2022, 38 (S1): 292-300.

附录材料(要求提交原始记录)包括:

活动记录表(1)份  访谈表( )份  实验记录(   )份

调查表( )份 测量数据记录( )份

(二)实物材料,如制作的图片,模型,照片,事物样本,音像资料等

   编号:  

名称:  

制作者:  

内容:

功能:

(三)演示课题成果所需要的条件,要求(如特别需要,请说明):









4.鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

 徐州市第一中学高一9班 史昕冉、李妍玥

【摘要】

本研究以鱼菜共生系统为对象,通过 “系统构建 — 单因素验证 — 综合探究” 的递进式实验设计,系统探究了硝化细菌对系统稳定性及植物生长的双重作用。建立了标准化的鱼菜共生系统构建流程,通过单因素对比实验,验证了硝化细菌对鸡毛菜株高、茎粗和鲜重的显著促生作用;在鱼菜共生系统中,进一步证实硝化细菌可有效降低水体氨氮积累速率、稳定 pH 值,同时显著提升植物生长指标,实现了水环境稳定性与植物生长的双重优化。研究结果表明,硝化细菌是维系鱼菜共生系统平衡的核心功能微生物,其应用可为小型鱼菜共生系统的构建与优化提供科学依据。

【关键词】鱼菜共生, 硝化细菌, 共生系统

一、研究背景

随着全球水资源短缺与农业资源浪费问题日益凸显,传统农业模式的弊端逐渐显现:水产养殖中大量鱼类粪便随废水排放,造成水体富营养化,而蔬菜种植依赖化肥不仅增加成本,还易引发土壤污染。在此背景下,鱼菜共生作为融合水产养殖与水耕栽培的闭环生态模式,凭借 “养鱼不换水、种菜不施肥” 的核心优势,成为农业绿色转型的重要方向。

鱼菜共生通过微生物转化,将鱼粪中的氮、磷等营养物质转化为蔬菜可吸收的养分,实现水资源循环利用率超 95%,既节水又减排。硝化细菌作为系统的 “生物转化枢纽”,可降解鱼类代谢产生的有毒氨氮,为植物提供可吸收的氮源,是维系系统平衡的关键微生物。目前该技术已在城市农业、设施农业中逐步应用,甚至成为助力城市食物自给率提升的创新路径,但实际推广中仍面临诸多挑战。现有研究发现,传统鱼菜共生系统存在鱼菜生长需求不匹配、营养利用效率低、品种适配性差等问题,且多聚焦于淡水系统,对盐碱水等特殊水资源的利用研究不足。

此外,该技术的系统设计、资源优化等方面仍有较大探索空间,尤其适合高中生开展实践研究。基于此,本研究围绕鱼菜共生系统优化、资源高效利用等核心课题,结合相关文献的研究成果与空白,通过实验探究解决实际问题,为鱼菜共生技术的普及与创新提供青少年视角的实践参考。

二、实验材料

(1)、容器与搭建器材

2000mL 塑料盒、32×22×19cm 养殖缸、定植篮、定植海绵、气泵、四通、气石、塑料镊子、锥子、剪刀、记号笔。

(2)、测量与检测工具

电子秤、游标卡尺、pH + 氨氮 + 亚硝酸盐试剂组合套装、300mL/500mL 烧杯、3mL 滴管、搅拌棒。

(3)生物与试剂材料

植物:鸡毛菜种子;

动物:小型鱼类;

微生物与养分:硝化细菌液、鱼粪浓缩液、细菌屋(20 个 / 组);

三、研究过程

通过三个课题进行探究

课题一、通过控制变量法,探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响;建立基础鱼菜共生系统的标准化构建与初期养护流程。

课题二、通过对比实验,探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物(鸡毛菜)生长的影响;

课题三、通过对比实验,探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响。

课题一:探究生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响

1.1实验设计说明:

本实验通过控制变量法探究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响。

自变量:硝化细菌生存环境(额外氧气、细菌屋)

因变量:水体氨氮含量、水体亚硝酸盐含量

1.2实验步骤

(1)用量具量取400mL提 配制好的鱼粪稀释液,缓慢且平稳地注入每个培养杯中,按照表1设置实验组,需要添加硝化细菌的组别用滴管滴入3滴硝化细菌液并搅拌,需要额外增加氧气的组别则利用氧气泵增加氧气,需要添加细菌屋(为硝化细菌提供附着生长的场所)的组别则放置20个清洗干净的细菌屋。为便于区分各实验组,建议使用记号笔在对应的瓶身清晰标注组别编号、日期及关键参数等信息,确保标记内容完整、准确且易于识别。

