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关键词:研究生 培养模式 创新能力 综合素质
研究生教育以培养适应社会的高级专业人才为目标,是我国人才强国战略的重要结合点和至高点,在经济社会发展中有着举足轻重的作用和不可替代的地位。自1980年颁布《中华人民共和国学位条例》以来,我国研究生教育取得了长远的发展。但随着我国经济社会的发展,社会对高级人才的需求日益趋向多样化,应用型、复合型、创新性人才需求越来越多,而目前研究生的培养质量尚不能完全满足要求。1999年12月,教育部颁布的《关于加强和改进研究生培养工作的几点意见》中明确提出了改革培养制度和培养模式。2002年国务院学位委员会办公室和教育部研究生工作办公室组织编写的《中国学位与研究生教育发展战略报告》中提出了明确不同层次、不同类型的研究生培养目标;根据不同的培养目标设计科学合理的培养过程;积极推进弹性学制的实施等内容。2005年教育部印发的《关于实施研究生教育创新计划,加强研究生创新能力培养,进一步提高培养质量的若干意见》更是从指导思想、主要任务、组织实施三个方面给加强研究生创新能力培养提出了若干重要意见。可见,改革创新研究生培养模式,培养经济建设和社会发展需要的应用型、复合型、创新性高层次人才是研究生培养工作中一项现实的、紧迫的任务。
本研究以“园林植物与观赏园艺”学科研究生培养为试点,以全面提高研究生创新能力、综合素质为重点,以切实提升研究生培养质量为目标,构建培养社会发展所需求的高素质人才的研究生培养模式。进而为推进我国的研究生教育改革做出自己的探索和努力。
一、研究思路与方法
(一)研究思路
首先明确本研究所涉及的研究生培养模式的基本概念、范畴,调研清楚研究生培养模式的历史沿革和现状,找出园林学科研究生现行培养模式存在的主要问题,全面分析新型培养模式构成要素和关键环节,从理论层面构建新型人才培养模式,新型培养模式在实践中的运用,根据实施过程中的效果反馈,进一步修改培养模式,最终形成完善的园林学科研究生培养模式。
(二)研究方法
遵循客观性、发展性、理论与实践相结合的原则,采用文献法、调查法(问卷调查法和走访调查法相结合)的方法调研研究生培养模式的历史沿革和现状。调查的内容包括教学方面、导师指导情况、培养质量评定、研究生管理及能力拓展等方面。
二、调研结果分析
通过对调查的结果进行分析,发现研究生培养过程中存在以下问题:①培养方案中培养方向面窄、课程设置中课程较少,范围较窄,学生选择余地小,不利于研究生的多方向、个性化培养。②教学管理制度不规范,研究生课堂教学质量有待进一步提高。③导师组的作用没有充分发挥,部分导师工作责任心不强,创新创造能力有所欠缺。④研究生日常管理组织和制度体系尚不完善,研究生第二课堂活动数量少,质量有待提升,研究生个人综合能力尚需增强。⑤研究生实践动手能力、专业创新能力有所欠缺,难以满足社会对应用型、复合型、创新性高级人才的需求。⑥研究生培养质量监控评价标准体系不健全,科学性和可操作性有待加强,培养的各环节都存在一些重视不够,把关不严等问题。培养质量实时监测和信息反馈机制尚不健全。
三、构建新的研究生培养模式
针对研究生培养过程中存在的问题,从制定完善该专业研究生培养方案、健全研究生教学管理运行机制、形成运转有力的学生管理工作体制、全面实施以增强实践创新能力为核心的素质教育、完善研究生培养质量信息反馈和综合评价体系入手,构建具有理论性、前瞻性、可操作性的新型研究生培养模式。
(一)根据社会对高层次人才需求,修订形成了新的园林学科研究生培养方案。新增了园林植物造景应用和风景园林规划设计两个研究方向;同时调整优化了课程设置,增添了拓宽学生知识面、强化实践技能、体现技术应用能力的6门专业选修课。
(二)围绕提高教学质量,完善了研究生教学管理运行机制。采取多种举措提高研究生教学质量,形成以促进知识创新和能力培养为主导目标的研究型教学方式,提高学生自主学习和独立研究能力;完善课程教学大纲,制定规范教学日历,严格按照教学日历进行教学;制定修订研究生系列教学管理制度,形成了较为健全的教学质量监控体系。
(三)建设高水平导师队伍,增强指导学生的业务保障能力。将在园艺学科和校外科研院所从事观赏园艺研究工作的教授、研究员邀请至本学科,联合成立导师组,学科之间的交叉、交流、融合,极大拓展了青年导师的知识面,创新能力得以增强。
(四)夯实思想政治教育基础,构建研究生日常教育管理运行机制。健全了研究生教育管理的各级组织建设,形成了科学、严密,旨在加强研究生思想教育和行为管理的组织体系,加强化建设。制定了系列研究生日常教育管理的制度,形成了较为完备的,涵盖研究生思想教育、素质拓展、先优评比、行为管理、安全保障等在内的制度体系。
(五)多措并举,切实增强研究生素质。加强了条件建设,依托“十一五”省级重点学科建设项目,在原有校内科研创新平台的基础上,相继建成了山东农业大学城乡风景园林研究院、园林植物与观赏园艺综合实验室、园林校内实训基地,并积极建设校外实践创新基地。倡导学生积极从事科研活动,激励学生自己确定感兴趣的研究方向、独立进行实验设计。定期举办林学院研究生学术论坛和阶段性学术交流报告会,浓厚学术氛围,开阔学术视野,提高其科学研究和论文撰写能力。积极组织学生参加国内外各种学术研讨会,邀请国内外知名学者来校做专题报告。加强第二课堂活动的分类指导。起到丰富生活、培养爱好、形成专长、增进身心健康的作用。多种措施的实施,增强了学生的实践创新、动手操作和发现解决问题的能力,提高了综合素质。
(六)完善培养质量实时监测和信息反馈机制,建立健全了研究生培养质量综合评价体系。制订了一系列事关培养质量的评价办法,每学期一次研究生、导师人才培养质量座谈、调研会,每年度一次毕业生跟踪调查,涵盖了从研究生复试、课堂学习、课程考试、能力培养、中期考核、学位论文、毕业答辩、工作表现等各个环节,形成了比较完备的研究生培养质量考核评价和监控督导机制。
四、新培养模式的应用及效果
该培养模式从2008年9月开始在2008级园林植物与观赏园艺学科点研究生中实施,后扩至2009、2010级学生,经实践检验,有力提升了园林学科研究生培养质量,取得了较好成效。
(一)研究生的科研素养、学术素质、综合能力得到较大提升。研究生的科研素养和学术素质得到较大提升。在国家核心期刊发表的论文数量显著增长,质量明显提高。研究生的整体素质和综合能力得到明显增强。
(二)研究生的就业质量和社会评价得到显著提高。该模式实施后,研究生社会竞争力得到增强,就业情况有明显变化,就业率和就业质量得到提高,用人单位对毕业生的综合素质反馈良好,总体评价较高。
该培养模式的推广应用产生了良好的辐射带动效应,并促成了招生、培养、就业的良性循环。该培养模式已在山东农业大学林学院园林植物与观赏园艺专业实施三年,取得了良好的效果,同林学、水保等相近学科专业相比,产生了明显比较优势。受其影响,林学院内林学、水保等学科也在研究生培养方面借鉴其做法,推广其经验,相信随该模式的进一步完善,将会产生更大的辐射带动作用。与此同时,随着园林学科研究生培养质量和就业层次的提高,近年来园林学科的招生状况趋于火爆,每年研究生报名数量达到招生名额的3倍以上,每年招生人数在30人左右,占到学院研究生招生数量的一半,同学院其它学科相比,具有比较明显的生源优势,好的生源又为培养出更优秀的人才奠定了基础,从而在更深层次上推进了园林学科研究生培养模式的健全和完善。
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作者简介:
1.韩克杰(1971-),男,山东临清人,山东农业大学林学院团委副书记,讲师,硕士,研究方向为高校思想政治教育与管理。
