土壤-植物系统重金属行为过程和风险的研究对于阻断重金属污染物进入食物链，防止对人体健康造成损害，促进土地资源的保护与可持续发展具有重要的意义；同时也为重金属污染土壤的修复和管理提供技术支撑。本文使用野外调查、野外淋滤试验、盆栽试验、室内淋滤试验、室内样品测试分析等方法以河西绿洲为例研究了干旱区典型土壤-植物系统中主要重金属行为过程及风险性，包括表层土壤重金属的空间变异规律、土壤重金属的纵向迁移机理、土壤重金属生物有效性以及潜在风险性。主要结论有： (1)金昌市表层土壤中Zn、Ni、Cu、Pb、Cd五种重金属元素的平均含量均超过了甘肃土壤背景值，其中Ni的平均含量还超过了国家土壤环境质量二级标准，Cu的平均含量甚至超过了国家土壤三级标准。不同土地类型下Zn含量的比较为林地>农田>居民区及公园>公路绿化带>戈壁；不同土地类型下Ni含量的比较为林地>居民区及公园>公路绿化带>农田>戈壁；不同土地类型下Pb含量的比较为农田>居民区及公园>公路绿化带>林地>戈壁；不同土地类型下Cu含量的比较为林地>公路绿化带>居民区及公园>农田>戈壁；不同土地类型下Cd含量的比较为林地>居民区及公园>公路绿化带>农田>戈壁。对于这五种元素来说，土地类型对土壤中重金属含量的影响程度为：Pb>Zn>Cd>Cu>Ni。 (2)金昌市表层土壤中的Zn、Pb和Cd三种元的单因子污染均处于一级即清洁水平。相比之下，Ni和Cu的污染比较严重，其中，这五种土地类型土壤中的Ni均达到了四级即重度污染水平；公路绿化带、居民区及公园和林地土壤中的Cu均达到了四级即重度污染水平，戈壁和农田中的污染等级略低，均处于二级即轻度污染水平。五种土地类型下，Zn、Ni、Pb、Cu、Cd的内梅罗综合污染指数均为：Ni>Cu>Cd>Zn>Pb。地积累指数的结果表明，金昌市土壤中Zn和Pb的整体水平处于无污染程度，Cd处于轻度.中等污染程度，Ni处于中等污染程度，Cu的污染最为严重，处于中等-强污染程度。不同土地类型下土壤中重金属污染频率的结果显示，Pb不存在严重污染的情况，Zn和Cd严重污染的地区相对比较少，主要分布在农田和林地中；严重污染情况比较突出的Cu和Ni的不同土地类型比较为：Cu：公路绿化带>居民区及公园>林地>农田>戈壁；Ni：居民区及公园>林地>公路绿化带>农田>戈壁。地积累污染指数的空间分布结果跟各重金属污染浓度的分布结果一致。从分布范围上来看，Cu>Ni>Cd，Zn和Pb的污染范围均相对较小，并且Pb的污染水平也比较低。 (3)金昌市农田土壤中重金属元素活化率中以Cu的活化率最高，虽然Cd的总量比较低，但其活化率却仅次于Cu，这两种元素的生物危害相性相对较大，研究区土壤中Zn、Pb的活化率相对较低，对作物的危害较小。Ni的活化率也不高，但由于其总量比较高，所以也存在一定程度的生物危害性。因子分析的结果为，研究区表层农田土壤中的Cu和Ni主要来源于工矿业活动；Zn、Cd、Pb则主要来源于农业生产活动。潜在生态风险评估则显示，接近一半的土壤样点的重金属潜在生态风险等级达到了中度及以上水平；从潜在生态危害单项系数来看，Cd>Cu>Ni>Pb>Zn，其中，Cu、Ni和Cd存在不同程度的潜在生态危害，Pb、Zn这两种元素的潜在生态风险则均处于低危害水平。有效态重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的含量均在白家咀和马家崖子附近存在高值区，并且Cu和Ni的EDTA提取态浓度值在东湾附近也比较高。此外，在中牌八队附近，EDTA提取态Cd的浓度值也偏高。寄予农产品质量安全的重要性，当地在进行粮食生产的同时，应增强农田土壤的安全性，严格控制土壤污染物，推行标准化农业生产。对于生态风险比较高的农田，应对其进行限制生产，并采取一定的措施进行修复。 (4)野外淋滤试验和室内柱状实验中重金属的剖面分布特征相似，基本表现为外源重金属Cu、Zn、Pb、Cd进入土壤后，主要在表层10cm土层中富集，体现了重金属的表聚性；外源重金属进入土壤后，迁移距离短，试验时期内，迁移距离为15-20cm，自然剖面中迁移距离为45cm，外源重金属进入土壤后，虽然能在土壤中富集，但其土壤中富集的深度影响有限，目前未对地下水构成风险。野外调查所采集的耕作土壤剖面重金属变异规律研究中发现：Cu、Ni的表层富集现象明显，剖面各层Cu、Zn、Ni的总量分布差异较大。其中元素Cu和Ni分布规律相似，其浓度表现为表层至下先递减后稳定，同时这两中元素在各剖面中的迁移距离相当，基本在45cm附近，土壤剖面Zn的总量分布没有明显的规律性。受人类活动影响较大的五个剖面土壤的表层、亚表层中Cu含量和表层、亚表层以及心土层中的Ni含量基本超过中国环境质量二级标准，研究区域部分耕作土壤不再适合农作物生长，建议进行土壤修复。 (5)外源重金属的加入，改变了重金属在土壤中的赋存形态，Cu、Zn、Pb主要表现为在表层0-10cm土层中碳酸盐态Cu，碳酸盐态Zn和铁锰氧化态Zn，碳酸盐态Pb所占比例较对照剖面明显增加。而元素Cd表现为剖面各土层中可交换态Cd含量均明显增加。虽然各元素含量分布特征受外源重金属的添加浓度和灌溉水pH影响不突出，但各元素的具体形态分布却在一定程度上受到影响。总体表现为Cd和Zn易受灌溉水pH值的影响，其中Cd影响最为明显。元素Cu和Pb易受外源添加量的影响。野外调查所采集的耕作土壤剖面中Cu主要以有机态和残渣态存在；Zn以参渣态为主要赋存形态；Ni主要以铁-锰氧化态和残渣态存在，三种元素的可交换态含量最少，不足1％。受外源Cu、Ni的影响，在土壤剖面中Cu和Ni有明显的形态变化层位，且该层位与它们在剖面中的迁移距离基本一致。0-45 cm基本表现为有机态Cu>残渣态Cu>铁-锰氧化态Cu、碳酸盐态Cu>可交换态Cu；Ni的铁-锰氧化态>有机态、残渣态、碳酸盐态>可交换态。45 cm后的各层中Cu、Ni主要以残渣态存在。Zn在所有土层中均以残渣态为主要赋存形态。金昌城郊耕作土壤中Cu、Ni主要受人为活动影响，Zn主要来源于母岩成土过程。人为活动增加了土壤中Cu、Ni的含量，增大了Cu、Ni的潜在生物效应。 (6)元素Cu、Ni易于在金昌市种植的小麦根部蓄积，元素Zn易于在小麦籽粒中积累。Cu、Ni、Zn三种元素在小麦体内的迁移能力为：Zn>Cu>Ni。金昌市野外调查的小麦籽粒中Cu的平均含量为9.37 mg/kg，最大含量为11.64 mg/kg，其中有部分样品超过国家食物卫生标准，超标率为18.18％：Zn在籽粒中的平均含量为31.39mg/kg，最大含量为43.25mg/kg，所有样品均未超过国家食物卫生标准；小麦籽粒中Ni的平均含量为3.57 mg/Kg，最大含量为5.5 mg/kg，以人造奶油卫生标准的1.0mg/Kg作为参考值，研究中的所有小麦样品籽粒中Ni浓度均远高于该标准值，可见研究区域的小麦籽粒中Ni超标突出，造成通过饮食方式造成的健康风险较大，应对所研究的区域进行重金属污染的土壤进行修复或改变种植方式。 (7)盆栽试验研究发现油菜的地上部、根部分别对Cd、Pb有较另外部分强的累积能力，油菜各部分对Zn的累积能力向差不多：芹菜的根部对Cd、Zn、Pb具有较地上部分更强的累积能力；胡萝卜地上部分对Cd的累积能力较根部略强，Zn、Pb均为低添加浓度下在胡萝卜地上部的累积能力较根部强，而在较高剂量的添加浓度下根部的累积能力略高于地上部分。从不同蔬菜相同部位的对比分析可知，三种蔬菜中胡萝卜对Cd、Zn、Pb的累积能力最差，芹菜的根部和油菜的地上部分累积能力相对比较强。