“雙碳”背景下土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)改革探討

呂玉平

（揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225009）

在“雙碳”背景下，如何在控制溫室氣體排放減少碳源的同時(shí)，充分發(fā)揮各類CO2捕集/封存技術(shù)增加碳匯是目前碳循環(huán)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高等學(xué)校應(yīng)積極響應(yīng)教育部制定印發(fā)的《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》和《加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設(shè)工作方案》，將“雙碳”建設(shè)目標(biāo)作為課程教學(xué)改革的重要任務(wù)，更新或增加相關(guān)課程的“雙碳”理論與技術(shù)，為國家培養(yǎng)碳中和科技人才。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成部分，具有碳源和碳匯的雙重特征，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中農(nóng)田以溫室氣體形式釋放碳的同時(shí)，農(nóng)作物通過光合作用將空氣中的CO2合成碳水化合物儲(chǔ)存在植株體內(nèi)或土壤中[1]，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)屬于碳源還是碳匯取決于溫室氣體的排放力度，以及農(nóng)業(yè)綜合固碳潛力的發(fā)揮。適宜的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施有助于提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力，助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)教材內(nèi)容涉及的土壤肥力和農(nóng)作物管理等內(nèi)容與碳排放/固定密切相關(guān)，課程改革應(yīng)將農(nóng)田固碳減排理論與技術(shù)引入課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生“雙碳”工程應(yīng)用思維[2]。

為了使課程更準(zhǔn)確高效地貫徹碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)方案，本文結(jié)合目前土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀，對如何改進(jìn)該課程的教學(xué)質(zhì)量做了初步分析與探索。

1 土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)與“雙碳”的關(guān)聯(lián)性

土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程是高等學(xué)校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的必修課，涉及土壤學(xué)、作物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、植物生理學(xué)和水土保持學(xué)等學(xué)科[3]。高等學(xué)校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)目前使用的土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教材內(nèi)容涉及大量的土壤形成、分類、性質(zhì)、肥力以及與農(nóng)作物生長相互作用等內(nèi)容與碳排放/碳固定密切相關(guān)[4]?！半p碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要求建筑、交通、能源和工業(yè)等各領(lǐng)域減排的同時(shí)，也離不開CO2捕集/封存技術(shù)的應(yīng)用。農(nóng)田土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的有機(jī)碳庫，土壤有機(jī)碳對土壤結(jié)構(gòu)、水分、養(yǎng)分、離子交換量和微生物等土壤特性至關(guān)重要，是影響土壤質(zhì)量最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。農(nóng)業(yè)實(shí)踐可以通過適當(dāng)?shù)霓r(nóng)田管理措施（植樹造林、綠肥覆蓋、輪作等）增加農(nóng)作物通過光合固碳將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物的固碳能力，促進(jìn)土壤中碳的捕集和固定，提高土壤肥力的同時(shí)降低土壤CO2釋放，緩解溫室效應(yīng)，促進(jìn)農(nóng)田土壤發(fā)揮碳匯作用[5]。土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程需增設(shè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)涉及“雙碳”所要解決的CO2捕集/封存技術(shù)。

2 土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

在國家“雙碳”目標(biāo)需求下，基于保護(hù)性農(nóng)業(yè)（免耕、作物殘?bào)w覆蓋、種植覆蓋作物和輪作、養(yǎng)分綜合管理等）的固碳減排技術(shù)快速發(fā)展[6]，而目前土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)偏重于基礎(chǔ)知識講授，教學(xué)內(nèi)容缺乏對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力和技術(shù)的重視，導(dǎo)致課程內(nèi)容與“雙碳”目標(biāo)下新的固碳減排路徑脫節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容缺少新技術(shù)類環(huán)節(jié)，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力較差。在“雙碳”目標(biāo)下，應(yīng)以綠色、低碳、環(huán)保價(jià)值為引領(lǐng)，對土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革探討，改善現(xiàn)有教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

3 土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)改革措施探討

3.1 融入“雙碳”理念，更新課程授課內(nèi)容

課程教學(xué)是人才培養(yǎng)最直接的基本單元，是傳授知識、培養(yǎng)技能、塑造價(jià)值觀、發(fā)展思維和創(chuàng)造能力的重要方式?！巴寥缹W(xué)與農(nóng)作學(xué)”作為農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的核心專業(yè)課，對于落實(shí)學(xué)生的“雙碳”理念具有重要作用。將農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)涉及“雙碳”目標(biāo)所要解決的CO2捕集/封存技術(shù)融入課程教學(xué)，對于培養(yǎng)新時(shí)代高素質(zhì)的碳中和技術(shù)技能人才，推動(dòng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的意義重大。

土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程可將我國農(nóng)田土壤碳庫演變機(jī)制及發(fā)展趨勢、土壤固碳機(jī)理及其影響因素、耕地土壤固碳能力與生產(chǎn)力保持耦合機(jī)制、耕地土壤固碳與穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)途徑等內(nèi)容設(shè)置專題，將專業(yè)基礎(chǔ)知識融合到現(xiàn)實(shí)問題中，并且能夠?qū)⒕唧w問題對應(yīng)到相應(yīng)的基礎(chǔ)知識點(diǎn)中。引入適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)背景的工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源和社會(huì)資源的可持續(xù)發(fā)展，并且借此機(jī)會(huì)強(qiáng)調(diào)個(gè)人職業(yè)規(guī)范。教師介紹國內(nèi)外先進(jìn)新技術(shù)和新成果時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生理解并掌握技術(shù)應(yīng)用的原理，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，使學(xué)生形成不斷學(xué)習(xí)以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的綜合能力。

