海洋强国战略下环境化学课程的海洋特色探索

李娟英，邵 留，金 灵，王 茜，陈以芹，尹 杰

(1.上海海洋大学 海洋生态与环境学院，上海 201306； 2.香港理工大学 土木与环境工程系，香港 999077)

一、引言

《环境化学》作为本校环境科学和环境工程两个专业的必修课程，从2002年两个专业开始招生至今连续开设。本课程作为专业重点必修课程，自2008年被立项为院级重点课程，2009年作为校级重点课程，2011年该课程被评为校级优秀重点建设课程，2012年作为上海市教委重点建设课程进行建设，2017年被评为校级精品课程。课程建设期间，不仅探索了理论课程案例教学的开展[1]，课程考核方式改革，科研文献的批判阅读[2]，同时对课程实验教学体系的优化以及实验考核方式的革新[3]等也进行了一系列的改革和探索。随着2017年双一流大学和学科的确定，上海海洋大学水产学科进入了国家双一流建设的学科，同时学校成立了海洋生态与环境学院，因此环境科学/环境工程两个专业也在此基础上，不断地凝练和突出着水产和海洋的专业办学特色。环境化学作为两个专业的核心必修课程，在这样的背景下，如何结合双一流和海洋特色，凝练出课程特色并显著提高该课程在同类高校中的区别度和显示度，是目前急需考虑和解决的重要问题。

随着世界经济的飞速发展和科学技术的不断更新，海洋将成为人类赖以生存和实现可持续发展的重要资源。因此开发海洋资源，繁荣海洋经济，建设海洋强国，以便在激烈的国际竞争中立于不败之地，也是我国21世纪海洋战略中的发展方向。同时，对海洋资源的高强度开发致使海洋及海岸带生态环境面临日益严重的威胁和破坏，因此如何在开发利用海洋资源和建设海洋强国的过程中做到开发与保护同步，经济效益与环境效益并存，海洋化学和环境污染相关的内容成为近年来科学研究重点关注的领域。成功解决上述问题，海洋相关人才培养是关键，如何发挥本科教学培养方案中的课程建设，在海洋化学与环境保护人才培养过程中扮演重要角色，是本校环境类专业人才培养中需要讨论和思考的重要问题，本文结合环境类核心专业环境化学课程建设，探讨海洋环境类人才培养的方法和途径，不仅可以实现双一流中学科建设的目标，也以学生成果为标准检验基于发现创新的教学方法在人才培养中的成效。

二、环境化学课程海洋特色内容的设计与探索

(一)科学海洋观与风险管理意识的培养

海洋资源开发将对全球经济发展起带动作用，是人类最终解决资源与粮食问题的根本出路[4]，“蓝色粮仓”和“海洋牧场”的理念得到了越来越多的重视[5]。而海洋与森林、湿地是地球上三大重要的生态系统，正确海洋观的培养除了引导学生认识海洋结构、海洋灾害类型、海洋地质与海洋资源，形成科学的海洋资源观外，海洋资源利用过程中的海洋经济和海洋产业的开发和利用帮助形成海洋产业观，《联合国海洋法公约》的生效要求广泛深入地开展海洋国土观成为争取和维护国家海洋权益的基础；同时，不合理开发利用海洋资源导致的资源衰退以及海洋环境污染及治理对策等海洋环境观的培养也是科学海洋观的重要组成部分。开发利用海洋资源的同时保护海洋环境，关注当前正在发生的或者是将要到来的海洋时政要闻等，扩大学生的视野，树立大局观和“大海洋”概念[6]，形成海洋系统思维和系统全局观，充分认识到海洋是个耦合的系统，而非零星事件/议题组成。

环境化学课程除了树立科学的海洋环境观之外，还要培养学生风险管理意识。在人类开发海洋的进程中，海洋开发活动可能蕴藏着一定的环境风险，分析海洋开发过程中环境风险的特征及主要内容，洞悉海洋环境风险不同于一般环境风险的特性，了解其独特的形成机理，从科学技术、组织管理和制度建设等方面研究将海洋开发过程中的环境风险控制在可以接受的范围之内，可以解决这个人类发展和环境健康之间平衡的难题[7]。

(二)课程海洋特色的体现

海洋在全球生物地球化学的碳、氮、磷、硅和其他化学元素和化合物等循环中起着重要作用，海洋化学与环境保护的关键科学挑战10年或更长时间尺度下海洋化学性的监测及成因分析。化石燃料燃烧、工农业活动以及气候变化愈发影响了全球海洋环境，海洋污染的类型、污染物来源、海洋污染物的迁移与扩散机制，以及中国沿海海域污染的现状、发展趋势和治理海洋环境污染的措施等内容是环境化学课程体现海洋特色的主要载体，如近海水体的富营养化、近海养殖水产品的品质下降、海洋雾霾——微塑料、港口建设以及海水酸化等内容，是结合我校科研优势和体现学科特色的主要海洋化学相关内容。

