人造腐叶土试验设计方案

五、活动方式：探究式的科学实验的方法，以班为单位，分成若干个小组，搞各种调查、研究、实验活动。
六、所需活动时间：3个月左右
七、背景材料
1、 选题背景
秋冬季节，落叶散落街头，影响市容环境。一些环卫工人把落叶集中起来焚烧，这样既污染了环境，又浪费了资源。怎样利用这些落叶，始终是我们关注的问题。随着无土栽培技术的推广，栽培基质的需求量也大大增加。据调查，本市用的腐叶土要向外地购买；而今我们可以利用现有资源，现有的技术，用落叶制造腐叶土，使其变废为宝，提高经济效益。
2、 知识背景
（1） 焚烧后主要生成CO2和部分氮的氧化物，况且在实际生活中焚烧落叶时往往夹杂着许多生活垃圾，即演变成固体废物的燃烧，会释放有害的污染气体，燃烧的废气中含有NXOy、SO2、H2SO4、HCl和二恶英等有毒气体。二恶英是目前世界上已知的有毒化合物中毒性最强的含氯化合物，具有致癌性，其稳定性强，一旦摄入难以降解和排出。由此可见，对人体也有危害。露天焚烧树叶有三大危害：
*产生大量的有害气体，污染空气，危害人们的身体健康；
*降低空气的清晰度，影响交通安全；
*天津的秋季干燥多风，露天焚烧树叶易引起火灾，是火灾隐患。
（2）土壤中微生物的种类和分布（细菌、放线菌、真菌、病毒、藻类和原生动物等）。
（3） 生物的基本研究方法：
接种的方法
纯种的分离方法
灭菌与消毒
微生物的活体的培养
微生物的保藏
（4） 绿肥的相关知识（绿肥的种类、成分、栽培方式等）。
3、方法背景
（1）设计要求
实验时间：每年秋冬季，落叶纷飞之时.由于菌种发酵周期短，可进行反复实验。
实验人员：以班为单位,可五六人为一小组，负责收集落叶，菌种选择，分解树叶，堆积实验等等。
落叶来源：就地取材。
（2）研究方法
以试验方法为主，问卷调查和小白鼠实验为辅。在实验室内做定量实验，得到详实数据，分析结果。学生通过查阅资料、咨询辅导教师、自学相关知识等手段初步训练了学生学会收集整理资料，有目的的开展试验研究的方法,培养学生探索、观察、分析、归纳、总结、撰写论文等综合能力。
八、设计思路
1、试验的可行性及实用性
(1) 本试验如果成功，用我们筛选的菌种发酵比掩埋发酵要节省时间，而且成本低廉，用具简单，方便易行，可广泛推广应用。
(2)制定一些相关的规章制度，与环卫局等有关单位联合，组织学生和相关人员义务清扫街道，在学校和居民区内进行垃圾分类处理，就地制造人造腐叶土。
(3)配备专门的技术人员，进行科学性的管理和指导。
2、科技含量：筛选出对人畜均无害的菌种，菌种的浓度、菌量、水的品种及体积。
3、试验前准备：试验设计方案、收集资料、试验前研究、问卷调查的设计、设备准备（数码相机、电脑制作、录象等）。
九、实施条件
1、活动器材
(1)器材用具： 接种针 托盘天平 刻度尺 培养皿 试管 摇瓶 镊子 三角烧瓶 烧杯 滴管 酒精灯 PH试纸
(2)材料: 落叶若干
2、活动设备：恒温箱 微波炉 无菌操作箱 冰箱
3、场地要求：10平方米以上的室内环境，室外环境不限。
4、指导者的人力资源：生物教师 微生物的专业辅导教师
十、活动过程
1、活动的开展
（1）问卷调查: 由学生自行设计问卷调查表的内容及形式，对各行各业的市民随机地进行了问卷调查200份，附问卷调查表：
有关焚烧落叶、垃圾和保护环境的调查问卷
1． 您认为焚烧落叶是否正确？
正确（ ） 不正确（ ） 无所谓（ ）
2． 您是否见过焚烧落叶的现象？
经常见到（ ） 偶尔见到（ ） 极少见到（ ） 没见过（ ）
3． 您见过什么人焚烧落叶？(多选)
环卫工人（ ） 居民（ ） 小区管理员（ ） 市场小贩（ ）
其他（ ）
4． 您认为焚烧落叶后会污染环境吗？
会（ ） 不会（ ） 不晓得（ ）
5．您认为天津空气环境质量如何？
很差（ ） 较差（ ） 较好（ ） 很好（ ） 非常好（ ）
一般( ) 无所谓( )
6．您听说过腐叶土吗？
听说过（ ） 好像听说过（ ） 从未听说过（ ）
7．您认为哪种处理落叶的方法最好？
焚烧（ ） 掩埋（ ） 制沼气（ ） 制腐叶土（ ）
其它（ ）
8．您的年龄和职业？

