海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略下環(huán)境化學(xué)課程的海洋特色探索

李娟英，邵 留，金 靈，王 茜，陳以芹，尹 杰

(1.上海海洋大學(xué) 海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306； 2.香港理工大學(xué) 土木與環(huán)境工程系，香港 999077)

一、引言

《環(huán)境化學(xué)》作為本校環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程兩個專業(yè)的必修課程，從2002年兩個專業(yè)開始招生至今連續(xù)開設(shè)。本課程作為專業(yè)重點(diǎn)必修課程，自2008年被立項(xiàng)為院級重點(diǎn)課程，2009年作為校級重點(diǎn)課程，2011年該課程被評為校級優(yōu)秀重點(diǎn)建設(shè)課程，2012年作為上海市教委重點(diǎn)建設(shè)課程進(jìn)行建設(shè)，2017年被評為校級精品課程。課程建設(shè)期間，不僅探索了理論課程案例教學(xué)的開展[1]，課程考核方式改革，科研文獻(xiàn)的批判閱讀[2]，同時對課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)考核方式的革新[3]等也進(jìn)行了一系列的改革和探索。隨著2017年雙一流大學(xué)和學(xué)科的確定，上海海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)科進(jìn)入了國家雙一流建設(shè)的學(xué)科，同時學(xué)校成立了海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，因此環(huán)境科學(xué)/環(huán)境工程兩個專業(yè)也在此基礎(chǔ)上，不斷地凝練和突出著水產(chǎn)和海洋的專業(yè)辦學(xué)特色。環(huán)境化學(xué)作為兩個專業(yè)的核心必修課程，在這樣的背景下，如何結(jié)合雙一流和海洋特色，凝練出課程特色并顯著提高該課程在同類高校中的區(qū)別度和顯示度，是目前急需考慮和解決的重要問題。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷更新，海洋將成為人類賴以生存和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要資源。因此開發(fā)海洋資源，繁榮海洋經(jīng)濟(jì)，建設(shè)海洋強(qiáng)國，以便在激烈的國際競爭中立于不敗之地，也是我國21世紀(jì)海洋戰(zhàn)略中的發(fā)展方向。同時，對海洋資源的高強(qiáng)度開發(fā)致使海洋及海岸帶生態(tài)環(huán)境面臨日益嚴(yán)重的威脅和破壞，因此如何在開發(fā)利用海洋資源和建設(shè)海洋強(qiáng)國的過程中做到開發(fā)與保護(hù)同步，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益并存，海洋化學(xué)和環(huán)境污染相關(guān)的內(nèi)容成為近年來科學(xué)研究重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。成功解決上述問題，海洋相關(guān)人才培養(yǎng)是關(guān)鍵，如何發(fā)揮本科教學(xué)培養(yǎng)方案中的課程建設(shè)，在海洋化學(xué)與環(huán)境保護(hù)人才培養(yǎng)過程中扮演重要角色，是本校環(huán)境類專業(yè)人才培養(yǎng)中需要討論和思考的重要問題，本文結(jié)合環(huán)境類核心專業(yè)環(huán)境化學(xué)課程建設(shè)，探討海洋環(huán)境類人才培養(yǎng)的方法和途徑，不僅可以實(shí)現(xiàn)雙一流中學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)，也以學(xué)生成果為標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)基于發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的教學(xué)方法在人才培養(yǎng)中的成效。

二、環(huán)境化學(xué)課程海洋特色內(nèi)容的設(shè)計與探索

(一)科學(xué)海洋觀與風(fēng)險管理意識的培養(yǎng)

海洋資源開發(fā)將對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展起帶動作用，是人類最終解決資源與糧食問題的根本出路[4]，“藍(lán)色糧倉”和“海洋牧場”的理念得到了越來越多的重視[5]。而海洋與森林、濕地是地球上三大重要的生態(tài)系統(tǒng)，正確海洋觀的培養(yǎng)除了引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識海洋結(jié)構(gòu)、海洋災(zāi)害類型、海洋地質(zhì)與海洋資源，形成科學(xué)的海洋資源觀外，海洋資源利用過程中的海洋經(jīng)濟(jì)和海洋產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和利用幫助形成海洋產(chǎn)業(yè)觀，《聯(lián)合國海洋法公約》的生效要求廣泛深入地開展海洋國土觀成為爭取和維護(hù)國家海洋權(quán)益的基礎(chǔ)；同時，不合理開發(fā)利用海洋資源導(dǎo)致的資源衰退以及海洋環(huán)境污染及治理對策等海洋環(huán)境觀的培養(yǎng)也是科學(xué)海洋觀的重要組成部分。開發(fā)利用海洋資源的同時保護(hù)海洋環(huán)境，關(guān)注當(dāng)前正在發(fā)生的或者是將要到來的海洋時政要聞等，擴(kuò)大學(xué)生的視野，樹立大局觀和“大海洋”概念[6]，形成海洋系統(tǒng)思維和系統(tǒng)全局觀，充分認(rèn)識到海洋是個耦合的系統(tǒng)，而非零星事件/議題組成。

