1、1安徽师范大学 20072008 学年第一学期05 环境科学专业 环境土壤学期末试卷（A ）参考答案及评分细则一、名词解释题（每小题 3 分，共 18 分）1. 土壤：发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层。 （或：能产生植物收获的地球陆地表面的疏松层次。 ） （3 分）2. 同晶替代：组成矿物的中心离子被电性相通、大小相近的离子所替代而晶格构造不变的现象。 （3 分）3. 土壤污染：人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。 （3 分）4. 土壤退化：在自然环境的基础上，因人类开发利用不当而加速的土壤质量和生产力下降的现象和过程。土壤退化一般包括数量减
2、少和质量降低。 （3 分）5. 土壤环境容量：土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量。 （3 分）6. 土壤背景值：又称土壤本底值，理论上指未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。实际上，土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。 （3 分）二、填空题（每空 1 分，共 24 分）1. 1：1 型、 2：1 型 2. 有限性， 可变性3. 化能无机营养型（或化能自养型） ，光能有机
3、营养型（或光能异养型）4. 砂粒，粘粒5. 容积，相对6. CO2，还原性7. 母质的风化，植物生长和微生物的活动8. 致酸离子，盐基离子9. 价数，半径10. pH（或石灰位） ，交换性酸（或水解性酸）11. 浓度，形态12. 环境质量，健康行为三、简答题（每小题 7 分，共 35 分）1. 简述土壤在陆地生态系统中所起的作用。 （7 分）陆地生态系统中，土壤作为最活跃的生命层，事实上是一个相对独立的子系统。在土壤生态系统中，绿色植物使其主要生产者，食草或食肉动物是主要消费者，生活在土壤中的微生物和低等动物是主要分解者，三者相互协调作用，决定着土壤生态系统物质和能量循环。（1 分）土壤在陆地
4、生态系统中起着及其重要的作用。主要包括：（1）保持生物活性、多样性和生产性；（2）对水体和溶质流动起调节作用；（3）对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用；（4）具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其它元素的功能。 （每点 1.5 分，共 6 分）2. 简述影响土壤微生物活性的环境因素。 （7 分）不同的微生物类群需要各自的适宜环境条件，环境条件的变化，或者影响其生长繁殖，或者改变其代谢途径，还可能引起微生物的遗传变异。 （1 分）（1）温度。温度是影响微生物生长和代谢最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超出最低和最高限度时，即停止生长或死亡。 （1 分）（2）水分及
5、其有效性。水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。水分对微生物的影2响不仅决定它的含量，更重要决定水的有效性。水分的微生物有效性用水的活度表示。不同环境水活度不同，微生物对其适应性也差别很大。 （1 分）（3）pH。酸碱度对微生物生命活动有很大影响。每种微生物都有其最适宜的 pH 和一定的 pH 适应范围。大多数土壤 pH 为 49，能维持各类微生物生长发育。 （1 分）（4）氧气和 Eh 值。通气状况和氧化还原电位的高低对微生物生长有一定的影响。好氧性微生物需要有氧气或氧化还原电位高；厌氧性微生物必须在缺氧或氧化还原电位较低的条件下生长，兼厌氧性微生物适应范围广，在有氧或无氧、氧化还原电位较高
6、或较低的环境中都能生长。 （1 分）（5）生物因素。土壤微生物来源不同，其对土壤环境的适应能力也不同；土壤微生物之间也存在互生、共生、拮抗现象，他们间互为生存、相互制约。 （1 分）（6）土壤管理措施。任何能改变土壤性质的管理措施就可能影响到微生物的生长和发育。特别是人为土壤耕作和使用杀虫剂及农药，对土壤微生物的影响尤为明显。 （1 分）3. 简述土壤水分含量的几种主要表示方法。 （7 分）土壤水分含量是表征土壤水分状况的一个指标。常用的表达方式有以下几种：（1）质量含水量。即土壤中水分的质量与干土质量的比值，其中干土一词，一般是指在 105 条件下烘干的土壤。无量纲，常用符号 m 表示。质量
7、含水量可用小数形式，也可用百分数形式表示。（2 分）10%干 土 质 量土 壤 水 质 量）土 壤 质 量 含 水 量 （2）容积含水量。即单位土壤容积中水分所占的容积分数。无量纲，常用符号 v 表示。容积含水量可用小数或百分数形式表示。（2 分）含含（3）相对含水量。指土壤含水量占田间吃水量的百分数。它可以说明土壤毛管悬着水的饱和程度、有效性和水、气的比例等。通常相对含水量为 60%至 80%，是适宜一般农作物以及微生物活动的水分条件 。（2 分）含含（4）土壤水储量。即一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。一般有两种表达方式：水深：旨在一定厚度一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度，
