我国土壤重金属污染严重,污染土壤的修复已引起广泛关注。植物提取是一种极具潜力的修复方法,其相关机理和强化技术是目前研究的热点。根际土壤重金属的活化是调控金属在土壤-植物系统中迁移和提高植物修复效率的关键,但相关机理仍未得到系统全面地展开,相关调控技术也相对匮乏。系统研究根际土壤重金属活化的主要因素及相关机制,有利于针对不同因素的调控效果促进植物修复的开展。本论文选取人工模拟Cd污染和Cd-Pb-Zn复合污染土壤,利用顺序提取法和同步辐射XAFS技术研究pH对根际土壤固相中重金属形态转化的影响,结合VisualMINTEQ模型和阳极溶出伏安法(ASV)研究pH、溶解性有机质(DOM)、微生物等因素对根际土壤溶液中重金属形态分布的影响,揭示各因素对根际重金属的活化机制,以期为重金属污染土壤的植物修复调控提供一定的理论参考。采用盆栽实验,研究不同pH(pH4.0,pH5.5,pH7.0和pH8.5)对根际土壤重金属活化的影响及作用机理。单Cd污染处理下的顺序提取法研究发现,土壤为酸性时超富集植物的根际效应显著,富里酸络合态Cd在根际土壤中的含量明显高于非根际,这可能是超富集植物对Cd的活化机制。突破传统的土壤重金属形态分析方法,利用同步辐射XAFS技术研究根际土壤Cd的分子形态,结果表明,土壤为中性和碱性时,Cd形态以三水铝矿吸附态(形成内层双齿配位基),内层配位的蒙脱石吸附态(≡XO·Cd+)和碳酸盐沉淀为主。酸性条件下,Cd与富含羧基基团的腐殖酸络合以及与蒙脱石的外层配位吸附(≡X2-·Cd2+)。进一步通过离心法获取根际土壤溶液,利用Visual MINTEQ模型计算Cd的形态表明,土壤pH降低后,根际土壤溶液中总溶解性Cd含量增加,Cd2+占总Cd含量的比例也显著提高,此结果与ASV法测定结果的相关性较好。pH对复合污染土壤中Cd、Zn和Pb活化的机制不同。实验结果表明,降低pH不仅可改变根际土壤中金属的固相结合态,而且可通过酸化溶解作用促进金属的溶解,根际土壤溶液中3种金属的含量均随pH的减小而明显升高,溶解性为Zn>Cd>Pb。在土壤溶液中Zn主要以自由离子态Zn2+存在,其占总溶解性Zn的比例为47.8%～76.2%,而Pb则以有机络合态为主,占比达85.5%～99.9%,Cd居中。相关性分析表明超富集植物东南景天对金属的吸收与pH呈显著负相关,而且对3种金属的富集能力表现为Cd>Zn>Pb。此外,研究结果表明pH调控对土壤Pb活化的影响不如Zn和Cd明显。通过盆栽实验研究不同来源及浓度的DOM对根际土壤重金属活化的影响。单Cd污染处理下的结果表明,施加DOM后东南景天的生物量得到显著提高,而非富集植物垂盆草在DOM处理浓度为T200时表现出重金属毒害症状。与对照相比,添加鸡粪DOMc显著提高了根际土壤溶液中Cd的含量,且有机络合态Cd占总溶解性Cd含量的比例最高,其次是腐殖土DOMs和稻壳DOMr。有机络合态Cd的比例随DOM浓度的增加而升高,且在东南景天根际土壤溶液中的比例大于垂盆草,表明DOM可通过与Cd的络合促进土壤固相中Cd的溶解并活化根际Cd。相关性分析结果表明除自由Cd2+外,土壤溶液中的有机络合态Cd也可被植物吸收和利用。向Cd-Pb-Zn复合污染土壤中添加3种外源DOM后,东南景天吸收重金属的含量与根际土壤溶液中DOM的浓度呈显著正相关,地上部Cd、Pb和Zn的含量(除Cd在T25外)为DOMc>DOMs>DOMr。DOM浓度的增加不但显著提高了根际土壤溶液中Zn与Cd的有机络合态比例,而且同时促进Cd、Pb和Zn在土壤溶液中的溶解。实验结果进一步揭示根际土壤溶液中的亲水性组分在络合金属Pb和Cd方面有重要贡献,这可能是DOM活化重金属的另一重要机制。研究土壤在灭菌与非灭菌条件下,超富集植物东南景天与同属非富集植物垂盆草的根际微生物组成及活性对Cd活化的影响。基于PLFA的微生物群落组成分析发现,东南景天根际土壤微生物PLFA种类和数量显著高于垂盆草,土壤灭菌显著降低了东南景天和垂盆草根际土壤中微生物的总量及细菌、真菌和放线菌的数量。非灭菌时东南景天和垂盆草根系分泌的溶解性有机碳(DOC)含量明显比灭菌高,且超积累植物东南景天DOC浓度显著高于非超积累植物垂盆草。非灭菌条件下东南景天对Cd的累积量大于灭菌条件,而且两种处理下均显著大于垂盆草,表明非灭菌处理时根际微生物的数量和活性相对灭菌处理利于东南景天对根际土壤Cd的活化及植物对Cd的吸收。