2025年大學《地球化學》專業(yè)題庫——地球化學技術(shù)在土壤污染治理中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.在土壤地球化學調(diào)查中，用于確定元素背景值的方法通常不包括：(A)分析未受污染區(qū)域的土壤樣品(B)利用土壤發(fā)育過程中的地球化學障概念(C)參考國家或地方發(fā)布的土壤環(huán)境質(zhì)量標準(D)通過地球化學模型模擬自然土壤的形成過程2.重金屬在土壤中從固相向溶液遷移的首要控制因素通常是：(A)土壤pH值(B)土壤有機質(zhì)含量(C)土壤陽離子交換量(D)植物根系分泌物3.下列哪種地球化學技術(shù)常用于判斷土壤重金屬污染的主要來源？(A)土壤地球化學剖面分析(B)植物生物有效性測定(C)鉛同位素比值分析(D)土壤微區(qū)元素分布掃描4.化學淋洗修復土壤重金屬的地球化學原理主要是利用淋洗劑與重金屬離子發(fā)生：(A)氧化還原反應(B)沉淀反應或絡合反應(C)離子交換反應(D)生物降解反應5.土壤中有機污染物難以被生物降解的主要原因之一是其與土壤組分發(fā)生了：(A)強氧化反應(B)深度共價鍵結(jié)合(C)弱吸附作用(D)快速揮發(fā)6.植物修復（Phytoremediation）利用植物修復土壤重金屬污染的地球化學機制主要包括：(A)植物吸收、轉(zhuǎn)運和積累重金屬(B)植物分泌的酶降解重金屬(C)植物促進重金屬的沉淀(D)植物改變土壤pH值使重金屬溶解7.土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)旨在降低重金屬生物有效性的主要地球化學途徑是：(A)將重金屬轉(zhuǎn)化為溶解度極低的穩(wěn)定化合物(B)將重金屬從可交換態(tài)轉(zhuǎn)化為難溶的殘渣態(tài)(C)促進重金屬向植物根系反向擴散(D)增加土壤對重金屬的吸附容量8.地球化學障（GeologicalBarrier）在土壤污染治理中的主要作用是：(A)阻止污染物向上覆水體遷移(B)作為污染物的天然儲存庫(C)削弱自然風化對污染物的釋放(D)為微生物降解污染物提供附著表面9.在評估土壤修復效果時，常用的地球化學指標可能包括：(A)污染物總量濃度(B)污染物生物有效性(C)土壤理化性質(zhì)指標（如pH、Eh）(D)以上都是10.下列哪項技術(shù)通常被認為是一種原位土壤修復技術(shù)？(A)熱脫附技術(shù)(B)土壤淋洗技術(shù)(C)植物修復技術(shù)(D)土壤固化技術(shù)二、簡答題（每小題5分，共25分。）1.簡述土壤中重金屬的生物有效性的概念及其主要影響因素。2.簡述土壤環(huán)境地球化學背景值的概念及其在土壤污染評價中的意義。3.簡述化學淋洗修復土壤重金屬的基本原理和需要注意的關(guān)鍵問題。4.簡述植物修復土壤重金屬污染的主要優(yōu)勢和局限性。5.簡述土壤淋溶修復技術(shù)的地球化學原理及其適用條件。三、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述地球化學原理在土壤污染溯源分析中的應用，并舉例說明。2.論述環(huán)境水循環(huán)和生物地球化學循環(huán)（如碳、氮循環(huán)）對土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響，并結(jié)合土壤污染治理談談如何利用這些循環(huán)規(guī)律。四、案例分析題（共15分。）某工業(yè)區(qū)周邊土壤經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在鉛（Pb）和鎘（Cd）的嚴重污染，污染源可能來自附近的原鉛鋅冶煉廠和鉛酸蓄電池廠。土壤類型為黃棕壤，pH值約為6.5。請結(jié)合地球化學知識，分析：（1）鉛和鎘在該類土壤中可能存在的地球化學形態(tài)及其遷移轉(zhuǎn)化的主要影響因素。