土壤环境化学讨论题解.doc

环境化学讨论题解土壤、典型污染物、能源讨论题解土壤环境化学讨论题解北京大学 谷宇辰 00646079 戊子年四月初七 目录土壤环境化学讨论题解11. 土壤的组成主要有哪些，各种成分有什么作用？22. 土壤胶体的阳离子交换性能有什么环境作用？33. 土壤环境污染有哪些类型，成因是什么？44.土壤环境污染防治措施有哪些？55. 化学农药在土壤中被吸附的过程是什么样的，有哪些影响因素？76. 化学农药在土壤中的降解途径有哪些？107.施用化肥造成的可能环境污染有哪些方面？128. 土壤对重金属离子的吸附作用机制是什么样的？149. 氮素在土壤中的环境影响有哪些？1510. 磷素在土壤中的环境影响有哪些？1711. 富营养化是什么，影响因素有哪些？举例说明。1812. 固体废弃物是什么，对环境有什么影响？1913.固体废弃物如何处理？2114.简述生物圈与其他圈层的关系如何？2315.什么叫食物链，试举例说明？2516. 简述氮的微生物转化过程？2617.简述铅的微生物转化过程？2818. 固氮和脱氮作用是什么，有什么关联和区别？2919. 硝化和反硝化作用是什么，有什么关联和区别？3020.有机物的微生物降解途径有哪些？3221. 毒性作用的过程是怎样的？简单描述其生化机制。3422.重金属污染考虑的元素主要有哪些？3623. 重金属元素的来源、分布、迁移和环境效应怎样？举例说明。3724. 表面活性剂是什么，有哪些类型？3925. 表面活性剂在生活中的应用有哪些方面？4326.表面活性剂的环境效应怎样？4727. 环境放射性来源有哪些？5028.辐射的生物效应有哪些？5329如何减少和避免放射性污染？5530.有毒无机化合物的源、汇、分布及环境影响怎样？举例说明5731. 有毒有机化合物的源、汇、分布及环境影响怎样？举例说明。5932. 能源资源有哪些类型？6234.核能的和平利用是解决能源危机的一个希望，如何理解这个问题？6435. 评述在中国的经济发展过程中能源可持续利用的问题？6536. 矿产资源有哪些类型？试举一例并分析其成因。671. 土壤的组成主要有哪些，各种成分有什么作用？题解：土壤的组成固体部分孔隙部分无机体矿物质有机体有机质、土壤生物液相土壤水分及水溶液气相土壤空气（1）粗无机粒子 单个土粒直径200nm，平均密度2.7g/cm3，可筛分为沙、粉、石，源于原生矿物质（在地壳中最先存在的、经风化作用后仍无变化地遗留在土壤中的一类矿物）。构成土壤骨架，提供营养元素。（a）硅酸盐类矿物 易风化成盐，释放K、Ca、Na、Mg（b）氧化物类（石英、赤铁矿） 性质稳定（c）硫化物类 土壤中只含FeS2化合物（黄铁矿、白铁矿）（d）磷酸盐类 Ca5(PO4)3F等，提供无机P（2）胶状无机粒子 单个土粒直径O2N2（b）无机盐离子 阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、H+；Fe3+、Fe2+、Al3+阴离子：HCO3-、CO32-、NO2-、NO3-、HPO42-、H2PO4-、PO43-、Cl-、SO42-（c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物（d）可溶性有机物 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物等（e）配合物类 如铁和铝的有机配合物等（5）土壤空气土壤空气也是土壤的重要组分之一，对土壤微生物活动、营养物质的转化以及植物的生长发育都有重大的作用，是决定土壤肥力的重要因素之一。土壤是多孔体系，土壤空气存在于未被水分占据的土壤空隙中。这些气体主要来源于大气，其次是产生于土壤内发生的化学和生物化学过程。土壤空气的数量，通常以单位土体容积中空气所占容积百分数来表示，称为土壤含气量。凡影响土壤孔性和含水量的因素，也都影响土壤的空气含量。 总体来看，土壤空气组成和大气的组成大同小异。土壤空气有异于大气之处是:土壤空气是不连续的，存在于土粒空隙之间；有更高的湿度；由于有机物腐烂，使土壤空气中O2含量较少，而CO2浓度显著增加（比大气中CO2浓度大8300倍），但二者之和约为总量的21（体积），与大气情况相近；土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2等，在某些情况下还可能产生PH3、CS2等气体，这些都是厌氧性微生物活动的产物，对植物生长有害。2. 土壤胶体的阳离子交换性能有什么环境作用？题解：（1）补充说明，土壤胶体的分类：土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性而使土壤具有吸附性。土壤胶体分为三类：无机胶体，主要为各种次生矿物，如层状硅酸盐、水合氧化物、氧化物等矿物；有机胶体，主要为腐殖质；无机-有机胶体复合体。（2）土壤胶体阳离子交换性能基本概念：土壤胶体粒子具有吸附某些阳离子或阴离子的性质。