2025年大学《地球化学》专业题库- 地质地球化学技术在农田环境改善中的应用效果

2025年大学《地球化学》专业题库——地质地球化学技术在农田环境改善中的应用效果考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简答题（每题6分，共30分）1.简述生物地球化学循环的基本过程及其对土壤元素有效性的影响。2.阐述土壤酸化、盐渍化的主要地球化学成因，并分别指出两种条件下常用的地球化学改良方法及其作用原理。3.简述磷、钾在土壤中的主要地球化学形态及其有效性差异。列举两种矿物肥料，说明其作为磷、钾肥料的地球化学优势。二、分析题（每题10分，共40分）4.某地区农田长期施用氮肥，导致土壤板结、酸化，并出现重金属（如Cd）有效性升高的问题。请从地球化学角度分析该问题的产生机制，并提出相应的地质地球化学改善措施。5.地球化学地球探测方法（如土壤地球化学测量）在农田环境背景调查和污染监测中扮演着重要角色。请简述土壤地球化学测量在识别农田重金属污染源、评估污染程度方面的基本原理和工作流程。6.比较化学淋洗技术和植物修复技术在修复农田土壤重金属污染方面的地球化学原理、适用条件、优缺点及可能的环境风险。三、论述题（每题20分，共40分）7.论述如何科学评估某种地质地球化学技术（如施用矿物肥料、生物炭改良等）在农田环境改善方面的应用效果？需要考虑哪些关键指标和因素？8.结合当前农业可持续发展和环境保护的需求，论述地质地球化学技术在推动农业绿色发展、实现资源循环利用方面具有哪些潜力，并展望其未来发展方向。试卷答案一、简答题（每题6分，共30分）1.答案：生物地球化学循环是指化学元素在生物圈、岩石圈、水圈和大气圈之间进行迁移和转化的过程。主要过程包括元素的释放（如风化作用）、迁移（如水流、大气输送、生物吸收）、转化（如生物转化、化学沉淀/溶解）和储存。这些过程决定了元素在土壤中的分布和存在形态。元素的迁移和转化过程直接影响其在土壤溶液中的浓度和化学形态，从而决定了其生物有效性，即植物能够吸收利用的程度。解析思路：本题考察生物地球化学循环的基本概念及其与土壤元素有效性的关系。首先需回答循环的基本过程（释放、迁移、转化、储存），然后重点阐述这些过程如何影响土壤中元素的存在形态（溶解态、固相态等）和溶液浓度，最终决定其有效性（植物可吸收性）。2.答案：土壤酸化主要成因：矿物质风化释放H+和Al3+，酸性降水淋洗走盐基离子，农田施用生理酸性肥料（如铵态氮肥），N素生物转化产生H+。地球化学改良方法：施用石灰（CaCO3,CaO）中和H+和Al3+，增加盐基饱和度；施用碱性或中性矿物（如沸石、橄榄石）吸附H+和Al3+。土壤盐渍化主要成因：气候干旱少雨，蒸发量大；地形低洼排水不畅；灌溉水含盐量高或过量灌溉导致盐分累积。地球化学改良方法：排盐（工程措施）；冲洗（利用淡水淋洗盐分）；改良土壤质地（如施用有机肥增加孔隙度，改良粘土矿物结构，降低容重）；施用石膏（CaSO4·2H2O）调节阳离子组成，促进盐分溶解和淋洗，或改变粘土矿物结构。解析思路：本题要求区分两种土壤问题的地球化学成因，并对应提出改良方法及原理。需分别阐述酸化和盐渍化的主导地球化学过程（如H+/Al3+释放、盐基淋失、盐分累积），然后提出对应的地球化学改良策略（如利用碱性物质中和、利用矿物吸附、利用水力淋洗、利用矿物改变土壤物理化学性质），并简述其作用原理（如中和反应、离子交换、物理淋洗、改变土壤孔隙和矿物结构）。3.