對《環境生態工程》教材建設的體會和思考

周文兵 趙建偉 唐鐵軍 萬小瓊 朱端衛

摘要：根據新興環境生態工程專業人才培養的要求，本論文討論了參考“生態工程”相關教材建設《環境生態工程》時出現的問題，結合該專業特點及筆者多年的教材編寫和課程教學經驗，論述了以突出本教材的理工特色而采取的具體措施，希望對環境生態工程的教師有所借鑒。

關鍵詞：教材建設；環境生態工程；問題；措施

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0210-03

人們越來越認識到傳統的環境工程技術已不能滿足解決社會發展中日益嚴峻的資源短缺、生態破壞、環境污染等綜合性問題。因此，新興起環境生態工程專業。在2011年的教育部本科專業目錄調整中，工學門類中的環境科學與工程類保留環境科學、環境工程專業，新增環境生態工程，專業代碼082504。環境生態工程專業本著可持續發展理念，旨在培養具有扎實的數學、物理、化學、生命科學、地學等基礎知識，系統掌握環境科學與工程、生態學的基礎理論、基本知識和基本技能，具有良好的創新能力，能綜合運用所掌握的知識和理論，分析和解決環境生態問題，揭示人類活動、社會發展與生態環境相互作用規律的復合型人才。該專業是介于生態學、環境科學、環境工程專業之間的一個邊緣專業。2013年，大連理工大學和重慶大學率先開始環境生態工程專業招生。值得注意的是，環境生態工程專業目前還處于課程建設時期，其課程設置既不能照搬生態專業，也不能是環境工程專業的簡單延伸。根據專業特色和要求[1-2]，作為主干課程之一的環境生態工程應具有其自身的特點。我們編寫的《環境生態工程》于2018年9月由化工出版社正式出版，在11月18日的第十二屆大學環境類課程報告論壇的大會報告上，教育部環境類專業教學指導委員會副主任、東北師范大學盛連喜教授專門指出，這本教材是自環境生態工程專業建設以來本專業出版的第一本環境生態工程方面的教材，該教材的建設為探討環境生態工程專業的課程建設做出了突出貢獻[3]。結合在華中農業大學“環境生態工程”課程組六年多的教材編寫和教學經驗，在此簡述參考“生態工程”相關教材建設《環境生態工程》時出現的問題，并利用農業院校的優勢談談我們所采取的相應措施，旨在得到同行的重視[4-8]。

一、問題

（一）缺乏工程系統性

生態工程涉及生態系統，生態工程設計和建設時都會強調整體性和系統性原理。然而，相關教材基本忽略了如何系統地處理生態工程運行后可能出現的生物類廢棄物問題，而處理這些廢棄物很大程度上取決于機械性工程技術。能否成功處理生物類廢棄物直接影響到所涉及生態工程的可持續發展。在農業生態工程里，如果秸稈焚燒問題沒有解決，相應的措施就不是被認可的農業生態工程。著名的納污之王——“鳳眼蓮”，常被作為先鋒植物或理想的天然浮島治理水體污染，而其易泛濫成災或治污后的處理措施不明確使其應用受到很大限制，抑或使涉及鳳眼蓮的生態工程可能逐漸轉變為令人擔憂的工程。以前，不能持續運轉的生態工程對于工程中出現的生物類廢棄物的處理問題并不能徹底解決，因此，在建設《環境生態工程》教材時，應重視生態工程運行后的后續處理工程性措施，使環境生態工程無后顧之憂。

（二）物種多樣性基本定于工程初期

生物設計是生態工程設計的核心。自然生態系統是由生物與生物之間、生物與非生物之間、非生物之間等錯綜復雜的關系組成的。目前，人類還無法成功模擬出第二個地球甚至一個小尺度的生態系統，只能借助食物鏈的關系將所設定的生態系統盡可能友好地融入周邊的自然環境，因此，在過去和將來，物種配置都將是生態工程設計中的重點和難點。經過近60年的探討，在國內外的生態工程項目中，其物種配置仍然比較簡單，這在以去除特定污染物為目的的項目中尤為突出。治理砷污染的土壤時，盡管蜈蚣草是首選物種，但除了該植物外，關于其后續可以跟上的物種還鮮見提及。又如在礦區土壤治理中，除了種植植物和由此引進鳥類棲息，我們很難捕捉到其他動物物種配置的信息。在水體污染治理中，水生動物物種豐富，但在這種環境中生長的水生動物一旦入場，我們的餐桌就會直接影響自身身心健康。合理且有效的生物物種配置和物種多樣性的增加也必然是環境生態工程設計中的一個長期研究課題。