3.2 融入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)“固碳減排模式”案例教學(xué)

教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)將教學(xué)目標(biāo)作為指導(dǎo)原則，采用案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)等方式，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。課程內(nèi)容應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充和更新近年來農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)固碳減排新理論與新技術(shù)，比如目前農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)固碳減排的模式主要有低碳循環(huán)、擴(kuò)容增碳、碳優(yōu)化養(yǎng)殖、節(jié)氮保碳等[7]。其中低碳循環(huán)模式包括農(nóng)牧結(jié)合模式、種養(yǎng)結(jié)合模式、“四位一體”和“五配套”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式等，適用于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、種養(yǎng)殖相對集中的地區(qū)、西北和東北等區(qū)域。擴(kuò)容增碳模式主要包括免耕模式、深松結(jié)合秸稈還田模式、增加植被覆蓋度模式、合理輪作模式等，適用于東北、華北和西北糧食主要種植區(qū)域。碳優(yōu)化養(yǎng)殖模式主要包括禁牧圍封模式、季節(jié)性輪牧模式、劃區(qū)輪牧模式、TMR日糧結(jié)合廢棄物優(yōu)化處理模式，主要適用于北方牧區(qū)及農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，如內(nèi)蒙古、新疆、青海等地。節(jié)氮保碳模式包括合理施肥模式、添加抑制劑模式、添加生物炭模式，適用于糧食種植區(qū)和蔬菜種植區(qū)等。課程教學(xué)內(nèi)容既要面向全國，又要體現(xiàn)出不同區(qū)域固碳減排措施的區(qū)域特色。由于課時(shí)限制，授課內(nèi)容不能面面俱到，教師應(yīng)在學(xué)生對該領(lǐng)域有一個(gè)基本認(rèn)識的基礎(chǔ)上，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹適宜于本區(qū)域的固碳減排模式，結(jié)合本區(qū)域?qū)嵗v解，激發(fā)學(xué)生對“固碳減排”知識的求知欲，為復(fù)合型和高素質(zhì)農(nóng)業(yè)水利工程“雙碳”人才的培養(yǎng)奠定理論基礎(chǔ)。

3.3 改革實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容和方式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果

目前該課程的實(shí)驗(yàn)課主要以土壤剖面觀測、土壤和植物的水分測定等，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容宜增加反映“土壤碳匯”真實(shí)問題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)盡量做到實(shí)踐教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和科研工作相結(jié)合，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后基本了解生產(chǎn)或科研項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)接近目前生產(chǎn)、科研工作的實(shí)際，開闊學(xué)生的思維，拓展實(shí)踐的空間，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)意識。如設(shè)置不同栽培條件下土壤活性有機(jī)碳的變化規(guī)律及其作物效應(yīng)、不同環(huán)境（水分、溫度、CO2濃度等）條件下作物固碳能力和固碳機(jī)制、生物質(zhì)添加對土壤有機(jī)碳庫和碳排放影響等實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程要充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)專業(yè)資料，培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；實(shí)驗(yàn)階段，每組同學(xué)自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)以解決實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生遇到的問題；實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，每組同學(xué)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果如實(shí)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)成功之處、實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及實(shí)施的解決方案、實(shí)驗(yàn)有待改進(jìn)的地方等。針對學(xué)生多、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備少等實(shí)際情況，可以在同一實(shí)驗(yàn)室同一時(shí)間進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的循環(huán)式實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生可根據(jù)自己的空閑時(shí)間和實(shí)驗(yàn)開放時(shí)間開展實(shí)驗(yàn)。

3.4 加強(qiáng)不同課程間關(guān)聯(lián)性，形成知識體系

農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的各門課程（學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課）內(nèi)容之間存在關(guān)聯(lián)，教師在教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)課程間內(nèi)容的交叉互動(dòng)。如土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)提供了關(guān)于土壤水分特性的信息，灌溉排水工程學(xué)涉及有效地管理土壤中的水分；土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)中涉及土壤含水率測定實(shí)驗(yàn)，灌溉排水工程學(xué)包含溝灌條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)；灌溉排水工程學(xué)和土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)共同探討如何采取措施，如沖洗、淋洗和合理地排水，來進(jìn)行土壤改良與土壤保護(hù)[8-9]。土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)授課內(nèi)容應(yīng)與其他課程教學(xué)聯(lián)系起來，將相關(guān)課程融會(huì)貫通，形成一個(gè)有效的知識體系，這有助于學(xué)生更加全面高效地掌握農(nóng)業(yè)水利工程學(xué)科知識，也將提高土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文基于目前土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)課程教學(xué)過程中存在的偏重于基礎(chǔ)知識講授，課程內(nèi)容與固碳減排路徑脫節(jié)等問題，探討融入“雙碳”理念并更新課程授課內(nèi)容、融入“農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)固碳減排模式”案例教學(xué)、改革實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容和方式以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果、加強(qiáng)與其他課程的聯(lián)系形成有效的知識體系等教學(xué)方式的改革，以期為國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)培養(yǎng)碳中和科技人才。