③土壤中污染物的锁定 “锁定”是影响环境中污染物生物可利用性的重要因素。污染物的锁定或不可逆吸附／解吸是指吸附在土壤或沉积物中的污染物只有一部分能够解吸出来，而残余部分很难从土壤或沉积物中解吸，表现为吸附平衡常数的增加和解吸速率的大幅度降低。环境中锁定现象普遍存在，即使许多具有较高挥发性的、可降解的污染物在适合生物降解发生的环境条件下，也会在环境中残留几十年。学术界对锁定的形成机理进行了大量的研究，并提出几十种理论或解释。例如，污染物在土壤或沉积物中的微小孔隙或有机碳介质中的缓慢扩散；土壤中某些“高能量”成分对污染物的非线性吸附；污染物被“包裹”在土壤微孔或被“嵌在有机碳介质中”。上述研究的一个重要推论是锁定可在很大程度上降低污染物的生物可利用性。
关于土壤和沉积物中有机污染物的生物可利用性，目前学术界所争论的一个焦点在于吸附相的污染物是否只有在解吸后才能被生物利用，以及土壤和沉积物中污染物被生物利用的程度和速度是否取决于污染物的解吸程度和速度。目前较为流行的观点是土壤／沉积物中有机污染物被生物的利用取决于溶液相的浓度，即由吸附、解吸和质量转移几个过程决定的。但也有报道认为，某些微生物可直接利用吸附相的污染物，微生物对土壤中污染物的利用程度和速率高于解吸的程度和速率，因此，需进一步研究土壤和沉积物中污染物的吸附和解吸与生物可利用性的关系。
(5)土壤中温室气体的释放 温室气体的源与汇及其定量估算是预测温室效应趋势的关键内容之一。目前已能估算人为来源的排放量，但是对于土壤的源与汇的估算，则还存在很大的缺口。近十年来国际上已将土壤作为温室气体主要的生物排放源加以研究。
据统计，释放到大气中CO2的5％～20％，CH4的30％，N2O的80％～90％来自土壤。土壤还能通过微生物的作用净化吸收大气中的CO2。关于稻田中CH4的产生已有许多报道，气候、土壤类型(如氧化还原电位)、生物种类、田间管理(如轮作方式等)、肥料种类与施用方式对CH4释放量的影响研究，已取得了一些成果。土壤中释放的N2O主要取决于氮肥的施用。研究表明，占施用量0．04％的硝态氮肥，0．15％～0．1 9％的氨态氮和尿素以及5％的无机氮肥以N2O的形式损失。总体上来说，氮肥施用量的0．5％～2％以N2O形态释放到大气中。
冻土层土壤中的好氧微生物对土壤中有机物的分解，是二氧化碳的主要来源。研究表明，近十多年来阿拉斯加地区每平方米冻土带表土每年平均向大气中释放100g二氧化碳气体。这是由于近年阿拉斯加冻土带表层土壤温度上升2～4℃，部分表土解冻，使大量富含碳的有机物分解造成冻土地带和北部森林上空的二氧化碳浓度增高。近几年，南极地区CO2和N2O等温室气体的排放特征也引起人们的兴趣。
(6)土壤中化学物质的环境生物地球化学循环 环境生物地球化学作为一门新兴的、综合性的交叉学科，研究生物非生物复合系统中化学物质(包括营养元素、有毒元素、无机化合物、有机化合物和高分子化合物)的生物地球化学循环的基本过程、化学机制及其调控。它在解决多学科综合性生态环境问题，特别是较大时空尺度上的生态环境问题中起着非常重要的作用，已成为当今环境学科的主要分支之一。环境生物地球化学以生物非生物复合系统中化学物质(尤其是污染化学物质)的生物地球化学循环及其过程为主题，重点探索全球污染发生和全球环境变化的生物地球化学机制与过程，并涉及人体健康生物地球化学机制的研究。全球、区域和当地尺度的生物地球化学循环是环境生物地球化学的主要研究内容，涉及到当前全球生态安全的方方面面，如沙漠化、退化生态系统的恢复、生物多样性的保护和全球气候变化趋势的缓解等。
环境生物地球化学还处于摸索阶段，而生物地球化学循环是该学科所探索和研究的中心内容。生物地球化学循环是指物质在自然环境中的传输和转化过程，即物质从环境生物环境的过程。C、N、S、P、水分、Zn、Hg和其他一些有机物质(多环芳烃、农药等持久性有机污染物)的循环是所有循环物质中最为重要的。众所周知，C、N、S、P等元素正常循环的打破，导致当今人类面临一系列的环境问题，如CO2、CH4、N2O等温室气体在大气圈中的增加，直接和间接地引起了全球气候的变化；含P有机物质的增加导致大面积水体表面的富营养化；而S和N氧化物的增加则又直接导致酸雨的形成。更为严重的是。这些元素组成的化合物还处在进一步增加的过程中，如CO2、CH4、N2O等温室气体的年增加速率分别达到了0．4％、1％和0．3％。其中，大气CO2浓度已经达到了360μL／L。