（2）為準確評估污染程度和風險，應重點測定鉛和鎘的哪些地球化學形態(tài)？并說明理由。（3）針對該污染場地，可以考慮采用哪些地球化學修復技術(shù)？請簡述其中一種技術(shù)的地球化學原理，并分析其在該案例中可能遇到的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.(C)2.(B)3.(C)4.(B)5.(B)6.(A)7.(B)8.(C)9.(D)10.(C)二、簡答題（每小題5分，共25分。）1.概念：指土壤中重金屬能被植物根系吸收、或被微生物吸收利用、或?qū)θ梭w健康產(chǎn)生實際危害的有效形態(tài)或濃度。它通常不等于土壤中的總含量，而是可生物利用或可遷移轉(zhuǎn)化的部分。影響因素：主要受土壤pH值（影響溶解度和絡合態(tài)）、氧化還原電位（影響元素價態(tài)和溶解度）、土壤有機質(zhì)含量及其組分（提供配體，影響絡合態(tài)）、土壤陽離子交換量（影響吸附解吸）、粘土礦物類型和含量（影響吸附固定）、以及植物種類和生長狀況等因素影響。2.概念：指在特定的土壤類型和氣候條件下，通過自然過程（如風化、淋溶、生物活動等）形成的未受人為活動顯著污染的土壤的元素化學背景。意義：是評價土壤是否受到污染的基準。通過與背景值比較，可以判斷土壤元素含量的異常程度，識別污染源，評估污染風險，并為制定土壤環(huán)境質(zhì)量標準和修復目標提供依據(jù)。3.原理：利用選擇性的化學溶液（淋洗劑）與土壤中目標重金屬發(fā)生反應（如絡合、離子交換、酸堿反應），使重金屬從固相（如礦物晶格、吸附態(tài)）轉(zhuǎn)移到溶液相，然后通過物理方法（如過濾、蒸發(fā)）將富含重金屬的溶液與土壤分離，從而達到降低土壤中重金屬總量的目的。關(guān)鍵問題：淋洗劑的選擇（有效性、選擇性、成本、環(huán)境影響）；淋洗劑用量和淋洗次數(shù)；淋洗液的性質(zhì)（pH、離子強度等）和流動方式；淋洗效果的評估（去除率、殘留量）；淋洗液的處理（重金屬回收或處置）；對土壤物理化學性質(zhì)可能產(chǎn)生的影響（如pH變化、鹽分累積）。4.優(yōu)勢：環(huán)境影響?。ㄔ贿M行，擾動?。?，修復成本相對較低，不產(chǎn)生二次污染（修復材料可留在原地或易降解），修復過程相對簡單。局限性：修復周期長（尤其是植物修復），修復效率有限（尤其是植物提?。?，受環(huán)境條件（氣候、土壤）和植物種類限制（植物修復），對高濃度或大面積污染效果可能不理想。5.原理：利用自然水流（如雨水、灌溉水）或人工誘導的水流通過污染土壤，通過物理溶解、化學淋溶（如酸雨、絡合作用）和生物淋溶（如植物根系分泌物）等作用，將土壤中的污染物溶解到水中，形成污染地下水或隨地表徑流流失，從而將污染物從污染區(qū)轉(zhuǎn)移到非污染區(qū)或進行收集處理。適用條件：污染物易于溶解或形成可溶性絡合物；土壤滲透性較好，水流條件適宜；下方有地下水或地表水系可以接收淋溶出的污染物；污染范圍相對集中且邊界清晰；需要有收集和處理的設施來控制遷移和流失的污染物。三、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述：地球化學技術(shù)在土壤污染溯源分析中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其核心在于利用元素地球化學特征的空間分布、化學形態(tài)、同位素組成等信息來推斷污染物的來源和遷移路徑。應用：*地球化學異常圖分析：通過繪制土壤中指示礦物或指示礦物元素（如As,Cd,Pb,Hg,Cr等）的空間分布圖，識別出高濃度異常區(qū)域。異常區(qū)的形狀、大小、位置以及與潛在污染源（如工廠、廢棄物堆放點）的空間關(guān)系，可以提供關(guān)于污染物來源和遷移范圍的線索。例如，異常區(qū)呈點狀分布且緊鄰某工廠，則該工廠很可能是污染源。*元素比值分析：某些元素或礦物組合在特定的來源或形成條件下具有相對穩(wěn)定的比值。