8、量纲为L；绝对水体积（容积）：即一定面积一定厚度土壤中含水量的体积，量纲为L 3。 （1 分）4. 简述土壤阳离子交换作用及其主要特点。 （7 分）在土壤中，被土壤胶体表面静电吸附的阳离子，一般都可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸，这种能互相交换的阳离子叫做交换性阳离子，而把发生在土壤胶体表面的这种交换反应称之为阳离子交换作用。 （3 分）阳离子交换作用有以下 3 个主要特点：（1）阳离子交换是一种可逆反应，反应速度很快，溶液中与胶体表面吸附阳离子处于动态平衡。 （1 分）（2）阳离子交换遵循等价离子交换的原则。即用 1mol 带 2 个正电荷的阳离子就可以交换 2mol 带 1 个
9、正电荷的阳离子。 （1 分）（3）阳离子交换符合质量作用定律。对于任一个阳离子交换反应，在一定温度下，当反应达到平衡时，根据质量作用定律就可以计算出其平衡常数 K。 （1 分）（1 分）产1K2 2物反物反 物物物反物反 35. 简述主要土壤氧化还原体系及其共同特点。 （7 分）氧化还原反应中氧化剂（电子给予体)和还原剂（电子接受体)构成了氧化还原体系。土壤中有多种氧化还原物质共存，构成相应的土壤氧化还原体系。土壤中常见的氧化还原体系主要有：氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系、有机碳体系和氢体系等。 （3 分）土壤氧化还原体系非常复杂，但他们具有如下共同特点：（1）土壤中氧化还原体系有无机
10、体系和有机体系两类。在无机体系中，重要的有氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系和氢体系等。有机体系包括不同分解程度的有机化合物、微生物的细胞体及其代谢产物等化合物。这些体系的反应有可逆的、半可逆和不可逆之分。 （1 分）（2）土壤中氧化还原反应岁数化学反应，但不完全是纯化学反应，在很大程度上是由微生物参与的。如:氮体系 NH4+NO 2-NO 3-，分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌参与下才能完成。（1 分）（3）土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。测 Eh 时要选择代表性土样，最好多点测定求平均值。 （1 分）（4）土壤中氧化还原平衡经常变动，不同时间、空
11、间，不同耕作管理措施等都会改变Eh 值。严格地说，土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡。 （1 分）四、论述题（第 1 小题 11 分，第二小题 12 分，共 23 分）1. 土壤有机质是土壤的重要组成部分。试论述土壤有机质在生态环境上所起到的重要作用。有机质是土壤的重要组成部分。土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。尽管土壤有机质只占土壤总重量得很小一部分，但他在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有着非常重要的作用和意义。 （2 分）土壤有机质在生态环境上的重要性主要体现在土壤有机质对重金属、农药等各种有机、
12、无机污染物的行为都有显著的影响，同时土壤有机质对全球碳平衡起着重要作用，被认为是影响全球“温室效应”的主要因素。 （1 分）（1）有机质与重金属离子的作用 土壤腐殖物质含有多种官能团，对重金属离子有较强络合和富集能力。土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有重要影响。重金属离子的存在形态受腐殖酸物质的络合作用和氧化还原作用的影响。腐殖酸对无机矿物有一定的溶解作用，实际上是其对金属离子的络合、吸附和还原作用的综合结果。总之，土壤有机质通过与重金属离子作用，可以改变其存在形态，减轻重金属离子的危害。 （3 分）（2）有机质对农药等有机污染物的固定作用土壤有机质对农药等
13、有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要影响。土壤有机质是固定农药的最重要的土壤组成成分，其对农药的固定与腐殖质功能基的数量、类型和空间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。一般认为极性有机污染物可以通过离子交换和质子化、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等不同机理与土壤有机质结合；非极性有机污染物可以通过分隔机理与之结合。可溶性腐殖质能增加农药从土壤向地下水的迁移。腐殖物质还能作为还原剂而改变农药的结构。总之农药等有机污染物与土壤有机质结合后，可以降低或消除其毒性。 （3 分）（3） 土壤有机质对全球碳循环的影响 土壤有机质是全
14、球碳平衡过程中非常重要的碳库。据估计全球土壤有机质总碳量为141017151017g，大约是陆地生物总碳量（5.610 17g）的 2.53 倍。全球每年土壤有机质生物分解释放到大气中的总碳量为 681015g，全球每年因焚烧燃料释放到大气中的总碳量（610 15g）只有土壤呼吸作用释放碳的 8%9%。可见，土壤有机质的损失对地球自然环境具有重要影响。从全球看，土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响不亚于人类活动向大气排放的影响。 （2 分）42. 土壤作为一种独立的历史自然题，具有其本身特有的发生和发展规律，试就土壤形成因素及其在土壤发生中的作用加以论述。土壤形成因素又称成土因素，是
