“双碳”背景下土壤学与农作学课程教学改革探讨

吕玉平

（扬州大学水利科学与工程学院 江苏 扬州 225009）

在“双碳”背景下，如何在控制温室气体排放减少碳源的同时，充分发挥各类CO2捕集/封存技术增加碳汇是目前碳循环领域的研究热点。高等学校应积极响应教育部制定印发的《高等学校碳中和科技创新行动计划》和《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，将“双碳”建设目标作为课程教学改革的重要任务，更新或增加相关课程的“双碳”理论与技术，为国家培养碳中和科技人才。

农田生态系统碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分，具有碳源和碳汇的双重特征，即农业生产活动中农田以温室气体形式释放碳的同时，农作物通过光合作用将空气中的CO2合成碳水化合物储存在植株体内或土壤中[1]，农田生态系统属于碳源还是碳汇取决于温室气体的排放力度，以及农业综合固碳潜力的发挥。适宜的农业技术措施有助于提高农业生态系统的碳汇能力，助力“双碳”目标的实现。土壤学与农作学教材内容涉及的土壤肥力和农作物管理等内容与碳排放/固定密切相关，课程改革应将农田固碳减排理论与技术引入课程教学，培养学生“双碳”工程应用思维[2]。

为了使课程更准确高效地贯彻碳达峰碳中和高等教育人才培养方案，本文结合目前土壤学与农作学课程教学现状，对如何改进该课程的教学质量做了初步分析与探索。

1 土壤学与农作学与“双碳”的关联性

土壤学与农作学课程是高等学校农业水利工程专业的必修课，涉及土壤学、作物学、生态学、环境学、植物生理学和水土保持学等学科[3]。高等学校农业水利工程专业目前使用的土壤学与农作学课程教材内容涉及大量的土壤形成、分类、性质、肥力以及与农作物生长相互作用等内容与碳排放/碳固定密切相关[4]。“双碳”目标的实现要求建筑、交通、能源和工业等各领域减排的同时，也离不开CO2捕集/封存技术的应用。农田土壤是陆地生态系统中重要的有机碳库，土壤有机碳对土壤结构、水分、养分、离子交换量和微生物等土壤特性至关重要，是影响土壤质量最为关键的一个因素。农业实践可以通过适当的农田管理措施（植树造林、绿肥覆盖、轮作等）增加农作物通过光合固碳将CO2转变为有机物的固碳能力，促进土壤中碳的捕集和固定，提高土壤肥力的同时降低土壤CO2释放，缓解温室效应，促进农田土壤发挥碳汇作用[5]。土壤学与农作学课程需增设农业生态系统涉及“双碳”所要解决的CO2捕集/封存技术。

2 土壤学与农作学课程教学现状及存在的问题

在国家“双碳”目标需求下，基于保护性农业（免耕、作物残体覆盖、种植覆盖作物和轮作、养分综合管理等）的固碳减排技术快速发展[6]，而目前土壤学与农作学课程教学偏重于基础知识讲授，教学内容缺乏对农业生态系统碳汇潜力和技术的重视，导致课程内容与“双碳”目标下新的固碳减排路径脱节。课程实验实践内容缺少新技术类环节，学生的实践动手能力较差。在“双碳”目标下，应以绿色、低碳、环保价值为引领，对土壤学与农作学课程教学进行改革探讨，改善现有教学模式，实现学生主动学习。

3 土壤学与农作学课程教学改革措施探讨

3.1 融入“双碳”理念，更新课程授课内容

课程教学是人才培养最直接的基本单元，是传授知识、培养技能、塑造价值观、发展思维和创造能力的重要方式。“土壤学与农作学”作为农业水利工程专业的核心专业课，对于落实学生的“双碳”理念具有重要作用。将农业生态系统涉及“双碳”目标所要解决的CO2捕集/封存技术融入课程教学，对于培养新时代高素质的碳中和技术技能人才，推动绿色生态农业可持续发展的意义重大。

土壤学与农作学课程可将我国农田土壤碳库演变机制及发展趋势、土壤固碳机理及其影响因素、耕地土壤固碳能力与生产力保持耦合机制、耕地土壤固碳与稳产技术途径等内容设置专题，将专业基础知识融合到现实问题中，并且能够将具体问题对应到相应的基础知识点中。引入适应当地农业背景的工程实践，实现农业资源和社会资源的可持续发展，并且借此机会强调个人职业规范。教师介绍国内外先进新技术和新成果时，要引导学生理解并掌握技术应用的原理，强化培养学生自主学习和终身学习的意识，使学生形成不断学习以适应科学技术快速发展的综合能力。

