環(huán)境地球化學(xué)

1、第七章第七章 環(huán)境地球化學(xué)環(huán)境地球化學(xué)概論概論 :環(huán)境地球化學(xué)作為地球化學(xué)學(xué)科的重要分支和環(huán)境地球化學(xué)作為地球化學(xué)學(xué)科的重要分支和環(huán)境科學(xué)的重要組成部分，主要研究巖石圈（表環(huán)境科學(xué)的重要組成部分，主要研究巖石圈（表層）、水圈、生物圈、大氣圈中元素的分布、遷層）、水圈、生物圈、大氣圈中元素的分布、遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)規(guī)律及其與生物和人體健康的關(guān)移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)規(guī)律及其與生物和人體健康的關(guān)系。系。環(huán)境地球化學(xué)已被廣泛應(yīng)用到環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境地球化學(xué)已被廣泛應(yīng)用到環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境治理等各個(gè)方面。環(huán)境治理等各個(gè)方面。全球環(huán)境變化全球環(huán)境變化-與人類生存危機(jī)與人類生存危機(jī)環(huán)境科學(xué)與人類環(huán)境科學(xué)與人類的生存關(guān)

2、系的生存關(guān)系：1. 人口增長(zhǎng)、人口增長(zhǎng)、2. 大氣大氣CO2濃度升高、濃度升高、3. 人類對(duì)氮循環(huán)的改變、人類對(duì)氮循環(huán)的改變、4. 全球增溫、全球增溫、5. 土地開墾和森林減少、土地開墾和森林減少、6. 生物多樣性減少生物多樣性減少 地球環(huán)境與生命過(guò)程： 生物種群生物種群生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)器溫 室 效 應(yīng)問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 地球是否會(huì)進(jìn)入溫室氣候狀態(tài)？地球是否會(huì)進(jìn)入溫室氣候狀態(tài)？ 如果是這樣，地球環(huán)境會(huì)發(fā)生什么變化？如何變化？如果是這樣，地球環(huán)境會(huì)發(fā)生什么變化？如何變化？ 什么樣的生物種群會(huì)適應(yīng)這種調(diào)整而繼續(xù)演化或不適應(yīng)而什么樣的生物種群會(huì)適應(yīng)這種調(diào)整而繼續(xù)演化或不適應(yīng)而滅絕？滅絕？Ha

3、nsen and Sato, 2004, PNASGutzler, 2000， GSA Today北極夏季海冰含量變化比較Jenkins et al., 2003. Hadley Centre for Climate Prediction/Research.Jenkins et al., 2003. Hadley Centre for Climate Prediction/Research.第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)境中元素的背景值及其存在狀態(tài)環(huán)境中元素的背景值及其存在狀態(tài)一、元素的環(huán)境背景值一、元素的環(huán)境背景值（一）環(huán)境背景值的概念（一）環(huán)境背景值的概念環(huán)境背景值（本底值）：指未受或基本未受人環(huán)境背景

4、值（本底值）：指未受或基本未受人為污染或者自然污染的情況下為污染或者自然污染的情況下, ,巖石、土壤、水體、巖石、土壤、水體、植物等環(huán)境要素中化學(xué)元素的平均含量。植物等環(huán)境要素中化學(xué)元素的平均含量。 當(dāng)環(huán)境中元素的含量超過(guò)了環(huán)境背景值時(shí)，表當(dāng)環(huán)境中元素的含量超過(guò)了環(huán)境背景值時(shí)，表明該環(huán)境可能受到了人為或自然污染；當(dāng)元素的明該環(huán)境可能受到了人為或自然污染；當(dāng)元素的含量低于環(huán)境背景值時(shí)，預(yù)示著環(huán)境中元素可能含量低于環(huán)境背景值時(shí)，預(yù)示著環(huán)境中元素可能缺乏缺乏。元素的環(huán)境背景值與元素的地球化學(xué)背景值都元素的環(huán)境背景值與元素的地球化學(xué)背景值都反映了介質(zhì)中元素的平均含量及其正常分布。反映了介質(zhì)中元素的平均

5、含量及其正常分布。但元素的地球化學(xué)背景值只考慮介質(zhì)中元素的但元素的地球化學(xué)背景值只考慮介質(zhì)中元素的總量?？偭俊Ｔ氐沫h(huán)境背景值既要考慮介質(zhì)中元素的總量，元素的環(huán)境背景值既要考慮介質(zhì)中元素的總量，又要考慮介質(zhì)中不同存在狀態(tài)的元素含量。又要考慮介質(zhì)中不同存在狀態(tài)的元素含量。這是元素的環(huán)境背景值與元素的地球化學(xué)背景這是元素的環(huán)境背景值與元素的地球化學(xué)背景值研究的主要區(qū)別（例如：土壤中某元素的可值研究的主要區(qū)別（例如：土壤中某元素的可溶性含量和總量與生態(tài)溶性含量和總量與生態(tài) 關(guān)系）。關(guān)系）。（二）研究環(huán)境背景值的意義（二）研究環(huán)境背景值的意義為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供依據(jù)。為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

6、為污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究和為污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。為地方病病因的研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理為地方病病因的研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理布局等提供基礎(chǔ)資料。布局等提供基礎(chǔ)資料。二、環(huán)境中元素的存在狀態(tài)二、環(huán)境中元素的存在狀態(tài)（一）元素存在狀態(tài)的概念（一）元素存在狀態(tài)的概念元素的存在狀態(tài)是指元素的物理、化學(xué)相態(tài)元素的存在狀態(tài)是指元素的物理、化學(xué)相態(tài)和能量狀態(tài)，它包括元素的物理狀態(tài)、價(jià)態(tài)、和能量狀態(tài)，它包括元素的物理狀態(tài)、價(jià)態(tài)、化合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)等方面?；蠎B(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)等方面。 元素存在狀態(tài)不同，其遷移行為和生物毒性元素存在狀態(tài)不同，其遷移行為和生

7、物毒性均有不同。均有不同。例如例如CrCr和和HgHg，Cr3+Cr3+穩(wěn)定，穩(wěn)定，Cr6+Cr6+與氧結(jié)合形成與氧結(jié)合形成（CrO4CrO4）2-2-絡(luò)離子，則具有較大的遷移能力，絡(luò)離子，則具有較大的遷移能力，且有毒性。且有毒性。HgHg在環(huán)境中的存在狀態(tài)包括氣態(tài)汞在環(huán)境中的存在狀態(tài)包括氣態(tài)汞（Hg0Hg0）、液態(tài)汞（）、液態(tài)汞（Hg0Hg0）、硫化汞（）、硫化汞（Hg2SHg2S）甲基汞（甲基汞（CH3HgCH3Hg）和二甲基汞）和二甲基汞(CH3)2Hg(CH3)2Hg等。汞的形態(tài)不同，其毒性也各不相同，其中甲等。汞的形態(tài)不同，其毒性也各不相同，其中甲基汞的毒性最為嚴(yán)重。基汞的毒性最為嚴(yán)

8、重。（二）環(huán)境中元素的存在狀態(tài)（二）環(huán)境中元素的存在狀態(tài)1.1.土壤中元素的存在狀態(tài)土壤中元素的存在狀態(tài)土壤主要由固相、液相和氣相物質(zhì)組成。土壤主要由固相、液相和氣相物質(zhì)組成。土壤中金屬元素賦存狀態(tài)：土壤中金屬元素賦存狀態(tài)：水溶態(tài)、水溶態(tài)、 可交可交換態(tài)、換態(tài)、有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合態(tài)、有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合態(tài)、固定態(tài)固定態(tài)水溶態(tài)：溶解于液相中的陰陽(yáng)離子、絡(luò)陰離子水溶態(tài)：溶解于液相中的陰陽(yáng)離子、絡(luò)陰離子和有機(jī)化合物、有機(jī)酸等；和有機(jī)化合物、有機(jī)酸等；可交換態(tài)：吸附在粘土礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒的表可交換態(tài)：吸附在粘土礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒的表面，易被其它離子交換出來(lái)的離子，如面，易被其它離子交換出來(lái)的離子，如K K、NaNa、