环境生物地球化学循环是化学物质在土壤-水-大气-生物-人系统中的流通和转化，涉及微观的界面行为、中观的多介质行为和宏观的区域或全球过程。主要的影响因素有降水和气候、岩石与风化强度、生物作用、pH值、有机质、铁氧化物、黏粒含量、总铝、氯离子和其他化学元素或有机痕量物质的浓度及其交互作用。了解了主要影响因子，就可以对相应的生物地球化学循环进行调控，从而使之朝着有利于人类健康的方向发展。
2.土壤环境化学需要解决的科学问题
(1)土壤中有机污染物的背景值土壤环境中持久性有机污染日趋严重。调查评价土壤中有机污染物的浓度水平，特别是二噁英、多氯联苯(PCB)、多环芳烃(PAHs)、邻苯二甲酸酯和联苯酚A等持久性有机污染的背景值，积累原始性和基础性资料，建立土壤背景资料数据库，为进一步研究有机污染物的土壤环境质量基准、土壤环境标准及土壤环境容量等奠定基础。加强土壤中各种污染物的污染源强、贡献率研究，为有效控制和修复污染土壤提供理论依据。
(2)土壤环境质量基准和标准近年来，国外j(寸土壤环境质量基准的研究非常重视，并在此基础上制定土壤环境质量标准，但这些环境质量标准往往是依据土壤中污染物的总量，没有考虑污染物的生物可利用性。我国自1995年制定土壤环境质量标准(GB 15618—1995)以后，有关土壤环境质量基准的研究进展不大。而事实上，我国土壤环境质量标准是建立在土壤单因子污染的试验基础上，该标准的制定缺乏可靠依据。为使这一标准更符合实际，今后必须加强复合污染条件下土壤环境质量基准的研究，共考虑土，壤对污染物的吸附和锁定作用的影响。
同一浓度的污染物在不同类型土壤中的迁移转化行为和生物效应有较大的差别；不同功能的土壤对环境质量的要求也不同。因此，要加强不同类型、不同功能土壤环境质量标准的研究。深入系统开展土壤污染临界值或基准值的研究，才能制定出符合我国国情、科学和全面的土壤环境质量标准。
土壤环境质量评价或污染表征方法尚处于发展中，如何将总量与有效态和生物效应相结合，制定出以有效态为基础的土壤环境质量标准应是土壤环境质量评价中的重要内容。
(3)污染物在土壤-植物系统中的迁移转化及生物生态效应
污染物从土壤向作物可食部分迁移积累的强度和数量首先受污染物根际化学和生物过程及作物对其吸收运输及分配特性的调控，也受土壤理化性质、耕作制度及生态环境条件的影响。研究污染物在土壤作物系统中迁移积累规律，可从新的视角深刻认识土壤作物相互作用的途径，丰富和完善土壤作物系统物质循环理论，对控制污染物在土壤一植物系统中的吸收积累，确保农产品安全，具有重要意义。
在维持高产的前提下，适度使用农用化学物质，防止土壤作物系统污染及农业面源，实现农业可持续发展是一项与日俱增的难题。需要农业科学、环境科学、生命科学等多学科共同能力，建立农产品安全生产的基础理论，确定土壤作物系统污染诊断与预警系统。此外，需进一步研究污染物在土壤一水一气多介质环境中迁移转化的机理及其数学模型。
(4)土壤复合污染的环境化学随着土壤中化学污染物种类的增加，其存在形态也日益复杂化。特别是由于复合污染普遍存在，土壤中化学污染物通常发生交互作用，影响污染物的生物可利用性及其在生物体内的赋存状态。根据国内外现有的工作基础和发展趋势，今后需加强土壤复合污染的环境化学研究，包括土壤化学污染物的互作态及生物可利用性、农用化学品与土壤化学污染物之间的交互作用、复合污染对土壤生态过程的影响与土壤健康质量、土壤复合污染生态效应分子机制等。
(5)污染土壤缓解与修复污染土壤缓解对阻止污染物向其他介质迁移和确保农产品安全有重要意义。有关吸附、沉淀、老化、生物降解对污染物的锁定、钝化和减量化过程的影响，以及对土壤污染的缓解作用、缓解程度和对生物可利用性的影响尚缺乏深入研究，因此要加强老化效应、根际效应、固定或活化作用、微生物解毒作用等土壤污染缓解机理的研究。
加强化学法固定土壤污染物、表面活性剂增强植物一微生物联合修复污染土壤的新技术及原理的研究，研究并建立污染土壤修复标准，加强污染土壤修复材料(表面活性剂、超富集植物、低积累作物、专性降解微生物、工程菌等)的研究，为经济、有效地修复污染土壤提供理论依据和技术支撑。