根据教育部统计公报,民办高校在校生数已占到全部高校在校生总数的21.9%,比重超?^了[1],说明近20年来民办高校为国家经济和社会发展做出了重要贡献。2010年国家教育部颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》中对民办教育给予充分肯定,指出“民办教育是教育事业发展重要的增长点和促进教育改革的重要力量,各级政府要把发展民办教育作为重要的工作职责”。由此可见,民办教育在我国教育事业发展中的重要地位得到了肯定。但是目前从整个高等教育层面分析,民办高等教育已进入转型期,正在进入由规模扩张向内涵发展方式转型的过渡阶段。在这个关键的转型时期,我们必须认识到有许多问题亟待解决。特别是目前对民办高校实践教学中存在的问题认识不足、措施不力,还是沿袭原有挂靠高校的办学模式、教学大纲及人才培养方案,没有突出民办高校的特色,更缺乏创新培养模式[2,3]。在这方面,许多公办高校探索以培养实践能力为主线,构建新的实践教学体系。如李子军等提出的构建研究型人才学“四主线二层次”实践教学体系;倪师军等提出的“基于三大平台培养大学生三种能力”的分层次的实践教学体系;杨志平等提出的构建从“专业基础―专业―综合―创新”分层次、模块化的实践教学体系;李保云等构建了植物生产类“三层次、模块化”实验实践教学体系,均旨在培养学生的实践能力和创新能力,以适应未来社会发展对人才能力的需求。目前,民办高校在这方面的探索较少。为此,我们以园艺专业为例,提出了实验课、教学实习、实践课、实训课、毕业实习和创业教育“六位一体”的实践教学模式,对专业实践教学内容、方式方法和保障体系的设计与实施等方面进行了有益的探索,提高了应用技术型园艺专业人才的培养质量。
一、民办高校园艺专业本科人才培养规格与定位
民办高校园艺专业培养德智体美全面发展,具备较完整的现代生物科学知识体系、较宽厚的园艺基本知识,掌握较熟练的基本技能,具有较强实践能力和创新精神,能在果树园艺、蔬菜园艺、观赏园艺、设施园艺等方向领域从事现代园艺技术推广、产业开发、经营管理及教学和科研等方面工作的园艺专业的高素质应用技术型人才。园艺专业注重“厚基础、重实践、宽口径”的应用型人才培养,主要培养具有基本知识和理论、熟练的基本技能、较强实践能力和创新精神的高素质园艺应用型人才。本专业的学生主要学习园艺学的基本理论、基本知识,接受园艺植物生产全过程、管理和科研方面的基本训练,掌握园艺植物生产、技术开发和推广、园艺企业经营管理方面的基本技能和从事相关专业领域工作的适应能力。毕业生应达到以下要求:
1.知识要求:熟悉农业生产、农村工作和与园艺生产相关的政策和法规;掌握植物学、植物生理学、植物生态学、植物遗传学、园艺学的基本理论和基本知识。
2.能力要求:掌握园艺场规划设计、园艺植物栽培、品种选育和良种繁育、病虫害防治、园艺产品贮藏加工等方面的技能;掌握科技文献检索、资料查询的基本方法,了解园艺生产和科学技术的发展趋势,具有较强的调查研究与决策、表达能力、科技创新能力和计算机应用能力;熟练掌握一门外语,能顺利阅读本专业的外文书刊。
3.素质要求:掌握科学锻炼身体的基本技能,达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准,具有健全的心理和健康的体魄。
4.主干学科与核心课程:主干学科为园艺学,核心课程有蔬菜栽培学总论、蔬菜栽培学各论、果树栽培学总论、果树栽培学各论、观赏园艺学、设施园艺学、果蔬贮藏加工学、园艺植物育种学、园艺植物病理学、园艺植物昆虫学。
5.课程结构及学分比例:课程结构及学分比例见表1。实践教学总学时为1348学时,占总学时的比例为48%。
二、“六位一体”实践教学体系的构建
(一)构建实践教学体系
园艺专业实践教学的总体目标是通过专业实践使学生掌握园艺作物的种类与分类、生长发育与调控、园区规划与管理、良种繁育与选种育种、设施栽培、采后处理、果园、菜园年工作历的制定等生产全过程,了解市场营销方面的初步知识。摒弃“黑板上种蔬菜、栽果树”的理论讲授,构建园艺专业“六位一体”实践教学体系(图1)。
园艺专业实践教学体系由课程实践体系、综合实训体系和毕业实践体系构成,重点体现在六个方面(六位一体),在时间跨度上大致是由低年级(1―2年级)向高年级(3―4年级)伸延,在实践的深度、广度和实际应用范围上也是由简单向复杂、综合发展,逐步形成由浅入深、由室内分析验证到生产实际应用,具有梯形结构的实践教学体系。
(二)课程实践体系的特点
1.课程实验中基础课实验有基础化学实验、计算机应用基础实验、植物学实验、化学实验等,在第1―3学期开设;专业基础课实验,有生化及分子生物学实验、农业气象学实验、植物生理学实验、农业微生物实验、遗传学实验和土壤肥料学实验,在第3―5学期开出;专业实验如园艺植物昆虫学、园艺植物病理学、生物统计及田间试验设计、园艺植物栽培学、园艺植物育种学、果蔬贮藏加工等课程的实验在第5―7学期开设;其他如设施农业、果树和蔬菜3个方向选修课则分别在第6―7学用开设。基础课实验主要是进行分析测试、以验证理论,掌握试验研究的基础知识和方法;专业基础和专业课实验的任务则是配合专业课,解决理论教学中的实践性问题,并逐步为综合运用奠定基础。
2.教?W实习包括植物学、农业气象学、土壤肥料学、园艺植物昆虫学和园艺植物病理学教学实习,在第2―5学期执行。集中在校内完成理论和实践课中季节性强的实习内容和参观调查,如进行病虫害情况调查、农业气象观测、园艺作物种类识别、物候期观察和教学标本制作。
3.园艺专业实践课是结合园艺作物生产特点而设置的一门实践技术课,集园艺学基本原理、基本知识与实践操作于一体,强调动手能力的培养。总学时240,在第3―7学期开出,内容包括果树、蔬菜、设施园艺的生产与经营,课程综合了基本技能和各项操作技术,三者有机融合,组成园艺作物生产基本技能的主体。
(三)生产实践体系的特点
生产实践体系包括实训课和实践课(包括社会实践)。实训课从大二开始每个学期80学时;实践课在第4―7学期进行,每个学期64学时。根据蔬菜、果树的生产季节安排学生在校内基地从事园艺作物的生产管理,对周边地区园艺作物的生产状况进行调查,参观科研、生产基地,开展园艺产品市场调查和分析。通过训练,较系统地掌握生产管理技术。
社会实践一般安排在2―3年级,主要是利用假期结合农村园艺作物的生产实际开展社会调查和科技咨询,应用所学理论知识和技术指导生产,解答园艺生产者提出的技术问题,了解农业发展和对专业技术的需求。
(四)毕业实践体系的特点
包括毕业实习和创业教育,安排在第6―8学期,根据社会对人才的需求特点,因人而异,力求毕业论文与经济建设和农村实际相结合,分类开展科学研究、生产实践调查总结、专题调查和示范推广。毕业实习在第8学期进行,时间8周,安排学生到科研单位从事试验研究,去生产基地从事实地生产和科技推广应用,熟悉园艺作物生产、采后处理、贮运加工和上市流通全过程,对学生进行全方位的强化训练,努力提高毕业学生综合运用的能力。
毕业论文要求全员进行,毕业实践则一部分到招聘单位锻炼,另一部分进入生产管理环节,实行“模拟承包制”,给学生分地块,让其自己种地、施肥和栽树,自己管理,明确责任和义务,承包到人、到组,放手让学生参与生产、管理和经营决策。按农业产业的特点,划分为三个模块,学生以其中一个模块为实习的主要内容,兼顾其他一个或两个。三个体系之间相互衔接,彼此协调;在时间跨度上由低年级向高年级延伸,在深度和广度上由简单向复杂,综合发展具有梯形结构的实践教学体系。
三、实践教学的层次性(阶段性)
第一层次(增强感性认识阶段):主要采取直观的教学方法组织教学,学生一进校就接触专业。内容上安排种类识别、基本农事操作,使其了解农作物的种类、生长发育过程、生产用具、园艺设施和园艺植物的生产过程。
第二层次(培养基本技能阶段):在2―3年级采用教师示范和学生反复训练某些项目(如蔬菜的育苗、果树的嫁接与修剪等)相结合的方法组织教学,重点是提高学生的技能,对难度较大的关键技术,如果树整形修剪、蔬菜育苗、日光温室等设施的设计与建造、花期调控、果树施肥技术、花卉的插花艺术等给予示范教学,然后让学生反复训练,做到既有示范又重训练。
关键词:园艺专业;应用型本科;人才培养;教学体系
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)04-0096-03
在经济新常态下,围绕国家热带现代农业基地建设,海南吹响了农业绿色崛起的号角,将发挥得天独厚的热带资源优势和21世纪海南丝绸之路战略节点的区位优势,加速传统农业向现代农业转型,以热带特色为主动力推动现代农业可持续发展。海南国际旅游岛城市化建设和休闲旅游农业发展迅速,以花卉、果蔬、草坪等园艺产业已成为海南优势经济产业。海南大学应用科技学院作为海南大学培养应用型本科人才的核心基地,本着服务海南的旅游、热带、特区等特色,传承办学历史悠久的原华南热带农业大学和新海南大学的精神,秉承“海纳百川,大道致远”的校训,根据海南园艺产业发展的新特点、企事业单位对园艺人才的新需求,基于本着以学生为中心,发展为目的的原则,对我院园艺专业师生进行相关调研,并根据调研结果找出了现有教学体系的不足,对其提出合理化建议,进行了相关改进,以便于提高教学质量,培养更多高素质园艺人才,为海南园艺产业的发展作出应有的贡献。
