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

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

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

4.鱼菜共生系统的构建与运行稳定性探究

徐州市第一中学于欣彤王奕凡陈奕荞龙雨婷王思涵刘沐羲拾子蘅

指导教师：孙智文

【摘要】为解决传统农业面临的资源短缺、环境污染等问题，探究鱼菜共生系统的构建方法及运行稳定性，本研究通过三个递进式课题展开实验。课题一以控制变量法探究不同生存环境对硝化细菌降解氨氮效率的影响，课题二通过对比实验分析硝化细菌对系统中植物生长的作用，课题三综合研究硝化细菌对鱼菜共生系统水环境稳定性和植物生长的双重影响。实验过程中，系统检测了水体氨氮、亚硝酸盐浓度及pH值，同时记录植物的茎粗、株高、鲜重等生长指标。结果表明，硝化细菌能有效降解水体中的氨氮，其中“硝化细菌+细菌屋+氧气”的组合环境降解效果最佳；硝化细菌可显著促进鸡毛菜生长，使其平均茎粗、株高和鲜重均优于对照组；鱼菜共生系统在约2周内可建立稳定的硝化系统，pH值维持在6.5 - 8.0的适宜范围，实现了鱼、菜、微生物间营养物质的有效循环转化。本研究验证了“养鱼不换水，种菜不施肥”的核心理念，为鱼菜共生系统的推广应用提供了实验依据和技术参考。

【关键词】鱼菜共生系统；硝化细菌；氨氮降解；植物生长；水环境稳定性；资源循环

一、研究背景

随着全球人口增长和资源环境问题日益突出，传统农业面临着资源短缺、环境污染等严峻挑战。鱼菜共生系统（Aquaponics）作为一种创新的农业模式，将水产养殖与水耕栽培有机结合，实现了鱼、菜、微生物之间的协同共生和资源的循环利用。

鱼菜共生系统作为一种可持续循环型零排放的低碳生产模式，对于应对农业资源短缺和环境挑战，促进农业的可持续发展具有重要的现实意义，它不仅为解决粮食安全和生态环境问题提供了新的思路和途径，也符合现代消费者对绿色、有机农产品的需求，具有显著的生态效益、经济效益和社会效益。

二、实验材料

1.课题一实验材料：pH+亚硝酸盐+氨氤试剂组合套装、鱼粪浓缩液、气泵、硝化细菌、气泵石头、鱼缸管三通、300mL烧杯、500mL烧杯、培养杯、细菌屋、3mL滴管、搅拌棒、水、剪刀、纸盒、保鲜膜、记号笔。

2.课题二实验材料：鸡毛菜种子、定植篮、定植海绵、游标卡尺、培养杯、电子秤、气泵、四通、气泵石头、鱼粪浓缩液、300mL烧杯、500mL烧杯、硝化细菌、搅拌棒、3mL滴管、细菌屋、塑料镊子、水、剪刀、记号笔。

3.课题三实验材料：2000mL塑料盒、定植篮、定植海绵、硝化细菌、鸡毛菜种子、pH+亚硝酸盐+氨氨试剂组合套装、电子秤、气泵、四通、气泵石头、300mL烧杯、500mL烧杯、塑料镊子、细菌屋、搅拌棒、3mL滴管、锥子、剪刀、1-3cm的小型鱼类、鱼食、水、捞鱼网子、记号笔。

三、研究过程

1.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：本实验耗时约7天，通过控制变量法研究不同生存环境对硝化细菌降解水体中氨氮效率的影响。

1.2实验步骤：

1.2.1鱼粪稀释液的配制

准备足量的自来水将其置于通风处晾晒2-3天，以此去除水中可能存在的氯气等有害物质。用量具准确量取4L处理后的自来水，倒入合适的容器中。缓慢滴入12滴鱼粪浓缩液同时用搅拌棒充分搅拌均匀，从而模拟出因鱼类生活活动而导致水体中氨氮浓度升高的环境。

1.2.2水体氨氮与亚硝酸盐的检测

完成鱼粪稀释液配制后，立即使用亚硝酸盐+氨氮试剂组合套装对水体中的氨氮与亚硝酸盐含量进行检测。需详细记录各项数据，并对检测场景拍照留存，以便后续分析参考。为了实验效果更加明显，若首次检测得到的氨氮值未达到1.5 mg/L，可根据实际情况酌情增加鱼粪浓缩液的添加量。