有关焚烧落叶和保护环境的调查问卷汇总表
1.您认为焚烧落叶是否正确？
正确（8.5%） 不正确（89.5%） 无所谓（2%）
2.您是否见过焚烧落叶的现象？
经常见到（35%） 偶尔见到（53.5%） 极少见到（10%） 没见过（1.5%）
3.您见过什么人焚烧落叶？
环卫工人（148人） 居民（48人） 小区管理员（37人）
市场小贩（35人） 其他(9人)
4.您认为焚烧落叶后会污染环境吗？
会（92%） 不会（4%） 不晓得（4%）
5．您认为天津空气环境质量如何？
很差（51%） 较差（0.5%） 较好（41.5%） 很好（2%） 非常好（0）
一般(3%) 无所谓(2%)
6．您听说过腐叶土吗？
听说过（44%） 好像听说过（25.5%） 从未听说过（30.5%）
7．您认为哪种处理落叶的方法最好？
焚烧（5人） 掩埋（57人） 制沼气（73人） 制腐叶土（95人）
其它（3人）
8．您的年龄和职业？

调查结果：
90%的人认为焚烧落叶不正确，会污染环境；7%的人认为正确；3%的人持无所谓态度。
结果分析：
多数人认为焚烧落叶不正确并且会污染环境，对处理落叶的问题各抒己见。说明广大市民具有一定的环保意识，但对环保知识的认识还不足。我们学生应该做环保宣传员，普及环保知识，以提高市民的环保意识。
（2） 小白鼠实验:
实验目的： 焚实验烧落叶后的产物对小白鼠的影响。
实验材料：4只小白鼠 2个笼子 2个64＊30＊50cm的玻璃缸 落叶若干 镊子等
实验方法：把4只小白鼠分别分4次放在玻璃缸内，放入若干落叶燃烧。
实验现象：落叶燃烧30秒后有大量烟雾产生，20分钟后小白鼠行动迟缓，小白鼠分别在13-18小时后死亡。
实验结果：焚烧落叶污染环境，对小白鼠有害。
结果分析：小白鼠行动迟缓以至死亡的原因，树叶主要成分N、P、K，焚烧后主要生成CO2和部分氮的氧化物，况且在实际生活中焚烧落叶时往往夹杂着许多生活垃圾，即演变成固体废物的燃烧，会释放有害的污染气体，燃烧的废气中含有NXOy、SO2、H2SO4、HCl和二恶英等有毒气体。二恶英是目前世界上已知的有毒化合物中毒性最强的含氯化合物，具有致癌性，其稳定性强，一旦摄入难以降解和排出。由此可见，对人体也有危害。
（3）人造腐叶土试验
试验目的: 筛选出制造人造腐叶土的优良菌种，最佳菌量和
最短的发酵时间。
试验方法
*菌种选择：必须是对植物、人畜均无害而且增殖力强的菌种
*菌种来源：由黄瓜研究所的科技人员通过自然筛选而得到的B菌种、F菌种、混合菌种共三种，并放在冰箱中冷藏，低温保鲜。
*落叶处理
分类 对收集来的各种落叶进行分类，用同一种类的树叶来做试验。
称重 称取质量相同的落叶，进行各项试验。
测量 测量每一片树叶的长、宽，计算出面积，并算出每个
培养皿中树叶的总面积。
灭菌 对部分树叶进行高温灭菌处理（用微波炉灭菌）。
*器材用具：略

*室内、室外对比试验
为了更好地观察，进行了对比试验，把部分落叶埋于室外地下制造腐叶土，另一部分落叶用菌种发酵。据资料显示落叶自然发酵周期为1--2年，而细菌发酵的周期仅为2个月（温度为25度），大大缩短了发酵时间，提高效率。
*接种试验
第一次试验 分别对各个培养皿中树叶接种，1--2天观察一
做好试验记录（附记录表格一张）。
在每个培养皿均加入0.5克落叶，再接入不同量的菌种,进行了5种对比试验,：
对比试验： 结论：
加入不同菌种； F菌种比B菌种效果好；
加入不同量的菌种； 加入30滴菌种比加入5滴的效果好
干湿对比； 菌种加入水比不加水效果好；
灭菌与否对比； 落叶未灭菌比灭菌效果好；
不同环境对比等 实验室比室外填埋的效果好。
为了防止偶然误差，获得更准确的数据，我们进行了第二次试验，并增加了试验对比内容。根据第一次试验，落叶和霉菌均有重叠的现象，不易观察，所以我们第二次试验每个容器改为0.25克落叶。
第二次试验 每个容器均为0. 25克落叶