1 园艺专业定位与课程体系
园艺专业(草坪科学与工程方向)依托原“两院”的传统和精神,设立于2010年(开始招生),本专业主要培养适应社会主义市场经济需要的、具备果、蔬、花、牧、林、草等植物栽培管理、园林绿化施工养护、花卉营销与审美鉴赏等专业知识,基本技能和较强的岗位实践能力,能在农林部门、农业开发区、风景区、高尔夫球场、运动场等部门从事园林植物栽培管理、绿化施工与养护、休闲农业、花艺环境设计、草坪生产与贸易、人工草地栽培、草坪建植与管理、高尔夫球场规划设计管理和现代农业、农场经营管理等工作的高级应用型、大园艺综合性新型农业专才。开设课程涉及草业科学、果树学、花卉学、蔬菜学、土壤学、作物栽培与耕作学、工程建造、国际园艺研究进展(专业英语)等。
2 现有课程体系存在的不足
2.1 课程种类过多,涉及范围过广 在调研过程中,学生提出现在所学的课程科目过多,涉及范围太广,分配到每门科目的教学课时数短,教师没有足够的时间对本门课程进行全方面讲解,只能找重点进行教授,这就使得学生无法对此课程经行全面了解,只能掌握重点甚至是略懂皮毛,造成了学生各种课程都有涉猎,但又都只通不精的普遍现象。这就给学生带来了一定程度的迷茫感,使其无法在头脑中形成一个详细的知识系统,只能够有一个大体的知识框架,并且没有一个核心领域可以做到学的精、记的牢,不利于学生今后的就业、创业等方面的发展[1]。
2.2 实践教学过程的相对缺乏 《植物学》《果树学》《观赏树木学》《蔬菜学》《种子种苗学》等课程实践课时数相对较短。目前所设课时数只能够让学生对课程内容有个大体了解,例如树木学实践环节,学生普遍反映通过短暂的实践课学习,只能泛泛了解树木的名称,但对于其他相关方面的了解较少。并且认识树木过程也是一味的填鸭式教学,教师告诉学生一种植物的名称,学生记一种,无法做到学生对不认识的树木进行自行查阅学习,从而降低了学生自主学习能力,一定程度上打压了W生学习积极性,降低了学生的探索能力。实践教学内容有限,并且部分课程内容没有及时更新,实践过程不能根据当地教学条件及地域、季节的变化做出相应灵活的调整。同时,教学基地的建设及完善进程亟待加快,以便促进实践教学的具体开展,推动教学进程,利于学生的不断学习及发展。
2.3 课程内容的重复 目前一些设定课程的内容出现部分知识点重复现象,如《草坪保护学》《高尔夫球场草坪》《高尔夫球场环境保护概论》《草坪工程》课程对于草坪内容的讲解出现部分重叠,导致学生一个知识点可能要重复学习多次,浪费时间、经历及师资。
2.4 课程安排的开课学期不合理 学生反映某些课程的开课学期安排的不合理,尤其是大四学年的一些专业课程建议安排在大三学年进行学习。鉴于大三学年课程安排较为稀疏,所以很多学生在这一年里会产生迷茫感,虽然有较多的自我学习发展空间,但普遍出现学生无法较好把握,不能充分利用这些时间从而虚度光阴的不良现象。而大四一年要开展毕业论文,进行相关文献资料的查找,若还要进行其他课程的学习,则二者较难兼顾,学生无法全身心投入毕业论文设计中[2]。此外,由于本专业需要进行大量的实验,为获得较为精确的实验数据,可靠的实验结论,提高论文的质量,需要大量的时间和精力来进行筹备,所以不应再在其中增加其他课程的学习。
3 教学体系的改进思考
3.1 公共课程 公共课程是高等和中等专业学校各专业学生共同必修的课程。总体上分为三大模块:(1)社会科学公共基础课,如思想道德与法律基础、基本原理;(2)自然科学公共基础课,如大学计算机基础;(3)实践环节公共基础课,如课程设计。公共课虽然不一定与所学专业有直接的联系,但它是培养学生掌握全面性知识、开展发散性思维能力的必不可少的先决条件。学校在公共课程的设置中应相应增加语言类课程,例如应增加大学语文课程。学生通过对于本门课程的学习,可以使其理解能力得以提升,有利于今后文献资料的阅读理解以及毕业论文的写作,同时又可增加学生对汉语的深入学习,更好地表达自己的所思所想,提高学生的语言能力。公共基础课程学习建议安排在大一、大二两个学年,既可作为高中与大学的一个衔接,又可为学生接下来的专业课程的学习奠定基础。
3.2 学科基础课 学科基础课是依据不同专业所设置的为专业必修课打基础的课程,这一部分的开课时间建议安排在大一、大二两个学年。学科基础课的设置的目的是在公共课程的基础上进一步为专业必修课的学习奠定基础。学校在学科基础课的设置中应相应减少高等数学的课时数,增加生物统计学的课时数。生物统计学是数学在农科方面的具体应用,与本专业息息相关,应用性更强,但目前所设置的课时数不足以满足学生全面了解本门课程的相关知识的需求,不能将其与专业相对接,使本门课很好地应用到实践中。这其中一个很重要的原因就是没有掌握较为全面的、牢固的知识,以至于陷入“书到用时方恨少”的境地。其次,由于现代园艺不断向信息化、技术化方向的发展,本专业需要大量具备一定计算机基础的高科技型人才,因此这就体现了计算机课程设置的重要性[3]。除了目前所设置的Visual Basic语言程序设计,以及公共课程中的大学计算机基础、课程设计这三门课之外,建议增加一门计算机在园艺专业上的应用的课程,使计算机与园艺专业有更好的对接,也使得课程的设置更加贴合实际,更加符合现代园艺相关用人单位的需求现状。
3.3 专业必修课 专业必修课程是学生学习专业知识,掌握专业技能的重要部分,是整个教学课程设置的重心部分,其课程设置的合理程度直接影响学生的质量。此部分课程的不足在上文中有所提及,即部分课程内容冗余,出现不同程度的知识点重复。建议把《草坪保护学》《草坪排灌水学》合二为一,将《高尔夫球场草坪》《高尔夫球场环境保护概论》《草坪工程》合为一门课程进行讲解,先让学生对课程内容形成一个总体的知识框架,再进行知识点的细化,这样既可以避免知识点的重复,同时可将知识点进行串联,有利于学生在学习过程中形成一个全面的知识体系,亦避免了时间、精力及师资的浪费。
3.4 专业选修课 专业选修课是培养学生对园艺不同方向兴趣的课程,此课程建议设立在大二、大三两个学年。涉及的方面包罗万象,如关于园林设计、鲜切花栽培与管理、果蔬贮藏等。可以让学生根据自身情况,选择自己感兴趣的方面进行学习,从而让学生积极主动地进行探索,在不知不觉中掌握了知识,同时可以开拓学生的视野,利于今后的就业及创业。
3.5 实践教学环节 为了让学生能够做到将理论知识与实践相结合,应该增加实践教学课程。植物学课程实习应分三步进行:首先,由教师带领学生进行校园参观,认识校园植物。校园拥有上千种植物,是一个很好的植物学习场所,掌握校园植物的名称及特点是学生必不可少的专业技能。其次,学生应去植物园进行学习参观,这是对知识点进行补充的过程。最后,由教师带领学生进行霸王岭等地区的野外实习,既可进行知识点的复习概括,又可对知识点进行查缺补漏,做到温故知新。“三步走”的计划将会让学生在不断的实践中掌握植物学知识点,将理论与实践进行良好的对接。《观赏园艺综合实习》课程的开展可放置于大三学年。由教师带领学生进行不同园艺工作园的参观及考察[4]。学生在与基层人员的讨论交流中了解现代园艺的发展情况、人员的需求状况,同时了解如何更好地将所学所想付诸于实践,为学生今后的就业、创业创造了良好的条件[5]。具体开展形式可采用“大组套小组”,分组分工的形式[6]。每个小组5~6人,专门负责实习内容的其中一项,进行组间的学习、讨论、整理及总结,最后进行大组之间的成果分享讨论。这样,既可以调动每名学生的积极性,又可以集思广益,实现“1+1>2”的效果。
4 结语
以上对于教学体系改良的建议及意见是基于海南当地现代园艺的发展情况以及相关用人单位的需求状况,并结合海南大学应用科技学院现有教学体系现状进行调研及分析讨论得出,以期能对现有园艺专业课程有一个进一步的优化,为培养掌握牢固理论知识及很好的实践能力的综合性应用型高精尖人才提供一个良好的平台。同时,应根据海南当地教学条件及现代园艺专业企业用人需求,结合学生培养目标,总体上采用理论结合实践的授课方式。理论课的教授以班级为单位,采取小班教学,使教师可以更好地掌握每个学生的具体学习情况进而进行相应辅导,使学生可以更好地掌握课堂知识,夯实基础,从而实现师生间良好的互动与沟通。实践课的教授以组为单位,采用进入实践基地及农场进行实践学习的方法。授课方式为教师进行统一操作讲解,班级成员以组为单位,首先进行组内的探讨学习,然后进行各组间的讨论及评比,让学生在实践、交流及竞争中更好地对知识进行把握,以期培养更加适应当代园艺产业技术领域岗位需求,能够掌握牢固理知识及很好的实践能力的综合性应用型高精尖人才;培养具有较强创业精神及能力的创新型人才。为学生的学习及就业、创业的可持续性发展创造良好的条件及打下坚实的基础。
