2014年《全国土壤污染状况调查公报》结果显示镉（Cd）和镍（Ni）在我国土壤无机污染物超标率中排名前两位,污染情况不容乐观。痕量金属元素在土壤中的溶出是控制其生物可利用性和迁移性的关键过程,受到多种生物地球化学过程控制,往往很难用简单的分配系数或吸附等温线方程来描述。多表面形态模型（Multi-surface Speciation Model,MSM）是基于热力学化学平衡计算的土壤金属形态机理式模型,近年来已经成功应用于预测多种痕量金属元素在固液相间的分配。但不同提取剂和固液比条件下的模型预测效果还缺乏系统的评估,田间孔隙水条件下的应用也未进行验证。此外,以往MSM模型中对层状硅酸盐粘土矿物表面的阳离子交换作用往往采用交换性系数设置为1的简单化处理,可能导致预测误差。基于以上问题,本论文第2章采用全国19种典型土壤建立Ni和Cd的MSM,考察了 3种提取剂（超纯水、0.01 mol·L-1 NaNO3和0.01 mol·L-1 CaCl2）、5种固液比（5、10、20、100、400 g·L-1）和孔隙水条件下Ni/Cd的溶出情况,并调查了 MSM在以上条件下的适用性;第3章以Na-蒙脱石为研究对象,采用批量吸附实验研究了 Li+、K+、Rb+、Cs+、Ca2+、Sr2+和Ba2+的交换吸附行为,以“两点位”模型修正了蒙脱石表面的阳离子交换和吸附反应系数;第4章进一步研究了 Ni2+和Cd2+在Na-蒙脱石表面的吸附行为并修正了模型参数,并在此基础上,评估了修正后的粘土矿物阳离子交换反应参数对不同土壤中Ni/Cd溶出预测的影响。主要研究结论如下:（1）MSM对Ni/Cd在不同土壤固液相间分配的预测效果受提取剂和模型架构的影响。以超纯水和0.01 mol·L-1 NaNO3为提取剂时,模型计算过程中必须考虑土壤背景阳离子;以0.01 mol·L-1 CaCl2为提取剂时,固液比低于100 g·L-1的情况下模型可无需考虑背景阳离子,但更高的固液比条件下仍然需要考虑。（2）采用两点位模型成功拟合了不同离子强度及交换比条件下Li+、K+、Rb+、Cs+、Ca2+、Sr2+和Ba2+在Na-蒙脱石上的吸附曲线（R2=0.88～0.97）,其中在Na-蒙脱石基面的阳离子交换远高于边面的吸附,获得的交换系数可以较成功地预测复合条件下Li+、K+、Rb+、Cs+、Ca2+、Sr2+和Ba2+在Na-蒙脱石上的吸附数据。（3）随着pH的升高,Ni2+/Cd2+在Na-蒙脱石表面的吸附量增加,在低pH范围内,金属的吸附受到离子强度的强烈影响,在更高的离子强度（0.1 mol·L-1）下,Ni2+/Cd2+的吸附量更低。Ni2+和Cd2+在Na-蒙脱石表面的吸附行为遵循两种机理:在低pH和低离子强度范围内,Ni2+和Cd2+主要在永久性负电荷点位（≡X-）形成≡X2-·Me2+,在高pH和高离子强度范围内,则主要在边缘点位（≡SH3）形成≡SH2·Me+。采用两点位模型成功拟合了不同pH条件下的Ni2+和Cd2+吸附曲线（R2=0.92和0.90）,吸附反应如下:≡X-·H++0.5Ni2+ 0.5≡X2-·Ni2++H+,logK=-1.98≡SH3+Ni2+（?）≡SH2·Ni++H+,logK=-2.38≡X-·H++0.5Cd2+（?）0.5≡X2-·Cd2++H+,logK=-1.99≡SH3+Cd2+（?）≡SH2·Cd++H+,logK=-2.35所获得的参数较成功地预测了复合条件下Ni2+和Cd2+在Na-蒙脱石表面的吸附浓度。（4）Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ni2+和 Cd2+在蒙脱石上的选择性大小顺序为:Cs+＞Ba2+＞Sr2+＞Ni2+≈Cd2+＞Ca2+＞Rb+＞Na+＞K+≈Li+。（5）MSM在考虑背景阳离子之后可以较好预测80%田间持水量条件下土壤孔隙水中的可溶性Ni/Cd浓度（RMSE=0.664和0.962）。背景阳离子中的Al3+和Fe3+在盐基饱和度较低的交换性红壤中起到关键作用,模型中如不考虑Al3+和Fe3+则RMSE上升为1.855（Ni）和2.661（Cd）。通过引入修正的层状硅酸盐矿物表面离子交换和吸附参数后,土壤孔隙水中可溶性Ni/Cd浓度的预测效果显著提升（RMSE=0.654和0.763）,说明粘土矿物表面的阳离交换吸附对金属的溶出具有重要作用。综上,MSM在合适的模型架构下可应用于不同土壤、不同提取剂、不同固液比、甚至田间持水量条件下土壤孔隙水中Cd/Ni溶出浓度的预测。以往MSM对粘土矿物表面阳离子交换的简化处理在一定程度存在预测误差,修正后的阳离子交换吸附参数显著提高了模型的预测效果。但由于本研究只涉及两种重金属离子及有限的提取剂和提取条件,MSM更广泛的应用范围还需要进一步的研究。