海洋強國戰略下環境化學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 海洋生態與環境學院，上海 201306； 2.香港理工大學 土木與環境工程系，香港 999077)

一、引言

《環境化學》作為本校環境科學和環境工程兩個專業的必修課程，從2002年兩個專業開始招生至今連續開設。本課程作為專業重點必修課程，自2008年被立項為院級重點課程，2009年作為校級重點課程，2011年該課程被評為校級優秀重點建設課程，2012年作為上海市教委重點建設課程進行建設，2017年被評為校級精品課程。課程建設期間，不僅探索了理論課程案例教學的開展[1]，課程考核方式改革，科研文獻的批判閱讀[2]，同時對課程實驗教學體系的優化以及實驗考核方式的革新[3]等也進行了一系列的改革和探索。隨著2017年雙一流大學和學科的確定，上海海洋大學水產學科進入了國家雙一流建設的學科，同時學校成立了海洋生態與環境學院，因此環境科學/環境工程兩個專業也在此基礎上，不斷地凝練和突出著水產和海洋的專業辦學特色。環境化學作為兩個專業的核心必修課程，在這樣的背景下，如何結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。

隨著世界經濟的飛速發展和科學技術的不斷更新，海洋將成為人類賴以生存和實現可持續發展的重要資源。因此開發海洋資源，繁榮海洋經濟，建設海洋強國，以便在激烈的國際競爭中立于不敗之地，也是我國21世紀海洋戰略中的發展方向。同時，對海洋資源的高強度開發致使海洋及海岸帶生態環境面臨日益嚴重的威脅和破壞，因此如何在開發利用海洋資源和建設海洋強國的過程中做到開發與保護同步，經濟效益與環境效益并存，海洋化學和環境污染相關的內容成為近年來科學研究重點關注的領域。成功解決上述問題，海洋相關人才培養是關鍵，如何發揮本科教學培養方案中的課程建設，在海洋化學與環境保護人才培養過程中扮演重要角色，是本校環境類專業人才培養中需要討論和思考的重要問題，本文結合環境類核心專業環境化學課程建設，探討海洋環境類人才培養的方法和途徑，不僅可以實現雙一流中學科建設的目標，也以學生成果為標準檢驗基于發現創新的教學方法在人才培養中的成效。

二、環境化學課程海洋特色內容的設計與探索

(一)科學海洋觀與風險管理意識的培養

海洋資源開發將對全球經濟發展起帶動作用，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系統，正確海洋觀的培養除了引導學生認識海洋結構、海洋災害類型、海洋地質與海洋資源，形成科學的海洋資源觀外，海洋資源利用過程中的海洋經濟和海洋產業的開發和利用幫助形成海洋產業觀，《聯合國海洋法公約》的生效要求廣泛深入地開展海洋國土觀成為爭取和維護國家海洋權益的基礎；同時，不合理開發利用海洋資源導致的資源衰退以及海洋環境污染及治理對策等海洋環境觀的培養也是科學海洋觀的重要組成部分。開發利用海洋資源的同時保護海洋環境，關注當前正在發生的或者是將要到來的海洋時政要聞等，擴大學生的視野，樹立大局觀和“大海洋”概念[6]，形成海洋系統思維和系統全局觀，充分認識到海洋是個耦合的系統，而非零星事件/議題組成。

環境化學課程除了樹立科學的海洋環境觀之外，還要培養學生風險管理意識。在人類開發海洋的進程中，海洋開發活動可能蘊藏著一定的環境風險，分析海洋開發過程中環境風險的特征及主要內容，洞悉海洋環境風險不同于一般環境風險的特性，了解其獨特的形成機理，從科學技術、組織管理和制度建設等方面研究將海洋開發過程中的環境風險控制在可以接受的范圍之內，可以解決這個人類發展和環境健康之間平衡的難題[7]。