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【关键词】低碳经济,园林设计,分析探究
中图分类号:K928.73文献标识码:A 文章编号:
一.前言
低碳经济是采取超低能耗,很低的污染量,很低的二氧化碳排放量等指标来衡量现代经济发展的一种绿色发展理念。是人类自从工业发展繁荣以来,面临着严重的能源短缺问题和高负荷的环境污染问题的背景下一次经济发展理念的重要转变,是思想领域的一次变革。
低碳经济下园林的设计的核心是采用先进的能源技术和技能减排技术,从对城市园林的设计,材质,结构等方面实现重要转变,通过对园林设计材料,园林施工工艺,设备的选择,减少使用甚至是不使用石化能源,材料的消耗,从根本上降低能耗,降低二氧化碳的排放量。相对于传统的园林设计,在低碳经济下的园林设计将会从园林整体的规划,园林施工材料,材质的的选择等一系列程序上,围绕以最少能耗,最低二氧化碳的低碳核心,最大程度的实现园林设计的生态环保功能和经济社会效益。
二.低碳园林设计的原则
1.尊重场地
尊重场地是园林设计中更好演绎区域特色的基础,要在综合考虑到整个园林区域场地的特征,经济,文化,历史等各方面的地域因素,从而在设计时候可以营造出良好的地域特色,创造出强烈的地区认同和归属园林文化,如此,在低碳经济背景下,进行园林设计时候,可以让原有的一些建筑物和花木得以保存,加强对一些乡土植被的采用,使得整个园林设计彰显出地域特色。
2.遵循自然规律,因地制宜,自然做功
在低碳经济条件下,在园林设计过程中,要在遵守大自然规律和生态平衡的基础上,使得整个园林工程工期缩短,建筑物更加稳固,长久。实施符合自然规律的巧妙设计,充分利用自然的自我修复功能,比如,在进行园林设计过程中,在建造园林水闸时,可以利用水流的方向和冲击力,将闸孔正对水流,如此,既可以保证水流能够正常从闸口流出,又可以大大减少水流对水闸地基的冲击力,有助于减少园林安全隐患,同时,有助于水闸质量的稳定,减少维修的费用。比如,可以利用水流的自然流动,通过一些细微的改动,让水流自然形成一定的瀑布,流泉等。
3.景观异质和因地制宜
景观的异质性是整个园林工程设计的重要性质,主要是强调园林设计过程中,园林景观在时空分布,变异程度,景观类型等方面的独特性和差异性,在低碳经济环境下,要据园林的不同功能,不同的风格特色而采取不同的设计方式,即使是同一种景观构成因素,也可以因为园林类型的不同,功能的不同而采取差异化设计,如此可以让园林之间存在着一定的差异性,符合景观飞异质性,如此既可以满足居民求新求异的观赏心理,又可以促进整个园林设计的创新。
4.彰显自然,生态和谐
园林景观规划设计的最重要目的之一便是要促进整个城市的生态平衡。在进行城市园林景观规划设计中,要在尊重原有自然风貌的基础上,采取科学合理的措施对各种景观进行规划,科学处理建筑,人,绿化植被之间的关系,设计施工不得破坏原有的生态系统,绿化苗木选择应按三季有花、四季常青来设计,乔、灌、花草复式栽植,设计施工中应模拟自然生态进行布置,讲究乔、灌、草的科学搭配,创造“春花、夏荫、秋实、冬青”的景观效果。保持整个绿化生态系统的平衡,促进人与自然的和谐相处。同时,也可以一定程度上加强城市生态环境的自我修复,维护区域生态的平衡。
三.低碳园林设计的方法
1.雨水储蓄利用
保持和修复自然界的水循环将成为低碳园林设计的重要目的之一。一方面,大量的雨水随着市政管网白白流失;另一方面,大量的景观用水来自于洁净的自来水。建立区域性的雨水利用设施,实现“就地滞洪蓄水”是解决城市雨水供求矛盾的有效途径之一,也解决了园林景观与植物灌溉用水问题。园林构筑物可以通过形式的巧妙构思达到增汇的目的。园林建筑采用半地下、地下或底层架空的设计,以及墙面、屋顶立体绿化,增加绿化面积或绿地面积,同时提供多种建筑设计风格,为人们提供不同的观景视角,形成独特的园林风格。地下与半地下园林建筑也使建筑在冬夏季的能源消耗减少,达到减排效果。
2. 污水净化循环
城市污水净化循环问题亦可以通过园林景观的设计,借助自然的力量予以解决。具有净化功能的人工湿地系统可以设计成污水处理地。将城市污水排人湿地系统,配合植物根系以减缓水流速度,利用多层异质土壤对悬浮物进行拦截沉降,促使杂质的沉淀和排除,并在湿地中种植具有净化功能的植物,如芦苇、千屈菜、小香蒲、花叶芦竹等,以有效地吸收过滤水中的有毒有害物质。
3. 选择建造材料
降低碳排放量的最直接方法就是通过选择碳成本低、耐久度高、后期维护少以及可以进行循环利用的材料进行园林建设。选择本地或就近材料,通过降低运输成本来减少碳排放。尽量采用木材、竹藤等“低碳”材料,少用钢材、玻璃、水泥等“高碳”材料,减少园林建设中的碳成本。
4. 植物增汇措施
增加碳汇措施包括2个方面:①增加绿地容积率(绿量/单位面积)。绿量是指所有生长植物中茎叶所占据的空间体积,是单位面积上绿色植物的总量。具体措施是提高绿地面积、建设屋顶花园、发展立体绿化,如种植绿墙、藤架种植、悬挂种植等。②注重不同植物的固碳能力,通过合理配植提高绿地容量,创造多样性的景观,提高植物群落的整体固碳能力,营建低碳园林。据试验,不同类型单位土地面积上固碳释氧能力表现为:常绿灌木>落叶乔木>常绿乔木>落叶灌木;速生树种高于慢生树种;低龄树高于老龄树。
四.结束语
在低碳经济条件下,对城市园林进行科学规划设计,是促进我国城市化建设朝着规划化方向发展的重要动力,是提高居住城市居民生活水平,改善生活环境,提高生活质量,提升生活品位的客观要求,也是促进我国生态文明建设,节能减排,降低能耗,减少生态环境破坏,维护生态平衡,实现可持续发展战略的重要举措。在低碳经济条件下,加强对园林景观的科学规划设计,从整体出发,重视细节,因地制宜,本着生态和谐,自然归真的原则,由点到线,由线到面,由平面到立体等多视角设计,实现既追求设计规划的新颖独特,又具有地方特色,既满足人们需求,同时也符合低碳经济趋势,促进生态的和谐。终目的。
参考文献:
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[3]杨柳 探究中国古典园林石景艺术的现代意义 [学位论文]2006 - 湖北工业大学:艺术设计学
[4]张丽梅 基于文化特色的公园绿地夜景照明研究 [学位论文]2010 - 山东农业大学:园林植物与观赏园艺
[5]李香龙 刘双军 浅谈多功能城市园的林绿化与施工 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2011年15期
关键词:黄精;玉竹;叶片;解剖结构
中图分类号:R282.71 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160332018
黄精属(Polygonatum)是百合科被子植物门下的一个属,该属均为具根状茎草本。1754年,Miller建立了黄精属系植物。黄精药用历史逾2000年,具滋阴补肾、生津养胃之药效[1]。玉竹具有养阴润燥、生津止渴之药效[2-3]。据《中国植物志》记录,我国存在黄精属植物共计31种,近1/3生长在安徽省。我国学者邵建章等人从细胞学角度对黄精属Polygonatum Mill3种特有植物的染色体数目和核型进行报道[4-5]。邹建华[6]等人总结归纳玉竹和黄精生物学结构和功能,将根茎形貌进行比较。周繇以长白山黄精属植物为调查目标,对分类、树木、生长习性等特征进行了比较和总结[7]。
郑艳等人对黄精属植物划分状态和表皮形态进行研究,徐如松采集安徽皇甫山黄精属植物,分别对不同类型表皮气孔分析对比,从而为深入研究百合科植物间共性和特性奠定基础[7-8]。李金花研究结果显示不同植物叶肉细胞内具有数目不同的含针晶束的异细胞且气孔器存在种间差异[9]。她选取的安徽地区多种黄精属植物,从形貌、生性、应用等方面归纳总结了不同种类研究现状。并分别从解剖和发育角度对不同种类植物叶片和花进行了对比[10]。陈存武等人对大别山区5种黄精属植物植物叶表皮差异进行比较。结果显示,不同种类的黄精属植物表皮细胞形状、气孔器类型与分布并无明显差异[11-12]。