在一定条件下，这些被吸附的阳离子或阴离子可以被土壤溶液中另外的阳离子或阴离子置换出来，这种现象称为土壤的离子交换。或者表述如下：在通常情况下，土壤胶体表面都带负电荷，因此，土壤表面会吸附一些阳离子，这些阳离子常常表现为惰性离子，不参与胶体表面的固相反应，但可以与溶液中的其他阳离子发生交换。这种交换的结果使得溶液中的离子被吸附到土壤表面上来，而原来吸附在土壤表面的离子则解吸回到溶液中去。土壤表面上存在的这种能够和其他阳离子发生交换的离子叫做可交换性阳离子，而土壤表面上吸附的阳离子与溶液中阳离子之间的这种交换作用叫做阳离子交换作用，这种交换是可逆的。表示方法底质或土壤交换阳离子的能力用阳离子交换容量（CEC）来表示，其值是100g干土所交换一价阳离子的毫克当量数（meq）CEC可随土壤条件如pE和pH而改变。土壤的离子交换作用改变了某些阳离子的有效性，使植物对这些元素的有效利用受到影响；土壤的离子交换作用还可以改变离子在土壤中的迁移能力。土壤中含量较多的阳离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、H+、NH4+，也是容易发生交换的离子，一些有机阳离子也可以发生交换。粘土矿物交换阳离子是因为其中氧化数较高原子被氧化数较低原子替代而存在负电荷部分的缘故。有机部分交换阳离子是由于它有羧基和其他碱性基团。作用：土壤的离子吸附性是土壤最重要的化学性质之一，是土壤具有供应和保蓄水分，对污染物具有一定的自净能力和环境容量的根本原因。通过土壤中阳离子交换机制，钾、钙、镁以及必需的微量金属可被植物利用。当植物根部吸收营养性金属离子时，氢离子交换这些金属离子。这一过程加上含碳酸的水从土壤淋溶钙、镁及其他金属离子，而易于使土壤呈酸性。土壤充当缓冲剂，抵抗pH的改变，此缓冲容量决定于土壤的性质。土壤的酸碱性取决于吸附在胶体表面的正离子的种类。这种酸度是由胶体吸附的氢离子（或铝离子）在被土壤的盐溶液中的阳离子所代换时才表现出来的，成为潜在酸（potential acidity）。潜在酸在决定土壤性质上有很大作用，因为胶体吸附的氢离子以及铝离子在溶液浓度改变时会转入溶液而引起酸碱性变化，影响土壤性质，养分的供给和生物的活动。土壤的酸化主要发生在多雨的条件下，土壤中盐类离子淋溶于水体，而氢离子取代胶体上的金属离子被土壤吸附。此外，施肥所残留的酸根、有机酸以及生物分泌物都通过阳离子交换作用加强土壤的酸化作用。参考文献：康春莉：环境化学M 吉林大学出版社2006年8月 王麟生等：环境化学导论M 华东师范大学出版社2001年1月p167169 何燧源等：环境化学M 华东理工大学出版社 1996年1月 汪群慧：环境化学M 哈尔滨工业大学出版社2004年1月 p1571593. 土壤环境污染有哪些类型，成因是什么？题解：定义：污染物质进入土壤中，就会使其物质组成发生变化，并破坏物质原有的平衡，造成土壤污染。土壤污染是指人类活动所产生的污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力，从而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然生态平衡，并导致土壤的自然功能失调、土壤质量恶化的现象。土壤污染的明显标志是土壤生产力下降。凡是进入土壤并影响到土壤的理化性质和组成物而导致土壤的自然功能失调、土壤质量恶化的物质，统称为土壤污染物。土壤污染物的种类繁多，既有化学污染物也有物理污染物、生物污染物和放射污染物等，其中以土壤的化学污染物最为普遍、且严重和复杂。按污染物的性质一般可分为四类：即有机污染物、重金属、放射性元素和病原微生物。 土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污染物的属性来考虑，如上污染物种类，一般可分为有机物污染、无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。（1）有机物污染可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物，这里主要是指后者，它包括有机废弃物（工农业生产及生活废弃物中生物易降解和生物难降解有机毒物）、农药（包括杀虫剂、杀菌剂和除锈剂）等污染。土壤有机污染物主要是化学农药。目前大量使用的化学农药约有50 多种，其中主要包括有机磷农药、有机氯农药、氨基甲酸酶类、苯氧羧酸类、苯酚、胺类。此外，石油、多环芳烃、多氯联苯、甲烷、有害微生物等，也是土壤中常见的有机污染物。有机污染物进入土壤后，可危及农作物的生长和土壤生物的生存，如稻田因施用含二苯醚的污泥曾造成稻苗大面积死亡，泥鳅、鳝鱼绝迹。人体接触污染土壤后，手脚出现红色皮疹，并有恶心、头晕现象。农药在农业生产上的应用尽管收到了良好的效果，但其残留物却污染了土壤和食物链。近年来，塑料地膜地面覆盖栽培技术发展很快，由于管理不善，部分膜弃于田间，它已成为一种新的有机污染物。