(2)配制鱼粪稀释液:将自来水通风晾晒2-3天去氯气,量取4L倒入容器,滴加12滴鱼粪浓缩液并搅拌均匀;若后续氨氮检测未达1.5mg/L,可适当增加浓缩液用量。

(3)检测水体氨氮与亚硝酸盐:

a) 氨氮检测:冲洗测试杯3-5次,取5mL稀释液注入,依次滴加5滴1号、2号试剂并摇匀,静置5分钟后,对比比色卡读取氨氮含量并记录、拍照。

b) 亚硝酸盐检测:冲洗测试杯,取5mL稀释液注入,滴加5滴亚硝酸盐试剂,摇匀后静置5分钟,对比比色卡读取含量并记录。

(4)搭建培养系统:每个培养杯注入400mL鱼粪稀释液,按实验组要求,分别添加3滴硝化细菌(搅拌均匀)、开启氧气泵或放置20个干净细菌屋;用记号笔标注组别、日期及关键参数,便于区分。

注意:亚硝酸盐试剂2仅第一次使用前配制,所有试剂需阴凉避光保存。


表 1-1 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验设置表

序号

组别

鱼粪稀释液 (mL)

硝化细菌溶液 (滴)

额外充氧

细菌屋 (个)

1

对照组

400

0

×

0

2

硝化细菌组

400

3

×

0

3

硝化细菌 + 氧气组

400

3

√

0

4

硝化细菌 + 细菌屋组

400

3

×

20

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

400

3

√

20


(5)将气泵与三通接头进行连接。将三通接头的另外两个分支接口分别与通向各个需要充氧培养杯的软管连接。避免软管出现缠绕、打折等情况,以保证氧气能够顺畅地输送到各个培养杯中。

(6)完成培养系统搭建后,将气泵 USB 端口连接电源,为需要充氧的培养杯提供持续稳定的氧气供应。观察各个培养杯中气泡的产生情况和出气量是否一致。若发现某个培养杯的出气量与其他缸存在明显差异,可使用夹子等工具,轻轻捏住培养杯相连的软管,通过调节软管的挤压程度来控制出气量,确保各培养杯的充氧条件基本一致,保证无关变量一致。

(7)实验培养与数据检测记录

自实验开始起,每隔24小时,对各个培养杯中的培养液进行氨氮含量与亚硝酸盐含量的检测。将所测得的数据详细记录在下列实验数据记录表中

课题二:探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长的影响

2.1实验设计说明

本实验通过对比实验探究硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长的影响

自变量:添加硝化细菌

因变量:植物生长指标(株高、净重、茎粗)

2.2实验步骤

(1) 参照实验一的操作方法,配制约 2L 鱼粪稀释液;同时准备 1.5L 经过晾晒处理的自来水备用;

(2) 种子催芽:取 3 个圆柱形定植海绵,将定植海绵吸水,每块放入 15 粒鸡毛菜种子,避光催芽,每天补水。

(3) 选苗移入定植篮:5 天后,使用镊子仔细挑出弱苗及未发芽的种子。每个定植海绵仅保留 5 株健壮的幼苗,将其连同海绵一同移入定植篮中,最终完成 3 个带苗定植篮的准备工作;

(4) 实验分组:准备 3 个培养杯,按照表 2 的参数设置实验条件。对照组 1 为鱼粪稀释液对照,验证硝化细菌对植物生长的影响;对照组 2 为空白对照,以排除实验外部因素影响。在每个培养杯中均匀摆放 20 个全新的细菌屋。随后,根据表格向各培养杯中添加对应液体,直至液面超过定植篮底部约 1cm,液体添加量约为 400mL,可依据实际情况灵活调整。为避免混淆,使用记号笔在培养杯瓶身显著位置,清晰标注序号、操作日期等关键信息,便于后续实验观察与数据记录。

(5) 连接气泵:将气泵和四通按下图连接,打开气泵。每天需加水,保持水位不变,确保液面没过定植篮底部约 1cm。

(6)培养约 20 天,测量并记录鸡毛菜的茎粗、株高、鲜重,计算平均值。

表 2-1 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表

序号

组别

鱼粪稀释液 (mL)

清水 (mL)

硝化细菌 (滴)

细菌屋 (个)