本论文对黄精属植物黄精和玉竹的叶的解剖结构进行比较分析,采用显微观察的手段对结构表面进行分析,旨在为该属植物的划分提供解剖学支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料于2014年7月采自吉林农大植物园内,选取长势良好的玉竹和黄精为样本。用FAA固定液固定,常规石蜡法切片,切片厚度为14μm,采用番红―固绿复染,中性树胶封片,Olympus IX51显微镜观察记录。
1.2 数据测量及分析
在相同倍数下(物镜40×,目镜10×)随机选取10个完整视野,记录每个视野的气孔器数量和表皮细胞数量,之后用10个视野的平均细胞数量(E)和气孔数量(S)计算气孔指数(I),其公式为:
I = [ S / ( E + S ) ] ×100
气孔密度换算为每mm2内的气孔个数。
用 Motic BA400 型高级生物显微镜进行结构观察和拍照。各试验结果为5次重复试验平均值,结果用Mean±SD表示。如图1~图8。
2 结果分析
2.1 黄精叶的解剖结构
叶由表皮、叶肉和叶脉组,叶为等面型叶。(图版I-1)。表皮细胞大多数呈椭圆形或圆形。叶上表皮平均厚度为31.05μm,叶下表皮平均厚度为23.99μm。气孔主要集中于下表皮,气孔指数为22.18±1.27。叶肉:叶肉薄壁组织细胞为圆形或椭圆形,4~5层,叶肉细胞较小,排列紧密且含有大量叶绿体。叶脉:由初生木质部和初生韧皮部组成,木质部位于近轴面,由导管、管胞和木纤维组成,导管直径较小。韧皮部位于木质部下方,由筛管、伴胞和韧皮薄壁组织组成,主脉平均厚度为437.17μm,导管直径为18.04μm。
2.2 玉竹叶的解剖结构
叶由表皮、叶肉和叶脉组成,叶为等面型叶(如图3) 。
表皮:叶上表皮细胞多呈长方形、椭圆形,大小不一,排列紧密,下表皮细胞形状不规则,表皮细胞较圆润。叶上表皮细胞厚度为26.45μm,下表皮细胞厚度为22.98μm。气孔主要集中于下表皮,气孔指数为28.44±0.19。
叶肉:叶肉薄壁组织细胞较小,为5-8层细胞,排列紧密,含有大量叶绿体。
叶脉:由初生木质部和初生韧皮部组成,木质部位于近轴面,由导管、管胞和木纤维组成。韧皮部位于木质部下方,由筛管、伴胞和韧皮薄壁组织组成,叶主脉平均厚度为564.78μm,导管直径为21.72μm。
3 结果与讨论
无论是叶片还是主脉其厚度都表现为玉竹较有优势。叶表皮细胞数据表明黄精的表皮细胞体积较大,但导管直径较小,导管直径直接反映了植物叶片的输导能力,很明显相对黄精而言玉竹具有较强的输导能力(表1)。
Dilcher David L.于1974年对植物的表观形态进行了研究,并将表皮细胞垂周壁(径向壁)试样分为:A~I型[13]。根据陆静梅的相关研究,有理由将供试的黄精属植物叶片表皮细胞垂周壁式样归纳为以G型为主[14]。
研究表明,黄精属植物叶片表皮细胞垂周壁式样均以G型为主,显示出同属植物的同源性。试验结果显示,玉竹叶表皮细胞较圆润,保卫细胞较饱满,且气孔数据同样显示出玉竹有明显优势,植物的蒸腾、光合、呼吸等重要生命活动都与气孔密切相关,玉竹植物叶片气孔数目较多显示出其光合等能力要优于黄精(表2)。研究对黄精属植物黄精和玉竹叶的解剖结构和表观结构进行比较分析,认为可以利用黄精属植物叶的解剖结构和表观结构特征差异来作为同属植物鉴别的参考依据。
参考文献
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[13] Dilcher D L. Approaches to the identification of angiosperm leaf remains[J]. The botanical review, 1974, 40(1): 1-157.
关键字:风景园林;园林行业体系;综述
一、行业现状
现代意义的园林(landscapearchitecture)学科从19世纪50年展到今天已经有了更广泛的意义和要求,是艺术和科学的综合体,涉及了建筑、植物、生态、艺术、旅游、环保、地质、地貌、社会经济发展等等方面,需要设计者掌握和具有各个方面的综合素质。园林设计是非常严肃的专业工作,一个不专业、不符合规范、不合理的设计方案足以造成重大的生态环境的破坏。
由于目前我国园林设计市场的不规范性导致了设计者、设计单位良莠不齐的现象。首先很多的非专业的、无经验的、职业素质不高的设计者充斥着设计队伍。其次我国实行设计单位资质分级制,不同资质单位的专业人员配置,场地、硬件设备要求,工作的范围都有严格的规定。但是市场经济体制下各种专业人员的流动性很大,资质的高低或有无资质都不能准确地反映设计单位的工作能力。
由于这种不规范性导致设计市场的不平衡的竞争。设计单位之间经常以降低设计费率来拿到设计业务,本来设计费率已经取了国家规定费率的下限,这种不正常的竞争更使得设计单位雪上加霜,不堪重负。再加之业主经常要求设计任务在很短的时间内完成,使得设计单位、设计师不能够投入精力进行设计项目前期的充分论证,后期的施工现场指导,最终导致项目进度缓慢甚至破坏自然环境。
不平衡的竞争直接的受害者是中型的设计单位特别是无资质的新兴设计单位。因为大型的设计单位都是改革开放之前已经成立的国有单位,拥有很高的资质,在业主动辄追求高资质、境外设计师的情况下,占尽优势。但是这些单位毕竟是少数,数量上完全不能满足现今我国日益扩大的园林设计市场的要求,以及设计理论的创新。
由于园林设计规范、制度的不完善,使得设计单位在方案与业主单位发生分歧时,常为了单位的生存和设计资金按合同规定比较准时的回笼,难以坚持自己的正确意见,有时甚至变成了业主单位的制图员。同时由于设计单位不能有效的对施工材料、园林小品、灯具、苗木等园林产品的使用和项目竣工验收发表意见,常常使得很多不符合设计要求的产品进入施工中,影响了设计的最终效果。
在园林设计日益对自然环境、城市环境、生态系统产生重大影响的今天,规范园林设计行业已经成为亟待解决的问题。规范园林设计行业笔者认为主要包括园林师的培育、执业认证、管理,设计法规完善等四个方面。
二、园林设计师的培育
现在从事园林设计的设计师专业背景复杂,如:建筑、室内设计、环境艺术、艺术园林、园林建筑、园艺等等。在园林设计行业形成初期这样的现象比较合理。如:奥姆斯特德(Olmsted,FrederickLaw,SR.)是作家、自然资源保护论者,安德鲁·杰克逊·唐宁(Downing,AndrewJackson)是园艺师,哈兰·巴塞洛缪(Bartholomew,Harland)是规划师、市政工程师,西尔维斯特·巴克斯特(Baxter,Sylvester)是记者、活动家等等。但是在园林行业发展已经比较成熟的今天,我们更需要的是经过严格园林专业培育的职业园林师,我们的培育方式、内容等也亟需进行规范和改革。
2.1学科的规范
目前我国的园林专业在不同学校名称也不统一,有环境艺术、艺术园林、景观建筑、园艺、园林、风景园林、造园学、风景建筑、景园建筑、园林建筑等,甚至“造园林建筑艺术”等等,五花八门令人困惑。课程的设置也不相同,但毕业后都从事园林设计行业,这样不利于我国园林学科和环境建设的发展。其实教育部普通高等学校本科专业目录(1998)已经有明确的说明,园林(090401)属于环境生态类(0904),农学(09)学科门类。全国自然科学名词审定委员会(1985)林学名词审定委员会1989年颁布的《林学名词》(1989)的行业规范也有了园林这一明确的规定。我们的各个高等院校应该规范的使用本科专业名称。
但是在进一步的深化研究教育的《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录(1997)》上园林专业却不是作为一个完整独立的学科而存在的。在这份目录上与园林有关的仅有一个专业和一个方向,即:园林植物与观赏园艺(090706)属于林学类(0907)农学学科门类(09),081303城市规划与设计(含风景园林规划与设计)。这与园林在现代社会经济环境中起到的作用和需要是完全不对等的。对此我们应该及时转变观念,规范园林学科使其成为一个完整的与建筑学,城市规划形成三足鼎立,缺一不可,相互无法替代的学科专业。规划师过于注重系统和规限,建筑师又过于注重个人创造以及争取规限内的自由,园林师将以其全方位的理论与实践能力消除空间的假定和不确定因素,推动多领域的合作。