環(huán)境化學(xué)課程除了樹立科學(xué)的海洋環(huán)境觀之外，還要培養(yǎng)學(xué)生風(fēng)險管理意識。在人類開發(fā)海洋的進(jìn)程中，海洋開發(fā)活動可能蘊(yùn)藏著一定的環(huán)境風(fēng)險，分析海洋開發(fā)過程中環(huán)境風(fēng)險的特征及主要內(nèi)容，洞悉海洋環(huán)境風(fēng)險不同于一般環(huán)境風(fēng)險的特性，了解其獨(dú)特的形成機(jī)理，從科學(xué)技術(shù)、組織管理和制度建設(shè)等方面研究將海洋開發(fā)過程中的環(huán)境風(fēng)險控制在可以接受的范圍之內(nèi)，可以解決這個人類發(fā)展和環(huán)境健康之間平衡的難題[7]。

(二)課程海洋特色的體現(xiàn)

海洋在全球生物地球化學(xué)的碳、氮、磷、硅和其他化學(xué)元素和化合物等循環(huán)中起著重要作用，海洋化學(xué)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)10年或更長時間尺度下海洋化學(xué)性的監(jiān)測及成因分析?；剂先紵⒐まr(nóng)業(yè)活動以及氣候變化愈發(fā)影響了全球海洋環(huán)境，海洋污染的類型、污染物來源、海洋污染物的遷移與擴(kuò)散機(jī)制，以及中國沿海海域污染的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和治理海洋環(huán)境污染的措施等內(nèi)容是環(huán)境化學(xué)課程體現(xiàn)海洋特色的主要載體，如近海水體的富營養(yǎng)化、近海養(yǎng)殖水產(chǎn)品的品質(zhì)下降、海洋霧霾——微塑料、港口建設(shè)以及海水酸化等內(nèi)容，是結(jié)合我?？蒲袃?yōu)勢和體現(xiàn)學(xué)科特色的主要海洋化學(xué)相關(guān)內(nèi)容。

1.近海赤潮/綠潮藻類爆發(fā)——海水營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移

近岸海水富營養(yǎng)化是目前海岸帶環(huán)境管理面臨的最重要的難題。氮磷營養(yǎng)鹽的過?？梢源龠M(jìn)微藻和大型藻類的生長繁殖，導(dǎo)致近岸海水赤潮或綠潮爆發(fā)，水中溶解氧下降，并導(dǎo)致海洋生物死亡。目前，減輕近岸富營養(yǎng)化的措施主要從減少人類和畜牧業(yè)廢棄物排放，農(nóng)業(yè)和雨水等陸地來源的營養(yǎng)物質(zhì)投入等方面進(jìn)行考慮，很少考慮直接從海洋環(huán)境中重新獲取這些過量的營養(yǎng)物質(zhì)[8]。貝類通過過濾浮游生物和有機(jī)物質(zhì)并且吸收其組織和殼中的營養(yǎng)物質(zhì)來進(jìn)食，已被證明可以改善水體的清澈度，同時去除水體中營養(yǎng)物質(zhì)。因此利用海水貝類網(wǎng)箱養(yǎng)殖來“生物萃取”近海中的多余的營養(yǎng)物質(zhì)，最近在美國和歐洲開始正式將其納入較大規(guī)模的海水營養(yǎng)管理項(xiàng)目中[9]。

2.近海養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量保障——重金屬和藥物殘留

近幾十年來，我國以海水養(yǎng)殖為重點(diǎn)的海洋漁業(yè)迅猛發(fā)展，掀起了海藻、海洋蝦類、海洋貝類、海洋魚類、海珍品養(yǎng)殖的五次產(chǎn)業(yè)浪潮，養(yǎng)殖總產(chǎn)量自1990年以來一直穩(wěn)居世界首位。與此同時，局部水域環(huán)境惡化，重金屬在海水養(yǎng)殖水產(chǎn)品體內(nèi)的殘留時常見諸報端[10]，造成養(yǎng)殖產(chǎn)品品質(zhì)下降；同時傳統(tǒng)模式的海水養(yǎng)殖業(yè)中針對養(yǎng)殖病害嚴(yán)重的問題，藥物投加與殘留也成為影響產(chǎn)品品質(zhì)和威脅海洋生態(tài)環(huán)境的重要問題[11]。重金屬和抗生素在養(yǎng)殖環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化以及在水產(chǎn)品體內(nèi)的累積過程，尤其是抗生素在水產(chǎn)品體內(nèi)的殘留以及通過食物鏈進(jìn)入人體的途徑貢獻(xiàn)，環(huán)境中抗生素殘留導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥性以及抗性基因的轉(zhuǎn)移等都是傳統(tǒng)環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域新興和交叉研究內(nèi)容[12]?？茖W(xué)準(zhǔn)確地評估養(yǎng)殖環(huán)境中污染物的暴露水平、生物累積并預(yù)測水產(chǎn)品食用風(fēng)險，結(jié)合原位被動采樣監(jiān)測DGT(Diffusive gradients in thin-films)技術(shù)與可回收碳材料原位修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境的原位修復(fù)以保證近海養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量和食用安全[13]。