9、CaCa2 2、FeFe2 2、CuCu2 2、等；、等； 有機(jī)、無(wú)機(jī)結(jié)合態(tài)有機(jī)、無(wú)機(jī)結(jié)合態(tài)：以有機(jī)形態(tài)存以有機(jī)形態(tài)存在于生物有機(jī)體中的元素和以氫氧化在于生物有機(jī)體中的元素和以氫氧化物出現(xiàn)的元素。物出現(xiàn)的元素。固定態(tài)固定態(tài)，固定在礦物中的難以溶解固定在礦物中的難以溶解和不能被其它離子交換的元素。和不能被其它離子交換的元素。其中水溶態(tài)和可交換態(tài)為有效態(tài)，是其中水溶態(tài)和可交換態(tài)為有效態(tài)，是能被植物直接吸收利用的，二者的總能被植物直接吸收利用的，二者的總量叫做有效態(tài)含量或有效量。量叫做有效態(tài)含量或有效量。2.天然水體中元素的存在狀態(tài)天然水體中元素的存在狀態(tài)以水中物質(zhì)能否通過(guò)孔徑為以水中物質(zhì)能否通過(guò)孔

10、徑為0.45m（或（或0.22 m）濾膜，將水中的金屬物質(zhì)分為溶解態(tài)（可）濾膜，將水中的金屬物質(zhì)分為溶解態(tài)（可通過(guò)濾膜的物質(zhì)）和懸浮態(tài)（不能通過(guò)濾膜的物通過(guò)濾膜的物質(zhì)）和懸浮態(tài)（不能通過(guò)濾膜的物質(zhì)）兩大類。質(zhì)）兩大類。 根據(jù)金屬的化學(xué)活性，溶解態(tài)進(jìn)一步分為穩(wěn)根據(jù)金屬的化學(xué)活性，溶解態(tài)進(jìn)一步分為穩(wěn)定態(tài)（無(wú)機(jī)和有機(jī)金屬絡(luò)合物、與無(wú)機(jī)和有定態(tài)（無(wú)機(jī)和有機(jī)金屬絡(luò)合物、與無(wú)機(jī)和有機(jī)膠體結(jié)合的金屬元素）和不穩(wěn)定態(tài)（無(wú)機(jī)機(jī)膠體結(jié)合的金屬元素）和不穩(wěn)定態(tài)（無(wú)機(jī)和有機(jī)金屬絡(luò)合物、金屬離子）兩種類型。和有機(jī)金屬絡(luò)合物、金屬離子）兩種類型。 較大顆粒懸浮物和水體底泥中金屬元素的存較大顆粒懸浮物和水體底泥中金屬元素的

11、存在狀態(tài)分為：水溶態(tài)；可交換態(tài)；與碳酸鹽在狀態(tài)分為：水溶態(tài)；可交換態(tài)；與碳酸鹽結(jié)合態(tài)；與結(jié)合態(tài)；與Fe、Mn氧化物結(jié)合態(tài)；與有機(jī)物、氧化物結(jié)合態(tài)；與有機(jī)物、硫化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)六種。硫化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)六種。第二節(jié)第二節(jié) 元素的生態(tài)學(xué)分類及其功能元素的生態(tài)學(xué)分類及其功能一、元素的生態(tài)學(xué)分類一、元素的生態(tài)學(xué)分類依據(jù)生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中元素所起的作用及其需求依據(jù)生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中元素所起的作用及其需求程度，將環(huán)境中的元素分為如下四類程度，將環(huán)境中的元素分為如下四類(1)(1)大量必需元素大量必需元素: H: H、C C、OO、N N、P P、S S、ClCl、K K、NaNa、CaCa、MgMg。(

12、2) (2) 微量必需元素微量必需元素: Fe: Fe、CuCu、ZnZn、MnMn、CoCo、MoMo、V V、CrCr、NiNi、SeSe、SnSn、I I、F F、B B、SiSi、TiTi(3) (3) 非必需元素非必需元素: Li: Li、BeBe、AlAl、RbRb、SrSr、ZrZr、HfHf、NbNb、TaTa、WW、TlTl、BiBi、AuAu、AgAg、BrBr等。等。(4)(4)有毒元素有毒元素: Cd: Cd、HgHg、AsAs、PbPb、U U等等二、元素的生理功能二、元素的生理功能 必需元素的生理功能如下表所示。這些元素在必需元素的生理功能如下表所示。這些元素在巖石

13、、大氣、土壤、水體中的分布是決定生態(tài)系巖石、大氣、土壤、水體中的分布是決定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的主要因素。統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的主要因素?，F(xiàn)以人體為例介紹生命必需元素的生理功能?，F(xiàn)以人體為例介紹生命必需元素的生理功能。表表5-2 5-2 生命必需元素的生理功能生命必需元素的生理功能類類別別元元素素生理功能生理功能在人體中在人體中的屬性的屬性在植物體中在植物體中的屬性的屬性 大大量量必必需需元元素素 H HC CO O構(gòu)成生命體的基本組成元構(gòu)成生命體的基本組成元素，其中素，其中H H、O O 也是生物也是生物體內(nèi)水的主要成分體內(nèi)水的主要成分 大量必需大量必需元素元素 大量必需元大量必需元素素 N N蛋白質(zhì)

14、和氨基酸的必蛋白質(zhì)和氨基酸的必須成分，沒(méi)有須成分，沒(méi)有N N就沒(méi)有就沒(méi)有蛋白質(zhì)，也就沒(méi)有生蛋白質(zhì)，也就沒(méi)有生命；在植物體內(nèi)，命；在植物體內(nèi)，N N還還能促進(jìn)葉綠素、核酸能促進(jìn)葉綠素、核酸和酶的合成，促進(jìn)細(xì)和酶的合成，促進(jìn)細(xì)胞分裂胞分裂大量必需大量必需元素元素 大量必需元大量必需元素素 類類別別元元素素生理功能生理功能在人體中在人體中的屬性的屬性在植物體在植物體中的屬性中的屬性 大大量量必必需需元元素素P P8585的的P P在骨骼、牙齒中，其余在骨骼、牙齒中，其余在細(xì)胞和體液中。是核酸的主要在細(xì)胞和體液中。是核酸的主要組成元素。組成元素。P P能促進(jìn)植物根系發(fā)能促進(jìn)植物根系發(fā)育和植物成熟，增加

15、籽實(shí)育和植物成熟，增加籽實(shí) 。大量必需大量必需元素元素 大量必需大量必需元素元素 S S 蛋白質(zhì)、各種氨基酸、胰島素、蛋白質(zhì)、各種氨基酸、胰島素、維生素維生素B B的組成元素，調(diào)節(jié)體的組成元素，調(diào)節(jié)體內(nèi)氧化作用內(nèi)氧化作用 大量必需大量必需元素元素 大量必需大量必需元素元素 Cl Cl 細(xì)胞內(nèi)液和體液的主要陰離子，細(xì)胞內(nèi)液和體液的主要陰離子，維持體液的滲透壓，調(diào)節(jié)體內(nèi)的維持體液的滲透壓，調(diào)節(jié)體內(nèi)的酸堿平衡。在植物體內(nèi)起調(diào)節(jié)細(xì)酸堿平衡。在植物體內(nèi)起調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓和維持生理平衡的作用胞滲透壓和維持生理平衡的作用 大量必需大量必需元素元素 微量必微量必需元素需元素類類別別元元素素生理功能生理功能在人體

16、中在人體中的屬性的屬性在植物體中在植物體中的屬性的屬性 微微量量必必需需元元素素 Na Na 維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的正常結(jié)維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能，細(xì)胞外的滲透壓和構(gòu)和功能，細(xì)胞外的滲透壓和調(diào)節(jié)酸堿平衡。一些鹽類的植調(diào)節(jié)酸堿平衡。一些鹽類的植物生長(zhǎng)過(guò)程需要物生長(zhǎng)過(guò)程需要NaNa。 大量必大量必需元素需元素微量必需微量必需元素元素K K 維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的正常結(jié)維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能，維持細(xì)胞內(nèi)的滲透構(gòu)和功能，維持細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，調(diào)節(jié)酸堿平衡。壓，調(diào)節(jié)酸堿平衡。K K能促進(jìn)能促進(jìn)植物體內(nèi)糖的轉(zhuǎn)移和淀粉的合植物體內(nèi)糖的轉(zhuǎn)移和淀粉的合成，促進(jìn)根系發(fā)育和對(duì)成，促進(jìn)根系發(fā)育和對(duì)N

