土壤重金属污染控制是我国当前重要的生态环境问题,以往许多研究以不同粒径进行土壤组分分组,无法对土壤的复杂性进行有效降维,在微观分子水平上揭示土壤组分对重金属的吸附机制仍存在困难。有效分离土壤中不同结构和化学性质的组分（颗粒态有机质、黏土矿物、氧化矿物等）,有利于在分子水平上科学有效的揭示土壤对重金属吸附固定的机制。本文利用密度梯度分离法（particle density fractionation,PDF）分离两种红壤和两种黑土中轻质的颗粒态有机质（particle organic matter,POM）、轻质矿物结合态有机质（light organo-mineral complexes,OMC-L）和重质矿物结合态有机质组分（heavy organo-mineral complexes,OMC-H）,采用元素分析和化学提取分析弄清不同密度组分的碳氮含量及铁氧化物组成,采取批量吸附实验法进行土壤原土（Bulk Soil,BS）和密度组分对Cu²⁺、Cr³⁺的等温吸附实验,并通过等温吸附模型拟合得到重金属理论最大吸附量,同时选取典型吸附样品进行同步辐射技术表征（X射线扫描透射显微术,STXM;X射线微探针,μ-XRF）,以揭示红壤和黑土密度组分对重金属的吸附分子机制,论文获得的主要结论如下:1.利用土壤密度梯度分离法有效分离POM和OMC。OMC-H在土壤中单位质量占比达80%且有机质分解程度最高,POM和OMC-L中有机质分解程度较低。各密度组分均含有无定形铁和晶体铁,采用1.8 g/m³作为分离密度梯度后POM中仍含大量有机矿物复合体,细化密度分离梯度范围后（1.6 g/m³、2.0 g/m³）POM中有机矿物复合体比例显著降低。目前广泛被采纳的密度分离梯度在本研究中没有能够完全分离颗粒态有机质中的氧化铁等矿物,进一步探究理想密度梯度以有效分离土壤中POM和OMC,是未来的研究方向之一。2.利用铜的批量吸附实验法和等温模型拟合得到土壤及其密度组分对铜的理论最大吸附量,STXM探究了土壤及其密度组分吸附重金属铜的分子机制。四种土壤中OMC-L和POM对铜的理论最大吸附量远高于OMC-H,4种密度组分对于铜的吸附行为更加符合Langmuir等温吸附模型。铜在红壤中极有可能被羧基碳与铁铝氧化物结合成的有机矿物复合体所固定。黑土中铜主要以Cu²⁺为主,铜的吸附主要由有机质决定,且芳香碳含量越高,铜的吸附量也越高,铝硅酸盐矿物不是黑土中铜吸附的主要贡献者。低碳土壤微域中,非晶态铁铝氧化物由于具有高活性的比表面积可吸附一定量的Cu²⁺,在次生粘土矿物表面与Cu²⁺相互作用。3.利用铬的批量吸附实验法和等温模型拟合描述了土壤及其密度组分对铬的理论最大吸附量,阐明了土壤及其密度组分吸附重金属铬的分子机制。4种土壤中铬理论最大吸附量最高的密度组分为OMC-L,有机质-无定形铁氧化物复合体有可能存在吸附固定铬的特异位点。土壤对铬吸附行为较复杂,同一种土壤不同密度组分符合的等温吸附模型不同,三种密度组分在土壤铬吸附过程中均发挥重要作用。黑土中铬的分布具有异质性,黏土矿物、以及含钙、锰等氧化型矿物不是土壤吸附固定铬的重要物质,铬的吸附主要由有机质决定,但总碳含量不是吸附铬的唯一决定性因素,脂肪碳和酚碳对吸附固定铬贡献较小,羧基碳对铬亲和性更高。