3.海洋霧霾——微塑料

在過去的三四十年里，全球每年生產(chǎn)塑料近3億噸，其中約有10%流入大海。大塊塑料碎片在海水中經(jīng)過老化和破碎形成微塑料，包括尺寸小于5.0 mm的塑料粒料、微纖維、塑料顆粒、泡沫塑料或者薄膜等。目前，海洋中約有3.5萬噸微塑料，占比超過總塑料垃圾重量的72%。由于微塑料不僅本身是海洋污染物，還是其他污染物質(zhì)的傳播載體，與“霧霾”相似，因此很多學(xué)者稱之為“海洋霧霾”[14]。這些塑料除了對海洋生物有嚴(yán)重危害，導(dǎo)致全球有近100萬只海鳥因誤食塑料碎片而死亡之外，還會向海水持續(xù)釋放有害化學(xué)物質(zhì)，污染食物鏈和地球的環(huán)境，最終可能毒害到人類本身。面對海洋塑料垃圾這一挑戰(zhàn)，我們面臨兩大方面的挑戰(zhàn)：源頭控制和回收資源化。對于新興的微塑料污染，人類對其毒性作用機(jī)理和環(huán)境風(fēng)險的基線數(shù)據(jù)知之甚少。因此，需要對塑料垃圾和微塑料毒性、控制減排和合理的資源化進(jìn)行深入地研究。

4.港口建設(shè)——海洋生態(tài)

上海洋山港是目前中國吞吐量最大的深水港，自2005年開港以來吞吐量持續(xù)居全球前列，港口開發(fā)建設(shè)和日常運(yùn)營過程中特征性污染物如原油PAHs、重金屬以及防腐蝕涂料有機(jī)錫化合物等污染物的區(qū)域性排放，對周圍海域中污染物濃度、海洋生物的毒性、生物體內(nèi)污染物累積程度以及海洋生態(tài)環(huán)境的影響也是體現(xiàn)海洋和港口特征的環(huán)境化學(xué)重要內(nèi)容；同時港口開發(fā)建設(shè)和使用過程中海域的使用論證和風(fēng)險評估也不同于其他陸地開發(fā)使用，污染物的遷移和風(fēng)險評估可以體現(xiàn)海洋化學(xué)的研究特征。

5.氣候變遷——海水酸化

人類過度利用化石燃料造成大氣CO2濃度大幅升高，不僅產(chǎn)生溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球氣溫異常升高，同時還致使海水pH值降低，隨著海水的pH值降低，組成珊瑚骨架的霰石含量將加速減少，珊瑚無法重建其骨架，反而會隨著時間的流逝而慢慢解體。在可預(yù)見的未來，海水pH值和碳酸根濃度將進(jìn)一步降低，這對海洋浮游生物和珊瑚的生長、海洋貝殼類動物鈣化速率均會產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響海洋生態(tài)系統(tǒng)[15]。據(jù)報道，IPCC的研究顯示，二氧化碳水平升高可能已經(jīng)導(dǎo)致珊瑚礁滅絕的趨勢無法逆轉(zhuǎn)；世界自然基金會(WWF)則說，全球近三分之一的珊瑚礁已經(jīng)消失，而到了本世紀(jì)中葉，地球上可能再也找不到珊瑚礁。

(三)海上實(shí)習(xí)納入實(shí)踐教學(xué)

結(jié)合我校在海洋科研方面的優(yōu)勢，突出海洋化學(xué)理論與科研實(shí)踐和工程技術(shù)相結(jié)合的特色[16]，鼓勵學(xué)生積極參與長江口和東海的常規(guī)航次、淞航號的遠(yuǎn)洋航次、深淵探測航次、洋山港壓載水和常規(guī)調(diào)查航次以及中日韓亞洲校園海洋監(jiān)測項(xiàng)目。在鍛煉實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和出海能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合老師的科研項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)并提出自己感興趣的科研課題，參與申請國家及上海市大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，利用學(xué)院綜合化創(chuàng)新平臺的儀器設(shè)備，獨(dú)立完成科研實(shí)驗(yàn)并最終發(fā)表科研成果。在此發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—解決問題—發(fā)表成果的過程中，重點(diǎn)鍛煉學(xué)生的科研能力，鞏固化學(xué)理論知識，同時掌握其在海洋環(huán)境中的應(yīng)用。