①氨氮检测操作步骤

a.预处理:使用鱼粪稀释液反复冲洗组合套装中的测试杯3 -5次，确保测试杯内壁无杂质残留，

避免对检测结果产生干扰。

b.水样取样:使用滴管量取5mL待测水样，缓缓注入已预处理好的测试杯中。

c.试剂添加:向测试杯中依次滴加5滴1号试剂，轻轻摇匀后，再滴加5滴2号试剂，使试剂与水样充分混合。

d.静置反应:盖好测试杯盖子，轻轻晃动测试杯，使杯内液体混合均匀，随后将测试杯放置在水平桌面上，静置5分钟，确保化学反应充分进行。

e.比色读数:5分钟后，将测试杯的刻度面紧贴于比色卡的空白处，仔细对比测试杯内液体颜色与比色卡上的标准颜色，从而准确读取所测水样的氨氮含量(单位:mg/L)。

②亚硝酸盐检测操作步骤

a.预处理:使用待测水样多次冲洗测试杯，保证测试杯的清洁度。就不符主省服

b.水样取样:同样使用滴管量取5mL待测水样，注入处理好的测试杯内。

c.试剂添加:测试杯中滴加5滴亚硝酸盐试剂。

d.静置反应:盖好测试杯盖子，轻轻摇晃测试杯使液体混合均匀，静置5分钟，让化学反应充分完成。

e.比色读数:5分钟时间到后，将测试杯的刻度面紧贴比色卡的空白处，将测试杯内液体颜色与比色卡上的标准颜色进行仔细比对，进而得出所测水样的亚硝酸盐含量(单位:mg/L)。

1.2.3培养系统搭建

2.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：本实验耗时20天，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

2.2实验步骤：

2.2.1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；

2.2.2种子催芽：取3个尺寸为6.5*6.5*3cm的圆柱形定值海绵，将其完全浸入晾晒处理后的自来水中，反复按压10次，使海绵充分吸水饱和。挑选45粒饱满的鸡毛菜种子，在每个海绵的缝隙处小心夹入15粒鸡毛菜种子。将吸满水且夹有种子的海绵放置在底部盛有水的塑料盒内，将塑料盒置于避光环境中进行种子催芽。每天早晚需各加晾晒处理后的自来水一次，持续保持海绵处于湿润状态;

2.2.3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。每个定值海绵仅保留5株健壮的幼苗，将其连同海绵一同移入定植篮中，取终完成3个带苗定植篮的准备工作；

2.2.4连接气泵，每天需加水，保持水位不变，确保液面没过定植篮底部约1cm。

3.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：本实验耗时20天，通过对比实验探究硝化细菌对鱼菜共生系统水体环境与植物生长的影响。

3.2实验步骤：

3.2.1按照以下操作流程，在容积适宜(例如32*22*19cm)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。使袋内水温与鱼缸水温一致，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。

3.2.2参考实验二的步骤，准备3个有苗的定植篮，在每个定植篮放入5棵幼苗。

3.2.3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。

3.2.4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。

3.2.5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，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。

四、结果与分析

表1生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据记录表

表2生存环境对硝化细菌降解氨氮效率影响实验数据分析表

从表1和表2中可以看出： 对照组氨氮随时间增加，亚硝酸盐也逐渐增多；添加硝化细菌的组氨氮减少，亚硝酸盐有变化；其中“硝化细菌+细菌屋+氧气组”氨氮减少量最多，整体降解氨氮效果最好。

从表1和表2中可以得出结论：①与对照组相比，添加硝化细菌能有效降解氨氮，且同时提供细菌屋和氧气的环境，可显著提升硝化细菌降解氨氮的效率。

②硝化细菌可有效降解氨氮，且在有细菌屋和氧气共同作用的环境下，其降解 氨氮的效率显著高于其他单一或部分组合的环境。

表4硝化细菌对鱼菜共生系统中植物生长影响实验数据分析表

从表3和表4中可以看出： 硝化细菌组植物的平均茎粗、株高、鲜重均大于对照组，植物生长状况更好。

从表3和表4中可以得出结论①与对照组相比，添加硝化细菌的组中，植物平均茎粗、株高、鲜重更优，说明硝化细菌能促进鱼菜共生系统中植物生长。

②硝化细菌可使植物茎更粗、株更高、鲜重更重。在鱼菜共生系统里，硝化细菌对植物生长有明显促进作用。

1.水质分析：

· 实验初期，由于鱼类排泄，氨氮浓度有所上升。

· 随后，在硝化细菌的作用下，氨氮被转化为亚硝酸盐（第10天出现峰值），之后亚硝酸盐进一步被转化为无毒的硝酸盐，浓度下降。

·pH值在整个实验期间保持稳定，处于鱼类和植物生长的适宜范围（6.5-8.0）。

· 水质数据表明，鱼菜共生系统在约2周内建立了稳定的硝化系统。

2.植物生长分析：

· 株高、茎粗、鲜重：实验组A的所有三项指标均显著高于实验组B。

· 结论：在本实验条件下，实验组A的环境（例如：更强的光照、更优的水流）更有利于植物的生长。

五、结论

实验证实了营养物质氨氮可以在植物、微生物（硝化细菌）、动物（鱼类）中实现有效循环与转化，以维持鱼菜共生系统的构建与运行稳定性。验证了“养鱼不换水，种菜不施肥”的基本观念。

六、参考文献

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[2]李悦明，张志强，王莉。硝化细菌在水产养殖水质净化中的应用研究[J]. 水产科学，2019, 38 (4): 562 - 568.

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实验过程部分图片：

通讯稿截图：