安徽师范大学2008－2009学年第一学期

06环境科学专业《环境土壤学》期末考试试卷（A）参考答案及评分细则

一、名词解释题（每小题3分，共18分）

1. 土壤圈：覆盖于地球和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，它是地圈系统的重要组成部分。

2. 土壤原生矿物：经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。

3. 土壤质地：按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。（或根据机械组成划分的土壤类型）

4. 土水势：为了可逆地等温地在标准大气压下从在指定高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤中去，每单位数量的纯水所需做功的数量。

5. 土壤环境容量：土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量。

6. 土壤污染：人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。（或当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中积累量超过基准值，而归生态系统造成了危害，此时认为土壤被污染了）。

二、填空题（每空1分，共24分）

_________

1.    生命活力、土壤连续体

2.    硅氧四面体、铝氧八面体构

3.    矿物质、土壤水分

4.    砂粒、粘粒

5.    容积、相对

6.    CO2、还原性

7.    母质的风化、植物生长和微生物的活动

8.    地质、生物

9.    可逆、质量作用

10.             碳酸盐、交换性阳离子

11.             浓度、形态

12.             环境质量、健康行为

三、简答题（每小题7分，共35分）

1. 简述环境土壤学的内容与特征。

答案要点：环境土壤学内容：（1）土壤环境与人类活动和大气、地表水、地下水、生物等环境要素间物质、能量、信息的交换过程；（2）交换过程对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响；（3）探索国土整治、评价、区划、规划、预测、调控和改善土壤环境质量的方法。（3分）

环境土壤学的特征：（1）交叉的界面科学，理论基础来源于近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及地理医学等；（2）研究环境中化学物质的生物小循环与地质大循环结合交点上兼有生命与非生命科学的双重内涵。（4分）

2. 简述土壤生物的多样性。

答案要点：土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导作用，也是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。（1分）

土壤生物多样性可以从以下四个方面阐述：（6分）（1）土壤生物类型的多样性：土壤生物类型众多，有多细胞的后生动物、单细胞的原生动物及类群众多的微生物。（2）土壤微生物种群的多样性：土壤中微生物是一个庞大的类群，有真核微生物（如真菌和藻类）、原核微生物（如细菌和放线菌）和没有细胞结构的分子生物（如病毒）等。（3）土壤微生物营养类型的多样性：根据微生物对营养和能量的要求，土壤微生物一般可分为化能有机营养型、化能无机营养型、光能有机营养型和光能无机营养型四种类型。（4）土壤微生物呼吸类型的多样性：根据微生物呼吸作用对氧的要求不同，土壤微生物一般可分为好氧性微生物的有氧呼吸、厌氧性微生物的无氧呼吸和兼厌氧性微生物的兼性呼吸三类。（每要点1分，适当展开再加0.5分）

3. 简述土壤水分的来源及其重要性。

答案要点：土壤水主要来源：大气降水、灌溉水和地下水的上升和侧渗等。（2分）

土壤水分的重要性：土壤水是土壤的最重要组成部分之一；土壤水在土壤形成过程中起着极其重要的作用，在很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程：矿物质风化、有机化合物的合成和分解等；同时土壤水也是植物吸水的最主要来源和自然界水循环的重要环节。土壤水并非纯水，而是稀薄的溶液。（5分）

4. 简述影响土壤阳离子交换量和交换性阳离子有效度的主要因素。

答案要点：土壤阳离子交换量（CEC）是指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量。用每千克土壤吸附的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg。（1分）

影响土壤阳离子交换量的主要因素：（1）土壤质地:_ 由砂质向粘质变化，阳离子交换量逐渐增大；（2）胶体的类型：有机胶体所带负电荷量较无机胶体大得多，因而有机质含量高的土壤阳离子交换量高；不同无机胶体类型间所带负电荷差异也很大，一般2:1型粘土矿物CEC>1:1型，1:1型>氧化物，2:1型中蒙脱石类>水云母类；（3）土壤酸碱性: 带可变电荷的土壤胶体，酸碱性是影响其电荷数量的重要因素，进而影响土壤CEC和保肥能力。（3分）