（2）无机物污染无机污染物有的是随地壳变迁、火山爆发、岩石风化等天然过程进入土壤，有的随着人类的生产和消费活动而进入的。采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等生产部门，每天都排放大量的无机污染物，包括有害的元素氧化物、酸、碱和盐类等。生活垃圾中的煤渣，也是土壤无机物的重要组成部分，一些城市郊区长期、直接施用的结果造成了土壤环境质量的下降。比较具有代表性的是重金属污染。使用含有重金属的废水进行灌溉是重金属进入土壤的一个重要途径。重金属进入土壤的另一条途径是随大气沉降落入土壤。重金属主要有汞、铜、锌、铬、镍、钴等。由于重金属不能被微生物分解，而且可为微生物富集，土壤一旦被重金属污染其自然净化过程和人工治理都是非常困难的。此外，重金属可以被生物富集，因此对人类有较大的潜在危害。（3）土壤生物污染是指一个或几个有害生物种群，从外界侵入土壤，大量繁殖，破坏原来的动态平衡，对人类健康和土壤生态系统造成不良影响。造成土壤生物污染的主要物质来源是未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、饲养场和屠宰场的污物等。其中危害最大的是传染病医院未经消毒处理的污水和污物。土壤生物不仅可能危害人体健康，而且有些长期在土壤中存活的植物病原体还能严重地危害植物，造成农业减产。（4）土壤放射性物质的污染是指人类活动排放出的放射性污染物，使土壤的放射性水平高于天然本底值。放射性污染物是指各种放射性核素，它的放射性与其化学状态无关。放射性核素可通过多种途径污染土壤。放射性废水排放到地面上，放射性固体废物埋藏处置在地下，核企业发生放射性排放事故等，都会造成局部地区土壤的严重污染。大气中的放射性物质沉降，施用含有铀、镭等放射性核素的磷肥和用放射性污染的河水灌溉农田也会造成土壤放射性污染，这种污染虽然一般程度较轻，但污染的范围较大。放射性元素主要来源于大气层核实验的沉降物，以及原子能和平利用过程中所排放的各种废气、废水和废渣。含有放射性元素的物质不可避免地随自然沉降、雨水冲刷和废弃物堆放而污染土壤。土壤一旦被放射性物质污染就难以自行消除，只能自然衰变为稳定元素，而消除其放射性。放射性元素可通过食物链进入人体。土壤被放射性物质污染后，通过放射性衰变，能产生、射线。这些射线能穿透人体组织，损害细胞或造成外照射损伤，或通过呼吸系统或食物链进入人体，造成内照射损伤。综上所述，引起土壤污染的物质以及途径都是极为复杂的，它们往往是相互联系在一起的。参考文献：韩素清、迟翔：土壤污染的类型及影响和危害J 化工之友 2007年5月4.土壤环境污染防治措施有哪些？题解：对于土壤污染，必须贯彻“以防为主，防治结合”的环保方针。首先要控制和消除污染源。同时看到土壤具有强大的净化能力，在防治土壤污染时应充分利用这一特点。（1）、控制和消除土壤污染源控制和消除土壤污染源，是防止污染的根本措施。土壤对污染物所具有的净化能力相当于一定的处理能力。控制土壤污染源，即控制进入土壤中的污染物的数量和速度，通过其自然净化作用而不致引起土壤污染。1）控制和消除工业“三废”排放大力推广闭路循环，无毒工艺，以减少或消除污染物的排放。对工业“三废”进行回收处理，化害为利。对所排放的“三废”要进行净化处理，并严格控制污染物排放量和浓度，使之符合排放标准。2）加强土壤污灌区的监测和管理对污水进行灌溉的污灌区，要加强对灌溉污水的水质监测，了解水中污染物质的成分、含量及其动态，避免带有不易降解的高残留的污染物随水进入土壤，引起土壤污染。3）合理施用化肥和农药禁止或限制使用剧毒，高残留性农药，大力发展高效、低毒、低残留农药，发展生物防治措施。例如禁止使用虽是低残留，但急性、毒性大的农药。禁止使用高残留的有机氯农药。根据农药特性，合理施用，制订使用农药的安全间隔期。采用综合防治措施，既要防治病虫害对农作物的威胁，又要把农药对环境和人体健康的危害限制在最低程度。4）增加土壤容量和提高土壤净化能力增加土壤有机质含量、砂掺粘改良性土壤，以增加和改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离和培养新的微生物品种，以增强生物降解作用，是提高土壤净化能力的极为重要的一环。5）建立监测系统网络，定期对辖区土壤环境质量进行检查，建立系统的档案资料，要规定优先检测的土壤污染物和检测标准方法，这方面可参照有关参照国际组织的建议和我国国情来编制土壤环境污染的目标，按照优先次序进行调查、研究及实施对策。（2）防治土壤污染的措施1）施加改良剂施加改良剂的主要目的是加速有机物的分解和使重金属固定在土壤中，如添加有机质可加速土壤中农药的降解，减少农药的残留量。施用重金属吸收抑制剂（改良剂），即向土壤施加改良抑制物（如石灰、磷酸盐、硅酸钙等），使它与重金属污染物作用生成难溶化合物，降低重金属在土壤及土壤植物体内的迁移能力。这种方法起到临时性的抑制作用，时间过长会引起污染物的积累，并在条件变化时重金属又转成可溶性，因而只在污染较轻地区尚能使用。