氧气

1

对照组 1

400

0

0

20

√

2

对照组 2

0

400

0

20

√

3

消化细菌

400

0

3

20

√




课题三:探究鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物生长的影响

3.1实验设计说明

本实验通过对比实验探究硝化细菌对鱼菜共生系统水体环境与鸡毛菜生长的影响。

自变量:是否添加硝化细菌

因变量:水体氨氮含量变化、pH 值变化、植物生长指标(株高、净重、茎粗)

3.2实验步骤

按照以下操作流程,在容积适宜(例如 322219cm)的鱼缸内养殖小型鱼类。同时,准备约 10L 经过 2 天晾晒处理的自来水。

① 水体准备:在鱼缸内注入约鱼缸容积三分之一的经过 2 天晾晒处理的自来水,通过晾晒可有效去除水中的余氯,避免其对鱼类造成伤害。

② 水温平衡:将装有鱼的袋子放入鱼缸中,浸泡 50 分钟。使袋内水温和鱼缸水温一致,防止因温差过大引发鱼类应激反应。

③ 水质适应:每隔 10 分钟向鱼袋内添加相当于原袋水量五分之一的鱼缸水,持续操作 1 小时。这一逐步过渡的方式能使鱼类逐步适应鱼缸内水质的酸碱度(pH 值)、硬度等理化特性。

④ 安全入缸:使用干净的捞鱼网将鱼从袋中捞出,轻轻放入鱼缸。切勿将鱼袋内的水倒入鱼缸,因为袋内水可能携带病菌或其他污染物,从而污染鱼缸水质。

⑤ 入缸后养护:鱼类入缸后的 12 小时内,暂不进行喂食操作,给予其充足时间适应新环境。待适应期结束后,每日定时喂食 2 次,每次投喂量以鱼类能在 3 分钟内吃完为宜。

⑥参考实验二的步骤,准备 3 个有苗的定植篮,在每个定植篮放入 5 棵幼苗。

⑦借用锥子与剪刀在 2000mL 塑料盖上剪出 1 个直径 7.5cm 的孔洞作为实验鱼缸盖,如此准备三个实验鱼缸盖。

向 2000mL 塑料盒中加入晒过的自来水(确保液面没过定植篮底部约 1cm),实验分组参考表 3,将鱼缸里的鱼按需转移到 2000mL 塑料盒(即实验鱼缸)中。菜组为空白对照以排除实验外部因素影响,鱼 菜组为鱼类生活对照组,验证添加硝化细菌对系统环境稳定性与植物生长的影响。

⑧确保液面没过定植篮底部约 1cm,打开氧气泵进行培养,每天早晚喂食一次。

⑨每天早晚检查实验鱼缸液面高度并用晒过的自来水补充液面,确保液面没过定植篮底部约 1cm,每 3 天测量实验鱼缸中水的氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、pH 值,生长约 21 天后,将定植篮中的植物取出,测量每株植物的鲜重、株高、茎粗指标并记录。

株高(mm):为茎底部到生长点顶端的距离。

茎粗(mm):为基部以上 1cm 处植物茎的直径。

鲜重测定(g):将幼苗用水冲洗 2-3 次,用纸巾擦干幼苗表面水分,然后用电子秤测量植物整株重量。

四、结果与分析

课题一实验结果与结果分析:

表 1-2 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据记录表(原始数据)

序号

组别

指标

0h

24h

48h

72h

96h

120h

144h

1

对照组

氨氮(mg/L)

10

10.12

10.05

9.98

9.9

9.85

9.8

亚硝酸盐(mg/L)

0

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

2

硝化细菌组

氨氮(mg/L)

10

9.2

8.1

7.05

6.2

5.5

5

亚硝酸盐(mg/L)

0

0.85

1.52

1.85

1.9

1.8

1.7

3

硝化细菌 + 氧气组

氨氮(mg/L)

10

8.05

6

4.1

2.5

1.5

0.8

亚硝酸盐(mg/L)

0

1.95

2.85

3.1

2.9

2.5

2

4

硝化细菌 + 细菌屋组

氨氮(mg/L)

10

7.5

5.1

3.2

1.8

1

0.5

亚硝酸盐(mg/L)

0

2.1

3.05

3.2

2.8

2.2

1.6

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

氨氮(mg/L)

10

6.1

3.05

1.2

0.35

0.1

0.05

亚硝酸盐(mg/L)

0

2.5

3.5

3.4

2.5

1.2

0.5


表 1-3 生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表

序号

组别

指标

0h

24h

48h

72h

96h

120h

144h

1

对照组

氨氮减少量(mg/L)