影响交换性阳离子有效度的主要因素：（1）离子饱和度：离子饱和度愈高，被交换解吸的机会愈大，有效性愈高；（2）互补离子效应：一般说来，某离子的互补离子被土壤胶体的吸附力越强，该离子的有效度就越高。（3）粘土矿物类型：不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造特点，吸附阳离子的牢固程度不同；高岭石类有外表面而无内表面，阳离子吸着于外表面上，吸附力较弱，容易解吸，有效性高；蒙脱石类既有强大的外表面，又有内表面，吸附阳离子一般位于晶层之间，吸附比较牢固，有效性较低。（3分）

5. 简述土壤氧化还原反应的主要作用及其影响因素。

答案要点：土壤氧化还原反应的主要作用：土壤氧化还原反应是发生在土壤溶液中的一个重要的化学性质。氧化还原反应是中存在于岩石风化和母质成土的整个土壤形成发育过程中，对物质在土壤剖面中的移动和剖面分异，养分的生物有效性，污染物质的缓冲性等有深刻的影响。（3分）

土壤氧化还原反应的影响因素：（1）土壤通气性：通气良好的土壤氧化还原电位较高，通气不畅的土壤氧化还原电位较低。（2）微生物活动：微生物活动愈强烈，耗氧愈多，氧化还原电位下降；（3）易分解有机质的含量：一定条件下，易分解有机质愈多，耗氧愈多，氧化还原电位降低；（4）植物根系的代谢作用：植物根系代谢和根系分泌物可直接或间接影响根际土壤氧化还原电位；（5）土壤的pH：土壤pH和Eh的关系很复杂，一般情况下，土壤Eh随pH值得升高而下降。（4分）

四、论述题（第1小题11分，第二小题12分，共23分）

1. 试从原理、影响因素和实际意义等方面综合论述土壤阳离子的专性吸附。

答案要点：土壤胶体表面阳离子键不饱和而水合(化)，产生可离解的水合基(-OH2)或羟基(—OH)，它们与溶液中过渡金属离子(M2+、MOH+)作用而生成稳定性高的表面络合物，这种吸附称阳离子专性吸附。（2分）

_ 阳离子专性吸附机理：元素周期表中的过渡金属[ⅠB(Cu,Ag,Au)、ⅡB(Zn,Cd,Hg)族等]离子的原子核的电荷数较多，离子半径较小，因而其极化能力和变形能力较强，能与配体形成内络合物，稳定性增加。过渡性金属离子在水溶液中以水合离子形态存在，并易水解成羟基阳离子，M2+＋H2O→MOH+＋H+，水解后阳离子电荷减少，致使其向吸附胶体表面靠近时所需克服的能障降低，有利于与表面的相互作用。过度金属元素的原子结构的这些特点是导致金属离子产生专性吸附，而不同于胶体表面碱金属和碱土金属静电吸附的根本原因。

_ 产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物，层状铝硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可产生专性吸附。过渡性金属离子或其水合离子与土壤胶体表面上的羟基相作用，生成表面络合物，从而被土壤胶体专性吸附。

_ 专性吸附的离子为非交换态，不参与一般阳离子交换反应。可被与胶体亲合力更强的金属离子置换或部分置换，或在酸性条件下解吸。 （3分）

阳离子专性吸附的主要影响因素：（1）pH值：金属离子水解和专性吸附反应均释放H+，而且金属离子水解后电荷数量减少，其向吸附胶体表面靠近时所需克服的能障降低，有利于因短程作用力而在胶体表面被吸附，因此，pH升高有利于阳离子专性吸附反应地进行。（2）土壤胶体类型：土壤胶体组分对阳离子专性吸附的能力有很大差异，产生阳离子专性吸附的土壤胶体主要是氧化物，但氧化物类型不同，专性吸附能力也有很大差异，一般地非晶质氧化物＞结晶质氧化物，非晶质的氧化锰＞氧化铝＞氧化铁。（3分）