2）控制土壤氧化-还原状况控制土壤氧化-还原条件，也是减轻重金属污染危害的重要措施。据研究，在水稻抽穗到成熟期，无机成分大量向穗部转移，淹水可明显地抑制水稻对镉的吸收，落干则促进水稻对镉的吸收。重金属元素均能与土壤中的硫化氢反应生成硫化物沉淀。因此，加强水浆管理，可有效地减少重金属的危害。但砷相反，随着土壤氧化-还原电位的降低而毒性增加。3）改变耕作制度通过土壤耕作改变土壤环境条件，可消除某些污染物的危害。旱田改水田，DDT和六六六在旱田中的降解速度慢，积累明显；在水田中DDT的降解速度加快，利用这一性质实行水旱轮作，是减轻或消除农业污染的有效措施。4）客土深翻污染土壤的排除，特别是重金属的土壤污染，在土壤中产生积累，阻碍作物的生长发育。防治的根本办法是彻底挖去污染土层，换上新土的排土和客土法，以根除污染物。但如果是地区性的污染，实际采用客土法是不现实的。耕翻土层，即采用深耕，将上下土层翻动混合，使表层土壤污染物含量减低。这种方法动土量较少，但在严重污染的地区不宜采用。5）采用农业生态工程措施在污染土壤上繁殖非食用的种子、种经济作物或种属，从而减少污染物进入食物链的途径。或利用某些特定的动植物和微生物较快地吸走或降解土壤中的污染物质，而达到净化土壤的目的。6）工程治理利用物理（机械）、物理化学原理治理污染土壤，主要有隔离法，清洗法，热处理，电化法等，是一种最为彻底、稳定、治本的措施。但投资大，适于小面积的重度污染区。近年来，把其它工业领域，特别是污水、大气污染治理技术引入土壤治理过程中，为土壤污染治理研究开辟了新途径，如磁分离技术、阴阳离子膜代换法、生物反应器等。虽然大多数处于试验探索阶段，但积极吸收、转化新技术、新材料，在保证治理效果的基础上降低治理成本，提高工程实用性，有着重要的实际意义。7）制定农药的容许残留量根据农药的“最大一日容许摄取量”（容许摄取量/（kgd），用ADI值表示）乘以安全系数（一般定为1/100）。残留容许量ADI体重（kg）/食品系数kg/(人d)总之，在防治土壤污染的措施上，必须考虑到因地制宜，采取可行的办法，既消除土壤环境的污染，也不致引起其它环境污染问题。5. 化学农药在土壤中被吸附的过程是什么样的，有哪些影响因素？题解：土壤对农药的吸附作用概述吸附是农药与土壤固相环境之间相互作用的一个主要过程，它直接或者间接地影响着其他过程。进入土壤的农药通过物理吸附、物理化学吸附、氢键结合和配价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面，而使农药残留于土壤中。土壤对农药的吸附不仅会影响农药在土壤中的挥发和移动性能，而且还会影响农药在土壤中的生物与化学降解特性。因此，研究农药在土壤中的吸附与解吸能力是评价农药在环境中行为的一个重要指标。吸附在农药的移动中起重要作用，可以使农药暂时保持气态、溶解态或者悬浮态于土粒表面。构成土壤胶体复合体的胶粒和有机物在农药吸附中起着特别重要的作用。农药吸附可以归结为离子交换或者分子交换。离子交换包括带负电荷的胶粒和腐殖质酸根产生的阳离子交换以及金属氢氧化物（氢氧化铁、氢氧化铝）产生的阴离子交换。如果被吸附的分子是中性的，则借助偶极力、氢键和分散力被吸持在胶粒和腐殖质胶体表面。农药呈离子型交换还是分子态吸附，依据性质有所不同。土壤对农药吸附作用的机理吸附的机理在于土壤溶液中农药分子和胶体之间产生不同类型的键，不同机理分别概述如下：1）离子交换式吸附这种吸附是以离子键结合的。有些农药在土壤溶液中离解为有机阳离子的形式，容易与土壤粘土矿物和有机质上的阳离子起交换作用，被带负电荷的胶体吸附。例如，杀草快等除草剂属于季胺化合物，是一种强碱的盐，易溶于水而完全离子化。又比如联吡啶类阳离子除草剂，敌草快和对草快等能够与有机质和粘土矿物上的羰基和酚羟基杀害那个的阳离子交换，而被土壤交换。有些弱碱性农药可以发生质子化，而转化成带正电荷的离子，也可以被带负电荷的胶体吸附，如三氮杂苯类农药就是如此。某些农药如三氯醋酸等，分子中的官能团（羟基、羧基等）在土壤溶液中可以解离产生负电荷，成为有机阴离子，而被土壤中带正电荷的铁、铝水合氧化物胶体吸附。但由于一般土壤中带正电荷的胶体较少，故呈阴离子形式存在的农药较少被吸附。非离子型的农药是应用品种、数量最多的农药类型，如有机氯、有机磷和氨基甲酸酯类等农药。2）配位体交换吸附这种吸附作用的产生，是由于农药分子置换了一个或者几个配位体。发生配位交换吸附的必要条件是农药分子比被置换的配位体具有更强的配位能力，在土壤及其组成（比如氧化物和水合物）中，可进行交换的配体，通常是结合态水分子。配位型结合，对农药在土壤中的行为归宿至关重要。某些农药分子配位体可以与粘土矿上各种金属形成配和物。如杀草强和2,4-D被蒙脱石的吸附，以及利谷隆和野麦畏与土壤中可交换配体之间的吸附，都是这种机理。3）氢键结合吸附当农药分子和土壤组分具有NH、OH或者O、N原子时容易形成氢键，即氢原子在两个带有负电荷的原子之间形成桥，其中一个原子与氢原子共价结合，而另一个原子与氢靠静电力结合。