2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)在農(nóng)田環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)前的字母填在答題卡相應(yīng)位置上。）1.下列哪項(xiàng)不是生物地球化學(xué)循環(huán)的主要特征？A.元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈之間進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化B.循環(huán)過程的速度相對(duì)較快，可以在人類可感知的時(shí)間尺度內(nèi)完成C.元素在不同的賦存形態(tài)間轉(zhuǎn)化，其生物有效性發(fā)生改變D.某些元素的循環(huán)路徑復(fù)雜，存在明顯的區(qū)域富集或虧損中心2.在土壤中，磷的有效性通常與其存在的形態(tài)密切相關(guān)。下列哪種磷形態(tài)通常被認(rèn)為是植物最容易吸收利用的？A.殘?jiān)鼞B(tài)磷B.固定于鐵鋁氧化物上的磷C.磷酸鈣礦物中的磷D.土壤溶液中的磷酸氫根（H?PO??）和磷酸根（PO?3?）離子3.當(dāng)土壤pH值升高時(shí)，土壤溶液中鋁的溶解度通常會(huì)如何變化？A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小4.下列哪種地球化學(xué)過程可能導(dǎo)致土壤中重金屬從固相向溶液相轉(zhuǎn)移，增加其生物有效性？A.氧化還原反應(yīng)B.離子交換吸附C.沉淀-溶解平衡D.生物淋溶作用5.在進(jìn)行土壤環(huán)境背景值研究時(shí)，通常采用哪些方法來排除人為活動(dòng)的影響？A.采集城市中心區(qū)域的土壤樣品B.采集交通繁忙道路旁的土壤樣品C.采集未受干擾的參考區(qū)域（如未開墾的荒地或古土壤）的土壤樣品D.采集表層土壤樣品6.地球化學(xué)調(diào)查中，繪制土壤元素空間分布圖的主要目的是什么？A.確定土壤元素的平均含量B.識(shí)別土壤元素污染的來源和范圍C.計(jì)算土壤元素的總儲(chǔ)量D.評(píng)估土壤元素的有效性7.對(duì)于鎘（Cd）在土壤-水稻系統(tǒng)中遷移的研究，下列哪個(gè)地球化學(xué)參數(shù)更為關(guān)鍵？A.土壤陽離子交換量B.土壤有機(jī)質(zhì)含量C.水分含量D.土壤氧化還原電位（Eh）8.在使用環(huán)境地球化學(xué)模型（如PHREEQC）模擬土壤中元素的行為時(shí)，需要輸入哪些關(guān)鍵數(shù)據(jù)？A.土壤pH值和溫度B.土壤礦物組成和元素初始濃度C.氣體分壓和植物根系吸收速率D.以上所有9.下列哪種修復(fù)技術(shù)主要利用了地球化學(xué)原理，通過添加化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)土壤中污染物向低毒性形態(tài)轉(zhuǎn)化或固定？A.植物修復(fù)B.熱處理C.化學(xué)淋洗/穩(wěn)定化/固化D.生物通風(fēng)10.土壤陽離子交換容量（CEC）的大小主要反映了土壤的哪種性質(zhì)？A.保水能力B.通氣能力C.對(duì)陽離子養(yǎng)分的吸附和保持能力D.土壤的酸堿度二、簡答題（每小題5分，共25分。請將答案寫在答題卡指定位置上。）1.簡述土壤中氮的生物地球化學(xué)循環(huán)的主要過程及其對(duì)農(nóng)田環(huán)境的影響。2.簡述土壤pH值如何影響土壤中重金屬的溶解、吸附和遷移行為。3.簡述什么是土壤地球化學(xué)調(diào)查？其主要步驟包括哪些？4.簡述有效態(tài)的概念及其在農(nóng)田環(huán)境保護(hù)中的意義。5.簡述土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中，地球化學(xué)方法可以提供哪些信息？三、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請將答案寫在答題卡指定位置上。）1.某土壤樣品測得總鉛（Pb-T）濃度為500mg/kg，其中可交換態(tài)鉛（Pb-Ex）為10mg/kg，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛（Pb-Ca）為20mg/kg，鐵鋁氧化物結(jié)合態(tài)鉛（Pb-OA）為200mg/kg，殘?jiān)鼞B(tài)鉛（Pb-Res）為250mg/kg。假設(shè)植物主要吸收可交換態(tài)和部分碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛，計(jì)算該土壤樣品中鉛的有效濃度（以可交換態(tài)和10%碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛計(jì)）。2.某農(nóng)田土壤pH（H?O）為6.0，測得土壤陽離子交換量為20cmolc/kg。假設(shè)該土壤溶液中主要陽離子為Ca2?和Mg2?，其濃度分別為0.5mM和0.3mM。請估算該土壤的緩沖容量（以pH單位變化對(duì)應(yīng)的H?