“雙碳”背景下土壤學與農作學課程教學改革探討

呂玉平

（揚州大學水利科學與工程學院 江蘇 揚州 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，充分發揮各類CO2捕集/封存技術增加碳匯是目前碳循環領域的研究熱點。高等學校應積極響應教育部制定印發的《高等學校碳中和科技創新行動計劃》和《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，將“雙碳”建設目標作為課程教學改革的重要任務，更新或增加相關課程的“雙碳”理論與技術，為國家培養碳中和科技人才。

農田生態系統碳庫是陸地生態系統碳庫的重要組成部分，具有碳源和碳匯的雙重特征，即農業生產活動中農田以溫室氣體形式釋放碳的同時，農作物通過光合作用將空氣中的CO2合成碳水化合物儲存在植株體內或土壤中[1]，農田生態系統屬于碳源還是碳匯取決于溫室氣體的排放力度，以及農業綜合固碳潛力的發揮。適宜的農業技術措施有助于提高農業生態系統的碳匯能力，助力“雙碳”目標的實現。土壤學與農作學教材內容涉及的土壤肥力和農作物管理等內容與碳排放/固定密切相關，課程改革應將農田固碳減排理論與技術引入課程教學，培養學生“雙碳”工程應用思維[2]。

為了使課程更準確高效地貫徹碳達峰碳中和高等教育人才培養方案，本文結合目前土壤學與農作學課程教學現狀，對如何改進該課程的教學質量做了初步分析與探索。

1 土壤學與農作學與“雙碳”的關聯性

土壤學與農作學課程是高等學校農業水利工程專業的必修課，涉及土壤學、作物學、生態學、環境學、植物生理學和水土保持學等學科[3]。高等學校農業水利工程專業目前使用的土壤學與農作學課程教材內容涉及大量的土壤形成、分類、性質、肥力以及與農作物生長相互作用等內容與碳排放/碳固定密切相關[4]。“雙碳”目標的實現要求建筑、交通、能源和工業等各領域減排的同時，也離不開CO2捕集/封存技術的應用。農田土壤是陸地生態系統中重要的有機碳庫，土壤有機碳對土壤結構、水分、養分、離子交換量和微生物等土壤特性至關重要，是影響土壤質量最為關鍵的一個因素。農業實踐可以通過適當的農田管理措施（植樹造林、綠肥覆蓋、輪作等）增加農作物通過光合固碳將CO2轉變為有機物的固碳能力，促進土壤中碳的捕集和固定，提高土壤肥力的同時降低土壤CO2釋放，緩解溫室效應，促進農田土壤發揮碳匯作用[5]。土壤學與農作學課程需增設農業生態系統涉及“雙碳”所要解決的CO2捕集/封存技術。

2 土壤學與農作學課程教學現狀及存在的問題

在國家“雙碳”目標需求下，基于保護性農業（免耕、作物殘體覆蓋、種植覆蓋作物和輪作、養分綜合管理等）的固碳減排技術快速發展[6]，而目前土壤學與農作學課程教學偏重于基礎知識講授，教學內容缺乏對農業生態系統碳匯潛力和技術的重視，導致課程內容與“雙碳”目標下新的固碳減排路徑脫節。課程實驗實踐內容缺少新技術類環節，學生的實踐動手能力較差。在“雙碳”目標下，應以綠色、低碳、環保價值為引領，對土壤學與農作學課程教學進行改革探討，改善現有教學模式，實現學生主動學習。

3 土壤學與農作學課程教學改革措施探討

3.1 融入“雙碳”理念，更新課程授課內容

課程教學是人才培養最直接的基本單元，是傳授知識、培養技能、塑造價值觀、發展思維和創造能力的重要方式。“土壤學與農作學”作為農業水利工程專業的核心專業課，對于落實學生的“雙碳”理念具有重要作用。將農業生態系統涉及“雙碳”目標所要解決的CO2捕集/封存技術融入課程教學，對于培養新時代高素質的碳中和技術技能人才，推動綠色生態農業可持續發展的意義重大。

土壤學與農作學課程可將我國農田土壤碳庫演變機制及發展趨勢、土壤固碳機理及其影響因素、耕地土壤固碳能力與生產力保持耦合機制、耕地土壤固碳與穩產技術途徑等內容設置專題，將專業基礎知識融合到現實問題中，并且能夠將具體問題對應到相應的基礎知識點中。引入適應當地農業背景的工程實踐，實現農業資源和社會資源的可持續發展，并且借此機會強調個人職業規范。教師介紹國內外先進新技術和新成果時，要引導學生理解并掌握技術應用的原理，強化培養學生自主學習和終身學習的意識，使學生形成不斷學習以適應科學技術快速發展的綜合能力。