氢键结合是非离子型极性农药分子与粘土矿物和有机质之间最普遍的一种吸附方式。农药分子可以与粘土矿物表面氢原子或者边缘羟基或土壤有机质的含氧和胺基以氢键相结合。有些交换性阳离子与极性有机农药分子，还可以通过水桥以氢键结合。对于吸附在粘土矿物上的农药分子来说，这种机制是最重要的。4）范德华力吸附范德华引力是由几种短程偶极矩相互作用产生的。由于范德华引力的加和性，大分子之间可以形成相当大的引力。非离子型、非极性或者弱极性农药分子与土壤之间的吸附作用，主要是由范德华引力产生的。比如土壤有机质对于西维因、对硫磷的吸附，属于范德华引力分子吸附。5）疏水性结合农药的非极性或者弱极性基团与土壤有机质分子的疏水部分相结合而被吸附，土壤有机质中的疏水性物质，类脂化合物等可能是这种吸附的吸附点。基于这种机理产生的农药吸附不受土壤pH值和土壤水分的影响。例如DDT和其他有机氯农药以及苯脲类农药在土壤有机质非极性部分或其包裹着的疏水性分子上的吸附属于这一类型。6）电荷转移当电子从一个富电子给予体转移到一个缺电子受体时，两者间产生的静电引力，形成电荷转移型配合物。含有电子或者未成对电子结构的分子能够产生这种结合。电子转移作用只能在近距离粒子间发生。有研究表明，这种机制有助于土壤胶体和以联吡啶阳离子为基础的除草剂形成的络合物，比如形成敌草快蒙脱石络合物。此外，甲硫基三氮苯，在土壤有机质上的吸附属于这种结合。农药在吸附以后，移动性和生理毒性水质发生变化。如除草剂百草枯被土壤吸附后，在水中的溶解度和生理活性就大大降低。有些药剂在被吸附在粘粒表面发生催化降解而失去毒性、活性。所以，土壤对农药的吸附，在某种意义上就是土壤对有机毒物的进化与降解作用。土壤对农药吸附的影响因素土壤对农药吸附力的强弱既决定于土壤特性，也决定于农药本身的性质。许多实验证明，影响吸附量的主要因素是土壤有机胶体的含量（夏立江 2001）（该论述存疑，有文献表明化学农药本身的结构、电荷特性以及水溶性是影响土壤对它吸附的主要因素 刘兆荣 2003）。1）土壤特性就土壤而言，影响因素主要是土壤粘粒和有机质的种类、含量以及组成特征。这些物质通过电荷特性或者通过含有氧、含氮、含硫的官能团，或者通过巨大的比表面对农药进行吸附。a.土壤组成：研究表明，土壤有机质和各种粘土矿物对非离子型农药的吸附能力一般按照以下顺序递减：有机胶体蒙脱石类伊利石类高岭石类。即土壤有机胶体对农药吸附能力比粘土矿物更强。土壤的质地和土壤有机质含量对农药的吸附具有显著影响。在一般矿物质土壤中，矿质胶体和有机胶体大部分呈复合胶体存在，既具有粘粒特性，也具有有机质特性，因此具有高的生物和非生物活性。b.土壤湿度土壤湿度之所以会对吸附作用产生影响，其根本原因在于土壤中的水分可与土壤中无机黏土微粒发生作用。由于黏土矿物微粒也可以吸附有机物，因此，当土壤中的水分为零（干燥土壤）时，有机物在土壤上的吸附既包括有机物在土壤有机质上的分配吸附，也包括有机物在土壤无机粒子上的吸附过程。此时，土壤对有机物的吸附量是最大的，土壤无机质和有机质都发挥了作用。当土壤中水分增加时，由于极性水分子更加容易与无机黏土矿物颗粒表面相结合，占据了部分吸附位，因此削弱了无机粒子对有机物的吸附。因此，随着土壤水分的增加，有机物在土壤上的吸附逐渐以分配吸附为主，总吸附量也会随之减少。如果土壤中的水分足够多，无机粒子表面完全被小分子占据，则此时无机粒子对有机物的吸附作用不产生影响，吸附完全是由分配作用所引起的。2)化学农药类型不同类型的化学农药对吸附作用的影响也很大。有研究表明，化学农药分子中有四个结构因子影响其吸附特性：官能团的性质，农药分子中存在某些官能团，如R3N+、CONH2、OH、NHCOR、NH2、OCOR、NHR等有助于增强吸附作用。其中以带有氨基的化合物吸附能力最强。取代基的性质，能改变农药的吸附行为。取代基的位置，能加强或阻碍分子间的键合。不饱和键的存在和数量，影响农药分子的亲水和疏水特性，从而影响农药与土壤组分之间的亲和力。在土壤中能解离成离子态的农药，其电荷相对较强，易发生吸附；极性分子中，由电子不均匀分布产生的电荷相对较弱，产生的吸附作用也较弱。碱性农药在pH小于其pKb的值时，能发生质子化，而具有阳离子交换能力。而酸性农药，在pH值大于其pKa值时，则解离为阴离子，吸附在带正电荷的土壤胶体表面。非离子型或中性农药在电场作用下可以受到暂时极化，而吸附在带正电荷土壤胶体表面。苯环中电子能产生暂时性极化，这种芳香基团增加时，中性分子在带电荷土壤表面的吸附性亦增强。 一般来说，有机农药分子比较小（非聚合分子），若带阴离子，在有水的情况下，不易被土壤胶体吸附。而带正电荷的农药，或者可以从介质中接受质子而质子化的农药，则可以被强烈地吸附。在各种农药的分子结构中，凡带有等功能团的都可以被土壤强烈地吸附，尤其是带有氨基的化合物，被吸附力更强。此外，在同类型的农药品种中，农药分子量愈大，挥发性越小，被吸附的能力愈强。农药的挥发性和溶解度愈小者，也越容易被土壤吸附。