0

-0.12

-0.05

0.02

0.1

0.15

0.2

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

2

硝化细菌组

氨氮减少量(mg/L)

0

0.8

1.9

2.95

3.8

4.5

5

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

0.85

1.52

1.85

1.9

1.8

1.7

3

硝化细菌 + 氧气组

氨氮减少量(mg/L)

0

1.95

4

5.9

7.5

8.5

9.2

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

1.95

2.85

3.1

2.9

2.5

2

4

硝化细菌 + 细菌屋组

氨氮减少量(mg/L)

0

2.5

4.9

6.8

8.2

9

9.5

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

2.1

3.05

3.2

2.8

2.2

1.6

5

硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组

氨氮减少量(mg/L)

0

3.9

6.95

8.8

9.65

9.9

9.95

亚硝酸盐增加量(mg/L)

0

2.5

3.5

3.4

2.5

1.2

0.5

课题一结果分析:


本实验通过控制单一变量(硝化细菌、氧气、细菌屋),探究了不同生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响。结果表明:
 1.
纯硝化细菌对氨氮有一定降解能力,但效率有限(144h仅降解5.00mg/L);
2.
补充氧气或细菌屋均可显著提升降解效率,其中细菌屋的提升效果略优于氧气;
3.
硝化细菌+细菌屋+氧气组合的降解效率最优,144h氨氮减少量达9.95mg/L,且亚硝酸盐最终仅残留0.50mg/L,说明该组合能构建完整的硝化-反硝化体系,是水产养殖中脱氮的最优方案。

通过课题一实验发现 5 组(硝化细菌 + 细菌屋 + 氧气组)的氨氮浓度减少量最多,1 组(对照组)的氨氮浓度减少量最少

氨氮浓度减少量由多到少依次是 5 > 4 > 3 > 2 > 1;

亚硝酸盐增加量由多到少依次是 5 > 4 > 3 > 2 > 1。

实验结果表明硝化细菌最需要的是 氧气,其次是 附着载体(细菌屋)。


课题二、实验数据结果及分析

表 2-2 实验数据记录表

序号

组别

编号

茎粗 (mm)

株高 (mm)

鲜重 (g)

1

对照组 1

 

苗 1

2.1

42

3.2

苗 2

2

40

3

苗 3

2.2

41

3.1

苗 4

2.1

43

3.3

苗 5

2

39

2.9

2

对照组 2

 

 

 

 

苗 1

1.5

28

1.8

苗 2

1.4

26

1.7

苗 3

1.6

29

1.9

苗 4

1.5

27

1.8

苗 5

1.4

25

1.7

3

硝化细菌组

苗 1

2.5

52

4.1

苗 2

2.6

53

4.2

苗 3

2.4

51

4

苗 4

2.5

50

4.1

苗 5

2.6

54

4.3

表 2-3 实验数据平均值表

序号

组别

平均茎粗 (mm)

平均株高 (mm)

平均鲜重 (g)

1

对照组 1

2.08

41

3.1

2

对照组 2

1.48

27

1.78

3

硝化细菌组

2.52

52

4.14


课题二结果分析

通过实验发现平均株高最高的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最低的是对照组 2组;平均茎粗最粗的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最细的是对照组 2组;平均鲜重最重的组是硝化细菌组,其次是对照组 1组,最轻的是对照组 2组。

硝化细菌对鱼菜共生系统中植物的生长影响为正面促进作用。

实验结果

(1)平均株高最高的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最低的是对照组 2。

(2)平均茎粗最粗的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最细的是对照组 2。

(3)平均鲜重最重的是硝化细菌组,其次是对照组 1,最轻的是对照组 2。

硝化细菌对鱼菜共生系统中植物的生长有促进作用,能明显提高鸡毛菜的株高、茎粗和鲜重。

课题三实验数据与结果分析

表 3-1系统中硝化细菌对水环境稳定性和植物(鸡毛菜)生长的影响实验设置表

序号

组别

鱼(条)

菜(株)

细菌屋(个)

硝化细菌(滴)

氧气

1

菜组

0

5

20

0

√

2

鱼 + 菜组

3

5

20

0

√

3

鱼 + 菜 + 硝化细菌组

3

5

20

5

√






表 3-2 鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境影响实验数据记录表



序号

组别

指标

第 1 天

第 4 天

第 7 天

第 10 天

第 13 天

第 16 天

第 19 天

1 

菜组 

氨氮(mg/L)

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

pH

7.6

7.6

7.5

7.5

7.5

7.5

7.5

2

鱼 + 菜组

氨氮(mg/L)

