第四章 土壤环境化学 思考题与习题参考答案

1．土壤由哪些主要成分？它们对土壤的性质与作用有哪些影响？

土壤矿物质：其是土壤的主要组成部分，占土壤固体总质量的90%，是土壤的骨骼和植物营养元素的重要供给来源，分为原生矿物质与次生矿物质。原生矿物质主要有硅酸盐矿物，氧化物类矿物，硫化物好磷酸盐类矿物。次生矿物质主要有高岭石、蒙脱石、伊利石类，很多重要的物理化学过程和性质都和土壤所含黏土矿物种类和数量有关。

土壤有机质：一般占土壤固相总质量的10%以下，是土壤的重要组成部分，是土壤形成的重要标志，在土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面有重要作用。

土壤水分：是植物营养的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移的的媒介。

土壤中的空气：土壤空气使土壤具有疏松的结构。

2．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。

根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。

（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。 （2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。

南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。另一方面，南方土壤的有机质含量高于北方，而有机质含量丰富的黏土具有很高的潜在酸度。

3．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。

土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：

（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。以碳酸及其钠盐为例说明。向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。

Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3

当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。 H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O

土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。

NH2RCHCOOH+ HClRCHNH3ClNH2RCHCOOH+ NaOHRCHNH2+ H2OCOONaCOOH

（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作

用。

土壤胶体 M＋HCl土壤胶体 H＋MCl对酸缓冲（M－盐基离子）：

土壤胶体 H＋MOH土壤胶体 M＋H2O

对碱缓冲：

－

Al3+对碱的缓冲作用：在pH小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al3+有6个水分子围绕，当OH增多时，Al3+

＋－

周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H+，中和OH-：2Al(H2O)63 + 2OH[Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O

4．什么是盐基饱和度？它对土壤性质有何影响？

盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数成为土壤的盐基饱和度。盐基饱和度越高，土壤对酸的缓冲能力越大；土壤的盐基饱和度越低，土壤对碱的缓冲能力越大。

5．试比较土壤阳、阴离子交换吸附的主要作用原理与特点？

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阳离子交换吸附作用原理：以离子价为为依据，受质量作用定律支配，土壤胶体吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行等价交换。阳离子交换吸附作用特点：a.离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。b.同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。c.土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序：Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Rb+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+

阴离子交换吸附作用原理：带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子进行交换。

阴离子交换吸附作用特点：a.土壤阴离子与胶体微粒或溶液中的阳离子形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。 b.各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F-＞草酸根＞柠檬酸根＞＞硅酸根＞CH3COO-＞SCN-＞Cl-

6．土壤中重金属向植物迁移的主要方式及影响因素有哪些？

土壤中重金属向植物迁移的主要方式为跨膜吸收，影响因素主要有土壤的理化性质、重金属种类、浓度及在土壤中的存在形态，植物种类、生长发育期，复合污染，施肥等。

a.土壤的理化性质 土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤中存在形态而影响重金属的生物有效性，其主要包括pH、土壤质地、土壤的氧化还原电位、土壤中有机质的含量等。

b.重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态 重金属对植物的毒害程度首先取决于土壤中重金属的存在形态，其次才取决于该元素的数量。从总量上来看随着土壤中重金属含量的增加，植物体内各部分的积累量也相应增加。重金属的存在形态可分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态，交换态的重金属迁移能力最强，具有生物有效性。

c.植物的种类、生长发育期 植物的种类和生长发育期影响着重金属在土壤-植物体系中的迁移转化。植物的种类不同，其对重金属的富集规律不同；植物的生长发育期不同，其对重金属的富集量也不同。

d.复合污染 在复合污染状况下，影响重金属迁移转化的因素涉及污染物因素(包括污染物的种类、性质、浓度、比例和时序性)、环境因素(包括光、温度、pH、氧化还原条件等)和生物种类、发育阶段及所选择指标等。

e.施肥 施肥可以改变土壤的理化性质和重金属的存在形态，并因此而影响重金属的迁移转化。由于肥料、植物和重金属种类的多样性以及重金属行为的复杂性，施肥对土壤-植物体系中重金属迁移转化的影响机制十分复杂。

7．植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？

不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。

（1）植物根系的作用，植物根系通过改变根系化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子的跨膜吸收。 （2）重金属与植物的细胞壁结合，而不能进入细胞质影响细胞代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。 （3）酶系统的作用。耐性植物中酶活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，此外在耐性植物中还发现另一些酶可被激活，从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常代谢过程。

（4）形成重金属硫蛋白或植物络合素，使重金属以不具生物活性的无毒螯合物形式存在，降低了重金属离子活性，从而减轻或解除其毒害作用。

8．举例说明影响农药在土壤中进行扩散和质体流动的因素有哪些？

（1）影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度、温度及农药本身的性质等： ①土壤水分含量：研究表明林丹的汽态和非汽态扩散情况随土壤水分含量增加而变化。

