近年来，人口增长和工农业迅猛发展引起各种资源的大量消耗和各种废弃物的产生，土壤重金属污染日益加重，并引起人们的广泛关注。上世纪六十年代以来，土壤对多价离子，特别是重金属离子的专性吸附，成为土壤学研究领域的一个热门课题。吸附作用是重金属元素在土壤中积累的一个主要过程，决定着重金属在土壤中的移动性、生物有效性和生理毒性。而土壤中的铁氧化物是吸附作用发生的主要媒介之一。一些微量重金属或类金属(如Cu、Zn、Hg、 Cd、As等)在土壤中的移动及其对植物的有效性，都受土壤中铁氧化物专性吸附的影响。　　土壤环境中的铁主要起源于母岩的风化，铁氧化物是土壤环境中铁的主要存在形态，包括亚铁磁性矿物(磁赤铁矿、磁铁矿等)、反铁磁性矿物(针铁矿、赤铁矿等)和顺磁性矿物(纤铁矿等)，它们一般不具生物有效性。铁氧化物/氢氧化物因其巨大的比表面，以及两性电荷，对重金属元素在土壤中的赋存和迁移有着十分重要的影响。　　本论文以长江三角洲地区水稻土和南京地区表层土壤作为主要研究对象，分析了土壤中铁氧化物和重金属元素的含量及分布规律，通过分析土壤中铁氧化物、磁化率(亚铁磁性矿物含量的代用指标)和重金属元素含量之间的相关性来研究铁氧化物对重金属元素的富集作用。首先利用地球化学方法测试了土壤中各重金属元素的含量，进而对重金属各赋存形态进行定性和定量测定，并分析了他们之间的相关性。在此基础上，测试了土壤样品的磁化率值，揭示了研究区磁化率的分布特征，并对其与重金属元素的相关性进行了详细研究，最后利用漫反射光谱法(DRS)定量测定了土壤中赤铁矿和针铁矿含量，并探讨了它们对重金属元素的富集作用。通过研究，本论文获得如下主要结论和新认识:　　1、长三角地区水稻土重金属元素Cd达到了轻度污染水平(Igeo=0.11);南京地区表层土壤Hg达到了中度污染级别(Igeo=1.45)，Cd达到了轻度污染水平(Igeo=0.59)。长三角地区水稻土中活性态Cd含量高达91.04％，存在较严重的Cd污染风险。　　2、土壤pH影响着铁氧化物对重金属元素的吸附，不同pH范围长三角地区水稻土中总氧化铁含量和重金属元素的相关性明显不同。总体来说，随着pH的升高，总氧化铁含量和Cu、Zn、Cr和Hg含量之间的相关性都显著增强。As和总氧化铁之间的相关性随着pH的升高而降低，Cd、Pb和总氧化铁之间的相关性在中性环境时最显著。说明不同环境下，铁氧化物对重金属的富集作用有着明显区别。　　3、长三角地区水稻土复合污染样品的磁化率均值是46.74×10-8m3 kg-1，未污染和只有一种元素达到污染级别的样品的磁化率均值为34.32×10-8m3kg-1;南京表土Cd污染和未污染样品磁化率均值分别为125.29×10-8m3kg-1和62.80×10-8m3kg-1，Hg污染和未污染样品磁化率均值分别为100.40×10-8m3kg-1和66.08×10-8m3kg-1，污染样品的磁化率均值明显高于未污染样品，揭示出亚铁磁性矿物对污染元素的富集作用。结果表明，简单经济的磁学方法，可用来圈定潜在污染区域，对土壤中重金属污染状况进行监测和预警。　　4、土壤pH显著地影响着磁化率和重金属元素含量之间的相关性。利用环境磁学方法分析发现，偏碱性环境下，长三角地区水稻土磁化率和重金属含量的相关性较好，而在中性和酸性条件下，南京表土的磁化率和重金属的相关性较好，在探讨用磁化率指示重金属污染分布和程度时，pH是很关键的一个制约因素。　　5、八卦洲表土形态分析结果表明，晶质氧化铁结合态As、Co、Cr、Zn、Pb、Ni、Cu含量和晶质氧化铁结合态铁含量之间为0.01水平上的显著正相关，Co、Pb、As、Zn、Fe和Ni晶质氧化铁结合态含量和磁化率的相对贡献率之间为0.05水平上的显著相关性，表明重金属元素可能有相当一部分赋存在亚铁磁性矿物的晶格中。　　6、饱和等温剩磁实验、热磁分析、分粒级和扫描电镜分析结果表明，大厂工业区燃煤产生的磁性颗粒是八卦洲表土磁性增强的最主要贡献者，这些磁性组分往往富含重金属元素，当它们进入土壤后不仅使土壤磁性增强，同时也引起重金属的污染。　　7、通过测定不同时期长江悬浮物和环八卦洲沉积物样品磁化率，发现1950年以来样品磁化率有逐年增加的趋势。对长江悬浮物、八卦洲新鲜沉积物和1950前老沉积物分粒级得知，样品中粗颗粒组分的相对含量(45～830μm)与磁化率值之间存在指数正相关关系。根据中国煤炭年消费曲线和煤炭平均灰分等参数，对由长江流域燃煤飞灰贡献引起长江悬浮物磁化率的增幅建立了回归模型，结果表明长江流域产生的燃煤飞灰至少有7％排放到土壤表层或者水域中。　　8、利用漫反射光谱定量测定了长三角地区水稻土中赤铁矿与针铁矿含量，赤铁矿的含量范围为0.12％～0.57％，均值为0.25％，针铁矿的含量范围为0.63％～2.85％，均值1.66％;针铁矿和赤铁矿含量相加占样品总氧化铁含量的42.50％。长三角水稻土中针铁矿和赤铁矿含量与As含量均为0.01水平上的显著正相关，针铁矿含量与As含量的相关性明显高于赤铁矿的。长三角地区水稻土中砷元素的分布明显受铁氧化物矿物(特别是针铁矿)分布的制约。研究砷在土壤-农作物体系中的迁移和转化，需要关注铁氧化物矿物的形成和溶解过程。