3.2 融入农业生态系统“固碳减排模式”案例教学

教师在设计教学内容时，应将教学目标作为指导原则，采用案例教学、项目教学等方式，提高学生的实际应用能力。课程内容应及时补充和更新近年来农业生态系统固碳减排新理论与新技术，比如目前农业生态系统固碳减排的模式主要有低碳循环、扩容增碳、碳优化养殖、节氮保碳等[7]。其中低碳循环模式包括农牧结合模式、种养结合模式、“四位一体”和“五配套”生态农业模式等，适用于农牧交错区、种养殖相对集中的地区、西北和东北等区域。扩容增碳模式主要包括免耕模式、深松结合秸秆还田模式、增加植被覆盖度模式、合理轮作模式等，适用于东北、华北和西北粮食主要种植区域。碳优化养殖模式主要包括禁牧围封模式、季节性轮牧模式、划区轮牧模式、TMR日粮结合废弃物优化处理模式，主要适用于北方牧区及农牧交错区，如内蒙古、新疆、青海等地。节氮保碳模式包括合理施肥模式、添加抑制剂模式、添加生物炭模式，适用于粮食种植区和蔬菜种植区等。课程教学内容既要面向全国，又要体现出不同区域固碳减排措施的区域特色。由于课时限制，授课内容不能面面俱到，教师应在学生对该领域有一个基本认识的基础上，优化教学内容，重点介绍适宜于本区域的固碳减排模式，结合本区域实例讲解，激发学生对“固碳减排”知识的求知欲，为复合型和高素质农业水利工程“双碳”人才的培养奠定理论基础。

3.3 改革实验实践内容和方式，优化实验效果

目前该课程的实验课主要以土壤剖面观测、土壤和植物的水分测定等，实验内容宜增加反映“土壤碳汇”真实问题的实践环节，实验任务尽量做到实践教学与现实生产和科研工作相结合，学生完成实验后基本了解生产或科研项目，使实验课的教学接近目前生产、科研工作的实际，开阔学生的思维，拓展实践的空间，培养学生的专业意识。如设置不同栽培条件下土壤活性有机碳的变化规律及其作物效应、不同环境（水分、温度、CO2浓度等）条件下作物固碳能力和固碳机制、生物质添加对土壤有机碳库和碳排放影响等实验。

实验过程要充分体现教师的主导作用和学生的主体作用。实验准备阶段，教师应有意识地引导学生查阅相关专业资料，培养学生自主解决问题的主观能动性，提高学生的学习能力；实验阶段，每组同学自主进行实验，教师巡回指导以解决实验过程中学生遇到的问题；实验结束之后，每组同学根据试验结果如实撰写实验报告，总结实验成功之处、实验过程中出现的问题及实施的解决方案、实验有待改进的地方等。针对学生多、实验仪器设备少等实际情况，可以在同一实验室同一时间进行不同实验内容的循环式实验方式，学生可根据自己的空闲时间和实验开放时间开展实验。

3.4 加强不同课程间关联性，形成知识体系

农业水利工程专业的各门课程（学科基础课和专业课）内容之间存在关联，教师在教学过程中应加强课程间内容的交叉互动。如土壤学与农作学提供了关于土壤水分特性的信息，灌溉排水工程学涉及有效地管理土壤中的水分；土壤学与农作学中涉及土壤含水率测定实验，灌溉排水工程学包含沟灌条件下土壤水分运动规律实验；灌溉排水工程学和土壤学与农作学共同探讨如何采取措施，如冲洗、淋洗和合理地排水，来进行土壤改良与土壤保护[8-9]。土壤学与农作学授课内容应与其他课程教学联系起来，将相关课程融会贯通，形成一个有效的知识体系，这有助于学生更加全面高效地掌握农业水利工程学科知识，也将提高土壤学与农作学课程教学质量。

4 结语

本文基于目前土壤学与农作学课程教学过程中存在的偏重于基础知识讲授，课程内容与固碳减排路径脱节等问题，探讨融入“双碳”理念并更新课程授课内容、融入“农业生态系统固碳减排模式”案例教学、改革实验实践内容和方式以优化实验效果、加强与其他课程的联系形成有效的知识体系等教学方式的改革，以期为国家实现“双碳”目标培养碳中和科技人才。