环境地球化学的学科特点与课程建设探索

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摘要：[摘 要]环境地球化学是环境科学与地球化学相结合的边缘交叉学科，目前环境地球化学学科已取得令人瞩目的研究进展，随着该学科的迅猛发展，其要求采用与其相适应的课程教学内容与方法。课题组介绍了环境地球化学的研究对象、内容、基本原理及其学科地位，分析

　　[摘 要]环境地球化学是环境科学与地球化学相结合的边缘交叉学科，目前环境地球化学学科已取得令人瞩目的研究进展，随着该学科的迅猛发展，其要求采用与其相适应的课程教学内容与方法。课题组介绍了环境地球化学的研究对象、内容、基本原理及其学科地位，分析了环境地球化学的发展趋势及课程建设中所面临的挑战，在此基础上，提出了适应环境地球化学科学特点和发展趋势的课程建设目标、任务和教学内容，以及与之相适应的研讨式教学改革措施。

　　[关键词]环境地球化学;科学特点;课程建设;教学方法;研究式教学

　　环境地球化学是环境科学与地球化学相结合而产生的一门边缘交叉学科。自20世纪70年代以来，环境地球化学学科取得了令人瞩目的研究进展，在解决人类所面临的环境生态问题中发挥着重要的作用。

　　环境地球化学是一门新兴的边缘交叉学科，发展历史较短，其概念和科学含义仍在逐渐发展与完善中。最早提出“环境地球化学”概念的中国学者是涂光炽先生[1]，随后刘东生[2]、陈静生[3]、洪业汤[4]、戎秋涛等[5]、杨忠芳等[6]也从不同角度对环境地球化学的概念和基本含义做过阐述。综合前人的成果和看法，笔者认为，环境地球化学是研究人类赖以生存的地球表层环境中化学元素，微量无机和有机化合物的含量、存在形态、分布规律、形成机制、迁移转化机理、地球化学循环过程、生態效应及其与人类健康关系的学科。其主要任务是研究元素、化合物在地—水—气—生环境系统中的地球化学行为，人类的生活、生产过程与地球化学环境的相互作用，揭示人为干扰下区域性或全球环境系统的变化规律，为自然资源的合理开发利用，环境质量有效控制及人类生存、健康和发展服务。

　　工农业发展和新化学品的开发利用，不断产生新的环境污染物，使得环境地球化学的研究对象和人们关注的环境地球化学问题不断变化和更新。近年来，国内外环境地球化学学科已经取得了令人瞩目的研究进展，这要求其课程内容和教学方法也要不断更新和完善，但目前该课程的教学内容在许多方面还没有完全跟上学科发展的步伐，不能反映出学科发展的前沿。因此，亟须提出适应国内外相关领域发展要求的课程教学内容，并探索出一套与之相适应的教学方法。

　　一、环境地球化学的科学特点

　　(一)环境地球化学的研究范围、对象与内容

　　环境地球化学的研究范围包括生物圈、大气圈、水圈、土壤和岩石圈。其研究对象为地球表层生物—非生物复合系统中的化学物质，包括生物与非生物两大部分，其中非生物部分包括大气、水体、岩石、土壤和沉积物等环境介质中的化学物质，生物部分包括动物、植物、微生物及人类等生命介质中的化学物质。

　　陈静生[3]在总结国内外研究进展的基础上提出，环境地球化学的研究内容包括地表环境的地球化学性质、污染物在环境介质中的迁移转化规律、环境元素与生命元素之间的关系，以及环境中与生命有关的化学物质对生物体和人类健康的影响三个方面。周启星和黄国宏[7]提出将生物—非生物复合系统中化学物质的生物地球化学循环及其过程作为其核心内容。

　　环境地球化学的研究范围十分广泛，研究对象也十分多样，但不同时期的研究侧重点不同。当前，环境地球化学的主要研究任务、范围和内容的侧重点为：1.把与人类的生存与发展密切相关的领域(即地球的外圈层)作为其主要研究范围;2.把对人类的健康、生存与发展有密切关联的元素或化合物作为主要研究对象，并随着人们面临的环境问题的变化和学科的发展不断探索其他元素或化合物;3.把人类活动引起自然环境发生某些确定或不确定的变化，以及为改善人类生存的环境条件等方面有关的问题作为其主要研究内容[5]。环境地球化学课程的教学内容及其侧重点也应该与之相适应。

　　(二)环境地球化学的基本原理与特点

　　环境地球化学主要包括整体相关、循环与再生、时空分异及协调与优化等基本原理[7]。

　　1.整体相关原理

　　环境地球化学是研究生物—非生物复合系统中化学物质环境—生物地球化学循环的基本过程与反应机制的。化学物质环境—生物地球化学循环把生物与非生物两大系统有机地联系起来，形成复杂的、相互联系的整体。环境地球化学的整体相关原理包括两层含义：(1)生物—非生物复合系统并非生物系统与非生物系统的简单叠加，而是通过两个系统之间的相互作用，形成包括物质、能量、信息之间相互联系的复杂系统;(2)化学物质在这两大系统之间的地球化学循环把生物系统与非生物系统有机地联系起来。

　　2.循环、再生与生物的富集放大原理

　　生物—非生物系统通过生物化学作用——生物一方面利用非生物组分合成新的化学物质，另一方面又把所合成的化学物质降解为原先的简单物质，回归到非生物系统中，循环往复，进行不间断的新陈代谢。但由于许多元素、无机化合物和有机化合物在生物体内难以降解并被排出体外，而长期滞留在生物体内，从而得到富集和放大。

　　3.时空分异原理

　　环境地球化学循环存在时间上和地域上(或区域上)的差异。时间分异是指地球演化的不同阶段和不同时期环境地球化学循环的内容、形式和过程都可能是不同的;地域分异是指生物—非生物系统在其地球化学、生物学和生态学特征上存在地域差异，从而导致化学物质在环境地球化学循环上存在区域分异，包括地带性和地区性分异。

　　4.协调与优化原理

　　在环境地球化学循环过程中，为了防止在生物—非生物复合系统中化学物质的地球化学循环出现失调，或产生对人类及其他生物有害的循环，通过协调和优化作用，可以达到生物—非生物系统的可持续发展。

　　(三)环境地球化学的发展历史与趋势

　　环境地球化学是环境科学和地球化学发展到一定阶段的产物。早在19世纪中后期人们就已认识到地球化学环境与人类健康和发展之间有着密切的关系，尤其是生物圈概念的提出与发展完善大大促进了地球化学与生态学之间的联系。20世纪早期，人们就已经认识到微量元素与人类健康存在密切的关系，但人们对地球化学环境的关注是从20世纪50年代开始的。20世纪60年代，人们开始认识到化石燃料的燃烧干扰了地球表面的碳循环，农药的使用影响了地球表面氮的循环，有人将其作为现代环境地球化学科学发展的起点[8]。

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