小结：从表一看出：加入30滴菌种比加入5滴效果好，F菌种比B菌种效果好。

小结：从表二看出：菌种必须在有水条件下生活，进一步验证加入30滴菌种比5滴效果好。

小结：从表三看出：未灭菌的树叶内有杂菌，生成真菌多，真菌越多腐烂程度越大。所以未灭菌的树叶比灭菌的效果好。

小结：从表四看出：F单种菌比BF混合菌种效果好。

小结：从表五看出：自来水内有杂菌，生成真菌多，真菌越多腐烂程度越大。所以自来水比蒸馏水、凉开水的效果好。

小结：从表六看出：水必须有一定的量，足够的水能增大腐烂程度，实验室比室外填埋的效果好。

小结：在相同的培养皿中，0.25克的落叶腐烂效果比0.5克落叶好。
F菌种的发霉率对腐烂程度的影响情况图图例：

F30：加入30滴F菌种，20ML自来水，且落叶未经高温灭菌。F5：加入5滴F菌种，20ML蒸馏水，且落叶经高温灭菌。：本图根据第二次试验的一个月观察记录绘制的。+代表腐烂程度，+越少腐烂程度越深。
小结：从图中看出，发霉率越高，腐烂程度越大。
第三次重复试验：防止试验数据的误差，试验数据可取平均值。
（3）试验结论：
菌种必须在有水条件下生活，自来水比蒸馏水、凉开水的效果好。
在0. 25克落叶中加入30滴菌种比加入5滴菌种效果好，F菌种比B菌种，BF（混合菌种）效果好；
发霉率越高，腐烂程度越深。未灭菌的落叶比灭菌的效果好；
实验室比室外填埋的效果好。
（4）结果分析：
菌种再有水的条件下才能增殖，而且自来水比蒸馏水、凉开水中的菌类较多，容易繁殖。在0.25克落叶中加入F菌种适当的量（30滴）更适合霉菌繁殖，菌种在有霉菌条件下腐烂程度加大，实用性更强了。在实验室中室温比地下温度高，湿度相对稳定，落叶腐烂得快，缩短了制造腐叶土的周期。实际生活中，可以在落叶中加入自来水，不经过高温灭菌，再直接加入适量的菌种即可。由于水必须有一定量，所以在填埋时可以用严密的可降解的保鲜袋装落叶填埋于地下，防止水渗漏，创造腐烂条件，这样更经济，实用性更强。
（5）社会效应：
通过以上对比试验，可以看出细菌发酵比掩埋发酵要节省时间，而且成本低廉，用具简单，方便易行，可广泛用于学校和各居民小区，使落叶资源变废为宝。
（6） 试验设想
前期试验（室内试验）
因为此试验周期较长，在短短的几个月内，只能完成阶段性的科研成果，我们还将试验继续延伸，测定pH值的变化情况，为下一步进行更科学的化学分析、鉴定做准备。人造腐叶土是根据季节（温度不同）制造腐叶土时间不同。将制好的腐叶土作为有机质培养花卉、蔬菜等，判断土壤肥力的大小，再进一步地深入研究。
中期试验（桶装试验）
将干草2公斤浸湿后装入桶中，再倒入混有2000毫升水的1000毫升的菌液，充分搅拌，用塑料膜将桶口封严，置于室温25°C发酵。约一个月后，用发酵好的腐叶土种植植物，进行对比，观察土壤肥力大小。可将腐叶土浓缩、晒干，制成饲料。
推广试验（大田试验）
将废弃的秧苗、秸杆放入挖好的坑中（4m*1m*1m），用水浸湿，秧上浇浓度为4.8*10/ml的菌液8升，盖上塑料膜发酵。等到开始腐烂的时候,继续倒入菌液8升发酵。

用腐叶土和普通土种植黄瓜的对比实验

2、展示与交流 （1）以论文和电子幻灯片的形式在班、年级、全校进行展示与交流。 （2）参加区、市级论文竞赛活动。 十一、活动评价及总结 1、 用鉴定表的形式对每个学生自我评价。 2、 教师应对试验各个阶段进行小结，对每个学生的活动进行评价。 3、 学生谈试验的设计思路、实施过程和心得体会。 十二、参考资料 1、有用的网址：www.bjkp.gov.cn. www.sina.com. www.sstn.net.cn. 2、相关书籍: 《农业化学上册，下册》（1979年版） 《可持续发展教育读本》（2001年青年版） 《微生物学》（1988年版） 《绿色家园--全国青少年生物和环境科学实践活动指南》 （1999年版） 《2001--2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》（2000年版）