單元 5 奇妙的溶劑 - 水

單元 7 生物與空氣

課題

在一個水生環境製造人為死區

課程連結

5 奇妙的溶劑 - 水 (認識水中有一些活的微生物，關注水質污染的問題)
7 生物與空氣 (綠色植物透過光合作用製造食物)

預計課堂時間

40 分鐘

引言

在一個水生環境中，當水中的溶氧量下降至非常低的水平時，該區域稱為死區，而當中大多數的海洋生物，例如魚類和植物，必須遷離缺氧的水域，否則牠們會死亡。 但是，一些微生物和細菌卻可以通過水中所提供的營養素，而在這些死區生存。

雖然死區可在大自然發展出來，其中一些卻是由人類活動及其相關的污水處理和廣泛使用化肥而造成的。由於死區對水生生態系統可能造成不良影響，近年有很多研究試圖更了解死區，以便找到方法減少其所造成的不良影響。

此探究是模擬一個死區如何生成。浮游植物存在於如池塘的水生環境裡的微植物，它們需要陽光和化合物來生長。當有過量的營養素供應，浮游植物會大量繁殖。如沒有陽光，則浮游植物會死亡，並沉到深水處，然後它們會被細菌分解，在這個過程會消耗氧氣，故此水中的溶氧量會下降至非常低的水平，死區由此而產生。

可由下列網站獲得背景資料：

http://en.wikipedia.org/wiki/Dead_zone_(ecology)
http://www.ncddc.noaa.gov/hypoxia/
http://www.afcd.gov.hk/english/fisheries/hkredtide/redtide/redtide_hab.html

核心問題

人類活動所產生的廢物，如何在水生環境造成死區？

學習目標

在本活動中，學生應能

  1. 認識水中有一些活的微生物；
  2. 認識綠色植物透過光合作用製造食物；
  3. 關注水質污染的問題；
  4. 透過設計一項量度和比較不同水生環境的溶氧濃度的實驗，來掌握計劃及設計探究技能 (SP3)；
  5. 透過預備不同水生環境來掌握量度技能 (SP1) 和進行實驗技能 (SP4)；
  6. 透過辨認在不同水生環境的氧濃度趨勢，來掌握比較和分類技能；
  7. 透過分析所收集的數據，來掌握闡釋資料技能 (SP5)。

教案

任務 (時間) 簡短描述 物資 目標

導入
(10 分鐘)
  • 教師簡介水生環境中的死區，重點介紹由水污染而生成的死區
  • 學生瀏覽有關紅潮和死區的網站，教師啟發學生思考紅潮和死區的成因和影響
   (1), (2) & (3)

探索
(15 分鐘)
  • 學生探索和設計一個可模擬死區的水生環境
  • 學生定時作出相關的量度
   (4) & (5)

評估
(10 分鐘)

 學生分析數據來辨認和比較不同水生環境所量度到的溶氧濃度趨勢 (6)

延伸與解說
(5 分鐘)
  • 教師解釋設置參照實驗的目的
   (7)

備註：

  1. 雖然預計所需課時為 40 分鐘，但此實驗需要多於一星期才能完成。
  2. 教師 (或學生於教師監督下) 需要從池塘或溪澗收集水，是一項戶外活動。
  3. 需要加入的營養素為化肥，例如鉀鹼 (俗稱鉀肥)。
  4. 溶氧濃度讀數的單位取決於氧感應器的型號，例如：百份比、百萬份之一 (ppm)、 mg / L 等。
  5. 下午是讀取讀數的最佳時間，因為這是浮游植物在光合作用下產生最多氧氣的時段。
  6. 按美國國家海洋暨大氣總署的資料 (http://www.ncddc.noaa.gov/hypoxia/) 顯示，當在水中的溶氧濃度低於 2 mg / L，則該水生環境便是死區。

材料及儀器：

相同的玻璃瓶 化肥 (鉀鹼) 氧感應器及其探頭