通過分析污染區(qū)土壤樣品中不同元素（如Pb同位素比值2?Pb/2?Pb,2?Pb/3?Pb）或元素組合（如V/Mn,Co/Ni）的比值，并與已知來源（如不同礦石、燃料、工業(yè)排放物）的比值進行對比，可以識別污染物的潛在來源。例如，某區(qū)域土壤Pb同位素比值與附近鉛鋅礦的比值相似，則可能來源于該礦山。*地球化學指紋分析：某些元素或礦物具有獨特的地球化學特征（如特定的元素組成、礦物相、化學形態(tài)分布）。通過分析污染樣品中這些特征指紋元素或礦物的種類和含量，可以追蹤污染物的來源。例如，發(fā)現(xiàn)高含量的黃鐵礦，可能指示硫化工或金屬冶煉活動。*示蹤元素法：在某些情況下，可以利用已知來源的示蹤元素（其行為與目標污染物相似或有差異）來追蹤污染物的遷移路徑或判斷混合來源。例如，若某廢棄物中含有少量放射性核素作為標識，可通過測量土壤中該核素的分布來判斷廢棄物的影響范圍。舉例：某城市發(fā)現(xiàn)土壤中存在砷（As）污染。通過地球化學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污染區(qū)土壤As含量遠高于背景值，空間分布圖顯示異常區(qū)呈片狀分布，且與歷史上垃圾填埋場的位置吻合。進一步分析表明，填埋場底部存在含砷廢料（如含砷農(nóng)藥廢棄物、染料廠廢物），雨水下滲淋濾使As遷移至周圍土壤。同時，通過測定土壤中砷的形態(tài)（如可交換砷、弱結(jié)合態(tài)砷含量高），結(jié)合填埋場滲濾液地球化學特征，進一步證實了污染來源與填埋活動密切相關(guān)。2.論述：環(huán)境水循環(huán)（降水、蒸發(fā)、徑流、下滲、地下水流動）和生物地球化學循環(huán)（如碳循環(huán)、氮循環(huán)、硫循環(huán)、磷循環(huán)等）是地球表層系統(tǒng)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵驅(qū)動器和途徑，對土壤污染物的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生深刻影響。水循環(huán)的影響：*降水淋溶：降雨是土壤中可溶性污染物（如重金屬離子、硝酸鹽、磷酸鹽）最主要的遷移途徑。降水通過雨滴擊濺和滲透，將地表污染物帶入土壤深層，或通過地表徑流將其沖走，導致污染物在空間上重新分布，甚至進入地下水系統(tǒng)。*地表徑流：污染物隨地表徑流遷移主要發(fā)生在坡耕地、城市硬化地面等區(qū)域。徑流可以將地表殘留的污染物帶入河流、湖泊等水體，造成水體污染。*地下水流動：土壤中的污染物可以通過包氣帶進入潛水層，隨地下水流動遷移。許多重金屬和有機污染物在自然條件下遷移能力有限，但在地下水流動驅(qū)動下，可被溶解或懸浮在水中長距離遷移，污染范圍更廣，治理更難。生物地球化學循環(huán)的影響：*氧化還原循環(huán)：許多污染物（如Cr,As,Hg,S,Fe,Mn）的化學性質(zhì)和遷移轉(zhuǎn)化行為受土壤Eh（氧化還原電位）控制，而Eh的變化與水循環(huán)（水分入滲、氧化還原條件變化）和元素自身的生物地球化學循環(huán)（如硫循環(huán)影響As和Hg的價態(tài)和遷移）密切相關(guān)。例如，在還原條件下，Cr(VI)易轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr(III)并沉淀；而在氧化條件下，As(III)易被氧化為更易遷移的As(V)。*碳循環(huán)：土壤有機質(zhì)是影響污染物（特別是重金屬）生物有效性的關(guān)鍵因素。有機質(zhì)通過配位作用、表面吸附等固定重金屬，降低其溶解性和生物有效性。同時，微生物在分解有機質(zhì)過程中產(chǎn)生的有機酸和酶，也可能影響重金屬的溶解和遷移。*氮循環(huán)：氮循環(huán)過程中的不同形態(tài)氮（如NO??,NH??）