（三）缺乏工程定量分析

生態工程相關教材提及的工程措施基本上只限于對其定性描述，因其工程項目涉及區域一般比較廣，致使對其定量描述比較困難。盡管如此，對工科和理科的環境生態工程專業的學生來說，相關工程的基本工藝參數設置還是必不可少的。近年來，濕地系統在污水處理方面的應用越來越多，其應用范圍在國內外已涉及城市暴雨徑流污染、工業廢水處理、農業面源污染控制、河流湖泊治理等諸多領域，雖然對濕地的研究也更加突出和不斷深入，在生態工程的相關教材中關于濕地的功能、組成及作用機理等的闡述比較系統而詳細，但關于濕地工程的基本工藝參數及其設置方面的信息很少，而這些信息對環境生態工程專業的人才培養非常重要，不容忽視。

（四）對學生可實踐性不突出

正如前面所述，生態工程的相關教材提及的工程措施缺乏定量描述，且涉及區域大，因此，學生在生態工程這門課程的學習過程中只能通過參觀實習認知或參加講座來加深理解，而供學生實際操作的機會嚴重不足。本著環境生態工程專業特色，《環境生態工程》教材內容應加強學生學習的可實踐性和可操作性。

針對這些問題，同時按照教育部高等學校環境科學與工程類專業教學指導委員會的專家對我們編寫的《環境生態工程》的建議，我們在編寫本教材時還參考了“環境工程”相關教材及最新文獻報道，并采取了下列措施，以突出本教材有別于“生態工程”相關教材的獨特之處。

二、措施

（一）認識生物的修復能力也是有限的

當某種污染物的濃度超出生態閾值時，任何生態工程措施都無能為力，認識到生物修復能力的有限性并不是強調環境生態工程的不足之處，而正是為了突出環境生態工程的特色。環境生態工程涉及環境學、生態學、工程學，其綜合性顯著。當污染物超出生物的修復能力范圍時，必須先采取傳統的環境工程措施進行初步處理，之后采納相應的生態工程措施，直至整個治理末端不會出現新問題，而治理后的環境能夠友好地進入大自然循環。這整個過程都應該是環境生態工程應包括的內容，其中各個環節相互制約，缺一不可。在濕地環境生態工程中，若有機負荷過高，就必須借助傳統的環境工程技術加以預處理，只有這樣才能保障濕地的可持續發展。濕地并不是可以用來處理任何污水的，其功能也是有限的。只有認識到生物修復能力的有限性，才能充分理解《環境生態工程》應包括的內容。

（二）注重整體觀，避免爛尾工程

《環境生態工程》應既強調必要的預處理，也強調環境生態工程措施運行后的后續處理，注重這是一個整體，對任何環境生態工程措施進行全程控制，以避免走向爛尾工程。我們編寫的《環境生態工程》強調了環境生態工程的整體性，充分發揮農業院校的農、林、牧、漁優勢，注重工程的全程控制，其中有專門的章節講解環境生態工程可能出現的廢棄物的處理，尤其是生物質的能源化利用途徑和技術，保證了環境生態工程解決環境問題的本質特征。

（三）豐富物種的引進途徑

任何生態系統的物種多樣性越豐富，其系統結構就越穩定，抗逆性就越強。如何增加物種多樣性一直是生態工程的一大課題，也必然是環境生態工程的一大課題。在環境生態工程中存在物種的更替，此種情況下物種的多樣性尤其重要，這也是豐富物種的好時期。在環境生態工程運行初期，由于治理污染物的特殊要求，會選擇耐受性強或去污能力強的物種作為先鋒物種而定植。但是，在用于治理污染環境的先鋒植物并不利于治理后的環境可持續發展或者主要服務功能時，必然要借助物種的更替適時自然地引進其他各物種。物種越豐富，物種更替速度越快。值得一提的是，環境生態工程中的物種配置包括植物，也包括動物和微生物，三者在生態系統中同等重要。