交換量表示）。（提示：可忽略其他陽離子和OH?的貢獻(xiàn)，計(jì)算中需考慮鈣鎂的價(jià)態(tài)）。四、論述題（共15分。請將答案寫在答題卡指定位置上。）某地區(qū)位于reta礦渣堆放場附近，長期受重金屬污染，主要污染物為鉛（Pb）和鎘（Cd）。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植的玉米可食用部分中Pb和Cd含量超標(biāo)。請結(jié)合地球化學(xué)原理，分析該區(qū)域土壤-玉米系統(tǒng)中Pb和Cd污染的可能來源、在土壤中的主要遷移轉(zhuǎn)化途徑、進(jìn)入植物體的主要機(jī)制，并提出基于地球化學(xué)認(rèn)識(shí)的土壤修復(fù)與農(nóng)產(chǎn)品安全控制建議。試卷答案一、選擇題1.B解析：生物地球化學(xué)循環(huán)的共性是元素在圈層間遷移轉(zhuǎn)化，但循環(huán)速度差異很大，有些（如U）非常緩慢，不屬于人類可感知時(shí)間尺度內(nèi)完成。2.D解析：植物直接吸收的是溶解態(tài)的磷離子，包括土壤溶液中的H?PO??和PO?3?。3.B解析：pH升高，溶液中OH?濃度增加，與Al3?結(jié)合形成更穩(wěn)定的Al(OH)??，導(dǎo)致Al3?溶解度降低。4.A解析：氧化還原條件變化會(huì)顯著影響重金屬元素的價(jià)態(tài)和賦存形態(tài)，如Fe3?/Fe2?，Mn??/Mn2?的轉(zhuǎn)化，常導(dǎo)致其從不易釋放的形態(tài)（如氧化物）轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿男螒B(tài)，增加生物有效性。5.C解析：參考區(qū)域指未受現(xiàn)代人類活動(dòng)顯著影響的區(qū)域，其土壤元素含量能反映自然背景值，是排除人為干擾的最佳選擇。6.B解析：土壤元素空間分布圖直觀展示元素含量的空間變異，是識(shí)別污染熱點(diǎn)、追溯污染來源、評(píng)價(jià)污染范圍和程度的重要依據(jù)。7.B解析：土壤有機(jī)質(zhì)可以絡(luò)合重金屬，降低其溶解度和遷移性；也可以吸附重金屬，但其效果受pH、Eh等多種因素影響。陽離子交換量反映吸附能力，水分含量影響溶解和遷移，但有機(jī)質(zhì)的絡(luò)合作用對(duì)Cd在土壤-水稻體系中的遷移尤為關(guān)鍵。8.D解析：模擬計(jì)算需要考慮環(huán)境條件（pH,T）、物質(zhì)性質(zhì)（礦物相、初始濃度）、以及可能發(fā)生的反應(yīng)（沉淀、溶解、吸附、絡(luò)合等），所有這些都需要輸入模型。9.C解析：化學(xué)淋洗是去除污染物，穩(wěn)定化/固化是將污染物固定在低溶解度、低遷移性的形態(tài)中，都利用了化學(xué)沉淀或吸附原理。10.C解析：陽離子交換容量定義為單位質(zhì)量土壤所能吸附交換的陽離子總量，直接衡量土壤對(duì)陽離子的吸附保持能力。二、簡答題1.答案：土壤氮循環(huán)主要包括固氮、氮?dú)鈸]發(fā)、硝化、反硝化、硝酸鹽淋溶和銨態(tài)氮揮發(fā)等過程。固氮是將大氣中的N?轉(zhuǎn)化為植物可利用的含氮化合物（如氨）。硝化是銨態(tài)氮在微生物作用下轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。反硝化是硝酸鹽在厭氧條件下被微生物還原為N?或N?O，逸入大氣。氮?dú)鈸]發(fā)是銨態(tài)氮在好氧條件下被氧化為N?。硝酸鹽淋溶是硝酸鹽隨水流失，造成地下水污染。這些過程受土壤pH、Eh、水分、有機(jī)質(zhì)含量及微生物活動(dòng)影響，失衡會(huì)導(dǎo)致氮肥浪費(fèi)、水體富營養(yǎng)化、大氣污染（N?O）和土壤酸化等問題。2.答案：土壤pH影響重金屬的溶解、吸附和遷移。低pH（酸性條件下）時(shí)，溶液中H?濃度高，會(huì)與重金屬競爭吸附位點(diǎn)，同時(shí)H?也可能與重金屬形成絡(luò)合物，導(dǎo)致重金屬礦物溶解增加，溶解態(tài)重金屬濃度升高，遷移性增強(qiáng)。高pH（堿性條件下）時(shí)，土壤溶液中OH?濃度高，會(huì)與重金屬形成氫氧化物沉淀，或與土壤組分競爭吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致重金屬從固相釋放減少，溶解態(tài)濃度降低，遷移性減弱。吸附方面，pH影響土壤膠體（如粘土礦物、有機(jī)質(zhì)）對(duì)重金屬的表面電荷和絡(luò)合能力，進(jìn)而影響吸附量。3.答案：土壤地球化學(xué)調(diào)查是系統(tǒng)地采集土壤樣品，分析其中元素或化合物的含量，并研究其空間分布、來源、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其環(huán)境效應(yīng)的科學(xué)方法。