可能與重金屬形成絡合物，改變重金屬的溶解度、吸附行為和遷移路徑。例如，高pH的硝酸鹽環(huán)境可能促進某些重金屬的溶解。*磷循環(huán)：土壤磷含量和形態(tài)影響重金屬（如Cd,Pb,Zn,Cu,Mn）的吸附固定。高磷環(huán)境通常會增加對某些重金屬（特別是Pb,Zn）的吸附，降低其生物有效性；但在缺磷條件下，重金屬可能被釋放出來。結(jié)合土壤污染治理：理解這些循環(huán)規(guī)律有助于指導污染治理。*利用水循環(huán)規(guī)律：可以通過控制地表徑流（如建設海綿城市）、管理灌溉水、控制地下水水位等措施，減緩污染物的遷移擴散。*調(diào)控生物地球化學循環(huán)：可以通過施加amendment（如石灰調(diào)節(jié)pH、有機質(zhì)增加吸附位點、磷肥促進某些重金屬沉淀）來改變土壤環(huán)境條件，控制污染物在土壤中的化學行為，提高修復效率。例如，通過調(diào)節(jié)Eh，控制As和Hg的價態(tài)遷移；通過調(diào)節(jié)碳氮磷含量，影響重金屬的生物有效性。*管理源頭：控制進入水循環(huán)和土壤的污染負荷，是長期解決土壤污染問題的根本途徑。四、案例分析題（共15分。）（1）鉛和鎘在該類土壤中可能存在的地球化學形態(tài)及其影響因素：*鉛（Pb）：可能存在的形態(tài)包括：可交換態(tài)（易被植物吸收和遷移）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（pH依賴）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（Eh和pH依賴）、有機結(jié)合態(tài)（與腐殖質(zhì)絡合）、殘渣態(tài)（難溶礦物晶格或穩(wěn)定復合物）。影響因素主要包括：土壤pH值（影響碳酸鹽和鐵錳氧化物的溶解與吸附）、土壤有機質(zhì)含量和性質(zhì)（提供配體，影響有機結(jié)合態(tài)）、Eh（影響鐵錳氧化物的吸附與釋放）、粘土礦物和氧化鐵含量（提供吸附位點）、以及是否存在硫化物（可能形成難溶的硫化鉛）。*鎘（Cd）：可能存在的形態(tài)包括：可交換態(tài)（極易被植物吸收，風險高）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（pH依賴）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（Eh和pH依賴）、有機結(jié)合態(tài)（與腐殖質(zhì)絡合）、殘渣態(tài)（通常含量較低）。影響因素與Pb類似，但鎘的毒性較高，且其在土壤中通常更容易向可交換態(tài)和有機結(jié)合態(tài)遷移，生物有效性相對較高。黃棕壤通常具有一定的緩沖能力，但若有機質(zhì)含量不高，鎘的固定能力可能有限。（2）應重點測定的地球化學形態(tài)及理由：*應重點測定：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)。*理由：這些形態(tài)是鉛和鎘在土壤中遷移和生物有效性的主要來源。可交換態(tài)直接反映污染物被植物吸收和向環(huán)境遷移的潛在風險；碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)是土壤對重金屬的主要固定形態(tài)，其含量和穩(wěn)定性關(guān)系到總量的釋放潛力；有機結(jié)合態(tài)是影響重金屬溶解性和生物有效性的關(guān)鍵因素。通過測定這些形態(tài)，可以更準確地評估污染物的生態(tài)風險和修復難度，為制定修復目標和選擇修復技術(shù)提供依據(jù)。（3）可以考慮的地球化學修復技術(shù)及原理與挑戰(zhàn)分析：*可以考慮的技術(shù)：化學淋洗修復、土壤固化/穩(wěn)定化修復、植物修復、電動修復等。*原理分析（以化學淋洗為例）：化學淋洗修復的原理是利用選擇性的淋洗劑（如DTP