（四）定性論述與工程定量相結合，體現工程特色

為了方便學生的操作和實踐，突出其工程特性，我們編寫《環境生態工程》時特意強調定性論述與工程定量相結合。例如，在濕地環境生態工程中，除了對濕地的相關定性論述外，還介紹了濕地的填料滲透系數、水力負荷、有機負荷、水力停留時間等重要參數的設計及計算，并在思考題中設置計算題以鞏固學生對各參數與所需濕地面積之間關系的理解。又如在廢棄物生物質的資源化利用方面，也詳細介紹了重要工藝參數的設置及計算。定性論述與工程定量相結合基本保障了環境生態工程方案的可行性。

（五）點面結合

《環境生態工程》涉及學科范圍廣，其工程項目涉及區域面積也較大。我們編寫此教材時，將點與面相結合，非常有利于學生尋找切入點以實現宏觀調控。點可以小到如占地面積以平方米為單位的濕地，面可以為流域尺度。點與面的結合在環境生態工程的物種配置中的作用也非常顯著，既便于先鋒物種的選擇，也有利于后期物種的引進，從而逐漸形成復雜的種群結構和穩定的生態系統。

（六）建立環境生態工程綜合設計與實驗技術體系

環境生態工程是一門建立在實踐基礎上的工程學科，環境生態工程綜合設計和實驗技術也是我們所編教材的重要組成部分，是科研和工程技術人員利用生態學原理和工程學原理解決環境污染治理中各種問題的重要手段。在生態環境中，許多污染現象的解釋，污染處理設備的設計參數和操作運行方式的確定，都需要通過實驗解決。通過實驗確定了工藝參數以后，還需結合實際才能較為合理地進行工程設計，最終在確保生態安全的前提下完成污染環境的修復。

（七）啟迪學生的創新思想

生物設計是環境生態工程設計的核心，系統的生命活性和因地、因類制宜的優化組合賦予環境生態工程設計具有不斷的創新性，使得任何一個成熟的環境生態工程設計無法完全被照搬到另一個環境系統中。因此，必須堅持創新研究，這也是我們在編寫本教材時特別強調的一條重要原則，如何啟迪學生的創新思想也就成了本教材內容設計中必不可少的一個環節。在教材內容和課堂設計時，我們主要采用“問題驅動”法啟迪學生的創新思想。針對如何啟迪學生的創新思想，我們結合上述措施還特意精心設計了創新工作室。學生對此的高度熱忱說明了學生對本課程的濃厚學習興趣和認知。為了更好地服務于社會，學生的優秀作品被推薦參加各種環保比賽或發表于適宜的期刊。實踐證明，上述措施非常有利于培養學生的創新能力及合作能力。學生手工設計的模型被相關展覽會收藏，這也顯示學生的實踐能力得到了一定程度的發揮。值得一提的是，“教學相長”和“教研結合”也在上述這些措施的實施過程中得到了很好的體現。

科技發展日新月異。我們編寫的《環境生態工程》盡管已出版，但也需要不斷完善內容，特別是新型污染物、新觀點、新技術等。綜上所述，我們編寫的《環境生態工程》按照我國高等教育對環境生態工程專業人才培養的要求，既有著工程和農業特色，又突出了該專業本科生工程設計能力和應用創新型能力的培養導向。

參考文獻：

[1]周震峰，史衍璽，王凱榮.高等農業院校環境生態工程專業課程體系的建設[J].高等農業教育，2013，（7）：66-68.

[2]王悅.地方高校環境生態工程專業人才培養模式研究——以衡水學院為例[J].高等教育，2016，（11）：21-26.

[3]朱端衛.環境生態工程[M].北京：化學工業出版社，2017.

[4]楊京平.生態工程學導論[M].北京：化學工業出版社，2005.

[5]欽佩，安樹青，顏京松.生態工程學[M].第二版.南京大學出版社，2002.

[6]李季，許艇.生態工程[M].北京：化學工業出版社，2008.

[7]盛連喜，許嘉巍，劉惠清.實用生態工程學[M]，北京：高等教育出版社，2005.

[8]楊京平.環境生態工程[M].北京：中國環境科學出版社，2011.