学校种植园里的玉米为什么会倾斜.doc

2013年西湖区中小学生科技节创新大赛科技创新论文学校种植园里的玉米为什么会倾斜作 者沈 忱学 校杭州市西湖小学教育集团府苑小学606班指导老师钟晓军联系方式目 录摘要11 题目来源21.1 玉米倾斜现象21.2 其它玉米地观察31.3 问题的提出32 探究方法42.1 探究方案42.2 具体方法42.2.1探究方法42.2.2实验材料43 探究过程与数据分析53.1 玉米倾斜现象调查53.1.1 种植园环境调查53.1.2 玉米倾斜角度调查63.2 人为因素73.3 风力因素73.3.1杭州市5、6月份风力数据调查及分析73.3.2风力模拟实验83.4 营养元素93.4.1土壤和植株样本采集和检测结果93.4.2 数据分析113.5 向光性实验113.5.1实验过程123.5.2数据分析133.6 病虫害因素134 结论14摘 要学校种植园玉米植株有倾斜现象。为了探究造成玉米倾斜的原因，我对玉米倾斜现象进行了周围环境调查和倾斜角度测量，考虑了多种可能的影响因素：人为因素、风力因素、某些营养元素含量低、植物的向光性、病虫害等。本文采用访谈法，查阅资料法，调查法，检测法，模拟实验，对比实验的方法试图探究玉米倾斜的原因。通过实验和访谈调查，结果表明：通过访谈排除了人为因素的影响；营养元素含量和病虫害会影响植株生长过快或过慢、植株折断等，但不能造成植株和叶片倾斜；风力模拟试验的结果也表明，5级以下的风力都不会引起植株弯曲生长。向光性实验结果表明玉米幼苗出现不同程度的倾斜，具有向光性。这与种植园玉米倾斜现象比较符合，因为通过调查我发现种植园四周都是高大遮荫，不能接受正常阳光照射，这样四周的植株都如同受到的是单侧光照射，所以从幼苗时期就表现出了弯曲（种植园玉米的倾斜主要发生在接近根部的位置）；而种植园中间的玉米植株，因为从小接受阳光正常照射，所以没有出现倾斜。另外，玉米向光性实验也证实了光线不足会引起叶片发黄、生长相对弱小等现象。这与发现种植园玉米倾斜现象时，也发现四周玉米植株长的相对弱小也相符合。通过访谈、风力模拟试验、营养元素测定、向光性实验、病虫害调查等实验和数据分析，我认为学校玉米园倾斜的原因主要是玉米幼苗向光性造成的。141 题目来源与研究意义在一次科学课上，老师带领我们在府苑小学种植园观察玉米生长。我们偶然发现了有些玉米植株的茎秆不直立、有倾斜的现象特别是在四周的植株，中间的植株不倾斜。对这个有趣的现象，我产生了浓厚兴趣，玉米生长为什么会倾斜呢？带着这样的疑问，我开动脑子，利用学过的课文知识与科学老师一起探讨，设定了科学试验来探究引起玉米倾斜的原因。一方面可以解开谜团，满足小小好奇心；一方面可以了解植物的生长过程，了解影响植物生长的光温环境等因素。1.1 玉米倾斜现象据百度了解，玉米是世界上分布最广泛的粮食作物之一， 种植面积仅次于小麦和水稻而居第三位。玉米是一种一年生的喜光单子叶作物，叶片于茎的两侧互生，在我国各地都有广泛种植，深受人们喜欢。学校种植园种植玉米，也是为我们学生课间餐提供自己劳动种植的粮食。下面几张图片是我们在种植园里观察到的玉米倾斜现象。从图中我们可以看见玉米的植株出现了不同程度的倾斜现象，靠近东边围墙的植株明显向西倾斜，靠近西边柏树的植株明显向东倾斜，南边和北边的植株也是如此，稍微靠边的几行植株也有一定的倾斜现象，总体上看是四周向中间倾斜。中间的植株则基本直立生长。玉米的叶片本来应该在茎秆的两侧对立互生，从图中看，玉米叶片也有明显向一边倾斜的现象。 图1-1 玉米的倾斜现象 图1-2东边倾斜植株 图1-3西边倾斜植株 图1-4中间植株不倾斜1.2 其它玉米地观察发现了这个倾斜现象后，暑假里我又专门到附近的富阳和余杭等几个地方去看了几处玉米地，如下图所示。发现富阳玉米地里处在苗期的玉米植株是直立的，余杭玉米地里正在结果的玉米植株也是直立的。这也间接地说明了我们学校种植园的玉米植株存在倾斜现象。 图1-5富阳玉米地 图1-6余杭玉米地1.3 问题的提出那么为什么学校种植园种植的玉米会出现倾斜呢？会是什么原因造成的呢？学校种植园玉米倾斜现象是跟阳光照射有关吗？还是有小朋友走进去有意或不小心踩到的吗？还是这几个月杭州风大吹歪的呢？还是土壤营养元素不同、缺乏或者多余造成的呢？还是植物的病虫害引发植株站立不稳呢？ 