为了落实新课标中对"跨学科实践"主题的要求,促进学生灵活迁移与应用不同学科知识,培养学生的动手实践能力,以"探究酸雨危害,保护桂林山水"为例,设计基于挑战式学习的初中生物学跨学科课程,引导学生设计并实施解决方案,探索桂林酸雨的形成过程、原因及其对生物与生态环境产生的影响,从而探讨跨学科挑战式学习的应用及意义.

马尾松是西南地区的主要造林树种之一,对酸沉降比较敏感,在生产实践中常常在受酸沉降影响严重的针叶林地进行林分改造来应对酸沉降.为了解酸雨区马尾松纯林改造对土壤性质的影响及科学指导经营管理,本研究以重庆铁山坪马尾松纯林及改造后的马尾松-香樟混交林以及香樟纯林为对象,分不同季节采集腐殖质层(Ah层)和淋溶层(E层)的样品进行分析,探讨林分改造对土壤酸化及养分的影响.结果表明:(1)林型对Ah层土壤性质影响显著(P＜0.05),且Ah层土壤养分显著高于E层,季节对两个土层的土壤性质影响均显著(P＜0.05).(2)当马尾松纯林改造后,Ah层土壤各季节平均pH表现为马尾松纯林＜马尾松-香樟混交林＜香樟纯林;马尾松纯林改造后显著降低了土壤NH4+∶N(3-,可缓解土壤酸化.(3)虽然马尾松林改造后显著降低了土壤有机碳和全氮含量,但明显增加了土壤全磷和全钾含量(P＜0.05),可以为缺磷缺钾的铁山坪酸性土壤提供更多的磷和钾,从而缓解磷、钾限制对植物生长的抑制作用.(4)通过模糊综合法评价3种林型的土壤综合肥力指数,在0.585～0.664,马尾松纯林改造成马尾松-香樟混交林、香樟纯林,可以提高土壤肥力水平.

在"探究酸雨对生物的影响"的实验中,将实验对象由植物调整为丰年虾(Artemia salina),使学生认识到酸雨除了对植物有害,还对其他生物有危害.本实验设定了4个pH梯度来探究酸雨对丰年虾孵化的影响,实验结果采用笔式数码显微镜观察计数,启发学生用棉花纤维或碘液来限制丰年虾的运动以便于计数.本实验从实验对象、用具和方法3个方面进行了创新.在课堂教学中,从了解实验背景、选取实验对象,到设计实验步骤及操作实验,都以问题导向为原则,凸显学生的主体地位,培养学生的生物学学科核心素养.

探讨亚热带地区常见树种凋落叶的酸缓冲能力差异及其控制因子对森林恢复与管理具有重要意义和应用价值.本文以12种亚热带森林常见树种凋落叶为试材进行模拟酸雨浸提实验,通过测定凋落叶的物理化学初始性状以及浸提液的pH值和盐基离子含量,分析凋落叶初始性状与酸缓冲能力的关联性,确定凋落叶缓冲酸雨的主要调控因子.结果发现:凋落叶均显著提高了模拟酸雨溶液的pH值.大部分阔叶树种,如香椿、檫木以及油桐酸缓冲能力(＞4)明显优于针叶树种的杉木和马尾松.山乌桕虽是阔叶树种,但其酸缓冲能力最弱(＜1).浸提时间也显著影响不同凋落叶的酸缓冲能力.除马尾松凋落叶在浸提1 d时缓冲能力最高外,其他物种均在浸提5 d时缓冲能力达到最高.酸缓冲能力与凋落叶初始pH值呈正相关(浸提1 d、5d、15d时相关系数分别为0.84,0.80,0.83;P＜0.05),与木质素含量呈负相关(浸提1 d、5d、15d时相关系数分别为-0.68,-0.75,-0.69;P＜0.05).逐步回归分析也证实了凋落叶初始pH值是最主要的酸缓冲能力控制因子.研究表明,凋落叶的初始性状可以很好地预测不同物种的酸缓冲能力,建议未来从酸缓冲能力角度筛选物种时优先考虑pH值.

不同林型土壤的酸化缓冲能力不同,真菌在土壤系统中扮演着重要的角色,而对土壤真菌群落结构和组成与土壤酸化的关系缺乏深入研究.以重庆铁山坪林场的马尾松纯林(Pi)和经马尾松纯林改造后的香樟纯林(Ci)、木荷纯林(Sc)、马尾松-香樟混交林(Pi_Ci)以及马尾松-木荷混交林(Pi_Sc)为研究对象,每个林型分别设置4个20 mx20 m的样地,分别采集腐殖质层(O层)和淋溶层(A层)土壤进行土壤性质及真菌群落分析,以探讨酸雨区森林土壤真菌群落与缓解土壤酸化的关系.研究表明:(1)与Pi相比,Ci 土壤酸化明显缓解(高pH低NH4:NO3),且能有效提高土壤全磷(TP)含量;而Sc虽然土壤pH值与Pi没有显著差异,但显著(P＜0.05)提高了 NH4:NO3,且显著降低土壤TP和全钾(TK)含量(P＜0.05);(2)不同林型土壤真菌群落多样性以Ci最为丰富,且表征土壤酸化的指标pH值、阳离子交换量(CEC)与真菌多样性显著正相关(P＜0.05),NH4:NO3与多样性显著负相关(P＜0.05);(3)林型和土层都对真菌群落结构有显著影响(P＜0.001),且林型的影响大于土层的影响;而土壤酸化程度将五个林型的土壤真菌群落区分成两个大类:Ci和Pi_Ci;Pi,Se以及Pi_Sc.(4)Ci中有益菌(如Mortierella)更多,Pi以外生菌根真菌占优势(Russulaceae、Russula、Tomentella 以及 Sebacina);Sc 以及 Pi_Sc 则含有更多的植物病原菌(Cladophialophora,Paecilomyces,Venturiales)、嗜酸菌及产酸菌(Paecilomyces,Penicillium).在酸雨区受损马尾松林地种植香樟促进土壤真菌多样性提高,且产酸真菌、嗜酸菌丰度降低,而有益真菌丰度增加,可有效缓解土壤酸化;而种植木荷后土壤中的病原菌、嗜酸菌和产酸菌相对丰度增加,导致土壤进一步酸化.因此,通过将受酸雨损害严重的马尾松纯林改造成香樟纯林或马尾松-香樟混交林,有助于缓解土壤的酸化,实现酸雨区森林生态系统的可持续发展.