17、N的吸的吸收，增加籽實(shí)。收，增加籽實(shí)。 大量必需大量必需元素元素 大量必需元大量必需元素素 類類別別元元素素生理功能生理功能在人體中在人體中的屬性的屬性在植物體在植物體中的屬性中的屬性 微微量量必必需需元元素素 CaCa牙齒、骨骼的主要成分，維持細(xì)牙齒、骨骼的主要成分，維持細(xì)胞正常的滲透壓，保護(hù)細(xì)胞膜，胞正常的滲透壓，保護(hù)細(xì)胞膜，維持心肌的正常收縮等。維持心肌的正常收縮等。CaCa是是植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要組成部分，植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要組成部分，參與新細(xì)胞的形成。參與新細(xì)胞的形成。 大量必需大量必需元素元素大量必需大量必需元素元素Mg Mg MgMg的的7070存在于骨骼中，其余存在于骨骼中，其余分

18、布于體液和軟組織中。分布于體液和軟組織中。 MgMg有有助于神經(jīng)信息的傳遞，參與多種助于神經(jīng)信息的傳遞，參與多種酶的合成。在植物中，酶的合成。在植物中，MgMg還是還是組成葉綠素的中心陽(yáng)離子組成葉綠素的中心陽(yáng)離子 大量必需大量必需元素元素大量必需大量必需元素元素B B促進(jìn)植物體碳水化合物的形成和促進(jìn)植物體碳水化合物的形成和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)植物生殖器官的形成轉(zhuǎn)移，促進(jìn)植物生殖器官的形成和發(fā)育等和發(fā)育等 微量必需微量必需元素元素 類類別別元元素素生理功能生理功能在人體中在人體中的屬性的屬性在植物體在植物體中的屬性中的屬性 微微量量必必需需元元素素 Fe Fe 血紅蛋白的重要組成部分，許多血紅蛋白的重要組

19、成部分，許多氧化酶的輔助因素，也是呼吸酶氧化酶的輔助因素，也是呼吸酶的組分之一的組分之一 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素Cu Cu 促進(jìn)植物的呼吸強(qiáng)度促進(jìn)植物的呼吸強(qiáng)度, ,調(diào)節(jié)植物的調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)，增加葉綠素的含量生長(zhǎng)，增加葉綠素的含量 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素Co Co 維生素維生素B B1212的成分、在血紅素的合的成分、在血紅素的合成中起很大作用，固氮作用所必成中起很大作用，固氮作用所必需需 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素Mo Mo 為黃素氧化酶和固氮酶合成的促為黃素氧化酶和固氮酶合成的促媒元素。在植物中，媒元素。在植物中，M

20、oMo是微量必是微量必需元素需元素 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素類類別別元元素素生理功能生理功能在人體中在人體中的屬性的屬性在植物體在植物體中的屬性中的屬性 微微量量必必需需元元素素 Zn Zn 許多酶的活化中心，胰島素的組許多酶的活化中心，胰島素的組分，促使骨骼、皮膚、生殖器官分，促使骨骼、皮膚、生殖器官的發(fā)育；在植物中，的發(fā)育；在植物中，ZnZn參與光合參與光合作用、生長(zhǎng)素的合成、蛋白質(zhì)的作用、生長(zhǎng)素的合成、蛋白質(zhì)的代謝等代謝等 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素MnMn錳是生長(zhǎng)刺激劑，參與光合作用，錳是生長(zhǎng)刺激劑，參與光合作用，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)氧化還原作用調(diào)

21、節(jié)植物體內(nèi)氧化還原作用 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素Si Si 在藻類等低等生物中最豐富，在在藻類等低等生物中最豐富，在骨骼、軟骨的形成初期需要骨骼、軟骨的形成初期需要SiSi，水稻生長(zhǎng)需要大量水稻生長(zhǎng)需要大量Si Si 微量必需微量必需元素元素微量必需微量必需元素元素I I 甲狀腺素的成分，調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物甲狀腺素的成分，調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物的生長(zhǎng)與發(fā)育的生長(zhǎng)與發(fā)育 微量必需微量必需元素元素（一）大量必需元素（一）大量必需元素大量必需元素：大量必需元素：C C、HH、OO、N N、CaCa、MgMg、K K、NaNa、S S、P P、ClCl，約占人體干重的，約占人體干重的99.99

22、99.99。C C、HH、OO、N N為為人體人體基本組成元素，基本組成元素， Ca、Mg、K、Na、S、P、Cl的生物功能主要有：的生物功能主要有： Ca Ca、MgMg、K K、NaNa、S S、P P、Cl Cl 的生物功的生物功 能主要有：能主要有： 維持細(xì)胞壁內(nèi)外的電解質(zhì)平衡。維持細(xì)胞壁內(nèi)外的電解質(zhì)平衡。 調(diào)節(jié)體內(nèi)調(diào)節(jié)體內(nèi)CaCa的濃度，防止硫酸鹽、磷酸鹽在的濃度，防止硫酸鹽、磷酸鹽在 細(xì)胞中沉淀，起到穩(wěn)定細(xì)胞的作用。細(xì)胞中沉淀，起到穩(wěn)定細(xì)胞的作用。 K K、NaNa、CaCa、ClCl、S S 維持體液和細(xì)胞液中電維持體液和細(xì)胞液中電 解質(zhì)平衡。解質(zhì)平衡。 Ca Ca、MgMg在細(xì)

23、胞代謝作用中起催化作用，維在細(xì)胞代謝作用中起催化作用，維持細(xì)胞膜的勢(shì)能差和傳遞神經(jīng)信息作用。持細(xì)胞膜的勢(shì)能差和傳遞神經(jīng)信息作用。（二）微量必需元素（二）微量必需元素人體微量必需元素有：人體微量必需元素有：FeFe、I I、CuCu、MnMn、ZnZn、CoCo、CrCr、SeSe、MoMo、F F。其主要功能：。其主要功能：參與酶的合成和激活酶的活性參與酶的合成和激活酶的活性 ( (如如MnMn、MoMo、ZnZn等等) )。參與激素和維生素的合成參與激素和維生素的合成( (如如CoCo、I I 等等) )。輸送某些元素，如血紅素中的鐵是氧的攜帶者輸送某些元素，如血紅素中的鐵是氧的攜帶者 它把

24、氧輸送到機(jī)體的各個(gè)器官。它把氧輸送到機(jī)體的各個(gè)器官。維持核酸的正常代謝維持核酸的正常代謝 ( (核酸是遺傳信息的載體核酸是遺傳信息的載體). ).第三節(jié) 生物地球化學(xué)循環(huán) 與環(huán)境變化生物地球化學(xué)循環(huán)是指生物圈中元素及其化生物地球化學(xué)循環(huán)是指生物圈中元素及其化合物從環(huán)境合物從環(huán)境生物生物環(huán)境的遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程。環(huán)境的遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程。它對(duì)人類的生態(tài)環(huán)境有著巨大影響。它對(duì)人類的生態(tài)環(huán)境有著巨大影響。一、水循環(huán) 水是生物圈中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)。水是生物圈中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)。對(duì)氣候有明顯的調(diào)節(jié)作用，對(duì)環(huán)境起著重要對(duì)氣候有明顯的調(diào)節(jié)作用，對(duì)環(huán)境起著重要的凈化作用。的凈化作用。 地表水（蒸發(fā)）地

25、表水（蒸發(fā)） 大氣大氣 植物（蒸騰、蒸發(fā)）植物（蒸騰、蒸發(fā)） 大氣大氣 大氣水（凝結(jié)）大氣水（凝結(jié)） 返回地面返回地面 部分滲入地下部分滲入地下, 部分匯入海洋部分匯入海洋, 構(gòu)成水的循構(gòu)成水的循環(huán)環(huán).。1.人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)和環(huán)境的影響人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)和環(huán)境的影響人類修筑水庫(kù)、開鑿運(yùn)河和過(guò)度開采人類修筑水庫(kù)、開鑿運(yùn)河和過(guò)度開采地下水等改變了水原來(lái)的徑流路線，引起地下水等改變了水原來(lái)的徑流路線，引起水的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變水的分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,使生態(tài)環(huán)境發(fā)生使生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化。變化。森林和植被的破壞，造成蒸發(fā)、徑流森林和植被的破壞，造成蒸發(fā)、徑流等過(guò)程的改變，引起水土流失，氣候變化等過(guò)程的改變，