2 探究方法2.1 探究方案为了探究引起玉米倾斜的可能原因，我仔细调查了种植园周围环境，根据所学知识和查阅资料，充分考虑了可能引起玉米倾斜的多种可能原因，分别考虑设计了几个实验，综合起来探究玉米倾斜的原因。（1）对玉米倾斜现象进行调查：调查种植园周围环境，用量角器、直尺等来测量的玉米倾斜角度。（2）人为因素调查：访谈种植园管理人员，了解玉米生长情况、种植园平时管理方式、人员出入情况等。（3）风力因素分析：查阅杭州市5-6月份风力气象数据，根据气象数据进行风力模拟试验，来分析风力对玉米倾斜的影响。（4）向光性试验：在盆子里种植玉米，设计单侧光照射和自然光照射对比试验，观察玉米幼苗是否弯曲。（5）营养元素测定：提取土壤和植株样品，找爸爸单位中国水稻研究所帮忙，利用仪器测定氮和磷含量。（6）病虫害调查：不同时期调查种植园玉米的病虫为害情况。2.2 具体方法2.2.1探究方法主要有：访谈法，查阅资料法，调查法，检测法，模拟实验，对比实验。2.2.2实验材料实验材料主要有：种植园玉米植株、种植园土壤、玉米种子。主要使用工具有：直尺、量角器、烧杯、培养箱、纸板盒、光源、电扇（模拟风力）、元素检测仪。 3 探究过程与数据分析3.1 玉米倾斜现象调查3.1.1 种植园环境调查为了探究玉米倾斜的原因，我首先调查了学校种植园的四周环境。学校种植园位于校园东南侧，种植园四周均有高大的遮荫物，北边为2层楼学校食堂，南边是6层楼居民房，西边是高大的绿化柏树，东边也是高大的绿化树木和学校围墙。东、西遮荫物与种植园间距都在1米之内，北面居民楼和南面食堂与种植园都是间隔一条3米宽马路。从周围环境来看，种植园的玉米特别是四个边上的植株不能接受正常阳光照射，如图2-1所示。图3-1 学校种植园图3-2 学校种植园玉米倾斜现象示意图根据对不同玉米地的对比观察，我发现富阳和余杭玉米地里的四周空旷没有遮挡物，阳光充足，那么会不会是因为光线照射不足和不均匀引起学校种植园玉米倾斜的呢？或者还是受其他因素的影响？3.1.2 玉米倾斜角度调查为了详细知道玉米到底有多倾斜。我对种植园玉米地进行了网格区块划分，如上图所示，分为1、2、3、4、5、6、7、8、9，调查了玉米植株和叶片的倾斜角度。我们利用1米长的直尺和量角器，对9格内的各3株玉米植株和叶片进行了倾斜角度测量。植株倾斜角度：垂直线与玉米茎秆的夹角；叶片倾斜角度：相邻两叶的倾斜夹角。对测量获得的3个数据进行了平均，结果如下表所示。从表中我们可以看到，四周边上（编号1-8）的玉米植株存在11.333.3 不同程度的倾斜，平均倾斜21.0；而相邻两叶片的倾斜角度更大，平均倾斜52.6，最小的也有31.0，最大的达73.3 ，中间（编号9）的植株和叶片则倾斜角度几乎为零，基本直立生长。通过倾斜现象的观察和角度调查，我们发现：种植园中间的玉米基本不倾斜，而四周植株和叶片都有不同程度的倾斜现象，倾斜总体上为四周朝中间。这可能跟四周遮荫，不能接受正常阳光照射；中间阳光正常照射到有关。 图3-3 茎秆倾斜角度测量 图3-4叶片弯曲角度测量表3-1 玉米倾斜角度测量项目/取样点1（西北）2（西）3（西南）4（南）5（东南）6（东）7（东北）8（北）9（中间）茎秆倾斜角度25.726.7 33.3 11.3 13.3 20.3 18.0 19.3 1.7 叶片倾斜角度45.0 66.7 73.3 31.0 61.7 45.0 42.0 56.0 3.3 3.2 人为因素玉米倾斜是因为有人把玉米植株故意弄歪吗？我已问过种植园管理员，他告诉我这里的玉米栽培方法一致，平时种植园管理严格，没有闲杂人员进出。通过访谈，我认为玉米倾斜不可能是人为造成的。3.3 风力因素3.3.1杭州市5、6月份风力数据调查及分析因为发现玉米倾斜的时间为6月底，我就在网上查阅了杭州市5、6月份的风力气象数据（见下表）。通过调查发现，学校种植园玉米生长期间（5-6月）杭州的风力气象数据正常，没有大风天气，玉米种植园四周也都有挡风物体，玉米生长受风力影响有限。表3-2 杭州市5-6月最高风力调查表月份第1周第2周第3周第4周第5周5月3-4级3级3-4级3-5级4-5级（3天）6月3级3-5级3-4级3-4级3级（2天）3.3.2风力模拟实验 为了进一步验证风力会不会造成玉米倾斜，我设计了一个风力模拟试验：利用培养箱种植玉米，长到一定高度，在室内用电扇进行模拟风力实验，分析当时的风力能否把玉米吹弯。