答案：磷在土壤中主要存在形态为：溶解性磷（无机磷，如H2PO4-、HPO4^2-）、有机结合磷、矿物吸附磷（铁铝氧化物结合态磷、碳酸盐结合态磷等）。有效性差异：溶解性磷有效性最高，是植物直接吸收利用的主要形态。有机结合磷和矿物吸附磷需要经过矿化或溶解过程才能释放为植物可利用的形态，有效性相对较低，且受土壤pH、氧化还原电位、通气状况及存在矿物种类等因素影响。钾在土壤中主要存在形态为：交换性钾（存在于粘土矿物层间和有机质中，植物易吸收）、非交换性钾（慢交换性钾和难交换性钾，存在于粘土矿物晶格内、原生矿物中或与有机质结合，植物难吸收但可逐渐释放）、溶解性钾（含量很少，存在于土壤溶液中）。有效性差异：交换性钾是植物吸收利用的主要形态，其有效性受土壤pH（影响粘土矿物结构）和有机质含量影响。非交换性钾和溶解性钾的有效性相对较低。解析思路：本题要求区分磷、钾在土壤中的主要地球化学形态，并比较其有效性。需列出主要形态（溶解性、有机、矿物吸附态对P；交换性、非交换性、溶解性对K），并解释各形态的有效性排序及影响因素（如pH、有机质、矿物类型、环境条件等）。矿物肥料部分，需说明其作为肥料的优势在于含有植物必需的中量或微量元素，且其释放元素的过程符合土壤地球化学循环规律，可能缓慢释放，肥效持久，且能同时改良土壤结构或提供其他养分。二、分析题（每题10分，共40分）4.答案：机制分析：长期施用氮肥（特别是铵态氮肥），微生物硝化作用产生H+，导致土壤酸化；酸化环境抑制了阳离子交换量低的粘土矿物对阳离子的吸附，加速了原本被固定的盐基离子（如Ca2+、Mg2+）的淋溶流失，进一步加剧酸化；同时，酸化土壤（低pH）降低了重金属（如Cd）在矿物相中的吸附能，促进了其从固相向土壤溶液的溶出，提高了解吸/浸出率和生物有效性。改善措施：1）施用石灰或其它土壤调理剂（如沸石、石灰石粉）中和土壤酸性，提高pH，增加盐基饱和度，同时沸石等可吸附部分Cd；2）增施有机肥，提高土壤缓冲容性，改善土壤结构，降低容重，促进Cd的固定；3）合理施肥，采用缓释/控释氮肥，减少硝化作用产生的H+；4）进行土壤地球化学监测，评估改善效果。解析思路：本题考察综合分析能力。首先需分析氮肥施用对土壤酸化、盐基淋失的影响机制（化学过程）。然后分析酸化对重金属（Cd）地球化学行为（溶解/释放）的影响机制（低pH降低吸附，增加溶解）。最后，针对这两个问题（酸化、重金属污染），提出基于地球化学原理的、相互协调的改善措施（如中和酸、固定重金属、调节养分输入、监测效果）。5.答案：基本原理：土壤地球化学测量是通过采集土壤样品，分析其中元素的含量（全量、可交换量、可溶性等不同形态）或其化学性质（如pH、有机质含量），从而反映土壤的地球化学背景、元素分布特征、污染状况等信息。在环境背景调查中，通过系统测量代表区域土壤的元素含量，建立背景值数据库，识别元素异常区域，判断是否存在污染。在污染监测中，通过对比污染前后或对照点土壤元素含量的变化，评估污染范围、程度和变化趋势。工作流程：1）确定调查目标和区域；2）布设采样点（系统采样、随机采样或针对性采样）；3）按照规范采集土壤样品（确定深度、层次、采集方法）；4）样品预处理（风干、研磨、混合等）；5）实验室分析（采用ICP-MS、AAS等仪器分析元素含量）；6）数据整理与评价（统计分析、绘制分布图、与背景值或标准比较、评估污染等级）。解析思路：本题考察土壤地球化学测量的原理和工作流程。原理上需说明其通过测量土壤元素含量/性质来反映环境信息（背景、分布、污染）。