摘要
土壤中重金属的化学形态与其生物有效性和环境迁移性密切相关。相比于实验室分析方法，基于土壤理化性质和热力学平衡的多表面模型（Multi-surfacemodel，MSM）是预测土壤重金属化学形态的有效工具。本文以长江三角洲地区水稻的主要种植区为研究区域，基于多表面模型，预测三种提取方式（S1、S2、S3）下，130个水稻-土壤样品中活性形态Cd（镉）和Pb（铅）在主要矿物（有机质、铁氧化物和黏土矿物）表面的吸附行为。并评估了土壤理化性质（pH、Fe2O3、CaO、MnO、Clay、阳离子（Al3+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+））对土壤Cd和Pb活性部分形态分布特征的影响；建立活性Cd、Pb形态及土壤理化性质与水稻籽实和秸秆中Cd和Pb富集量之间的多元线性回归方程，同时针对方程参数对籽实和秸秆中Cd和Pb含量的影响进行不确定性分析。得到以下结论： （1）模型输出结果表明土壤活性Cd、Pb形态分为四类，形态1（Fr1-溶解无机态），形态2（Fr2-黏土结合态），形态3（Fr3-铁氧化物结合态）和形态4（Fr4-溶解性有机质结合态）。土壤活性Cd形态：Fr4%＞Fr3%＞Fr1%＞Fr2%；土壤活性Pb形态：Fr3%＞Fr4%＞Fr1%＞Fr2%，大部分Cd、Pb形态空间分布与pH呈现相同或相反的特点。 （2）分析土壤理化性质与MSM模拟形态之间的相关性。结果表明，pH和MnO与Cd-Fr3呈现显著正相关关系，与Cd-Fr1、Cd-Fr2、Cd-Fr4呈现显著负相关关系。pH和MnO与Pb形态分布呈现显著负相关关系。CaO和MnO与Fr3显著正相关，与Fr1、Fr2或Fr4呈现显著负相关关系。pH和Fe2O3与Pb各形态含量呈现负相关关系。DOC与活性Cd和Pb形态含量呈现显著正相关关系。 （3）阳离子（Al3+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+）一方面与Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）竞争吸附位点，另一方面通过影响pH值而改变重金属形态分布。相关性分析和主成分分析表明M3+/N2+、M3+/N+和M2+/N2+（M、N为阳离子）促进重金属铁氧化物结合态转化为可溶态，M2+/N+和M+/N+升高促使重金属与铁氧化物结合。 （4）土壤pH值是影响水稻籽实和秸秆Cd、Pb浓度的主要因素。多元线性预测模型结果表明，三种方法中0.43mol/LHNO3提取的方法来预测的四种活性形态Cd、Pb含量及土壤理化性质的相关性最好。蒙特卡洛模拟表明，pH、DOC为影响水稻中Cd含量的主要因素，Cd的Fr2和Fr4敏感度较好；pH、Fe2O3为影响水稻中Pb含量的主要因素，Pb的Fr3和Fr4敏感度较好。
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