15、影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。（1 分）成土因素学说认为土壤是在五大自然成土因素（即母质、生物、气候、地形和时间）和人为活动共同作用下形成的。成土因素学说的基本原理包括：土壤是成土因素综合作用的结果；成土因素具有同等重要性和不可替代性；成土因素的时空分异导致土壤演化持续进行。（2 分）（1）母质对土壤发生的作用母质是风化壳的表层，是指原生基岩经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，它是形成土壤的物质基础，是土壤的前身，它对土壤的形成过程和土壤属性均有很大影响。首先，拇指引起矿物组
16、成、理化形状的不同，在其他成土因素的制约下，直接影响成土过程的速度、性质和方向。其次，母质对土壤理化性状有很大的影响。不同成土母质形成的土壤，其养分状况有所不同，土壤的矿物组成往往也有较大的差别；成土母质也与土壤质地密切相关。如：花岗岩形成的土壤富钾而缺磷；玄武岩形成的土壤缺钾而富磷；砂岩形成的土壤盐基养分较贫乏；页岩形成的土壤盐基养分较丰富。此外，母质层次的不均一性也会影响影响土壤发育和形态特征，如冲积母质的砂粘间层所发育的土壤，粘层之上形成滞水层。 总之，成土过程进行得愈久，母质与土壤的性质差别就愈大。但母质的某些性质却仍会顽强地保留在土壤中。（2 分）（2）气候与土壤发生的关系气候对土壤
17、形成的影响主要包括湿度和温度两个方面。主要体现在两方面：一是直接参与母质的风化，水热状况直接影响矿物质的分解与合成及物质积累和淋失；二是控制植物生长和微生物的活动，影响有机质的积累和分解，决定养料物质循环的速度。湿度对土壤形成的作用主要表现在：影响土壤中物质的迁移；影响土壤中物质的分解、合成和转化。温度对土壤形成的影响主要表现在影响矿物的风化与合成、有机物质的风化与合成。一般来说，温度每增加 10，反应速率可成倍增加。温度和湿度两种因子是共同作用着的，只有两者互相配合，才能促进土壤的形成发展。温度和湿度对土壤形成的共同作用的总效应是很复杂的，多数情况下决定于水热条件和当地土壤地球化学状态的配合
18、情况。 （2 分）（3）生物因素在土壤发生中的作用土壤形成的生物因素包括植物、土壤动物和土壤微生物，生物因素是促进土壤发生发展最活跃的因素。生物的生命活动在土壤形成过程中起主导作用，把太阳能引入成土过程，使营养元素在土壤表层积聚，产生腐殖质，形成土壤团粒结构，是土壤具备肥力特性，推动土壤的形成与演化。一定意义上，没有生物因素的作用，就没有土壤的形成过程。植物在土壤形成中最重要的作用是利用太阳辐射能，合成有机质，把分散在岩石圈、水圈和大气圈中的营养元素有选择地吸收富集起来，同时伴随着矿质营养元素的有效化。此外，植物根系分泌有机酸，通过溶解和根系挤压作用破坏矿物晶格，改变矿物的性质，促进土壤形成；
19、并通过根系活动，促进土壤结构发展。土壤动物参与了土壤腐殖质的形成和养分的转化，其残体可作为土壤有机质的来源；动物的活动疏松土壤，促进团聚结构的形成；土壤动物种类的组成和数量在一定程度上是土壤类型和土壤性质的标志，可作为土壤肥力的指标。微生物在土壤形成和肥力发展中的作用是非常复杂和多种多样的。微生物参与分解有机质，释放潜能和养分，参与腐殖质形成，增强土壤肥力，参与生物固氮和分解矿物等。因此，微生物在土壤能量和物质的生物化学循环中起着极为重要的作用。（2 分）（4）地形与土壤发生的关系 5在成土过程中，地形是影响土壤和环境间进行物质和能量交换的一个重要条件，其主要通过影响其它成土因素对土壤形成起作
20、用。地形主要是影响水热条件及母质的再分配，进而影响土壤的形成。地形对土壤发育的影响，在山地表现尤为明显。因此山地土壤有垂直分布的特点。（1分）（5）成土时间对土壤发育的影响 时间因素对土壤形成没有直接作用，但可体现土壤的发育程度。成土时间长，受气候作用持久，土壤剖面发育完整，与母质差别大；反之，成土时间短，受气候作用短暂，土壤剖面发育差，与母质差别小。（1 分）（6）人类活动对土壤发生演化的影响人类活动是土壤发生发展的重要因素，可对土壤性质、肥力和发展方向产生深刻的影响，甚至起着主导作用。人类活动在土壤形成过程中具独特作用，但与其它五个因素有本质区别：人类活动对土壤的影响是有意识、有目的、定向
21、的。人类活动是社会性的，它受着社会制度和社会生产力的影响，在不同的社会制度和不同的生产力水平下，人类活动对土壤的影响及其效果有很大的差别。人类活动的影响可通过改变各自然因素而起作用，分有利和有害两个方面。人类对土壤的影响也具有两重性，利用合理，有助于土壤肥力的提高；利用不当会破坏土壤。（1 分）62007-2008 学年第一学期环境科学学院环境科学专业实验课程任课教师及工作量一览表教师姓名实验数上课次数（次）每次上课学生数（人）批阅实验报告（份）理论考试命题及改卷操作考试戴万宏 4 8 48 496 陶秀成 2 4 48 296 赵 敏 1 2 48 196 段文松 1 4 24 196 伍永刚 1 4 24 196 昝逢宇 1 4 24 196 刘荣琼 2 8 24 296 谢建春 - - - - - 注：（1）实验课以下午 5-8 节为一次；（2）操作考试进行了两次（两个下午） 。