8月2日我们在培养箱里种植了玉米，8月20日玉米植株长到20厘米左右高度，我们利用电风扇进行了风力模拟试验。试验1：风源与玉米幼苗直线距离0.5米，风口的高度与幼苗高度保持基本一致，开动1档的风力（相当于3级风）连续吹12小时，植株没有影响；中间停止12小时，又连续吹12小时，重复2次，玉米幼苗仍然保持直立生长，没有受到影响。试验2：风源与玉米幼苗直线距离45厘米，风口的高度与幼苗高度保持基本一致，开动3档的风力（相当于5级风）连续吹12小时，在风力持续的过程中，植株叶片和幼苗看上去有点弯曲，而后停止12小时后观察，玉米植株恢复了直立生长；又连续吹12小时，重复2次，玉米植株也都是在风力刮着的时候有弯曲的倾向，但停止风吹后，仍然保持了直立生长，基本没有受到影响。如下图所示。可见，杭州市5-6月份的正常风力是不会造成玉米植株倾斜的。图3-5 风力模拟试验 图3-6 1档风力后植株状态 图3-7 3档风力后植株状态3.4 营养元素3.4.1土壤和植株样本采集和检测结果根据划分的网格，我们分别采集了土壤和植株样品，送到爸爸单位中国水稻研究所进行氮和磷元素含量的测定，用来分析其是否对玉米倾斜有影响。 图3-8 茎叶取样和样品 图3-9 土壤取样和样品 图3-10 氮和磷测定实验表3-2 土壤和植株中氮的浓度（ppm，百万分之一）项目/取样点1（西北）2（西）3（西南）4（南）5（东南）6（东）7（东北）8（北）9（中间）土壤32.4724.8239.7131.2329.6520.8921.5120.6827.51茎秆8521.44081.44495.13005.95515.56563.44136.63833.23612.6表3-3 土壤和植株中磷的浓度（ppm，百万分之一）项目/取样点1（西北）2（西）3（西南）4（南）5（东南）6（东）7（东北）8（北）9（中间）土壤52.0058.5954.8624.2141.1635.5845.1550.8038.57茎秆203.57399.35661.80438.39336.22344.74510.01529.16404.323.4.2 数据分析氮和磷都是植物需要的大量元素，氮和磷在植株中的过多积累，会容易造成植株变软，造成倒伏；营养元素缺乏，则会造成植株生长弱小。种植园土壤中氮和磷营养元素浓度在不同区块存在一定的差异，在植株中也是如此。但是没有规律性，这可能跟取样造成误差有关，如取样植株大小的差异，土壤施肥不施肥的差异。营养元素浓度测定实验结果表明：中间（编号9）的土壤和植株中氮磷元素浓度与四周（编号1-8）的没有显著区别，说明营养元素含量不是造成植株倾斜的原因。因为，如果营养元素含量是造成倾斜的原因的话，中间区块的土壤和植株应该与四周的有明显不同。3.5 向光性实验植物向光性是指生长器官受单方向光照射而引起茎叶生长弯曲的现象。植物向光生长有利于获得更大面积、更多的光照，维持植物更好的生长。一般认为是因为光照射不均造成生长素分布不均造成。为此，我利用单侧光照射玉米幼苗，5-7天后观察和测量幼苗弯曲程度。与种植园玉米倾斜现象进行对比分析。3.5.1实验过程7月10日将玉米播种，一共8个样品，每个样品2-3粒玉米种子，4个样品为自然光照射，4个样品为单侧光照射。7月13日观察：玉米开始发芽。7月14日观察：单侧光组玉米幼苗的叶片呈喇叭状，茎底部略红，1号和3号样品出现向光现象。自然光组正常生长，比单侧光强。7月15日观察：自然光组玉米幼苗长出两叶，茎底部呈红色，有分支，直立生长，茎粗壮，叶片颜色深。单侧光组向光性生长明显，长出一叶一心，茎秆细长，叶片颜色浅，茎底部略红，有分支。7月16日观察：单侧光组3号样品向光性明显，倾斜40，2号和4号样品倾斜5，1号样品倾斜10。茎秆细长，红绿色。自然光组长出三叶，茎秆短粗，红色，正常直立生长，无倾斜。7月17日观察：自然光组正常直立生长，茎秆短粗，单侧光组向光生长明显，茎秆细长，叶片开始发黄。 图3-11 单侧光照射引起玉米幼苗倾斜生长 图3-12 自然光照射的玉米正常直立生长3.5.2数据分析从上图和实验记录中可以看出，受单侧光照射时，玉米幼苗出现不同程度的倾斜，具有向光性；而自然光正常照射的玉米幼苗正常直立生长。向光性实验造成玉米幼苗有5-40的倾斜，与种植园玉米倾斜现象基本符合。由此认为向光性可能是种植园玉米造成倾斜的重要原因。3.6 病虫害因素 发现种植园玉米倾斜现象时，