工作流程需涵盖从调查设计、采样布点、样品处理、仪器分析到数据整理与评价的全过程，体现其作为一项规范化环境调查技术的系统性。6.答案：化学淋洗原理：利用选择性的淋洗液（如酸、螯合剂、盐溶液）通过物理淋洗或离子交换/络合作用，将土壤中的重金属从固相（矿物、有机质）中溶解、释放出来，随淋洗液迁移并最终收集处理，从而降低土壤中重金属的总量和生物有效性。植物修复原理：利用超积累植物（能耐受并积累高浓度重金属）或指示植物（含量相对较高，反映土壤污染）吸收土壤中的重金属，通过收获植物器官将其从土壤中移除，实现污染土壤的原位修复。比较：1）原理：淋洗为溶解/迁移转移；植物修复为生物吸收/转移。2）适用条件：淋洗适用于污染较重、土壤质地适宜、淋洗液易回收处理的区域；植物修复适用于污染面积大、难以移动、需长期修复或考虑生态效益的区域。3）优点：淋洗见效快；植物修复环境友好，成本相对较低，可美化环境。4）缺点：淋洗可能产生二次污染（淋洗液处理），可能破坏土壤结构，对深层污染效果差；植物修复修复周期长，受气候条件影响大，重金属在食物链中富集风险需评估。5）环境风险：淋洗可能扰动土壤，改变元素平衡；植物修复需关注植物吸收量是否稳定，以及收获后废弃物处理。解析思路：本题要求比较两种技术的原理、条件、优缺点和风险。需清晰阐述各自的核心地球化学原理（溶解迁移vs生物吸收转移），然后从应用场景（适用性）、效率、成本、环境影响等多个维度进行比较，并指出各自的主要局限性和潜在的环境风险。三、论述题（每题20分，共40分）7.答案：科学评估地质地球化学技术应用效果需系统考虑多个方面：1）明确评估目标和指标：根据技术目的设定具体指标，如污染物浓度降低率（土壤、作物、地下水中）、土壤pH/盐分/养分含量变化、土壤健康指数、作物产量和品质改善情况、环境风险降低程度等。2）建立对比基准：设置对照区（未应用技术）或采用前对照数据，进行对比分析。3）采用科学评估方法：结合样品分析（地球化学成分变化）、田间试验（作物生长监测）、模型模拟、生态风险评估等多种手段。4）考虑影响因子：分析技术效果受气候、土壤类型、作物种类、管理措施等环境和管理因素的综合影响。5）进行长期监测与动态评价：许多技术效果具有滞后性或持续性，需进行阶段性评估和长期跟踪监测。6）综合评价：综合各项指标和影响分析，对技术的有效性、经济性、安全性及环境效益进行综合判断，并提出优化建议。解析思路：本题要求系统论述效果评估的框架和要点。应从评估的核心理念（科学性、系统性）出发，阐述评估的基本步骤和要素：明确目标与指标、设定对比基准、选择评估方法、考虑影响因素、实施监测、综合评价。强调多指标、多方法、动态监测和综合判断的重要性。8.答案：地质地球化学技术在推动农业绿色发展、实现资源循环利用方面潜力巨大：1）精准诊断与调控：通过土壤地球化学测量等技术，精准评估土壤养分状况和污染水平，指导精准施肥、科学灌溉和污染修复，减少资源浪费和环境污染。2）资源高效利用与循环：利用地球化学原理开发和推广矿物肥料、有机废弃物资源化利用技术（如堆肥腐熟过程地球化学调控），将工业废弃物（如尾矿、粉煤灰）转化为土壤改良剂或肥料资源，实现养分循环。3）环境修复与保护：应用地球化学技术修复农田重金属、盐渍化等污染，改善土壤健康，保障农产品安全，维护生态环境。4）支撑可持续发展：为发展生态农业、有机农业提供地球化学依据和技术支撑，助力实现农业碳达峰碳中和目标，促进农业可持续发展。未来发展方向：1）加强多学科交叉融合，发展智能化地球化学监测与诊断