26、引起水土流失，氣候變化等。等。 人類活動(dòng)排放的大量污染物通過(guò)不同渠道人類活動(dòng)排放的大量污染物通過(guò)不同渠道進(jìn)入水循環(huán)體系，進(jìn)入水循環(huán)體系，SO2、NO2 等形成酸雨，等形成酸雨，城市固體廢棄物（垃圾）經(jīng)雨水淋濾后，將城市固體廢棄物（垃圾）經(jīng)雨水淋濾后，將有毒有害物質(zhì)帶入水中有毒有害物質(zhì)帶入水中,使環(huán)境受到污染。使環(huán)境受到污染。 化肥、農(nóng)藥的大量使用造成土壤的污染化肥、農(nóng)藥的大量使用造成土壤的污染 這些污染通過(guò)食物連危及動(dòng)物和人類健康。這些污染通過(guò)食物連危及動(dòng)物和人類健康。水資源：水資源：消耗量增加，水資源短缺 二、碳循環(huán)二、碳循環(huán)1. 1. 碳的分布與存在形式：碳的分布與存在形式： 碳約占生命體

27、（干重）的碳約占生命體（干重）的5050，它在有機(jī)體的，它在有機(jī)體的生命活動(dòng)中起著非常重要的作用。地球上生命活動(dòng)中起著非常重要的作用。地球上9999的碳的碳以碳酸鹽形式儲(chǔ)存在沉積巖中。以碳酸鹽形式儲(chǔ)存在沉積巖中。 巖石圈巖石圈- -水圈水圈- -大氣圈大氣圈- -生物圈之間的碳循環(huán)直接生物圈之間的碳循環(huán)直接影響和控制大氣環(huán)境的變化。影響和控制大氣環(huán)境的變化。2. 地球中的碳循環(huán)：地球中的碳循環(huán)：（1）大氣）大氣CO2來(lái)源：來(lái)源： 化石燃料釋放化石燃料釋放CO2 火山噴發(fā)釋放火山噴發(fā)釋放CO2 硅酸鹽風(fēng)化和酸雨引起的碳酸巖溶解硅酸鹽風(fēng)化和酸雨引起的碳酸巖溶解 動(dòng)物呼吸作用動(dòng)物呼吸作用（2）大氣）

28、大氣CO2消耗：消耗： 有機(jī)質(zhì)深埋作用有機(jī)質(zhì)深埋作用 植物光合作用植物光合作用 碳酸鹽沉淀碳酸鹽沉淀 氣候變化：氣候變化： 近一百年來(lái)近一百年來(lái)特別是廿世特別是廿世紀(jì)后期以來(lái)紀(jì)后期以來(lái)全球升溫全球升溫 一 碳循環(huán)：近期大氣碳循環(huán)：近期大氣COCO2 2濃度升高濃度升高 人類對(duì)碳循環(huán)的干擾主要表現(xiàn)在：人類對(duì)碳循環(huán)的干擾主要表現(xiàn)在：森林的過(guò)度砍伐造成植被覆蓋率降低，植被森林的過(guò)度砍伐造成植被覆蓋率降低，植被 對(duì)大氣中對(duì)大氣中COCO2 2的吸收量減少。的吸收量減少。能源燃料的燃燒和建筑原材料業(yè)向大氣中排能源燃料的燃燒和建筑原材料業(yè)向大氣中排 放大量放大量COCO2 2。酸雨和礦業(yè)產(chǎn)生地表水酸化導(dǎo)致

29、巖石圈固結(jié)酸雨和礦業(yè)產(chǎn)生地表水酸化導(dǎo)致巖石圈固結(jié) 碳加速向大氣轉(zhuǎn)化。碳加速向大氣轉(zhuǎn)化。 大氣中大氣中COCO2 2的增加導(dǎo)致全球氣候變暖，海平的增加導(dǎo)致全球氣候變暖，海平 面上升，改變?nèi)蚝蛥^(qū)域水的平衡等。面上升，改變?nèi)蚝蛥^(qū)域水的平衡等。三、氮循環(huán)三、氮循環(huán) 氮是構(gòu)成生命體中氨基酸、蛋白質(zhì)的主要元氮是構(gòu)成生命體中氨基酸、蛋白質(zhì)的主要元素之一。大氣是氮最大的儲(chǔ)存庫(kù)，大氣中素之一。大氣是氮最大的儲(chǔ)存庫(kù)，大氣中N N2 2約約占占7979。氮的循環(huán)主要是在大氣、土壤、水、。氮的循環(huán)主要是在大氣、土壤、水、生物之間進(jìn)行的。生物之間進(jìn)行的。 氮的主要循環(huán)氮的主要循環(huán)： 豆科植物通過(guò)生物固氮作用將大氣中

30、的氮固豆科植物通過(guò)生物固氮作用將大氣中的氮固定下來(lái)，供植物吸收利用；定下來(lái)，供植物吸收利用； 閃電、宇宙射線等通過(guò)電離作用將大氣中的閃電、宇宙射線等通過(guò)電離作用將大氣中的氮氧化成硝態(tài)氮（氮氧化成硝態(tài)氮（NONO、NONO2 2），再經(jīng)大氣降水），再經(jīng)大氣降水帶入土壤；帶入土壤；工業(yè)將大氣中的氮合成為氨或鹽類，供植物吸工業(yè)將大氣中的氮合成為氨或鹽類，供植物吸收利用。收利用。土壤或水中的氨氮或硝態(tài)氮被植物吸收利用土壤或水中的氨氮或硝態(tài)氮被植物吸收利用后，轉(zhuǎn)換成植物蛋白、核酸等，然后通過(guò)食物后，轉(zhuǎn)換成植物蛋白、核酸等，然后通過(guò)食物鏈的傳遞變成動(dòng)物的蛋白，并在新陳代謝過(guò)程鏈的傳遞變成動(dòng)物的蛋白，并在新

31、陳代謝過(guò)程中將部分蛋白質(zhì)分解成氨、尿素等。中將部分蛋白質(zhì)分解成氨、尿素等。動(dòng)植物死亡后，其殘?bào)w在土壤微生物的作用下動(dòng)植物死亡后，其殘?bào)w在土壤微生物的作用下分解，氮又以氨的形式回到土壤和水體中。在分解，氮又以氨的形式回到土壤和水體中。在土壤中，一部分硝酸鹽被植物利用，一部分隨土壤中，一部分硝酸鹽被植物利用，一部分隨地表徑流進(jìn)入地表水體、地下水體和海洋中。地表徑流進(jìn)入地表水體、地下水體和海洋中。人類對(duì)氮循環(huán)的干擾表現(xiàn)在：人類對(duì)氮循環(huán)的干擾表現(xiàn)在：化石燃料的燃燒均產(chǎn)生大量化石燃料的燃燒均產(chǎn)生大量NONO，NONO與與OO2 2結(jié)合形成結(jié)合形成NONO2 2，NONO2 2與水蒸氣作用形成與水蒸氣作用

32、形成HNOHNO3 3。NHNH3 3與與HNOHNO3 3、NHNH3 3與與HH2 2SOSO4 4作用所形成酸雨，作用所形成酸雨，使生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生紊亂。使生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生紊亂。 礦物燃料不完全燃燒產(chǎn)生的礦物燃料不完全燃燒產(chǎn)生的N N2 2OO、NONO等進(jìn)等進(jìn)入大氣，與碳?xì)浠衔镒饔眯纬晒饣瘜W(xué)煙霧，入大氣，與碳?xì)浠衔镒饔眯纬晒饣瘜W(xué)煙霧，與臭氧層中的與臭氧層中的OO3 3發(fā)生反應(yīng)，破壞發(fā)生反應(yīng)，破壞OO3 3臭氧層，臭氧層，造成地面紫外線的輻射增加，人類患皮膚癌的造成地面紫外線的輻射增加，人類患皮膚癌的數(shù)量增加。數(shù)量增加。N N2 2OO與與COCO2 2一樣也是溫室氣體一樣也是溫室氣體，它它