通常应用吸收分配系数Kd来表示农药被土壤吸附的程度。土壤对农药吸附力的大小，关系到农药在土壤中的有效性，以及土壤对有毒农药的净化效果。土壤对农药的吸附力越强，农药在土壤中有效浓度越低，可以减轻或消除农药对植物的污染。参考文献：陶秀成等：环境化学M 安徽大学出版社 1999年5月 P146148 刘兆荣等：环境化学教程M 化学工业出版社 2003年1月 P222223 杨景辉：土壤污染与防治M 科学出版社 1995年10月 P292295 夏立江、王鸿康：土壤污染及其防治M 华东理工大学出版社 2001年5月 P118121康春莉：环境化学M 吉林大学出版社2006年8月p2332346. 化学农药在土壤中的降解途径有哪些？题解：（一）非生物降解土壤中农药的转化受到土壤物理和化学性质的影响。例如：粘土矿物、金属氧化物、金属氢氧化物和金属离子以及土壤有机物质，在农药分解的很多反应中起催化剂作用。农药的水解是在土壤水的参与下进行的。由于农药与腐植物质的游离基反应，土壤组成部分和农药的分子结构都会产生变化。农药在土壤的降解过程有化学的、光化学的和生物降解三种，其中以生物降解为主。由于土壤透光率较低，光降解只发生在土壤表面上，作用较小。化学降解以水解为主。农药的非生物降解通过以下途径进行：a.化学降解化学降解可分为催化降解和非催化降解。非催化反应包括水解、氧化、异构化、离子化等作用，其中以水解和氧化最为重要。1)水解式降解这种降解多见于有机氯杀虫剂行业均三氮苯类除草剂，其影响因素有：温度、湿度、pH和粘土矿物组成。对于有机氯杀虫剂而言，在呈强酸性反应和有机质含量高的土壤中水解进行较为迅速。不同化学组成的粘土对杀虫剂的分解具有不同的影响。比如：在胡敏酸的数量和阿特拉津的水解之间没有发现直接的依赖关系，相反地，在富里酸的数量和阿特拉津的水解之间则存在直接的相关关系。粘土矿物中蒙脱石积极参与均三氮苯的水解。交换性阳离子可促进均三氮苯的水解。例如：能释放氢离子和铝离子的蒙脱石可增强阿特拉津的水解，而能释放钙离子或铜离子的蒙脱石则可以抑制其水解。同时，农药的水解速率和化学结构以及反应条件有关。在水溶液中。大多数有机磷农药在pH15之间最为稳定，但在碱性溶液中稳定性要低很多。比如pH值为78时，水解速率猛升，pH值每增加一个单位，水解速率几乎增加10倍（事实上，碱催化酯合成与水解效率比酸催化好的多，比如肉桂酸酯的合成与水解，用DMSO溶剂、KOH催化比用酸催化速率和产率均大3倍）。温度的影响也很大，大约每升高10摄氏度，水解速率就要增加4倍。在碱性条件下的水解反应，实际上是羟基离子的催化水解作用。在土壤环境中，除了碱性催化水解以外，有机磷农药还可以收到某些金属离子或金属离子与某些螯合剂结合的螯合物所催化水解。例如，土壤中的氨基酸与铜、铁、锰等金属离子所组成的螯合物就是很好的催化有机磷农药水解的催化剂。2）氧化还原型降解许多含硫农药常在土壤中遭到氧化。例如在灭菌土壤中，萎锈灵能转化成它的亚砜，对硫磷能氧化成对氧磷。有机氯农药DDT转化为DDD，艾氏剂经过环氧化作用形成狄等。农药在土壤中的非生物氧化的其他例子包括3杀草强的分解和甲拌磷的硫氧化。某些无机金属离子也可以催化氧化还原反应。3）形成亚硝基化合物的降解这种反应只有在pH34的条件下存在过量的硝酸盐时产生，但是一般来说土壤中不存在过量的硝酸盐。在自然条件下能形成硝基化合物的残留硝酸盐量是不多的，而且只有极小的一部分可能转化为亚硝基化合物。在pH57的肥沃土壤上施用2mg/Kg阿特拉津和极大量氮（100mg/Kg）时，有可能形成N亚硝基阿特拉津。多种农药组成中都包含亚硝基化合物，这种化合物也含于添加剂中。但同时也有实验证明，亚硝酸盐与二级胺在pH13作用下，即可反应生成N-亚硝基化合物，该化合物是公认的致癌物质。4）在土壤中存在有游离基的条件下产生的其他类型降解杀草强在其和土壤中的游离基相互作用时发生降解。DDT通过粘土矿物扩散有助于其向DDE转化。b.光化学降解农药分子吸收相应波长的光子，发生化学键断裂，形成中间产物自由基，自由基与溶剂或其它反应物反应，引起氧化、脱烷基、异构化、水解、置换反应等，得到光解产物。农药光降解作用，形成的产物有的毒性较母体降低，有的毒性较母体更大由于紫外线的穿透能力较弱，只有残留在土壤表面上的农药产生这种降解反应。光化学反应降解的强度决定于光作用的持续时间、光波长度、化学物质状态、携带物体或溶剂对光的敏感性、溶液pH和水的有无。有研究表明，同一农药在不同土壤的光降解速率基本相同，但不同农药在同一种土壤表面的光解速率则相差很大。在自然条件下，虽然阳光只照射地表，但施用的农药也大多残留在土壤表层，因此，光降解对于农药降解是极为重要的。光分解现象，主要有异构化、氧化、水解和置换反应，大部分除草剂、DDT以及某些有机磷农药等都能够发生光降解过程。光降解过程中首先是光能使农药分子中的化学键断裂而形成自由基，这种自由基是异常活跃的中间产物，然后自由基再与溶剂或其它反应物相作用，得到光解产物。