长期以来地球化学、环境化学、土壤化学、植物营养学、环境生物学、毒理学、污染生态学、环境医学等理论学科的大量研究成果，不仅指明了农业地质环境调查的指标因子，而且也为农业地质环境综合评价奠定了基础理论和方法依据。
1.有毒有害物质存在形态、转化及其生物效应研究
环境中有毒有害物质具有多种存在形态，包括价态、化合态、结构态、络合态等，而采用适当实验技术手段得到的水溶态、可交换态、有机结合态、碳酸盐态、铁锰结合态、残留态污染物具有不同的功能特点。不同形态的污染物在环境中有着不同的化学行为，表现出不同的环境效应。研究表明，土壤质地、（粘土）矿物组成、有机质含量、酸碱度、氧化还原电位、阳离子交换量、水分含量等理化性状对土壤重金属、营养有益元素、有机污染物的存在形态及其生物有效性具有重要制约作用。
随着环境条件的变化，在物理、化学或生物作用影响下，污染物可以由一种形态转变成另一种形态，由一种物质转变成另一种物质。通过蒸发、渗滤、凝聚、吸附以及放射性蜕变等进行物理转化，经过氧化还原、水解、络合、光化学等反应进行化学转化，通过生物吸收与代谢导致形态转变。形态转化存在两种可能性：一种是使污染物转化为无毒物质或易降解物质，另一种是增加污染物的生物毒性、生物可利用性或转变成难降解产物。
元素存在的形态不同，生物毒性、环境效应差异甚大。例如，6价铬有强烈毒性，而3价铬毒性较弱；3价砷的毒性远大于5价砷；甲基汞等有机汞毒性远大于无机汞；7种六六六异构体中以γ型杀虫力最强；多环芳烃的致癌活性与其化学结构有关等。
环境污染物进入生物体后，有的可被代谢成无毒物质排出体外，有的污染物或其代谢产物对生物产生不利影响，这种影响可在生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统的不同水平上体现出来。对动物个体的影响表现为死亡、行为改变、繁殖力下降、生长发育抑制、抗病力下降、代谢率变化等；对植物个体的影响表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等。这为污染程度、污染危害生物效应诊断评价提供了表征依据。
2.物质来源、迁移循环研究
土壤元素及化合物主要有自然地质体和人为污染输入两大来源。岩石风化侵蚀，金属、非金属、煤炭和油气等矿产资源的开采运输、冶炼加工、产品使用，使埋藏于地壳深处的大量物质进入地表环境。同时，现代石油工业、农药、化肥的发展，交通运输、能源利用、垃圾焚烧、废旧物品回收利用（如旧电器拆解）等各种人类活动，产生多种有机污染物，现登记在册的化学品已达近千万种。环境污染已成为一个全球性问题。不同污染源具有特定的污染元素组成（表1-1），因此，污染元素组合特征为污染源追踪与判别提供了方法技术途径。
表1-1 工业生产门类与有害金属的排放
引自Siegel，2002。
工业污染物主要通过“三废”排放进入环境，农业生产多以非点源污染方式影响农业生态环境，高强度人为扰动使城市等人口密集区形成大范围的污染。环境污染物通过土壤侵蚀、地下水渗滤、大气运移与沉降、水体迁移、生物吸收与搬运等机械、物理、化学、生物方式，在生态系统内部、不同生态系统之间不断迁移、扩散、循环，并伴随着存在形态的转变。
污染物自身的物理化学性质、环境介质特性与地形地貌及气候条件是影响污染物迁移的主要因素。原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物键性、溶解度等属性是决定元素形成的化合物、络合物类型、离子稳定性、水解能力、胶体吸附性，影响元素迁移机制的内部因素。环境酸碱度、氧化还原条件、胶体种类与数量、络合配位体性质与数量是影响污染物迁移的外部环境条件。如大多数重金属在强酸性环境中能形成易溶性化合物，有较高的迁移能力，而在碱性环境中则难以迁移；铬、硫等元素在氧化环境中迁移能力较强，而铁、铵则在还原环境中易迁移；当环境中存在Cl-、
等大量无机或有机配位体时，汞、锌、镉、铅的迁移能力大大增加；当环境中有大量胶体，特别是有大量蒙脱石和难溶性胡敏酸时，汞、铅、镉的迁移能力明显降低。
3.生物吸收累积性及联合生物作用研究
生物吸收累积是生态系统中物质循环的重要环节，与生物吸收方式、体内转运机制密切有关，相同环境条件下不同种类的植物和动物对污染物的吸收累积量（以生物吸收富集系数BAC表示）有很大差异，根据吸收富集系数可以将植物分为低、中、高、超富集型植物，这对于筛选抗污染农作物以及超累积植物用于污染土壤的修复提供了理论依据。污染物经食物链的生物积累与放大现象也十分普遍，尤其是持久性有机污染物（如PCBs），因此，采集分析食物链顶级生物（如肉食性鱼类、动物、禽蛋、奶制品等）能更好地反映PCBs污染，从而评价其污染累积及其危害性。生物体不同器官中污染物分配一般也呈规律性变化，由被动方式经根系吸收进入植物体的有毒有害重金属浓度一般表现为根＞茎＞叶＞籽实，而动物体内元素浓度分布与组织器官的亲和性有关，如钼聚集于脑组织，锌和铬主要分布于脑垂体中，碘主要在甲状腺中，铁多在红细胞中，氟、铅、锶聚集于骨中，铜大部分累积于肝脏，因此，选择合适的污染诊断器官极为重要。
环境中多种污染物共存的现象十分普遍，其综合生物效应往往不同于任何单一污染物的生物效应，可归结为相加作用、独立作用、协同作用和拮抗作用4种类型。如Cu⁃Mo、Se⁃Hg、Cu⁃Zn、Tl⁃Se、Cu⁃Cd、Zn⁃Cd、W⁃Mo、Cd⁃Ca、V⁃Mn、Ni⁃Cu、Mn⁃Mg的拮抗作用，Cu⁃Fe等的协同作用（杨志强等，1998）。例如，研究表明硒在人和动物体内能与砷、汞、镉等有毒元素结合，降低有毒元素的危害性，保护组织免受有毒物质的损害。无疑，这种复杂的相互作用机制使复合污染评价变得异常困难。
综上所述，地球化学、环境化学、环境生物学、毒理学等学科领域的理论研究和实验分析，取得了不同浓度、不同形态污染物的地球化学行为、生物可利用性、生物毒性及其临界值、生态效应的大量基础理论成果，这是农业地质环境综合评价的重要理论依据。