33、對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率為對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率為5 5。氮肥需求量的增加，促使合成氨工業(yè)從大氮肥需求量的增加，促使合成氨工業(yè)從大氣中消耗更多的氣中消耗更多的N N2 2，或促使氮肥企業(yè)開采，或促使氮肥企業(yè)開采更多的含氮礦物原料（如煤等）。更多的含氮礦物原料（如煤等）。含有大量氮的農(nóng)田排水和城鎮(zhèn)生活污水進(jìn)含有大量氮的農(nóng)田排水和城鎮(zhèn)生活污水進(jìn)入江河、湖泊、海洋等水體后，與磷產(chǎn)生耦入江河、湖泊、海洋等水體后，與磷產(chǎn)生耦合作用，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化合作用，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。四、磷循環(huán)四、磷循環(huán) 磷在生物體中的作用是為生物體內(nèi)的所磷在生物體中的作用是為生物體內(nèi)的所有生化反應(yīng)提供能量，沒(méi)有磷就沒(méi)有生命有生化反應(yīng)提

34、供能量，沒(méi)有磷就沒(méi)有生命活動(dòng)。與活動(dòng)。與C C、N N元素的循環(huán)不同，磷的循環(huán)元素的循環(huán)不同，磷的循環(huán)過(guò)程中幾乎沒(méi)有氣體的參與。過(guò)程中幾乎沒(méi)有氣體的參與。 磷的主要儲(chǔ)存庫(kù)是巖石和沉積物，風(fēng)化磷的主要儲(chǔ)存庫(kù)是巖石和沉積物，風(fēng)化作用是生物圈中磷的主要來(lái)源，植物從土作用是生物圈中磷的主要來(lái)源，植物從土壤和水中吸收利用。壤和水中吸收利用。 動(dòng)物通過(guò)食物鏈得到磷。動(dòng)物通過(guò)食物鏈得到磷。動(dòng)植物殘?bào)w中的磷經(jīng)微生物分解后又被釋放動(dòng)植物殘?bào)w中的磷經(jīng)微生物分解后又被釋放出來(lái)，其中一部分被植物吸收，一部分進(jìn)入出來(lái)，其中一部分被植物吸收，一部分進(jìn)入江河、湖泊和海洋。江河、湖泊和海洋。 進(jìn)入水體的磷，一部分被水生動(dòng)植物

35、吸收，進(jìn)入水體的磷，一部分被水生動(dòng)植物吸收，部分存在于水中的磷，沉淀于水體底泥或沉部分存在于水中的磷，沉淀于水體底泥或沉積物中，最終返回巖石圈。積物中，最終返回巖石圈。 人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的主要干擾表現(xiàn)在：人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的主要干擾表現(xiàn)在： 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用磷肥，造成農(nóng)田排水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用磷肥，造成農(nóng)田排水中磷含量增高。生活污水和某些工業(yè)廢水中中磷含量增高。生活污水和某些工業(yè)廢水中含有較高的磷。含有較高的磷。由陸地進(jìn)入海洋中的磷，只能部分返回由陸地進(jìn)入海洋中的磷，只能部分返回陸地，從而造成陸地磷的減少陸地，從而造成陸地磷的減少. . 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量開采磷礦石，造成陸地上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量開采磷礦石

36、，造成陸地上磷的循環(huán)加快。磷的循環(huán)加快。含磷較高的排水和廢水進(jìn)入湖泊、海洋后，含磷較高的排水和廢水進(jìn)入湖泊、海洋后，將造成湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化和海洋赤潮。使生將造成湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化和海洋赤潮。使生態(tài)環(huán)境惡化。態(tài)環(huán)境惡化。五、硫循環(huán)五、硫循環(huán)硫在生物體中的含量較低，但其作用較硫在生物體中的含量較低，但其作用較大。硫是蛋白質(zhì)形成不可缺少的元素。大。硫是蛋白質(zhì)形成不可缺少的元素。硫的主要儲(chǔ)存庫(kù)為沉積巖和富硫巖漿，硫的主要儲(chǔ)存庫(kù)為沉積巖和富硫巖漿，其次為海洋。其次為海洋。地殼中的硫以地殼中的硫以H H2 2S S、SOSO2 2等形式排入大氣。等形式排入大氣。陸地和海洋中有機(jī)物分解時(shí)向大氣釋放陸地和海洋中有機(jī)

37、物分解時(shí)向大氣釋放出出HH2 2S S，含硫煤的燃燒、草原森林大火和，含硫煤的燃燒、草原森林大火和含硫礦石的冶煉等也向大氣中排放含硫礦石的冶煉等也向大氣中排放SOSO2 2，進(jìn)入大氣的進(jìn)入大氣的HH2 2S S很快轉(zhuǎn)化成很快轉(zhuǎn)化成SOSO2 2。植物從大氣、。植物從大氣、土壤、水中吸收土壤、水中吸收SOSO2 2，構(gòu)成植物軀體的成份。，構(gòu)成植物軀體的成份。植物殘?bào)w經(jīng)微生物分解將有機(jī)硫變成植物殘?bào)w經(jīng)微生物分解將有機(jī)硫變成HH2 2S S。大氣中的大氣中的SOSO2 2可通過(guò)氧化作用變成可通過(guò)氧化作用變成SOSO4 42 2，隨，隨降水進(jìn)入到土壤、地表水中。進(jìn)入海洋中的降水進(jìn)入到土壤、地表水中。進(jìn)

38、入海洋中的SOSO4 42 2與與CaCa2 2等形成硫酸鹽沉淀。水體中的等形成硫酸鹽沉淀。水體中的硫酸鹽還可在硫酸鹽還原菌的作用下變成硫酸鹽還可在硫酸鹽還原菌的作用下變成HH2 2S S。人類活動(dòng)對(duì)硫循環(huán)的干擾主要表現(xiàn)在：人類活動(dòng)對(duì)硫循環(huán)的干擾主要表現(xiàn)在：含硫煤和石油燃燒產(chǎn)生的含硫煤和石油燃燒產(chǎn)生的SOSO2 2約占人類活動(dòng)約占人類活動(dòng)向大氣排放向大氣排放SOSO2 2總量的總量的2 23 3；石油的煉制、含石油的煉制、含CuCu、PbPb、ZnZn等礦石的冶煉等礦石的冶煉以及其它工業(yè)排放的廢氣中也含有大量必需的以及其它工業(yè)排放的廢氣中也含有大量必需的SOSO2 2。進(jìn)入大氣的。進(jìn)入大氣的S

39、OSO2 2不僅對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生傷害，不僅對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生傷害，而且當(dāng)而且當(dāng)SOSO2 2經(jīng)氧化形成酸雨后，會(huì)對(duì)土壤和植經(jīng)氧化形成酸雨后，會(huì)對(duì)土壤和植被產(chǎn)生大面積的破壞。被產(chǎn)生大面積的破壞。第四節(jié)第四節(jié) 環(huán)境地球化學(xué)的主要研究領(lǐng)域環(huán)境地球化學(xué)的主要研究領(lǐng)域一、環(huán)境變化的歷史記錄一、環(huán)境變化的歷史記錄自工業(yè)革命以來(lái)，生產(chǎn)和生活過(guò)程中產(chǎn)生的大量自工業(yè)革命以來(lái)，生產(chǎn)和生活過(guò)程中產(chǎn)生的大量污染物不僅對(duì)局部的環(huán)境造成了污染，還引起了污染物不僅對(duì)局部的環(huán)境造成了污染，還引起了全球氣候變暖、海平面上升、生態(tài)平衡惡化等一全球氣候變暖、海平面上升、生態(tài)平衡惡化等一系列帶有全球性的環(huán)境問(wèn)題。系列帶有全球性的環(huán)境問(wèn)題。研究