1.近海赤潮/绿潮藻类爆发——海水营养物质转移

近岸海水富营养化是目前海岸带环境管理面临的最重要的难题。氮磷营养盐的过剩可以促进微藻和大型藻类的生长繁殖，导致近岸海水赤潮或绿潮爆发，水中溶解氧下降，并导致海洋生物死亡。目前，减轻近岸富营养化的措施主要从减少人类和畜牧业废弃物排放，农业和雨水等陆地来源的营养物质投入等方面进行考虑，很少考虑直接从海洋环境中重新获取这些过量的营养物质[8]。贝类通过过滤浮游生物和有机物质并且吸收其组织和壳中的营养物质来进食，已被证明可以改善水体的清澈度，同时去除水体中营养物质。因此利用海水贝类网箱养殖来“生物萃取”近海中的多余的营养物质，最近在美国和欧洲开始正式将其纳入较大规模的海水营养管理项目中[9]。

2.近海养殖水产品质量保障——重金属和药物残留

近几十年来，我国以海水养殖为重点的海洋渔业迅猛发展，掀起了海藻、海洋虾类、海洋贝类、海洋鱼类、海珍品养殖的五次产业浪潮，养殖总产量自1990年以来一直稳居世界首位。与此同时，局部水域环境恶化，重金属在海水养殖水产品体内的残留时常见诸报端[10]，造成养殖产品品质下降；同时传统模式的海水养殖业中针对养殖病害严重的问题，药物投加与残留也成为影响产品品质和威胁海洋生态环境的重要问题[11]。重金属和抗生素在养殖环境中的迁移转化以及在水产品体内的累积过程，尤其是抗生素在水产品体内的残留以及通过食物链进入人体的途径贡献，环境中抗生素残留导致的细菌耐药性以及抗性基因的转移等都是传统环境化学领域新兴和交叉研究内容[12]。科学准确地评估养殖环境中污染物的暴露水平、生物累积并预测水产品食用风险，结合原位被动采样监测DGT(Diffusive gradients in thin-films)技术与可回收碳材料原位修复技术，实现养殖环境的原位修复以保证近海养殖水产品质量和食用安全[13]。

3.海洋雾霾——微塑料

在过去的三四十年里，全球每年生产塑料近3亿吨，其中约有10%流入大海。大块塑料碎片在海水中经过老化和破碎形成微塑料，包括尺寸小于5.0 mm的塑料粒料、微纤维、塑料颗粒、泡沫塑料或者薄膜等。目前，海洋中约有3.5万吨微塑料，占比超过总塑料垃圾重量的72%。由于微塑料不仅本身是海洋污染物，还是其他污染物质的传播载体，与“雾霾”相似，因此很多学者称之为“海洋雾霾”[14]。这些塑料除了对海洋生物有严重危害，导致全球有近100万只海鸟因误食塑料碎片而死亡之外，还会向海水持续释放有害化学物质，污染食物链和地球的环境，最终可能毒害到人类本身。面对海洋塑料垃圾这一挑战，我们面临两大方面的挑战：源头控制和回收资源化。对于新兴的微塑料污染，人类对其毒性作用机理和环境风险的基线数据知之甚少。因此，需要对塑料垃圾和微塑料毒性、控制减排和合理的资源化进行深入地研究。

4.港口建设——海洋生态

上海洋山港是目前中国吞吐量最大的深水港，自2005年开港以来吞吐量持续居全球前列，港口开发建设和日常运营过程中特征性污染物如原油PAHs、重金属以及防腐蚀涂料有机锡化合物等污染物的区域性排放，对周围海域中污染物浓度、海洋生物的毒性、生物体内污染物累积程度以及海洋生态环境的影响也是体现海洋和港口特征的环境化学重要内容；同时港口开发建设和使用过程中海域的使用论证和风险评估也不同于其他陆地开发使用，污染物的迁移和风险评估可以体现海洋化学的研究特征。

5.气候变迁——海水酸化

人类过度利用化石燃料造成大气CO2浓度大幅升高，不仅产生温室效应，导致全球气温异常升高，同时还致使海水pH值降低，随着海水的pH值降低，组成珊瑚骨架的霰石含量将加速减少，珊瑚无法重建其骨架，反而会随着时间的流逝而慢慢解体。在可预见的未来，海水pH值和碳酸根浓度将进一步降低，这对海洋浮游生物和珊瑚的生长、海洋贝壳类动物钙化速率均会产生不利影响，进而影响海洋生态系统[15]。据报道，IPCC的研究显示，二氧化碳水平升高可能已经导致珊瑚礁灭绝的趋势无法逆转；世界自然基金会(WWF)则说，全球近三分之一的珊瑚礁已经消失，而到了本世纪中叶，地球上可能再也找不到珊瑚礁。

(三)海上实习纳入实践教学

结合我校在海洋科研方面的优势，突出海洋化学理论与科研实践和工程技术相结合的特色[16]，鼓励学生积极参与长江口和东海的常规航次、淞航号的远洋航次、深渊探测航次、洋山港压载水和常规调查航次以及中日韩亚洲校园海洋监测项目。在锻炼实验实践和出海能力的基础上，结合老师的科研项目，发现并提出自己感兴趣的科研课题，参与申请国家及上海市大学生创新项目，利用学院综合化创新平台的仪器设备，独立完成科研实验并最终发表科研成果。在此发现问题—提出问题—解决问题—发表成果的过程中，重点锻炼学生的科研能力，巩固化学理论知识，同时掌握其在海洋环境中的应用。