环境土壤学课程教学大纲-上海交通大学说课讲解.doc

环境土壤学课程教学大纲-上海交通大学

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《环境土壤学》教学大纲

一、课程基本信息
课程代码：EV362 课程名称：环境土壤学
英文名称：Environmental Soil Science 课程类别：专业选修课
学 时：32 学 分：3.0
适用对象：环境科学、环境工程、生态学、地理科学、农业工程等专业本科生
考核方式：闭卷考试，平时成绩占总成绩的30%
前修课程：无机化学、有机化学、环境化学原理、环境学概论等

二、课程简介
环境土壤学是一门新兴的土壤学与环境科学交叉融合的综合性学科。是在近代土壤污染状况日益严重，日益引起世界各国人民关注的情况下应运而生的一门基础理论课程。该课程主要关注自然因素和人为条件下土壤环境质量恶化的机制、土壤中重要的元素，包括生命必需元素和生命毒性物质的生物、化学性质及其土壤环境行为。课程内容涉及：土壤质量与生物品质、土壤与水和大气质量的关系；土壤环境质量变化对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响；探索调节、恢复和控制土壤环境质量的途径和方法。
通过本课程的学习，使学生正确理解土壤在环境中的作用与地位，掌握土壤基本组成、性质与分类，了解土壤的形成、发展、退化和恢复的过程及机制，熟悉不同类型污染物对土壤生态系统造成的危害，掌握土壤环境质量调控和改善的基本途径和方法。为培养环境、农业方面的工程人才和科研人才打下坚实的基础。

三、课程性质与要求
土壤是环境中的一项基本要素，且 土壤决定了环境污染物的归趋，是许多重要元素的源和汇，与大气、水体等介质有着持续不断的物质、能量交换，是重要的环境介质。对于环境专业学生来说，了解土壤在环境学中的地位与作用，了解土壤中污染物的行为十分重要。本课程为面向环境科学与工程专业本科三年级的专业基础课程，与2017年最新开设的工程类课程《土壤与地下水污染修复技术》形成姊妹篇，其目的是使学生掌握土壤这种重要的环境介质与污染物之间的关系，为培养专业的治污人才提供足够的科学理论知识储备。
本课程知识点繁多、信息量大，学科交叉融合性极强。不仅汇集了土壤学、化学、农学、微生物学等多学科基本知识，而且体现了从理论到工程实践应用的特性。通过本课程的学习，要求学生不仅仅是简单获取这些知识点的信息量，更重要的是希望学生能够从归纳、总结、认知的更高层面看清这些知识点之间的联系，有助于他们在环境修复工程实践中融会贯通的使用这些知识。另外，该门课程并不仅对于立志于土壤修复领域的学生受益，对于未来从事水环境、大气环境修复，甚至农业工程等方面的学生，均有重要的启发作用。

四、教学目标与教学方法
使学生了解土壤在环境中的作用与地位；掌握土壤的基本组成、性质和分类；了解地形、气候等成土因素对土壤性质变迁的影响；重点学习土壤中碳、氮、硫、磷、硒、碘等生命必需元素与重金属、有机物等污染物质在土壤中的行为与环境质量；明确土壤质量退化的相关机制与修复措施；了解土壤环境问题研究的基本方法，以及我国的主要土壤资源及利用现状等。
教师在授课过程参考了多学科课本，并且融合了自己在科研过程中阅读的文献、资料等，认为该门课程适合采用“主题式”授课模式，即不强调章节顺序，而是每节课一个“主题内容”，如“土壤碳素转化与温室气体排放”、“土壤植物系统中的硒、氟和碘及其环境行为”等。这样做的好处是，每节课主题对象明确，从性质讲到环境行为、环境效应，脉络清晰，还可以围绕该主题不断更新最新的研究成果、新闻事件等。但大体的章节顺序还是符合从“土壤基本组成”到“土壤环境问题”的清晰逻辑。
授课形式方面，由于本课程基础理论性较强，为使学生更好的学习基本性质、基本原理知识，授课形式以教师课堂讲授为主，学生互动为辅。PPT课件内容以课本知识为基础框架，加入丰富的课外资料以辅助学生理解课本知识。包括各类图片、文献资料、相关的最新的研究成果和新闻资讯，根据教学内容增加一定量的影像片段，以便学生能更为身临其境的感受土壤环境研究中面临的问题。其信息量远超课本知识的容量，激发学生对本专业方向的热情。授课时采用启迪式教学，重点讲解原理、方法和知识要点，内容的引出尽可能以问题的提出开始，让学生从一开始就能积极思考，并在老师的引导和组织下开展讨论和分析，以培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

五、具体内容和课时安排
教学内容（学时）
作业
第一课 绪论（2学时）
1. 土壤的涵义和功能、土壤圈与其他圈层的物质、能量交换
2. 土壤质量与环境和人类的关系
3. 本学科的研究对象、任务及学科发展

查阅资料，调研自己家乡“硒、氟、碘”的丰缺状况，提交分析报告。
第二课 土壤的基本组成（4学时）
1. 无机组分：土壤矿物组成和化学组成、颗粒组成。原生矿物质和次生矿物质的结构、环境行为。
2. 有机组分：土壤有机质的来源、含量及其组成；土壤腐殖质的转化，及生态环境意义。

名词解释：原生矿物、次生矿物、层状硅铝酸盐、含水氧化物、同晶置换、腐殖质
第三课 土壤生物-水分-气体系统（4学时）
1. 土壤生态系统组成、土壤微生物的根际效应及其环境意义
2. 土壤水的来源、存在形态和能态；土壤水分含量及其有效性
3. 土壤空气的来源、组成与运动；土壤热量平衡和环境能量交换