40、環(huán)境變化規(guī)律、揭示環(huán)境變化原因，預(yù)測(cè)環(huán)研究環(huán)境變化規(guī)律、揭示環(huán)境變化原因，預(yù)測(cè)環(huán)境變化趨勢(shì)，是境變化趨勢(shì)，是環(huán)境地球化學(xué)的環(huán)境地球化學(xué)的重要任務(wù)。重要任務(wù)。（一）環(huán)境變化研究的內(nèi)容（一）環(huán)境變化研究的內(nèi)容環(huán)境變化研究的目的環(huán)境變化研究的目的從空間和時(shí)間尺度上闡明環(huán)境的變化規(guī)律，揭從空間和時(shí)間尺度上闡明環(huán)境的變化規(guī)律，揭示變化的原因，預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境變化的趨勢(shì)，為示變化的原因，預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境變化的趨勢(shì)，為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。主要內(nèi)容有：主要內(nèi)容有：不同時(shí)空尺度上環(huán)境的演變過(guò)程不同時(shí)空尺度上環(huán)境的演變過(guò)程環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力和環(huán)境變化對(duì)人類的影響。環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力和環(huán)境變

41、化對(duì)人類的影響。（二）環(huán)境變化的歷史記錄（二）環(huán)境變化的歷史記錄環(huán)境歷史變化的環(huán)境歷史變化的記錄記錄主要有兩大類：主要有兩大類：自然載體。它是指從過(guò)去某一時(shí)間形成并保自然載體。它是指從過(guò)去某一時(shí)間形成并保存到現(xiàn)在的自然地質(zhì)體，包括沉積巖、河流沉存到現(xiàn)在的自然地質(zhì)體，包括沉積巖、河流沉積物、湖泊沉積物、深海和淺海沉積物、黃土、積物、湖泊沉積物、深海和淺海沉積物、黃土、古土壤和古風(fēng)化殼、溶洞石筍、珊瑚、冰川冰古土壤和古風(fēng)化殼、溶洞石筍、珊瑚、冰川冰芯、孢粉、樹木、植物殘?bào)w以及地貌形態(tài)等。芯、孢粉、樹木、植物殘?bào)w以及地貌形態(tài)等。人文載體。各種物質(zhì)和文字的記錄。人文載體。各種物質(zhì)和文字的記錄。1. 樹

42、木年輪樹木年輪樹木年輪的寬度是溫度和水分等環(huán)境因素的記樹木年輪的寬度是溫度和水分等環(huán)境因素的記錄。高山和寒冷地區(qū)的樹木年輪可反映溫度的錄。高山和寒冷地區(qū)的樹木年輪可反映溫度的變化，干旱溫暖地區(qū)的樹木年輪可給出雨量變變化，干旱溫暖地區(qū)的樹木年輪可給出雨量變化的信息。化的信息。 對(duì)樹木年輪的木質(zhì)部分進(jìn)行氫、氧、碳、硫、對(duì)樹木年輪的木質(zhì)部分進(jìn)行氫、氧、碳、硫、鉛等同位素的測(cè)試分析，可從中獲取更準(zhǔn)確的鉛等同位素的測(cè)試分析，可從中獲取更準(zhǔn)確的溫度等環(huán)境變化信息和大氣污染的信息。溫度等環(huán)境變化信息和大氣污染的信息。2.湖泊沉積物湖泊沉積物根據(jù)湖泊沉積剖面中的沉積韻律、沉積物粒度、根據(jù)湖泊沉積剖面中的沉積韻

43、律、沉積物粒度、礦物成分以及沉積物中孢粉、介形蟲等生物殘礦物成分以及沉積物中孢粉、介形蟲等生物殘?bào)w獲取氣候、水量、水化學(xué)等環(huán)境變化的信息。體獲取氣候、水量、水化學(xué)等環(huán)境變化的信息。3.海洋沉積物海洋沉積物根據(jù)淺海沉積物剖面可提取海平面變化、海岸根據(jù)淺海沉積物剖面可提取海平面變化、海岸線遷移、海水溫度、陸地環(huán)境變遷等信息。線遷移、海水溫度、陸地環(huán)境變遷等信息。沉積物中孔蟲化石等生物殘?bào)w的氧同位素組成沉積物中孔蟲化石等生物殘?bào)w的氧同位素組成等是古溫度和全球氣候變化的重要記錄。等是古溫度和全球氣候變化的重要記錄。4. 黃土和古土壤黃土和古土壤 黃土與古土壤的粒度與季風(fēng)的強(qiáng)度有關(guān)；黃土與古土壤的粒度與

44、季風(fēng)的強(qiáng)度有關(guān)； 古植物中的有機(jī)碳含量和碳酸的古植物中的有機(jī)碳含量和碳酸的13C、18O與與植被、降水量、溫度有關(guān)；植被、降水量、溫度有關(guān)； 黃土地層中的孢粉種類可推斷古氣候、古植被黃土地層中的孢粉種類可推斷古氣候、古植被發(fā)育的廣度和強(qiáng)度。發(fā)育的廣度和強(qiáng)度。5. 冰芯冰芯冰芯中氧同位素記錄了氣候的變化冰芯中氧同位素記錄了氣候的變化冰芯中微粒的含量及化學(xué)元素含量是大氣冰芯中微粒的含量及化學(xué)元素含量是大氣圈演化歷史的記錄，冰芯中的圈演化歷史的記錄，冰芯中的10B反映宇宙反映宇宙事件的活動(dòng)歷史。事件的活動(dòng)歷史。二、水體富營(yíng)養(yǎng)化二、水體富營(yíng)養(yǎng)化（一）水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念（一）水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念水體富營(yíng)養(yǎng)

45、化是指水體富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊、河流、水庫(kù)、海灣湖泊、河流、水庫(kù)、海灣等緩流水體接納過(guò)多的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造等緩流水體接納過(guò)多的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成水體中藻類生物的大量繁殖，并導(dǎo)致水體的成水體中藻類生物的大量繁殖，并導(dǎo)致水體的透明度和溶解氧下降，魚類和其它水生生物死透明度和溶解氧下降，魚類和其它水生生物死亡、水質(zhì)惡化的總體效應(yīng)亡、水質(zhì)惡化的總體效應(yīng)。在湖泊、水庫(kù)等水流相對(duì)緩慢的水體中，這在湖泊、水庫(kù)等水流相對(duì)緩慢的水體中，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為“水華水華” 或或“水花水花” 。在海灣中。在海灣中，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為“赤潮赤潮” 。它是水體惡化的結(jié)。它是水體惡化的結(jié)果。果。 （二）水體富

46、營(yíng)養(yǎng)化的條件（二）水體富營(yíng)養(yǎng)化的條件藻體中藻體中C N P的原子比為的原子比為106 16 1。藻。藻類生長(zhǎng)所需的碳主要來(lái)自大氣，同時(shí)藍(lán)藻等藻類生長(zhǎng)所需的碳主要來(lái)自大氣，同時(shí)藍(lán)藻等藻類還具有固定大氣氮而增加水體中氮的作用，類還具有固定大氣氮而增加水體中氮的作用，故水體中的故水體中的N、P，特別是，特別是P就成為水體富營(yíng)養(yǎng)就成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子?；闹饕拗埔蜃?。目前，一般認(rèn)為當(dāng)水體中的總目前，一般認(rèn)為當(dāng)水體中的總P濃度大于濃度大于0.02mg/L、總、總N大于大于0.2mg/L時(shí)，即可視為水體時(shí)，即可視為水體已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化。已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化。（三）防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的途徑（三）防止水體富營(yíng)養(yǎng)

47、化的途徑防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要途徑：防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要途徑：減少減少N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向水體的輸入。對(duì)各等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向水體的輸入。對(duì)各種廢水進(jìn)行處理，做到達(dá)標(biāo)排放，減少水土流種廢水進(jìn)行處理，做到達(dá)標(biāo)排放，減少水土流失，從源頭上控制進(jìn)入水體的失，從源頭上控制進(jìn)入水體的N、P物質(zhì)的數(shù)量物質(zhì)的數(shù)量向水體中注氣或投加降磷的化學(xué)絮凝劑，向水體中注氣或投加降磷的化學(xué)絮凝劑，降低水中溶解態(tài)的磷和改善水中氧的平衡。對(duì)降低水中溶解態(tài)的磷和改善水中氧的平衡。對(duì)水體中含磷較高的底泥和沉積物進(jìn)行清理水體中含磷較高的底泥和沉積物進(jìn)行清理.三、環(huán)境污染的修復(fù)三、環(huán)境污染的修復(fù)環(huán)境污染的修復(fù)是指利用物理、化學(xué)、生物方環(huán)境污

