第七届青年地学论坛

由于土壤组分和性质存在较大空间异质性，如何科学评估和预测土壤中微量元素的风险一直是研究的热点。大量研究表明，重金属在土壤固/液相间的分配是控制其迁移能力和生物可利用性的关键因素，传统的基于多元回归等经验式模型在预测土壤中金属溶解性和生物有效性时尽管简单有效，但常常无法扩展至不同土壤类型及环境条件，限制了其应用范围。近年来发展的机理式多表面形态模型（MSM, Multi-surface Speciation Model）假设非均质土壤由系列活性表面组成，微量元素在水相中络合、沉淀等反应基于热力学反应平衡，在各固相表面的吸附过程以表面络合模型（SCM）来描述，不同来源的土壤有机质或粘土矿物可以采用“通用”模型参数代表，由于离子在土壤各组份上的分配过程以地球化学热力学反应平衡为基础，因此模型参数可以应用于不同类型土壤、不同环境条件、不同离子间的行为。本研究考察了MSM模型预测Ni（II）/Cd（II）在我国19种不同类型土壤中形态分布和生物有效态的应用效果。首先采用MSM预测了在不同固/液比（5、10、20、100、400g/L）、不同提取剂（H₂O、0.01M NaNO₃、0.01M CaCl₂）下对溶出效果的预测，同时研究了土壤中背景电解质设置对模型输出结果的影响，进而采用MSM成功预测了田间持水量条件下土壤孔隙水中金属浓度（RMSE=0.664-Ni，0.962-Cd）；采用MSM预测了Ni（II）/Cd（II）在不同土壤中形态分布，模型结果反映出土壤中金属形态是受pH、土壤组份、离子与各表面作用强度共同控制的特点；采用小麦盆栽实验考察了不同土壤中Ni（II）/Cd（II）在小麦根和茎叶中的富集情况，MSM预测的溶解态金属浓度与小麦根或茎叶中金属富集量的相关性R²>0.8，结果优于或约等于常用化学提取方法（总量、DGT、CaCl₂等）；为进一步拓展模型应用范围，采用砂培的方式获得小麦中金属富集与暴露浓度之间的剂量-效应方程，与MSM模型相耦合，实现无参数调整情况下，对Ni-Cd复合污染土壤中小麦体内金属富集量的成功预测。

多表面形态模型；生物有效性；溶解度；固液比；风险评价