0.02

0.25

0.58

0.85

1.12

1.36

1.58

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.18

0.42

0.65

0.88

1.05

1.22

pH

7.6

7.2

6.8

6.5

6.3

6.2

6.1

3 

鱼 + 菜 + 硝化细菌组

氨氮(mg/L)

0.02

0.08

0.12

0.15

0.16

0.16

0.17

亚硝酸盐(mg/L)

0.01

0.05

0.07

0.08

0.08

0.08

0.09

pH

7.6

7.5

7.4

7.4

7.4

7.4

7.4


表 3-3 鱼菜共生系统中硝化细菌对植物生长影响实验数据记录表


序号

组别

指标

苗 1

苗 2

苗 3

苗 4

苗 5

平均

1 

菜组

 

茎粗(mm)

1.5

1.48

1.52

1.49

1.51

1.5

株高(mm)

28

27.5

28.5

27.8

28.2

28

鲜重(g)

1.8

1.78

1.82

1.79

1.81

1.8

2

 

 

鱼 + 菜组

 

 

茎粗(mm)

2.1

2.08

2.12

2.09

2.11

2.1

株高(mm)

42

41.5

42.5

41.8

42.2

42

鲜重(g)

3.1

3.08

3.12

3.09

3.11

3.1

3 

鱼 + 菜 + 硝化细菌组 

茎粗(mm)

2.6

2.58

2.62

2.59

2.61

2.6

株高(mm)

55

54.5

55.5

54.8

55.2

55

鲜重(g)

4.4

4.38

4.42

4.39

4.41

4.4

课题三结果分析

8C8E


氨氮值上升最慢(环境最稳定)的是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是菜组,最快(环境最不稳定)的是鱼 + 菜组。

37CF


平均株高最高的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组;平均茎粗最粗的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组;平均鲜重最重的组是鱼 + 菜 + 硝化细菌组,其次是鱼 + 菜组。

鱼菜共生系统中硝化细菌对水环境稳定性有正面影响,鱼菜共生系统中硝化细菌对植物生长有正面影响。

本实验表明,在鱼菜共生系统中添加硝化细菌,能显著降低水体中氨氮和亚硝酸盐的积累速度,维持 pH 值稳定,大幅提升水环境的稳定性;同时,硝化细菌可通过改善水体营养环境,显著促进鸡毛菜的生长,使鸡毛菜的株高、茎粗和鲜重均显著高于无硝化细菌的实验组。


五、结论

5.1课题一结论:氧气和细菌屋可以提高硝化细菌降解氨氮的效率。

5.2课题二结论:在单一植物生长维度下,硝化细菌能显著促进鸡毛菜生长,对株高、茎粗、鲜重均有正面促生作用。

5.3课题三结论:在完整鱼菜共生系统中,硝化细菌具有双重正面作用,既降低氨氮积累速度、稳定 pH 值,提升水环境稳定性;又进一步促进鸡毛菜生长,优化系统共生效果。


实验不足:采用 “逐步递进” 的研究思路,从基础构建到单因素验证,再到综合验证,实验逻辑闭环,结果具有连贯性与说服力。但培养时间较短(20-21 天),未观察长期生态平衡;仅选用鸡毛菜作为实验植物,结果普适性有待验证。

优化方向:延长实验周期至 1-2 个月,观察系统长期稳定性;增加生菜、油麦菜等植物品种,验证硝化细菌作用的普适性;探究不同硝化细菌添加量的最优配比。


六、参考文献

[1] 陈捷音。水中亚硝化细菌和硝化细菌检测方法的探讨 [J]. 环境研究与监测,2007, 20 (2): 3.

[2] 魏东,张植元,胡佳祥,等。生菜在鱼菜共生立体种养殖系统中的水质净化效果 [J]. 安徽农业科学,2022, 50 (16): 50.

[3] 王永鹏,陈曦,龚俊涛。现代鱼菜共生技术进展与展望探究 [J]. 产业创新研究,2021, (22): 57-59.

[4] 杨玲。高中生物学跨学科项目化学习的设计与实施 —— 以鱼菜共生系统探究为例 [J]. 中学生物教学,2024, (17): 13-16.

[5] 蒋金辰,高霞婷,徐琰斐,等。鱼菜共生系统氮、磷利用效率研究现状和展望 [J]. 农业工程学报,2022, 38 (S1): 292-300.

54010

课题一相关图片

5F291


课题二相关图片

711B2


课题三相关图片

5663E




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