48、染的修復(fù)是指利用物理、化學(xué)、生物方法對(duì)土壤及水體中的重金屬、有機(jī)污染進(jìn)行治法對(duì)土壤及水體中的重金屬、有機(jī)污染進(jìn)行治理，將有毒污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，或減弱其理，將有毒污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)，或減弱其毒性，從而減少污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康毒性，從而減少污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的負(fù)面影響。的負(fù)面影響。目前，環(huán)境污染的修復(fù)主要集中在對(duì)土壤和地目前，環(huán)境污染的修復(fù)主要集中在對(duì)土壤和地下水中重金屬和有機(jī)污染的治理、海上石油污下水中重金屬和有機(jī)污染的治理、海上石油污染的治理等方面。染的治理等方面。（一）土壤污染的修復(fù)技術(shù)（一）土壤污染的修復(fù)技術(shù)土壤中的污染物主要有：化學(xué)肥料、重金屬及土壤中的污染物主要有：

49、化學(xué)肥料、重金屬及鹽堿、放射性元素（如銫、鍶等）、農(nóng)藥以及其鹽堿、放射性元素（如銫、鍶等）、農(nóng)藥以及其它人工合成有機(jī)化合物、大腸桿菌、結(jié)核桿菌、它人工合成有機(jī)化合物、大腸桿菌、結(jié)核桿菌、炭疽桿菌等有害微生物。炭疽桿菌等有害微生物。主要修復(fù)技術(shù)為：主要修復(fù)技術(shù)為：1.土壤污染的化學(xué)修復(fù)土壤污染的化學(xué)修復(fù)2.土壤污染的生物修復(fù)土壤污染的生物修復(fù)1.土壤污染的化學(xué)修復(fù)土壤污染的化學(xué)修復(fù)（1）利用改良劑、抑制劑等降低土壤重金屬）利用改良劑、抑制劑等降低土壤重金屬污染物的水溶性、擴(kuò)散性。污染物的水溶性、擴(kuò)散性。（2）利用表面活性劑改進(jìn)土壤中有機(jī)污染物）利用表面活性劑改進(jìn)土壤中有機(jī)污染物的親水性。的親水性

50、。例如通過(guò)向污染土壤中施加石灰，調(diào)節(jié)土壤的例如通過(guò)向污染土壤中施加石灰，調(diào)節(jié)土壤的pH值，促使重金屬生成氫氧化物沉淀。值，促使重金屬生成氫氧化物沉淀。添加沸石、膨潤(rùn)土等吸附能力較大的粘土礦物添加沸石、膨潤(rùn)土等吸附能力較大的粘土礦物以凈化土壤中的重金屬。以凈化土壤中的重金屬。利用粘土礦物和生物表面活性劑去除土壤中有利用粘土礦物和生物表面活性劑去除土壤中有機(jī)污染物。機(jī)污染物。2.土壤污染的生物修復(fù)土壤污染的生物修復(fù)土壤污染的生物修復(fù)包括有機(jī)污染的微生物修土壤污染的生物修復(fù)包括有機(jī)污染的微生物修復(fù)和金屬污染的植物修復(fù)兩種，復(fù)和金屬污染的植物修復(fù)兩種，微生物修復(fù)是利用自然或人工培養(yǎng)的特殊微生微生物修復(fù)

51、是利用自然或人工培養(yǎng)的特殊微生物降解土壤中的有機(jī)污染物。物降解土壤中的有機(jī)污染物。土壤污染的植物修復(fù)是利用自然生長(zhǎng)的植物或土壤污染的植物修復(fù)是利用自然生長(zhǎng)的植物或遺傳工程培育的植物來(lái)吸收、揮發(fā)、穩(wěn)定土壤中遺傳工程培育的植物來(lái)吸收、揮發(fā)、穩(wěn)定土壤中的金屬污染物。的金屬污染物。如土壤中的如土壤中的HgHg、SeSe都可通過(guò)植物將其轉(zhuǎn)化為都可通過(guò)植物將其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)態(tài)的揮發(fā)態(tài)的HgHg和和SeSe，進(jìn)而降低其毒性。，進(jìn)而降低其毒性。（二）地下水污染的修復(fù)（二）地下水污染的修復(fù)地下水的污染源主要有工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、城地下水的污染源主要有工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、城鎮(zhèn)生活污染、采礦污染等人為污染和降雨、徑流鎮(zhèn)

52、生活污染、采礦污染等人為污染和降雨、徑流等自然污染。地下水中的污染物類型主要有金屬等自然污染。地下水中的污染物類型主要有金屬、有機(jī)物、硝酸鹽、氯化物等。、有機(jī)物、硝酸鹽、氯化物等。地下水污染的生物修復(fù)：一是采用向地下水注入地下水污染的生物修復(fù)：一是采用向地下水注入加壓空氣和營(yíng)養(yǎng)物來(lái)加強(qiáng)地下水的自凈化能力，加壓空氣和營(yíng)養(yǎng)物來(lái)加強(qiáng)地下水的自凈化能力，二是將地下水抽出，在地表進(jìn)行生化處理，然后二是將地下水抽出，在地表進(jìn)行生化處理，然后再回注到地下。再回注到地下。四、土壤化學(xué)與農(nóng)牧業(yè)四、土壤化學(xué)與農(nóng)牧業(yè)（一）植物營(yíng)養(yǎng)及植物養(yǎng)分的吸收（一）植物營(yíng)養(yǎng)及植物養(yǎng)分的吸收1.植物營(yíng)養(yǎng)元素的類型植物營(yíng)養(yǎng)元素的類型

53、目前，國(guó)際公認(rèn)的植物必需營(yíng)養(yǎng)元素有目前，國(guó)際公認(rèn)的植物必需營(yíng)養(yǎng)元素有16種，其種，其中中C、H、O、N、P、K為大量營(yíng)養(yǎng)元素，為大量營(yíng)養(yǎng)元素，Ca、Mg和和S為中量營(yíng)養(yǎng)元素，這為中量營(yíng)養(yǎng)元素，這9種元素在植物中的種元素在植物中的含量約大于植物干重的含量約大于植物干重的0.1。 Cu、Fe、Zn、Mn、B、Mo、Cl為微量營(yíng)養(yǎng)元素，它們?cè)谥参餅槲⒘繝I(yíng)養(yǎng)元素，它們?cè)谥参锔芍刂械暮恳话阈∮诟芍刂械暮恳话阈∮?.1。2.植物對(duì)養(yǎng)分的吸收植物對(duì)養(yǎng)分的吸收植物主要通過(guò)根系從土壤中吸收養(yǎng)分。植物主要通過(guò)根系從土壤中吸收養(yǎng)分。一種是單向供應(yīng)，由根部將養(yǎng)份供應(yīng)給莖一種是單向供應(yīng)，由根部將養(yǎng)份供應(yīng)給莖和葉。和

54、葉。另一種是雙向循環(huán)，由根部吸取養(yǎng)份后，另一種是雙向循環(huán)，由根部吸取養(yǎng)份后，先輸送至莖部和葉部，再將多量養(yǎng)份輸回根先輸送至莖部和葉部，再將多量養(yǎng)份輸回根部，如馬鈴薯等。部，如馬鈴薯等。（二）土壤養(yǎng)分的來(lái)源及養(yǎng)分的有效性（二）土壤養(yǎng)分的來(lái)源及養(yǎng)分的有效性1.1.土壤養(yǎng)分的來(lái)源土壤養(yǎng)分的來(lái)源土壤中無(wú)機(jī)礦物通過(guò)風(fēng)化作用釋放養(yǎng)土壤中無(wú)機(jī)礦物通過(guò)風(fēng)化作用釋放養(yǎng)分分土壤中有機(jī)質(zhì)分解提供養(yǎng)分。土壤中有機(jī)質(zhì)分解提供養(yǎng)分。土壤中由生物的固氮作用獲得養(yǎng)分。土壤中由生物的固氮作用獲得養(yǎng)分。通過(guò)施肥補(bǔ)充養(yǎng)分。通過(guò)施肥補(bǔ)充養(yǎng)分。大氣降水或灌溉帶入養(yǎng)分。大氣降水或灌溉帶入養(yǎng)分。2.養(yǎng)分的有效性及其影響因素養(yǎng)分的有效性及其