(二)課程海洋特色的體現

海洋在全球生物地球化學的碳、氮、磷、硅和其他化學元素和化合物等循環中起著重要作用，海洋化學與環境保護的關鍵科學挑戰10年或更長時間尺度下海洋化學性的監測及成因分析。化石燃料燃燒、工農業活動以及氣候變化愈發影響了全球海洋環境，海洋污染的類型、污染物來源、海洋污染物的遷移與擴散機制，以及中國沿海海域污染的現狀、發展趨勢和治理海洋環境污染的措施等內容是環境化學課程體現海洋特色的主要載體，如近海水體的富營養化、近海養殖水產品的品質下降、海洋霧霾——微塑料、港口建設以及海水酸化等內容，是結合我?？蒲袃瀯莺腕w現學科特色的主要海洋化學相關內容。

1.近海赤潮/綠潮藻類爆發——海水營養物質轉移

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

2.近海養殖水產品質量保障——重金屬和藥物殘留

近幾十年來，我國以海水養殖為重點的海洋漁業迅猛發展，掀起了海藻、海洋蝦類、海洋貝類、海洋魚類、海珍品養殖的五次產業浪潮，養殖總產量自1990年以來一直穩居世界首位。與此同時，局部水域環境惡化，重金屬在海水養殖水產品體內的殘留時常見諸報端[10]，造成養殖產品品質下降；同時傳統模式的海水養殖業中針對養殖病害嚴重的問題，藥物投加與殘留也成為影響產品品質和威脅海洋生態環境的重要問題[11]。重金屬和抗生素在養殖環境中的遷移轉化以及在水產品體內的累積過程，尤其是抗生素在水產品體內的殘留以及通過食物鏈進入人體的途徑貢獻，環境中抗生素殘留導致的細菌耐藥性以及抗性基因的轉移等都是傳統環境化學領域新興和交叉研究內容[12]?？茖W準確地評估養殖環境中污染物的暴露水平、生物累積并預測水產品食用風險，結合原位被動采樣監測DGT(Diffusive gradients in thin-films)技術與可回收碳材料原位修復技術，實現養殖環境的原位修復以保證近海養殖水產品質量和食用安全[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，還是其他污染物質的傳播載體，與“霧霾”相似，因此很多學者稱之為“海洋霧霾”[14]。這些塑料除了對海洋生物有嚴重危害，導致全球有近100萬只海鳥因誤食塑料碎片而死亡之外，還會向海水持續釋放有害化學物質，污染食物鏈和地球的環境，最終可能毒害到人類本身。面對海洋塑料垃圾這一挑戰，我們面臨兩大方面的挑戰：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理和環境風險的基線數據知之甚少。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行深入地研究。

4.港口建設——海洋生態

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居全球前列，港口開發建設和日常運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錫化合物等污染物的區域性排放，對周圍海域中污染物濃度、海洋生物的毒性、生物體內污染物累積程度以及海洋生態環境的影響也是體現海洋和港口特征的環境化學重要內容；同時港口開發建設和使用過程中海域的使用論證和風險評估也不同于其他陸地開發使用，污染物的遷移和風險評估可以體現海洋化學的研究特征。

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，不僅產生溫室效應，導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。在可預見的未來，海水pH值和碳酸根濃度將進一步降低，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生不利影響，進而影響海洋生態系統[15]。據報道，IPCC的研究顯示，二氧化碳水平升高可能已經導致珊瑚礁滅絕的趨勢無法逆轉；世界自然基金會(WWF)則說，全球近三分之一的珊瑚礁已經消失，而到了本世紀中葉，地球上可能再也找不到珊瑚礁。

(三)海上實習納入實踐教學

結合我校在海洋科研方面的優勢，突出海洋化學理論與科研實踐和工程技術相結合的特色[16]，鼓勵學生積極參與長江口和東海的常規航次、淞航號的遠洋航次、深淵探測航次、洋山港壓載水和常規調查航次以及中日韓亞洲校園海洋監測項目。在鍛煉實驗實踐和出海能力的基礎上，結合老師的科研項目，發現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生創新項目，利用學院綜合化創新平臺的儀器設備，獨立完成科研實驗并最終發表科研成果。在此發現問題—提出問題—解決問題—發表成果的過程中，重點鍛煉學生的科研能力，鞏固化學理論知識，同時掌握其在海洋環境中的應用。