阳离子专性吸附的实际意义：（1）土壤和沉积物中的氧化物及其水合物通过专性吸附对多种微量重金属离子起富集作用，特别是氧化锰和氧化铁的作用更为明显，例如红壤、黄壤的铁锰结核中，Zn、Co、Ni、Ti、Cu、V等都有富集，因此由于专性吸附对微量金属元素的富集作用正日益成为地球化学领域或地球化学探矿等学科的重要内容，具有实用价值。（2）氧化物及其水合物对重金属离子的专性吸附，控制土壤溶液中重金属离子浓度，从而控制其生物有效性和生物毒性，因此阳离子专性吸附的研究对植物营养化学、指导合理施肥及重金属污染控制等有着重要意义；（3）净化与污染作用：土壤失重金属元素的汇，土壤氧化物胶体对重金属污染离子的专性吸附固定，对进入土壤和水体底泥中的重金属污染起一定的净化作用，并对植物从土壤溶液吸收和积累这些金属离子起一定的缓冲和调节作用，但同时给土壤带来潜在的污染危险。因此研究专性吸附的同时，还需要研究被专性吸附的重金属离子的生物学解吸问题。（3分）

2. 酸性沉降是大气污染物中面积最广、危险最大的一种，试用所学知识综合论述酸性沉降对土壤的影响。

答案要点：酸性沉降包括所有pH低于5.6的雨、雾、雪、露、霜和尘埃等物质，分为干沉降和湿沉降（酸雨）。酸性沉降是大气污染物中面积最广、危险最大的一种，产生原因主要是人类现代工业活动等排放大量SO2和NOx，产生大气污染，使降水等中含有过量的SO42-和NO3-，pH降到5.6以下。酸性沉降对河流湖泊及水生生物、森林生态系统、土壤生态系统，以及建筑物、文物等均有深刻的影响。（2分）

（1）      酸性沉降导致土壤酸化：土壤酸化是一个阶段性发展过程，不是持续地pH下降。第一段(pH>5.0)为游离CaCO3与交换性盐基缓冲控制带；第二段(pH4.0~5.0)为交换性盐基缓冲带；第三段(pH<4.0)主要为活性铝缓冲控制带。土壤酸化每跨进一个阶段，必须突破上一段的pH缓冲容量。土壤受到酸雨淋洗的前期，土壤pH升高（而不是下降），主要是因为酸雨中的H+与土壤胶体表面吸附的盐基离子发生交换反应，盐基离子活化后进入土壤溶液使pH上升。随着酸雨的进一步淋洗而至盐基淋失后，表现为土壤pH下降。（2分）

（2）      酸性沉降与土壤中铝的活化和溶出：酸雨对土壤的酸化导致铝的活化和释放。当土壤溶液被酸化至pH<4.5时，土壤含铝矿物晶格被破坏，其中的铝可被活化、溶出，进入土壤溶液中水解成一系列单体和多聚体的羟基铝，释放出大量的H+，使土壤溶液酸度快速增大，同时铝以Al(OH)2+和Al(OH)+存在对生物的毒性较大。（2分）

（3）      土壤对酸性沉降的缓冲能力：土壤对酸雨的致酸作用有一定的缓冲能力，取决于土壤的CEC和溶出活性铝的量。酸性土壤对酸雨的缓冲能力较持久，其原因可能与其富含铁、铝氧化物胶体有关。（2分）

（4）      酸性沉降物对土壤肥力的影响：S、N是植物必须营养元素，短暂或间歇酸雨，有利于植物生长；特别是有机质含量低的砂质、贫瘠土壤，酸雨中的SO42-和NO3-起着“营养源”作用。另外酸雨中过量H+的持久输入，使土壤交换态营养元素（K、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、Fe等）大量转入土壤溶液并遭淋失。pH下降也会使一些营养元素有效性降低。（2分）

（5）       酸性沉降对土壤微生物的影响：_ 土壤中对氮素循环和转化有重要意义的微生物对酸度极为敏感。一般认为土壤微生物、土壤酶的毒性临界范围pH4.3~5.6，酸雨市的土壤酸化，严重影响了土壤微生物的种群数量及其活性。（2分）

《环境土壤学》试卷参考答案及评分细则_ 共4页_ 第3页