主要步驟包括：確定調(diào)查目標(biāo)和范圍；布設(shè)采樣點(diǎn)，設(shè)計(jì)采樣方案（如網(wǎng)格法、隨機(jī)法、熱點(diǎn)法）；按照規(guī)范采集土壤樣品（包括表層、不同深度、混合樣品等）；樣品預(yù)處理（風(fēng)干、研磨、去除雜質(zhì)等）；化學(xué)分析（測定元素或化合物的總含量、形態(tài)分析等）；數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析（計(jì)算平均值、變異系數(shù)、背景值等）；編制地球化學(xué)圖件（如元素分布圖、地球化學(xué)參數(shù)圖）；評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量，解釋結(jié)果，撰寫調(diào)查報(bào)告。4.答案：有效態(tài)是指那些能夠被植物根系直接吸收利用或?qū)Νh(huán)境（如水生生物、人體健康）產(chǎn)生直接影響的元素或化合物的形態(tài)。其在農(nóng)田環(huán)境保護(hù)中的意義在于：是植物營養(yǎng)診斷和合理施肥的依據(jù)；是評(píng)價(jià)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)和制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)；是理解污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化和生態(tài)效應(yīng)的關(guān)鍵。關(guān)注有效態(tài)有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和有效管理環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。5.答案：地球化學(xué)方法在土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中可以提供：確定土壤環(huán)境背景值，為判斷污染提供參照；識(shí)別土壤元素的空間分布特征和變異規(guī)律，圈定污染區(qū)域和熱點(diǎn)；分析污染物的來源（如結(jié)合形態(tài)分析）；評(píng)估污染物的遷移轉(zhuǎn)化潛力（如基于元素賦存狀態(tài)和土壤性質(zhì)）；評(píng)價(jià)土壤污染對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)；為污染土壤修復(fù)提供地球化學(xué)依據(jù)（如指導(dǎo)修復(fù)技術(shù)選擇和效果評(píng)估）。三、計(jì)算題1.答案：有效鉛=Pb-Ex+0.1*Pb-Ca=10mg/kg+0.1*20mg/kg=10mg/kg+2mg/kg=12mg/kg。2.答案：土壤緩沖容量（ΔH?/ΔpH）與陽離子濃度和陽離子種類有關(guān)。主要陽離子為Ca2?(2個(gè)正電荷)和Mg2?(2個(gè)正電荷)。其總濃度C=0.5mM+0.3mM=0.8mM=0.8*10?3mol/L。假設(shè)土壤質(zhì)量為1kg，則陽離子物質(zhì)的量n=C*1kg=0.8*10?3mol。每個(gè)陽離子帶2個(gè)單位正電荷，總有效正電荷數(shù)Z=n*2=0.8*10?3mol*2=1.6*10?3mol。緩沖容量近似為每單位pH變化所需要交換的H?摩爾數(shù)，即ΔH?/ΔpH≈Z=1.6*10?3mol。若以pH單位變化對(duì)應(yīng)H?濃度變化表示，則Δ[H?]/ΔpH≈Z*2/1000=1.6*10?3mol*2/1000≈3.2*10??mol/L/pH單位?；蛘吒唵蔚?，可以理解為土壤能提供約1.6mmolH?/kg土壤來抵抗pH的1個(gè)單位變化。四、論述題答案：鉛（Pb）和鎘（Cd）是常見的重金屬污染物。來源：該區(qū)域位于礦渣堆放場附近，礦渣通常含有較高的Pb和Cd。污染來源主要是礦渣中重金屬的自然風(fēng)化淋溶，或因雨水沖刷、風(fēng)力揚(yáng)塵等擴(kuò)散至周邊土壤。土壤中遷移轉(zhuǎn)化途徑：Pb在土壤中遷移性相對(duì)較低，易在酸性條件下與鐵鋁氧化物、粘土礦物或有機(jī)質(zhì)結(jié)合形成穩(wěn)定態(tài)，但也可能存在一定的溶解和隨水流遷移。Cd具有更高的遷移性，尤其容易在pH較高或有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤中溶解，并通過水流淋溶或被植物根系吸收而遷移。在土壤-植物系統(tǒng)中，Cd的遷移轉(zhuǎn)化還受植物種類、生長階段和土壤環(huán)境條件（pH、Eh、有機(jī)質(zhì)、礦物組成）的共同影響。進(jìn)入植物體的機(jī)制：植物主要通過根系吸收土壤溶液中的溶解態(tài)Cd。Cd是植物非必需元素，但植物對(duì)Cd的吸收能力差異很大。吸收后，Cd會(huì)在植物體內(nèi)積累，尤其是在根部。當(dāng)玉米可食用部分（如籽粒）中Cd含量超標(biāo)時(shí)，主要通過根部吸收和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)（尤其是籽粒）實(shí)現(xiàn)的。修復(fù)與控制建議：1.修復(fù)土壤：針對(duì)Pb和Cd的地球化學(xué)特性，可采取不同的修復(fù)策略。對(duì)于遷移性低的Pb，以穩(wěn)定化為主，如添加石灰