要求学生按照图示一个设计巧妙的小实验，动手测出土壤水分能态（本课题组可提供实验操作平台）
第四课 土壤的形成过程与分类（2学时）
1. 五大成土因素：母质、生物、气候、地形、时间；人为活动的影响
2. 主要成土过程物理、化学和生物学过程（脱硅富铝化、钙化、碱化、灰化、潴育化、潜育化等）
3. 土壤剖面分化特征和土壤分类（发生学分类、系统学分类）

给出文献中的一幅图：草本和木本植被下土壤有机质垂直分布差异，要求学生查阅文献解释此图
第五课 土壤环境性质和化学反应（3学时）
1. 土壤物理性质：质地、孔性与结构性；通气性、机械性与耕性
2. 土壤化学性质：胶体组成、结构及吸附特性；酸碱性和氧化还原性
3. 土壤生物学特性：土壤酶、土壤微生物特性和土壤动物特性

名词解释：土壤容重、土壤胶体、专性吸附、阳离子交换容量、配位反应、螯合淋溶
第六课 土壤碳素转化与温室气体排放（2学时）
1. 土壤碳库和碳循环：土壤碳库概念、土壤有机碳的形态及活性
2. 土壤碳循环：有机碳的合成与转化、土壤碳库与全球气候变化
3. 现代固碳策略：农田、森林固碳；生物炭；碳捕捉；碳交易

思考题：全球变暖与土壤碳库的相互影响机制
第七课 土壤氮、磷、硫循环与环境效应（2学时）
1. 土壤氮、磷、硫的植物需求和环境危害
2. 土壤氮、磷、硫的分子形态、生物地球化学循环和土壤环境行为
3. 土壤氮、磷、硫的环境问题和修复策略

推荐阅读1篇英文综述文献，据此深入分析微生物在氮素形态转化中的作用路径
第八课 土壤植物系统中的硒、氟、碘及其环境行为（2学时）
1. 土壤中硒、氟、碘的含量、来源和地球化学疾病
2. 土壤中硒、氟、碘的环境行为与国家调控措施

本章内容布置给学生，课上由学生进行PPT汇报，教师引导讨论
第九课 土壤重金属污染（3学时）
1. 土壤重金属来源、分类和污染特点；影响重金属迁移转化的因素
2. 土壤重金属污染对环境质量的危害：对土壤肥力影响；植物效应；对土壤微生物和酶的影响；重金属的生物有效性和人类健康
3. 土壤重金属形态的研究方法、研究手段和研究进展

思考题：土壤中重金属总量与金属的有效态对环境影响的差异；重金属形态的研究方法
第十课 土壤有机物污染（2学时）
1. 土壤有机污染的来源、分子结构和污染特征农药、工业、石油等
2. 有机物在土壤中的吸附、分配、挥发、降解、光解和水解
3. 土壤有机污染物的生物有效性和农产品质量；对人体健康危害

推荐阅读两份资料：
关于POPs的斯德哥尔摩公约（瑞典）
1964年Rachel Carlson 出版的《寂静的春天》
第十一课 土壤生物污染与放射性物质污染（2学时）
1. 土壤生物污染的来源、类型、危害和迁移转化行为
2. 土壤放射性污染的来源、类型、危害和迁移转化行为

本章内容布置给学生，课上由学生进行PPT汇报，教师引导讨论
第十二课 土壤污染修复技术（2学时）
1. 土壤污染修复技术分类及其原理、优缺点、应用现状
2. 土壤修复标准的建立污染土壤修复效果评定方法

你最欣赏哪一种修复技术？请写出理由
第十三课 土壤质量与土壤退化（2学时）
1. 土壤退化概述：土壤退化的概念、原因、类型、危害
2. 土壤退化的机制：荒漠化、酸化、盐碱化（世界范围内）
3. 土壤退化的防治措施与修复技术

推荐阅读文献（2篇英文，1篇中文），分析长期施肥及酸雨输入对土壤和植物的影响

六、考核形式
为响应学校号召的课堂教学从“老三中心”（教师、教室和教材）向“新三中心”（学生、学习和学习效果）的转变，本课程尽可能增加多样的学生互动。互动形式主要包括：课堂即兴提问和讨论、抛出环境问题启发思考、让学生到黑板进行板书、布置适量的课后作业等。课后作业形式多样，包括思考题、文献推荐阅读、参与小实验、留一次课的时间由学生制作PPT上台报告等。
学期末分数考核：按照“互动参与（10%） + 作业情况（10%） + PPT报告（10%） + 学期末闭卷考试（70%）”的权重综合考量。

七、主要参考教材
陈怀满等编著，《环境土壤学》第二版，科学出版社，2010年。
张乃明 主编，《环境土壤学》中国农业大学出版社，2013年。
孙铁珩等编著，《土壤污染形成机理与修复技术》，科学出版社，2005年。
耿增超、戴伟主编，《土壤学》，科学出版社，2011年。
易秀，杨胜科，胡安焱编，《土壤化学与环境》，化学工业出版社，2008年。
龚子同主编，《中国土壤地理》，科学出版社，2017。
胡忠鲠主编，《现代化学基础》第四版，高等教育出版社，2014。
吴发启，张洪江主编，《土壤侵蚀学》，科学出版社，2012。
Colin Baird, Environmental Chemistry: International Edition. W.H.Freeman & Co Ltd. June, 2012. 
William F. Bleam, Soil and Environmental Chemistry. Academic Press. August, 2011.
D. Kalaivanan, Soil carbon sequestration: a win-win strategy for mitigation of climate
change and advanced food security. LAP LAMBERT Academic Publishing. May, 2012. 
U. S. Environmental Protection Agency, Predicting Soil and Water Acidification:
Proceedings of a Workshop. BiblioGov, July, 2013.

大纲制定人：赵玲
上海交通大学
环境科学与工程学院

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