虽然我们的现代园林行业起步比较晚,有着“国情”的限制因素,但这不应该成为改变的因素。我们的东方近邻已经做出榜样,走在了前列。日本在造园方面传承中国古典园林历史悠久,但是自1964年开始,其建筑学、城市规划和园林设计有了全面的发展。到1985年已经一跃成为此项研究的东方强国,开始输出自己的专业理论和技术,建筑学、城市规划和园林设计专业事务所发展到150家,从业技术人员达两千多名(1985年统计)。
2.2学制的完善
园林设计是专业性很强的综合体,需要经过严格的全面地专业学习。但是目前我国园林专业的学制和在校学习时间都不符合园林设计专业的要求。我国园林专业实行4年本科学制,一年级大概10月开学,四年级六月毕业,共计44月,期间约有5个月假期,理论上学生学习时间有39个月,约三年零三个月。但是实际上在我国是从二年级才真正开始专业课程的,四年级上半期结束课程,春节不到学生已经在为找工作而奔波了,实际上课时间只有23个月,不足两年。我们就不必说3年学制的园林大专生了,这么短的时间是根本不够的。笔者建议采用5年学制,并且保证专业学习的实际时间,才能切实的培养出比较合格初级园林师。
2.3教学方式的改革
目前我国的园林专业教学方式采用课堂的分科理论教育和实习的综合实践教育。由于资金的不足,一般只有2~3次实习,每次约半月时间,基本上是到一些风景区和环境比较好的城市如:上海、杭州、苏州、广州、深圳等去观摩,在教学体系中占比重较小。
对于园林这样实践性和综合性都很强的专业,这不到10%实习时间实在是微不足道,并且效果也并不明显。另外到企业去实践也不太现实。首先在有限的时间内不能在企业中学到比较综合的、全面的知识,因为企业的业务不能够保证在这段时间内是综合的;其次很多企业只是让实习的学生进行初级的描图工作,很难了解和掌握设计的全过程。
因此笔者建议采用5年学制,拿出30%~40%的时间进行大量的案例教学。这样才能让学生知道不同地形特点、不同气候区域、不同地域文化的园林项目方案的产生过程、实施效果、产生的社会影响等等。
2.4专业设置的认证
以前基本上只有国家林业部部属的几所高校设立了园林专业,基本上是1~2班,每班30人左右。目前由于园林行业属于朝阳产业,毕业生很好找工作,园林专业也像雨后春笋似的,几乎每一个大一些的院校都设置了园林专业。每年的在校生和毕业生多了很多倍,但是教师的人数并没有随之增长,很多学校教师严重不足,很多毕业一二年的学生任教。这样的情况对于园林设计行业的素质是极大的考验。
我们应该对于一个学校是否具备设立园林专业做出严格审查和认证。主要应该包括四个方面的审查。
第一,园林专业基本课程的设置,由园林、土建、美学、文学、环保五部分构成。园林部分占比较大比例,主要让学生掌握园林的历史、理论、设计方法、元素特征等基本素质如:园林树木学、园林花卉学、中外园林史、园林工程学、假山、中国古典园林、园林水景、园林理论发展等等;土建部分主要让学生掌握基本建筑材料的特性等知识,如:材料力学、地质与地貌学、基本建筑学、给排水等等;美学部分主要培养学生的审美素质,如:素描、水彩、色彩构成、平面构成、立体构成、雕塑、国画等等;文学部分主要培养学生的艺术素质和表达能力,如:园林文学、散文诗词欣赏、中外名著欣赏、游记欣赏等等;环保部分主要培养学生对于气候、生态的素质,如:气候分区特征、园林生态学、土壤与肥料学、病虫害学等等。
第二,每一位专业课教师与所教学生应该达到一定的比例。不然的话,我们培养的园林师就会成为“环境杀手”。
第三,教师任教资格的认定。
鉴于园林专业理论与实践的综合性,合理配置理论教师与实践教师的比例,降低留校任教、工作经验少的教师数量。可以适当外聘有一定工作年限、水平比较高的一线设计是作为兼职教师。这样对于案例教学有很大的促进作用,这些教师本身就是一个案例库。可以有效地保证学生与外界近距离接触,及时接受最新的信息,了解行业现状,改变课内与课外、毕业前后的专业知识割裂的情况。学生可以更好的更新知识、适应社会的变化。
第四,园林案例资料和图书资料的数量、质量的审查。
三、注册园林师执业制度
目前我国实行的专业技术职务任职制度已经不能够适应园林设计行业的特点。依据从业时间来认定设计师是工程师还是高级工程师并不能反映和保证设计师的能力。另一方面随着人才的流动,自由园林设计师增多,资质的高低已不能反映设计公司的能力。执业制度对个人信用具有很强的制约效果。如果在执业期间出现信用污点,会遭受严厉的处罚,直至取消执业资格。而要重新取得执业资格的难度很大,有的甚至终身不能再从事相关的工作。实行执业资格的行业一般都比较规范,在社会上也具有较高的信誉度。注册园林师和园林师事务所的实行已是非常必要的了。
3.1注册园林师的认证
建议分为助理园林师和注册园林师两级。助理园林师必须是经过认可的园林专业合格毕业的学生,选择一家园林师事务所实习,协助注册园林师工作,不得单独从事园林设计事务。注册园林师是在助理园林师实习期满后(建议2~3年),由领导其工作的注册园林师推荐,经过中国园林师协会(CFLA)的批准后成为注册园林师,可以单独执业,接受CFLA的监督和管理。
3.2园林师事务所
由一名或多名注册园林师主持的设计单位。注册园林师负责景观项目的实施,业主只要找到园林师事务所,与设计师确定好方案后签订合同就可以了,而方案的具体实施,包括材料的选择、施工单位的选择、现场的管理、进度的控制以及质量的监测等,都由签约的设计师负责。工程完工后,所有的质量问题也都由设计师负责。这种全权负责的方式,迫使设计师对劣质材料、不规范的施工企业避之惟恐不远,从而保证整个行业的规范度。
一个设计师事务所要营业,必须有一定数量具备执业资格的设计师,事务所聘用设计师时不但要审核执业资格,还会查询设计师的诚信记录,诚信记录由中国园林师协会(CFLA)负责,保证了对执业设计师的有效管理。
四、园林师的管理机构和制度
目前我国还没有管理园林设计师的专门组织,或者说功能不够完善。中国风景园林学会(1978成立)是全国风景园林工作者自愿结成的依法登记成立的学术性、科普性、非盈利性的全国性法人社会团体,主要从事国内外风景园林学术交流活动,举办规划设计、论文等竞赛活动,推动学术发展,促进国际科技合作。人事厅或建设厅主要对于专业技术职务的认定,管理面比较广,并不能对园林师进行跟踪管理。
因此设立中国园林师协会(CFLA,ChineseFederationofLandscapeArchitecture)这一专业组织就成为必要,中国园林师协会(CFLA)进行自律管理。主要职能为园林师注册资格的认定,园林师事务所资格的认定,园林师执业业绩和诚信的纪录,园林师执业执照的发放与吊销,设计事故责任的判定,接受业主投诉,行业规范的制定等方面。这些信息对社会公开,以便业主了解设计师,为选择设计师提供帮助。
五、园林设计法规的完善
关键词:植物修复;重金属;土壤;机制;类型
中图分类号:S154.4;X53 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)23-5617-07
重金属是指比重等于或大于5.0的一类金属元素,其中包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)等40多种金属元素[1]。中国受Cd、砷(As)、Pb等重金属污染的耕地面积近2.0×105 km2,约占总耕地面积的1/5;每年因重金属污染而减产粮食超过1.0×107 t,被重金属污染的粮食也多达1.2×107 t,由此造成的经济损失合计至少为200亿元[2]。植物在重金属胁迫下,其根系生长受到影响,细胞膜透性增大,植物抗氧化酶系统和光合系统被破坏,对基因产生毒害等[3-5]。但不少种类植物仍能在高浓度的重金属离子环境中生长,完成其生活史,表明在长期进化过程中植物亦相应地产生了多种抵抗重金属毒害的防御机制,以适应环境的变化。那么,如何有效解决土壤重金属污染给植物带来的危害,笔者结合前人对植物修复土壤重金属污染机理的研究和应用现状,结合实际,提出了当前如何利用植物修复土壤重金属污染的技术措施,并对该技术的发展前景进行了展望。
1 植物修复土壤重金属污染机制
在大量推广运用植物修复重金属污染土壤之前,必须对其吸收、转运和积累重金属的生理和生化机制有清楚的认识。目前国内外在此方面已有大量研究,已发展到分子水平。
1.1 限制重金属离子跨膜吸收机制