②吸附：土壤对农药的吸附改变了其扩散的情况，如土壤对2,4-D的化学吸附，使其有效扩散系数降低了，两者呈负相关关系。

③土壤紧实度：土壤紧实度对农药的扩散的情况有影响是因为对于以蒸汽形式进行扩散的化合物来说，增加紧实度就降低了土壤孔隙率，扩散系数就自然降低了。如二溴乙烷、林丹等农药在土壤中的扩散系数随紧实度增加而降低。

④温度：温度增高的总效应是使扩散系数增大。

⑤气流速度：气流速度可直接或间接地影响农药的挥发。如果空气的相对湿度不是100%，那么增加气流就促进土壤表面水分含量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。

⑥农药种类：不同农药的扩散行为不同。如有机磷农药乐果和乙拌磷在Broadbalk粉砂壤土中的扩散行为就是不同的。

（2）影响农药在土壤中质体流动的因素有农药与土壤的吸附、土壤种类和农药种类等。

①农药与土壤吸附：非草隆、灭草隆、敌草隆、草不隆四种农药吸附最强者移动最困难，反之亦然。

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②土壤种类：土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透深度减小；增加土壤中粘土矿物的含量，农药的渗透深度也减小。

③农药种类：不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。如林丹和DDT。

9．比较DDT和林丹在环境中的迁移、转化与归趋的主要途径与特点。

DDT和林丹迁移转化、归趋主要途径与特点比较如下表所示： 迁移转化、归趋途径 1）在土壤中移动不明显，易被吸附 2）通过根系渗入植物体 DDT 3）在土壤中按还原、氧化和脱氯化氢等机理被微生物降解 4）光解 1）从土壤和空气转入水体 林丹 2）挥发而进入大气 3）在土壤生物体内积累 4）植物积累 大，积累性强 2）挥发性小，持久性高 3）在缺氧和高温时降解速度快 4）南方水田里DDT降解快于北方 易溶于水 挥发性强，持久性低 在生物体内积累性较DDT低 特点 不溶于水，高亲脂性，易通过食物链放10．试述有机磷农药在环境中的主要转化途径，并举例说明其原理。

有机磷农药在环境中转化途径有非生物降解和生物降解。

（1）有机磷农药的非生物降解 ①吸附催化水解：吸附催化水解是有机磷农药在土壤中降解的主要途径。如地亚农等硫代硫酸酯的水解反应如下

S（RO）2P+H2O+-S（RO）2POH+ R，OH

OR， (H或OH)②光降解：有机磷农药可发生光降解反应，如辛硫磷在253.7nm的紫外光下照射30小时，其光解产物如下

O(C2H5O)2PSNOS(C2H5O)2PCN(C2H5O)2POCNCOP(OC2H5)2（特普）（辛硫磷感光异构体）ONCOS(C2H5O)2POP(OC2H5)2CN（辛氧磷）（一硫代特普）(辛硫磷）(C2H5O)2PONC

（2）有机磷农药的生物降解

有机磷农药在土壤中被微生物降解是它们转化的另一条重要途径。化学农药对土壤微生物有抑制作用。同时，土壤微生物也会利用有机农药为能源，在体内酶或分泌酶的作用下，使农药发生降解作用，彻底分解为CO2和H2O。如马拉硫磷被绿色木霉和假单胞菌两种土壤微生物以不同方式降解，其反应如下：

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SH2O(CH3O)2PSH+ HOCHCOOC2H5CH2COOC2H5S(CH3O)2PSCHCOOC2H5CH2COOC2H5绿色木霉CH3OSPSCHCOOC2H5HOCH2COOC2H5S(CH3O)2PSCHCOOHCH2COOC2H5S(CH3O)2PSCHCOOHCH2COOH

第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 思考题与习题参考答案

1．在试验水中某鱼体从水中吸收有机污染质A的速率常数为18.76 h-1，鱼体消除A的速率常数为2.38×10-2h-1；设A在鱼体内起始浓度为零，在水中的浓度可视作不变。计算A在该鱼体内的浓缩系数及其浓度达到稳定浓度95%时所需的时间。

2．在通常天然水中微生物降解丙氨酸的过程如下，在其括号内填写有关的化学式和生物转化途径名称，并说明这一转化过程将对水质带来什么影响。

O2CH3CH(NH2)COOH(1)(3) + (2)(4)(13途径)酶(5)(12)(6)(7)(8)(9)(10)(11途径)CO2 , H2O 解：有关的化学式和生物转化途径如下：(1)CO2；(2)CH3COOH；(3)NH3；(4)CoASH；(5)H2O；(6)CH3COCoASH；(7)CH3COCOOH；(8)H2O；(9)CoASH；(10)(CH2COOH)2C(OH)COOH；(11)三羧酸循环；(12)NO2-；(13)硝化。

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