55、影響因素土壤中養(yǎng)分的形態(tài)：土壤中養(yǎng)分的形態(tài)：水溶態(tài)養(yǎng)分，交換態(tài)養(yǎng)分，有機(jī)態(tài)養(yǎng)分，緩效水溶態(tài)養(yǎng)分，交換態(tài)養(yǎng)分，有機(jī)態(tài)養(yǎng)分，緩效態(tài)養(yǎng)分和無(wú)效態(tài)。態(tài)養(yǎng)分和無(wú)效態(tài)。其中水溶態(tài)養(yǎng)分和交換態(tài)養(yǎng)分統(tǒng)稱為速效養(yǎng)分其中水溶態(tài)養(yǎng)分和交換態(tài)養(yǎng)分統(tǒng)稱為速效養(yǎng)分影響土壤養(yǎng)分有效性的因素主要有影響土壤養(yǎng)分有效性的因素主要有：土壤土壤pH、Eh、土壤的水分、土壤的通氣性、土、土壤的水分、土壤的通氣性、土壤中有機(jī)質(zhì)和粘土礦物的含量等。壤中有機(jī)質(zhì)和粘土礦物的含量等。土壤土壤pH與養(yǎng)分有效性之間的關(guān)系見(jiàn)圖與養(yǎng)分有效性之間的關(guān)系見(jiàn)圖5-1。在有機(jī)土壤中在有機(jī)土壤中，當(dāng)，當(dāng)pH為為5.5左右時(shí)，土壤養(yǎng)分的左右時(shí)，土壤養(yǎng)分的有效性普遍

56、較高。有效性普遍較高。在礦質(zhì)土壤中在礦質(zhì)土壤中，當(dāng)，當(dāng)pH為為6.5左右時(shí)，左右時(shí)，N、P、K、Mg的有效性較高；當(dāng)?shù)挠行暂^高；當(dāng)pH為為5.56.0時(shí)，時(shí)，Cu、B的有效性較高；的有效性較高；當(dāng)當(dāng)pH為酸性時(shí)為酸性時(shí)，Al、Fe、Mn、Zn有效性較高有效性較高當(dāng)當(dāng)pH為堿性時(shí)為堿性時(shí)，Ca、Mo的有效性較高。的有效性較高。MoZnCuBMnFeMgCaSKPN4.04.55.05.56.0 6.57.0 7.5 8.0 8.5 9.0pH(a)4.55.05.56.06.57.07.58.0CaPMgSMoCuBAlKNFeMnZnpH(b) 圖5-1 土壤的pH與養(yǎng)分有效性的關(guān)系 a有機(jī)

57、土壤 b礦質(zhì)土壤土壤中的有機(jī)質(zhì)可與土壤中的元素形成絡(luò)合土壤中的有機(jī)質(zhì)可與土壤中的元素形成絡(luò)合物，并具有不同的穩(wěn)定性。物，并具有不同的穩(wěn)定性。如銅、鐵等元素與腐殖酸形成的絡(luò)合物的穩(wěn)如銅、鐵等元素與腐殖酸形成的絡(luò)合物的穩(wěn)定順序?yàn)椋憾樞驗(yàn)椋篊uFeCaZnMnMg。絡(luò)合物。絡(luò)合物越穩(wěn)定，其養(yǎng)分的有效性越低。越穩(wěn)定，其養(yǎng)分的有效性越低。土壤水分對(duì)土壤溶液中的養(yǎng)分有稀釋作用。土壤水分對(duì)土壤溶液中的養(yǎng)分有稀釋作用。在旱地土壤中，水分過(guò)多，養(yǎng)分的有效性降低在旱地土壤中，水分過(guò)多，養(yǎng)分的有效性降低。3.地球化學(xué)在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用地球化學(xué)在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用地球化學(xué)在農(nóng)業(yè)區(qū)劃、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、土地球化學(xué)在農(nóng)

58、業(yè)區(qū)劃、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的提高、土壤壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的提高、土壤改良、礦物飼料開發(fā)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)改良、礦物飼料開發(fā)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。用。（1）因地施種，發(fā)展名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品）因地施種，發(fā)展名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品據(jù)吳功建（據(jù)吳功建（2001）報(bào)道，我國(guó)的優(yōu)質(zhì)煙草產(chǎn)于）報(bào)道，我國(guó)的優(yōu)質(zhì)煙草產(chǎn)于碳酸鈣含量低，鉀素供應(yīng)充分，有效態(tài)碳酸鈣含量低，鉀素供應(yīng)充分，有效態(tài)B、Mn、Cu、Zn較高的中性土壤中；較高的中性土壤中；名茶產(chǎn)在高名茶產(chǎn)在高K，有效態(tài)，有效態(tài)Zn、Cu、B高的酸性土高的酸性土壤中。壤中。（2）合理施肥，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)）合理施肥，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)合理施

59、肥的依據(jù)在于對(duì)土壤中有效態(tài)養(yǎng)分合理施肥的依據(jù)在于對(duì)土壤中有效態(tài)養(yǎng)分的含量和土壤提供養(yǎng)分的能力進(jìn)行測(cè)定，并的含量和土壤提供養(yǎng)分的能力進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合農(nóng)作物對(duì)某些養(yǎng)分具選擇性吸收的特點(diǎn)結(jié)合農(nóng)作物對(duì)某些養(yǎng)分具選擇性吸收的特點(diǎn)和元素之間的相互作用，提出科學(xué)合理的施和元素之間的相互作用，提出科學(xué)合理的施肥方案。肥方案。 （3）地球化學(xué)與牧業(yè)生產(chǎn)）地球化學(xué)與牧業(yè)生產(chǎn)牧草是農(nóng)牧結(jié)合的紐帶，世界上牧草是農(nóng)牧結(jié)合的紐帶，世界上60的的畜產(chǎn)品是由牧草轉(zhuǎn)化而來(lái)。畜產(chǎn)品是由牧草轉(zhuǎn)化而來(lái)。 土壤中某種元素特別是微量元素缺乏或土壤中某種元素特別是微量元素缺乏或過(guò)量會(huì)通過(guò)食物鏈對(duì)食草動(dòng)物產(chǎn)生影響，過(guò)量會(huì)通過(guò)食物鏈對(duì)食草動(dòng)物

60、產(chǎn)生影響，造成畜牧業(yè)生產(chǎn)下降和產(chǎn)品質(zhì)量降低。造成畜牧業(yè)生產(chǎn)下降和產(chǎn)品質(zhì)量降低。如在澳大利亞、新西蘭、美國(guó)等國(guó)，已發(fā)現(xiàn)土壤如在澳大利亞、新西蘭、美國(guó)等國(guó)，已發(fā)現(xiàn)土壤和牧草中缺和牧草中缺CoCo會(huì)使羊患消瘦病。土壤中過(guò)量的會(huì)使羊患消瘦病。土壤中過(guò)量的MoMo可引起牛的腹瀉，可引起牛的腹瀉，MoMo過(guò)量還會(huì)誘發(fā)缺過(guò)量還會(huì)誘發(fā)缺CuCu；食草動(dòng)物攝入食草動(dòng)物攝入SeSe不足時(shí)，會(huì)患白肌病，攝入不足時(shí)，會(huì)患白肌病，攝入SeSe過(guò)量時(shí)，又會(huì)患急性過(guò)量時(shí)，又會(huì)患急性“堿化病堿化病”和和“眩暈病眩暈病” ” 查明草地生態(tài)環(huán)境中必需微量元素的營(yíng)養(yǎng)平衡狀查明草地生態(tài)環(huán)境中必需微量元素的營(yíng)養(yǎng)平衡狀況，是制定補(bǔ)救措施