植物根部重金属离子横向运输的途径主要为质外体途径和共质体途径。重金属离子进入植物体后的分配依靠跨膜运输完成,主要包括跨质膜转运和跨液泡膜转运两种方式[6]。从理论上来说,植物通过限制对重金属的吸收,能有效降低体内重金属浓度,阻止重金属离子由质膜进入胞质溶胶是最好的防御机制。Nedelkoska等[7]对天蓝遏蓝菜与烟草的根部及其细胞壁的Cd水平研究发现,在Cd处理浓度为20 μg/g时,烟草根毛吸收的Cd大多数在3 d内就直接进入共质体,而天蓝遏蓝菜在开始的7~10 d内则是几乎把所有吸收的Cd都贮存在细胞壁中,然后再释放到共质体中向茎叶部运输。后来研究表明,Cd吸收是一个不需要结合部位的选择性过程,即细胞壁中的负电荷使Cd2+在细胞膜外富集起来,从而增加了跨膜梯度,可推动Cd2+进入细胞中[8]。细胞表面(CMS)的电负性形成细胞膜表面电势ψ0,影响细胞表面离子的浓度,并进一步影响金属阳离子的植物毒性。主要是通过细胞膜表面电势而不是离子之间的竞争起作用[9]。另外,细胞膜具有选择透过质膜的特性,它能调节和控制细胞内外物质的交换和运输,是有机体与外界环境之间的一个重要界面,因此,质膜的透性大小是决定外界重金属离子能否进入细胞和进入多少的主要因素。植物可通过限制重金属离子跨膜吸收来降低体内重金属离子的浓度。Ange'lique等[10]研究认为,根细胞膜上可能存在Cd诱导的运输蛋白,该蛋白对重金属的运输具有很强的选择性。IRT作为一种质膜转运体具有Fe、Cu、Zn和Cd转运活性,在转录水平上,JRT基因的表达也响应Cd胁迫。
1.2 重金属与植物细胞壁结合机制
植物对重金属的排斥作用首先是使重金属在植物体内的运输受阻。通过对黄瓜、菠菜、互花米草、黑麦草、烟草、皖景天等植物的试验表明,植物吸收的重金属离子大部分位于细胞壁,且被局限于细胞壁上,而不能进入细胞质影响细胞内的代谢活动,这种作用阻止了重金属离子进入细胞原生质,而使其免受伤害,使植物对重金属表现出耐性[11-15]。类似的结果也在水稻、玉米、小麦等主要农作物的试验中出现。例如,王芳等[16]采用不同的水稻品种,研究了细胞壁组分中Cd的含量,发现不同品种根部细胞壁组分存在显著差异,且细胞壁组分中含Cd高的品种非蛋白巯基含量比含Cd低的品种高出1.6倍。袭波音[17]的研究结果表明,水稻体内Cd主要分布在细胞壁上,其次为含核糖体的可溶性成分(以液泡为主),而且根部Cd含量要高于地上部。司江英等[18]认为,细胞壁和细胞溶质部分是Cu在玉米细胞内分布的主要位点,细胞核、叶绿体及线粒体等细胞器中Cu的含量较低。张戴静[19]研究了Cu和Cd在小麦幼苗细胞组织的分布,发现Cu胁迫下,小麦幼苗中Cu主要集中在根的细胞壁中,其次是根的细胞质,包括线粒体、叶绿体、细胞核等细胞器;Cd处理下,以根的细胞质中Cd含量最高,占整个幼苗的41.29%~49.49%,其次为根细胞壁部分,占总含量的17.88%~31.38%,而叶细胞器中含量最低,只占到总量的0.41%~1.76%,且随外源Cd含量升高比例降低,60 mg/L Cd处理时,叶细胞器Cd比例降至最低。
1.3 重金属离子的体外螯合和排斥机制
植物对重金属离子的排斥性还表现在重金属离子被植物吸收后又被排出体外。植物体内存在多种金属配位体,主要包括有机酸、氨基酸、植酸、植物螯合肽(PCs)和金属硫蛋白(MTs)[20]。在重金属胁迫条件下,植物同时分泌某些金属结合蛋白和某些特殊的有机酸来螯合重金属,降低植物周围环境中有效态的重金属离子含量,避免植物受害[21]。其中,研究较多的是有机酸、氨基酸和糖类等可溶性的有机小分子及高分子,以及不溶性的粘胶类物质。例如,杨秀敏等[22]的研究表明,超积累植物可分泌金属结合蛋白(类似于金属硫蛋白或植物螯合肽),作为植物的离子载体,还可能分泌某些化合物,促进土壤中的金属溶解。Lu等[23]的研究表明,秋茄在低浓度Cd胁迫下分泌有机酸,使秋茄根际周围的重金属离子的相对浓度降低,从而影响秋茄对Cd的吸收。Mench等[24]计算出了Cd与分泌物的络合稳定常数和最大吸附量,表明Cd可与根分泌物各组分形成配位化合物。植物可通过限制重金属离子跨膜吸收,降低体内重金属离子的浓度。根的分泌物在金属耐受性中的作用是有机酸和Al的解毒过程,如荞麦从根部分泌草酸对Al胁迫的反应,并在叶中积累非毒性的Al-草酸盐,从而在内部和外部都发生解毒作用[25-30]。重金属胁迫诱导下多种金属可诱导植物体内PCs的产生。王超等[31]用Cd处理的2种水生植物的体内都合成PCs,且随着Cd浓度的增加,水浮莲根系产生明显毒害效应,同时根系中的PCs大量合成。
1.4 重金属离子的区域化机制
植物根系分泌物以及根系周围的植物-微生物微系统均能防御重金属离子进入。进入根系的重金属离子首先被根部细胞壁及碳水化合物固定而束缚于果胶位点。张旭红等[32]研究提出细胞壁可以通过“区隔机制”和“适应机制”来减轻重金属带来的伤害,认为有些耐性品种细胞内的重金属离子可能被固定地存放在毒害位点,如细胞核、线粒体和较远的不敏感“自由空间”, 如液泡,从而降低了重金属在细胞内的毒性。李妍[33]的研究表明,在镉胁迫发生时,抗氧化酶系统没有对小麦起到保护作用,而是细胞区隔化等因素起了主导作用。陈涛涛[34]认为,液泡在植物对抗重金属、病虫害和盐胁迫等过程中起到非常重要的作用,这些功能的发挥,是依靠液泡内载体蛋白的运载能力。在植株层面上,某些超富集重金属植物不同器官可能存在区室作用。Singh等[35]研究发现,As超富集植物蜈蚣草能将吸收的As贮存在羽叶中,茎部再将地下部的As转移到羽叶过程中起着重要作用,它能形成一个羽叶吸收As的贮槽,在低As浓度时,主要将As转移到幼叶中,在As浓度较高时,将As转移到老叶中,从而能降低毒害的程度。因此,区域化可能是一种很有效的解毒途径。
1.5 抗氧化系统防卫机制
自由基含量的增高可能是重金属胁迫导致植物生长发育受到伤害的主要原因之一[36]。重金属胁迫与其他形式的氧化胁迫相似,能导致大量的活性氧自由基产生。同时,这种过氧化胁迫往往能刺激一些植物抗氧化防卫能力的提高,且这些物质能够在一定范围内清除这些ROS,以保护细胞免受氧化胁迫的伤害。这些抗氧化物质包括主要的细胞氧化还原物质如VC、GSH,以及SOD、POD、APX等,在重金属胁迫时进行响应,保护植物膜系统,清除胁迫所产生的自由基,保护细胞免遭伤害[37]。黄辉等[38]研究认为,重金属胁迫引起刺苦草抗氧化酶活性增加是植物抵抗氧化胁迫的重要保护机制[39]。研究人员认为菠菜、小白菜、茭白随着重金属处理浓度的增加,PAL、SOD、POD、NR活性均呈现出先上升后下降的趋势,是因为受到外来重金属胁迫时,抗氧化物能及时有效地通过SOD清除自由基,保护细胞免受氧化胁迫的危害,当胁迫性加剧远远超过正常的歧化能力时,细胞内多种功能酶及膜系统遭到破坏,生理代谢紊乱[40-42]。单一的Cd、Pb处理后,大麦幼苗叶片中、油菜根内脯氨酸含量增加幅度与重金属浓度呈正相关,高浓度的Cd、Pb复合处理后,植株不同部位脯氨酸含量均高于所有单一处理的[43,44]。不同浓度的Cd处理水稻幼苗时,随着Cd浓度的增加,发现叶绿素和SOD活性下降,POD活性先上升后下降,细胞膜透性大幅度增大,是因为重金属毒害可能最终破坏了水稻体内的保护酶系统[45]。因此,当重金属污染超过一定的阈值,保护酶活性不足以清除体内自由基时,酶活性则迅速下降,从而产生植物毒害。
1.6 重金属胁迫下热激蛋白响应机制
热激蛋白(Heat shock proteins,HSPs)是受热等因素刺激后而诱导产生的蛋白质,是一类可以调节应激反应并且保护机体防止细胞损伤的蛋白质,在机体的应激反应中具有重要作用的热休克蛋白。重金属离子能引起植株产生热激反应,产生热休克蛋白[46-48]。目前已有较多关于植物响应重金属胁迫提高HSP表达的报道,热胁迫和重金属胁迫可以增加小麦中低分子量HSPs(16 220 kDa)的mRNAs水平[49];植物海石竹(Armeria maritima)生长在富含Cu的土壤中时,HSP17可在根中表达[50];对野生番茄进行细胞培养研究发现,一种较大的HSP(HSP70)也能对Cd胁迫作出反应,抗体定位表明,HSP70存在于细胞核和细胞质中,也存在于细胞膜上,说明HSP70可以保护细胞膜不受Cd破坏[51];水稻rHsp90基因在对酵母以及烟草在逆境环境中的生存发挥着重要的作用[52]。中国科学院遗传发育生物研究所研究人员发现拟南芥的bHLH的3个转录因子参与了植物对Cd胁迫的响应,由于转录因子的互作表达,启动了一些与重金属区隔化的基因,将Cd隔化在根部,降低了地上部分的转运。蒋昌华等[53]的试验表明,重组菌株由于过表达RcHSP70提高了对重金属胁迫的抗性。因此,在正常的蛋白质折叠和组装过程中HSPs作为分子伴侣,在逆境条件下也可以通过修复被胁迫伤害的蛋白质而发挥作用。
