环境化学第二版课后题详解(第4、5章)

第四章思考题与习题

1.土壤有哪些主要成分？它们对土壤的性质和作用有哪些影响？

1)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。

2)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。

3)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。

4)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和潜在酸度？试用两者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。

活性酸度：是土壤中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度。

潜在酸度：土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+，当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液后，增加土壤溶液的H+浓度，这样所呈现的酸性称为潜在酸度。

我国南方气候温暖湿润，降水量远远大于北方，土壤中易溶的的碱性元素如钾、钠等随着雨水冲刷而流失，而铁、铝等离子形成不易溶物质形态滞留在土壤中，提供了大量的可替代性铝离子，增加了土壤的潜在酸度。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其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。

土壤溶液的缓冲作用，土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐植酸和其他有机酸等弱酸及其盐类，构成了一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。

举例：当向土壤加入盐酸时，土壤溶液中的碳酸钠与其作用生成氯化钠和碳酸，抑制了酸度的提高。

NaCO3+2HCl=2NaCl+H2CO3

土壤的缓冲作用，土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子分别对酸和碱起缓冲作用。

举例：当向土壤中加入碱时，土壤胶体吸附的氢离子与碱反应生成水，降低碱度的增加。

[土壤胶体]—H+NaOH=[土壤胶体]—Na+H2O

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？

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：1离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。

2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。

3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+NH

+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：（1）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。

（2）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＞

COO-＞SCN-＞Cl-

CH

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。

（1）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。（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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受性作用的主要机制是什么？

植物对重金属的耐性机制

（1）植物根系的作用

植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收。某些植物对重金属离子吸收能力的降低可以通过根际分泌螯合剂而减少重金属的跨膜吸收。还可以通过形成跨根际的氧化还原电位梯度和pH梯度等来抑制对重金属的吸收。

（2）重金属与植物细胞壁结合

由于金属离子被局限于细胞壁上，而不能进入细胞质影响细胞内的代谢活动，使植物对重金属表现出耐性。只有当重金属与细胞壁结合达到饱和时，多余的金属离子才会进入细胞质。

（3）酶系统的作用

耐性植物中有几种酶的活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，而非耐性植物的酶活性在重金属含量增加时明显降低。此外，在耐性植物中还发现另一些酶可以被激活，从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常的代谢过程。

（4）形成重金属硫蛋白或植物络合素

受重金属诱导的植物体内存在一种结合蛋白质，称为类金属硫蛋白；其体内还能能产生一种重金属络合肽，称为植物络合素。这两种物质的作用都是与进入植物细胞内的重金属结合，使其以不具生物活性的无毒的络合物形式存在，降低重金属离子的活性，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？

影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度和温度及农药本身的性质等。

举例：

（1）土壤水分含量

林丹在四种不同类型干燥土壤中的挥发量大小为：沙土＞壤沙土＞壤土＞黏土。当土壤含单分子层水时，林丹就不再挥发了。

（2）吸附

弱碱性的农药，如氯化三氮杂苯等，可以接受质子而带正电荷，从而吸附在黏土矿物质或有机质表面。

（3）土壤的紧实度

当壤砂土的紧实度由1.39g/cm3增加为1.62 g/cm3时，土壤的孔隙率由0.302减小为

0.189，结果使二溴乙烷的表观扩散系数由4.49×10—4cm2/s降低为2.67×10—4cm2/s。（4）温度

当温度增高时，林丹的总扩散系数增大10倍。

（5）气流速度

当土壤上的空气的气流的相对湿度为100%，而且是垂直的，气流量从2mL/s增加到8mL/s，狄氏剂的挥发量可以增加0.5~1倍。

（6）农药种类

有机磷农药乐果和乙拌磷在粉砂壤土中的扩散行为是不同的，乐果的扩散随水分含量增加而迅速增大，而乙拌磷在整个含水范围内扩散系数变化很小。

影响农药在土壤中流动的因素有土壤有机质含量、土壤黏土矿物含量和农药类型，但最主要

的是农药与土壤之间的吸附。随着土壤有机质和黏土矿物含量的增加，农药在土壤中的渗透深度减小。林丹在不同土壤质体流动转移距离的研究中移动的距离比DDT要长。下列几种农药的吸附系数大小为：草不隆＞敌草隆＞灭草隆＞非草隆，而它们在土壤中的移动距离大小顺序则相反，非草隆＞灭草隆＞敌草隆＞草不隆。

9.比较DDT和林丹在环境中进行迁移转化与归趋的主要途径与特点。

DDT与林丹在环境中进行迁移转化与归趋的主要途径与特点比较于下表：

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的主要转化途径分为生物降解和非生物降解。

（1）有机磷农药的生物降解过程

①吸附催化水解：吸附催化水解时有机磷农药在土壤中降解的主要途径。如地亚农等硫代磷酸酯的水解反应如下：

（RO）2P S

，

+H2O

(H或OH)

（RO）2P

S

OH

+ R，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的紫外光照射30h下，光解产物如下：