通过对土壤总有机碳(SOc)、易氧化有机碳(ROC333、ROC167、ROC33)、颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(SMBC)、溶解性有机碳(DOC)的测定,探讨模拟酸雨(pH 3.0、pH 3.5、pH 4.0、对照CK)对鼎湖山三个不同演替阶段森林(季风常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松针叶林)土壤碳库稳定性及碳库管理指数的影响.结果表明:模拟酸雨增加了总有机碳的含量和各组分活性有机碳的含量(P＜0.05),但酸雨在一定程度上抑制了土壤中微生物量与活性.土壤中各组分活性有机碳与总有机碳呈显著相关,其中ROC333和POC的含量与SOC关系最为密切,相关系数分别为0.853、0.846;碳库管理指数(CMI)结果表明,碳库活度(L)及碳库活度指数(LI)随森林的正向演替有下降的趋势,CPI与CMI呈现相反的趋势.在土壤有机碳及部分活性碳组分增加,碳库活性降低的前提下,土壤碳库稳定性增加.从各项指标的变化幅度可以得出:南亚热带森林土壤随森林群落正向演替而对模拟酸雨响应有更加敏感的趋势,各指标间的敏感性表现为CMI＞R333 ＞POC＞SMBC＞R167 ＞R33 ＞LI＞DOC＞CPI＞SOC.

近年来随着规模化养殖业的快速发展,未经处理的牲畜粪便在堆放后易产生大量氨气,大气中氨气浓度增加导致空气中N含量超过极限浓度,引发酸雨的形成,对农作物和建筑物造成极大的危害,并进一步促进高浓度大气颗粒物——PM2.5的形成,引发人体呼吸道炎症等疾病,故对各大型养殖基地牲畜粪便污染控制与资源化利用提出了新的挑战.据此文章对牲畜粪便的污染来源及污染现状做了详细阐述,并针对牲畜粪便引起的环境污染、生态破坏及影响生产生活等问题进行了详细剖析.同时介绍了国内外就减少牲畜粪便中氨挥发方面的研究进展,且针对氨挥发造成的一系列环境问题,提出采取物理方法、化学方法、生物方法和日粮调控等降低牲畜粪便氨排放的措施.在对众多方法进行比较研究后发现,ZnSO4处理法和微生态制剂EM处理法效果最佳,同时文章进一步探讨该领域未来的研究热点,寻求适用于牲畜粪便无害化处理的综合性方法.

通过盆栽试验研究了模拟酸雨(pH 3.0和pH 5.6)和镉(Cd 50和Cd 100)复合污染以及对照处理(CK)对秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)的生长和生理指标的影响.结果表明:单独的酸雨处理显著增加了植株总生物量的积累,促进了根和叶片生物量的分配,降低了茎干生物量的分配,且显著降低了叶片中的镉含量.单独镉处理下,Cd 50显著增加了植株生物量的积累,促进了根和叶片生物量的分配,Cd 100虽抑制了植株生物量的积累,但生物量分配几乎不受影响.复合处理促进了植株根和叶片生物量的分配,降低茎干生物量分配,且降低了根冠比,其中pH 5.6+Cd 100显著促进了植株生物量的积累.所有处理的荧光参数与对照无显著差异,说明未对植株的PSⅡ反应中心产生显著影响.镉在植株体内的积累为:根＞茎＞叶.酸雨强度和镉浓度的交互作用对生物量,镉含量和Fo影响显著.因此,秃瓣杜英对酸雨和镉的复合污染有较强的耐受能力.

以“铜钱草”为材料进行模拟探究“酸雨对生物的影响”的实践教学,通过学生自主设计实验方案、自主完成模拟探究及结果观察记录,培养学生的创新精神、实践能力及团队合作能力.同时,通过模拟酸雨对铜钱草生长的影响,进一步说明了酸雨的危害,激发学生环境保护的意识.

通过测定杨 (Populus×euramericana) 抗硫新品种'普瑞'和'107'在3种梯度酸雨胁迫下的各项生理指标, 研究酸雨胁迫对2个杨品种影响的差异.结果显示, 在酸雨胁迫下, '普瑞'叶片受伤害程度明显轻于'107', 可以维持较稳定的光合作用, 显示出较强的抗酸雨胁迫能力.酸雨胁迫下, '107'光合作用强度显著下降, 非气孔因素是其下降的主要原因.酸雨在一定程度上破坏了2个杨品种的水分平衡, 尤其对'107'的影响程度更为明显, 但气孔关闭不是引起其光合作用强度下降的主要原因.研究结果表明杨品种'普瑞'在酸雨环境下具有更强耐受性.