1.7 植物基因组DNA甲基化变异对重金属胁迫的响应机制
DNA甲基化是一种共价化学修饰,在DNA甲基转移酶的作用下,将甲基从供体S-腺苷甲硫氨酸转加到胞嘧啶上的一种化学修饰过程。近年来的研究证明,重金属污染会对DNA甲基化水平造成影响,并且许多受甲基化变化诱导的基因与这些胁迫反应有关。葛才林等[54]研究认为,重金属对水稻和小麦叶片蛋白质合成的抑制与重金属引起的水稻和小麦叶片中DNA甲基化水平的提高相关。重金属离子胁迫导致植物基因组DNA甲基化水平的上升有利于植物抵抗重金属胁迫,防止DNA被内切酶酶切和多拷贝转座[55]。Cu2+、Hg2+和Cd2+胁迫导致小麦和水稻叶片DNA中5mC比例的升高,Cr可以诱导油菜(Brassica napus)基因组中DNA甲基化水平的上升[56,57]。Cd2+胁迫下的二倍体和四倍体油菜叶片基因组DNA中分别有22.7%和23.3%的CCGG位点发生了胞嘧啶甲基化,均分别高于二者未经Cd处理的对照(20.3%和19.8%)[58]。另外,重金属处理后,萝卜、拟南芥、棉花的基因组DNA的甲基化水平呈现出相同的规律[59-61]。这些研究结果表明植物DNA甲基化修饰参与了环境胁迫下的基因表达调控过程。
2 植物修复土壤重金属污染的类型
植物修复(Phytoremediation)是以植物忍耐、分解或超量积累某种或某些化学元素为基础,利用植物及其共存微生物体系来吸收、超量积累、降解、固定、挥发以及富集环境中的污染物,实现部分或完全修复土壤污染的一门原位治理技术[62]。植物去除土壤中重金属的机理主要是依靠植物萃取作用、根系过滤作用、植物挥发作用和植物固定化作用[63]。根据修复植物在某一方面的修复功能和特点,将植物修复分为植物提取、植物挥发和植物稳定3种类型。
2.1 植物提取(Phytoextraction)
植物提取修复是目前研究最多,也最具发展前景的植物修复方式之一。由于酸洗可以促进重金属氧化物或矿物成分溶解[64],孙荪[65]提出用添加化学螯合剂来强化植物的提取效果。AM可通过加快植物对重金属的吸收和转运,强化植物修复[66]。通过向土壤中施加螯合剂,如EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等活化土壤中的重金属,增加重金属的生物有效性,提高富集植物对重金属的积累,促进植物的吸收,可能也是植物修复发展的一个新方向。Wang等[67]发现丛枝菌根真菌与植物联合培养,其不仅能够减轻重金属对植物的毒害,还能有效地影响植物对重金属的吸收和转化。利用土壤中富集的多种对重金属具有抗性的细菌和真菌,来影响重金属的毒性及重金属的迁移和释放,通过接种特殊微生物,利用丛枝菌根在重金属土壤中与植物根系共生的特性,强化植物修复也是另一重要的研究方向。此外,Lebeau等[68]利用根际微生物通过金属的氧化还原来改变土壤金属的生物有效性,或者通过分泌生物表面活性剂、有机酸、氨基酸和酶等来提高根际环境中重金属的生物有效性,也取得了一定的进展。
2.2 植物挥发(Phytovolatilization)
植物挥发是利用植物根系分泌物使土壤中的有机碳或无机重金属如汞、硒转化为挥发形态,进而去除其污染[69]。目前这方面研究最多的是类金属元素Hg和非金属元素Se[70,71]。煦涵等[72]的研究认为,用含ACC脱氨酶的PGPR接种有助于减轻胁迫引起的乙烯产生,从而促进在胁迫条件下的植物生长和发育,进而减轻非生物胁迫对植物的影响,使植物可以更好地抵御重金属的胁迫[73]。申荣艳等[74]在正常田间持水量的土壤中,加人淀粉和葡萄糖等碳源均一定程度地促进了真菌和细菌数量的增加,从而促进了土壤中PCBs(多氯联苯)和OCPs(有机氯农药)的降解。
2.3 植物稳定(Phytostabilization)
植物稳定是通过吸收、分解、氧化、固定等过程,降低重金属的流动性和生物可利用性,防止重金属的渗漏和转移,减少重金属对植物的危害,在这一过程中,土壤中重金属含量并不减少,只是存在形态发生了变化。通过大面积种植此类作物,可有效降低废弃矿场和重金属污染严重地区重金属的危害[75]。这种技术的主要优点是通过植物根部对重金属的积累、吸附、沉淀来实现重金属的固定,降低重金属的移动性和生物有效性[76]。由于植物具有庞大的根系,在有坡度的地表,植物可以降低金属污染颗粒的分散及减少污染物向地表及地下水的转移[77]。植物稳定技术是原位降低重金属污染的有效途径[78],也是一种经济、可持续的重金属污染土壤修复技术。
另外,许超等[79]利用土壤中的微生物、植物、菌根真菌及其相互作用的根际和菌(丝)际环境来降解土壤中的污染物。这种方法克服了单独微生物修复和植物修复污染土壤的不足,也是未来植物修复研究的一个方向。除发展上述几种植物修复技术外,还有一些组合技术,例如,植物-微生物修复、表面活性剂-植物修复等,这些技术都是将土壤淋洗法、生物学、基因技术、环境化学等与植物提取综合应用。
3 植物修复技术应用及展望
尽管植物修复是一种新型的环保修复技术,植物修复土壤重金属和有机物污染具有明显的优点,但至今仍难以得到广泛应用,其主要原因在于植物修复重金属土壤污染的机制研究缓慢、自身技术的不成熟以及修复后植株处理难等问题。因此,必须重视土壤质量的管理和保护工作,从污染的源头抓起,控制污染源,在有效地防止土壤污染的同时,还需要对相关的理论和技术进行研究,并实现关键性的突破。根据目前国内外对植物修复技术研究的现状,在今后的研究工作中可考虑从以下几方面进行。
3.1 加快超积累植物的筛选评价
研究认为,不同植物对重金属富集差异很大,如吊兰、鱼腥草和蜈蚣草对Cd具有极强的富集能力[80,81],芦苇、白芒、东南景天、蒲公英和蜈蚣草对Pb和Zn有较好的富集能力[82]。不同作物对重金属的吸收差异较大。一般来说,蔬菜富集重金属能力较禾谷类强[83],水稻、玉米、高粱、小麦、大豆、豌豆等对重金属的吸收能力小于蔬菜类[84]。同一作物的不同品种间对重金属的富集差异显著[85]。在高Cd处理条件下,水稻Cd高积累品种对Cd有较强的吸收和富集能力[86,87]。类似的研究结果还表现在烟草[88]、小白菜[89]等作物上。因此,寻找重金属超积累植物,可通过调控其生境中的水、光、热等自然因素和耕作方式、施肥措施等促进修复植物的生长,提高生物量和修复效率。
3.2 利用转基因技术进行种质创新
随着生命科学理论和分子生物学技术的迅猛发展,基因工程技术被认为是改良植物对重金属耐性和富集能力的一条有效途径,并成为强化植物修复领域最具有潜力的发展方向之一[90]。研究人员认为,基因工程技术将金属螯合剂、金属硫蛋白(MTs)、植物螯合肽(PCs)和重金属转运蛋白基因等转入超积累植物,能有效增加植物对金属的提取,从而提高植物修复的效率[91]。同时,可利用基因工程技术将超富集植物富集重金属特性克隆到生物量较高的植物中去,从而产生符合人们需要的修复植物;或者加强研究植物富集重金属机理,从而指导改良大生物量植物。
3.3 采用不同的种植方式
将超积累植物与作物间作,通过超积累植物对土壤重金属的强吸聚作用来降低作物对重金属的吸收,同时达到充分利用和修复污染农田的目的。在受Cd污染的土壤上,将印度芥菜与苜蓿进行间作,苜蓿地上部Cd含量较单作降低了2.8%~48.3%[92]。将超富集植物东南景天与玉米、黑麦草、大豆混作后,显著地降低了玉米和黑麦草对Cd和Zn的吸收能力[93]。汤文光等[94]研究了不同种植模式下稻田土壤重金属Cd、Pb、Hg、As含量,晚稻植株重金属的积累与分配,稻米品质及产量的影响。结果表明,与对照冬闲-双季稻相比,黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻和马铃薯-双季稻4种冬种模式对土壤重金属含量表现出明显差异,不同栽培模式对不同重金属含量表现也不同。不同种植模式晚稻植株重金属含量均为根>茎叶>糙米,冬种模式根重金属含量均低于对照,且增加了稻米出糙率、整精米率、胶稠度和直链淀粉含量,降低了垩白粒率和垩白面积,增加了晚稻产量。因此,合理安排农业种植模式,利用修复植物物种间相互作用,构建一个稳定的由乔、灌、草搭配而成的修复群落,能有效降低土壤中重金属的含量。
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