在紫外线照射时，如果有水或者湿气存在，就能使磷酸酯水解，水解发生的部位往往是在最具有酸性的酯基上。对硫磷和辛硫磷水解产生对硝基酚。毒死蜌受到紫外线或者日光照射，如果有水共存时，就放出3,5,6三氯2吡啶醇。这个吡啶醇进一步光解脱氯，形成一系列二醇、三醇、四醇，这些醇都极易氧化，终至吡啶环打开而放出二氧化碳。但是干燥状态下，光分解速度则大大减慢。有机氯农药在紫外光作用下，其反应过程主要有两种类型：一类是分子内部的重新排列形成与原化合物相似的同分异构体；另一类是脱氯过程。二、生物降解生物降解中，土壤中微生物的生命活动是农药降解的最主要因素。此外，包括蚯蚓在内的非脊椎动物对农药的代谢作用也是很重要的。还有些农药能够在摄入植物体内后被代谢降解。农药生物降解的最终产物是二氧化碳和水，如分子中还含有S、N、P还能够生成硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐。1）脱氯作用有机氯农药DDT等化学性质稳定，在土壤中残留长，通过微生物作用脱氯，使DDT变成DDD，或者是脱氢脱氯变成为DDE，而DDE和DDD都可以进一步氧化为DDA。DDT在耗氧条件下分解很慢，降解物DDE、DDD毒性虽然比DDT低很多，但是DDE仍然有慢性毒性，并且其水溶性比DDT大。应该注意此类农药分解产物在环境中的积累。2）脱烷基化作用如三氯苯农药大部分为除草剂，微生物常常使其发生脱烷基作用。不过这种作用并不伴随发生去毒作用，例如二烷基胺三氮苯形成中间产物比它本身毒性还大，只有脱胺基和环破裂才能变为无毒物质。3）酰胺、酯的水解如磷酸酯农药对硫磷、马拉硫磷、苯酰胺类除草剂等，它们在土壤微生物的作用下，引起酰胺键和酯键发生水解，并且很快被分解。比如对硫磷在微生物作用下，只要几天时间就可以被分解，毒性基本消失。4)苯环破裂作用 许多土壤细菌和真菌都能够使芳香环破裂，这是环状有机物在土壤中彻底降解的关键作用。在同类农药化合物中。影响其降解速度的是这些化合物分子结构中的取代基的种类、数量、位置以及取代基团分子的大小。取代基数量越多，基团越大，就越难以分解。有研究表明，取代基位置不同，其分解难易也有差别。比如带有碳氯键结合的卤代化合物农药中，由于取代基的位置不同而影响分解的难易；在苯酚类化合物中，间位上有氯原子的卤化衍生物最难分解，邻位次之，对位卤化物最易分解。在脂肪类化合物中，在位置和位置上卤化的容易在微生物作用下起脱卤反应，取代基的位置对分解速度的影响程度比取代基数量的影响要大。参考文献：樊邦棠：环境化学M 浙江大学出版社 1991年11月P340349何燧源等：环境化学M 华东理工大学出版社 1996年12月 P276277杨景辉：土壤污染与防治M 科学出版社 1995年10月 P298299夏立江、王鸿康：土壤污染及其防治M 华东理工大学出版社 2001年5月 P1241257.施用化肥造成的可能环境污染有哪些方面？题解：由于原料、矿石本身的杂质以及生产工艺流程的污染，化肥中常常含有许多有害物质，施入土壤后发生一定程度的积累，形成土壤的潜在污染。同时过剩的氮磷等营养物质，可以流入地面水体或渗入地下水，引起水体富营养化，影响水生生物的生长。此外，化肥污染还会形成植物积累以及造成大气臭氧层的破坏，对人类生存的环境构成很大的威胁。一、化肥自身的污染特性（一）重金属污染混杂有重金属的主要矿物肥料为磷肥以及利用磷肥制成的一些复合肥料。由于磷肥中Cr、Pb元素以及As元素含量比较高，而我国土壤的环境容量（Cr、As）又比较低，因而很可能会引起土壤Cr、As的较快积累。（二）放射性污染化肥中放射性物质主要存在于磷肥和钾肥中。磷肥是土壤中天然性放射重金属（U、Th、Ra）的污染源。我国成品磷肥中U含量一般为2.410-32.2410-2mg/g，Th含量为1.110-31.110-2mg/g。钾肥中的放射性核素是40K。（三）氟污染氟是磷肥中污染环境的主要元素之一。氟具有很高的化学活性，对人畜危害较大。磷肥的主要原料是氟磷灰石，通过全国普遍测定表明，发现方式磷矿中全磷含量高的，氟含量也高，平均可以达到2.2%左右。长期使用磷肥，会导致土壤中含氟量的增高，从而使生长其上的植物中的氟含量也增高，轻则抑制生长发育，重则产生中毒现象。（四）有毒有机化合物污染目前商品生产的化肥中，普遍认为有害的有机化合物有如下几种：硫氰酸盐、磺胺酸、缩二脲、三氯乙醛以及多环芳烃，它们对种子、幼苗或者土壤微生物有毒害作用。其中，磺胺盐存在于用于制造尼龙原料的废硫酸生产的磷肥、氮肥中，一般含量较低；缩二脲存在于尿素中，对作物有毒害作用；对植物危害较大又较为普遍存在的是磷肥中的三氯乙醛，一般在磷肥生产中都存在三氯乙醛污染。三氯乙醛是植物生长的絮乱剂，它能够在土壤中存在较长时间，数月后才能降解完全。二、长期使用化肥对土壤环境的影响（一）引起土壤酸度变化过磷酸钙、硫酸钙、氯化铵等都属于生理酸性肥料，即植物吸收肥料中的养分离子后，土壤中氢离子增多，易造成土壤酸化。长期大量施用化肥，尤其是连续施用单一品种化肥时，在短期内即可出现这种情况。