3.2 融入農業生態系統“固碳減排模式”案例教學

教師在設計教學內容時，應將教學目標作為指導原則，采用案例教學、項目教學等方式，提高學生的實際應用能力。課程內容應及時補充和更新近年來農業生態系統固碳減排新理論與新技術，比如目前農業生態系統固碳減排的模式主要有低碳循環、擴容增碳、碳優化養殖、節氮保碳等[7]。其中低碳循環模式包括農牧結合模式、種養結合模式、“四位一體”和“五配套”生態農業模式等，適用于農牧交錯區、種養殖相對集中的地區、西北和東北等區域。擴容增碳模式主要包括免耕模式、深松結合秸稈還田模式、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域。碳優化養殖模式主要包括禁牧圍封模式、季節性輪牧模式、劃區輪牧模式、TMR日糧結合廢棄物優化處理模式，主要適用于北方牧區及農牧交錯區，如內蒙古、新疆、青海等地。節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，適用于糧食種植區和蔬菜種植區等。課程教學內容既要面向全國，又要體現出不同區域固碳減排措施的區域特色。由于課時限制，授課內容不能面面俱到，教師應在學生對該領域有一個基本認識的基礎上，優化教學內容，重點介紹適宜于本區域的固碳減排模式，結合本區域實例講解，激發學生對“固碳減排”知識的求知欲，為復合型和高素質農業水利工程“雙碳”人才的培養奠定理論基礎。

3.3 改革實驗實踐內容和方式，優化實驗效果

目前該課程的實驗課主要以土壤剖面觀測、土壤和植物的水分測定等，實驗內容宜增加反映“土壤碳匯”真實問題的實踐環節，實驗任務盡量做到實踐教學與現實生產和科研工作相結合，學生完成實驗后基本了解生產或科研項目，使實驗課的教學接近目前生產、科研工作的實際，開闊學生的思維，拓展實踐的空間，培養學生的專業意識。如設置不同栽培條件下土壤活性有機碳的變化規律及其作物效應、不同環境（水分、溫度、CO2濃度等）條件下作物固碳能力和固碳機制、生物質添加對土壤有機碳庫和碳排放影響等實驗。

實驗過程要充分體現教師的主導作用和學生的主體作用。實驗準備階段，教師應有意識地引導學生查閱相關專業資料，培養學生自主解決問題的主觀能動性，提高學生的學習能力；實驗階段，每組同學自主進行實驗，教師巡回指導以解決實驗過程中學生遇到的問題；實驗結束之后，每組同學根據試驗結果如實撰寫實驗報告，總結實驗成功之處、實驗過程中出現的問題及實施的解決方案、實驗有待改進的地方等。針對學生多、實驗儀器設備少等實際情況，可以在同一實驗室同一時間進行不同實驗內容的循環式實驗方式，學生可根據自己的空閑時間和實驗開放時間開展實驗。

3.4 加強不同課程間關聯性，形成知識體系

農業水利工程專業的各門課程（學科基礎課和專業課）內容之間存在關聯，教師在教學過程中應加強課程間內容的交叉互動。如土壤學與農作學提供了關于土壤水分特性的信息，灌溉排水工程學涉及有效地管理土壤中的水分；土壤學與農作學中涉及土壤含水率測定實驗，灌溉排水工程學包含溝灌條件下土壤水分運動規律實驗；灌溉排水工程學和土壤學與農作學共同探討如何采取措施，如沖洗、淋洗和合理地排水，來進行土壤改良與土壤保護[8-9]。土壤學與農作學授課內容應與其他課程教學聯系起來，將相關課程融會貫通，形成一個有效的知識體系，這有助于學生更加全面高效地掌握農業水利工程學科知識，也將提高土壤學與農作學課程教學質量。

4 結語

本文基于目前土壤學與農作學課程教學過程中存在的偏重于基礎知識講授，課程內容與固碳減排路徑脫節等問題，探討融入“雙碳”理念并更新課程授課內容、融入“農業生態系統固碳減排模式”案例教學、改革實驗實踐內容和方式以優化實驗效果、加強與其他課程的聯系形成有效的知識體系等教學方式的改革，以期為國家實現“雙碳”目標培養碳中和科技人才。