土壤酸化后会导致有毒物质的释放，或者使有毒物质毒性增强，这会对生物体产生不良影响。土壤酸化还能够溶解土壤中的一些营养物质，在酸雨和灌溉的作用下，向下渗透给地下水，使得营养成分流失，造成土壤贫瘠化，影响作物生长。（二）导致土壤板结，土壤肥力下降化肥施用过多，大量的铵根离子、钾离子和土壤胶体吸附的钙离子、镁离子等阳离子发生交换，使土壤胶体分散，土壤结构被破坏，导致土壤板结。大量使用化肥，用地不养地，造成土壤有机质下降，化肥无法补偿有机质的缺乏，进一步影响了土壤微生物的生存，不仅破坏了土壤的肥力结构，而且还降低了肥效。另有研究表明，在棕黄土上长期单施氮肥，与有机无机结合法施肥以及N、P配合施肥相比，减低了土壤的有机质含量，而且降低了有机质的活性、土壤的供氧能力、并会影响到有机无机复合体的性质。可见，长期使用大量化肥，会对耕地土壤的退化产生直接影响。（三）造成土壤硝酸盐污染化肥影响土壤的另一个突出问题是频繁施用的氮肥能够直接影响土壤中的硝酸根含量水平。在过量施用氮肥和大量灌溉的情况下，肥料氮主要以硝酸态形式从土壤中淋溶损失。有实验结果表明，土壤中的硝态氮含量随着施肥量的增加而增加。当土壤溶液中硝酸盐浓度过高时，一部分硝酸盐随着地表径流，流向低洼地带或者垂直迁移进入地下水中，造成水体氮污染。另一部分硝酸盐以过多的有毒的数量被作物大量吸收，成为作物产品的污染源。对同一种作物，土壤中硝酸根离子态氮含量越高，则作物体内含量也越高。进而经由食物或者饲料，影响进入人体或牲畜体内的硝酸根态氮含量。含有高浓度硝酸根的作物被人食用后，容易在胃里与胺类反应，转变为亚硝胺类化合物，具有致癌作用。（四）化肥中的有害物质对土壤的污染影响制造化肥的矿物原料以及化工原料中，含有多种重金属放射性物质和其他有害成分，它们随施肥进入农田土壤造成污染。如随磷肥的使用，不可避免地带给土壤许多有害物质：镉、锶、氟、铀、镭等。施用磷肥过多，会使施肥土壤含镉量比一般土壤高数十、甚至上百倍，长期积累将造成土壤镉污染。有些化肥中还含有有机污染物，如氨水中往往含有大量的酚。施用农田后，造成土壤的酚污染。三、化肥对水体的污染影响（一）水体富营养化农业生产中大量施用化肥，使得氮、磷等营养元素大量进入水体。水中营养含量的增加使得藻类大量繁殖，从而消耗了大量的氧，降低了水中溶解氧的含量，形成水体厌气环境，造成水质恶化，严重影响鱼类的生存，并引起鱼类大量死亡和湖泊老化，这一过程即称为水体的富营养化，它与农业肥料的流失有极大的关系。据大量田间试验表明，作物对氮肥的利用率为4050%，还有一半左右的氮素未被作物吸收，这样就造成了大量氮素随着降水和灌溉水流入河流、湖泊和海洋，造成水生资源的破坏，使水质下降。（二）地下水硝酸根离子污染氮肥进入土壤后，经过硝化作用产生硝酸根离子，除了能够被作物吸收利用外，多余的硝酸根不能被带负电的土壤胶体吸附，因而随雨水及灌溉水下渗而污染地下水。氮肥除了对地下水产生硝酸根离子污染外，还影响地下水硬度。这是由于组成氮肥的酸根（硝酸根、硫酸根、氯离子）进入土壤后，提高了土壤的酸度，在水的作用下使得难溶的钙盐、镁盐如方解石、白云石等变得易于溶解，最后进入地下水，增加了地下水的永久硬度。有实验资料表明，在栽种植物的情况下，施各种不同氮肥的土壤比不施的土壤淋出液中硬度增加了2.26.3倍。四、化肥对大气的污染影响化肥对大气的污染主要是指氮肥分解成氨气以及在反硝化过程中生成的氮氧化物对地球臭氧层的破坏作用。（一）氨的挥发氨态氮是化学氮肥的主体，施入土壤的氨态氮肥很容易以氨气的形式挥发逸入大气。尿素等氮肥若施于偏碱性的石灰性土壤表层，经由氨气形态挥发的氮素可达到40%左右。氨是一种刺激性气体，对眼、喉、上呼吸道刺激性很强。高浓度的氨还可薰伤作物，并引起人畜中毒事故。大气氨含量的增加，可增加经由降雨等形式进入陆地水体的氨量，是造成水体富营养化的一个因素。（二）氮氧化合物的增加随着化肥的大量使用，大气中氮氧化物不断增加，化肥施入土壤，相当一部分以有机或者无机氮形态的硝酸盐进入土壤，在土壤反硝化微生物作用下，会使难溶态、吸附态的氮化物还原成亚硝酸盐，同时转化生成氮和氮氧化物进入大气，使空气质量恶化。分子氮和氧化亚氮是氮素的主要气态损失形式。氧化亚氮在对流层内较稳定，上升至同温层以后，在光化学作用下，会与臭氧反应从而减低抽烟含量。当今大气中氧化亚氮的增加速率约比25年前提高3倍，这与近十几年来氮肥的消费量大大增加一致。五、化肥对生物的危害化肥施用量与养分配比，不仅对土壤生态系统及其生产力产生影响，而且对生物产品的质量也有很大影响。当施用量达到一定数量时，因植株生物增长过快，大量养分被植株吸收或者被非产品部分消耗，造成贪青、迟熟或者倒伏，导致作物产量质量下降。其次，使用化肥过多的土壤会使谷物、蔬菜和牧草等作物中硝酸盐含量过高，累计于叶、茎、根以及果实中。这种积累对植物无害，但是危害取食的动物和人类。如果家畜或者食草动物食用了这些硝酸盐含量过高的饲料，特别是进入反刍动物的瘤胃中，硝酸盐可以还原为亚硝酸盐，产生严重毒害