中国西南岩溶区土壤具有重金属地质高背景特征,给粮食和生态安全带来威胁。岩溶坡立谷是居民主要的生产、生活场所,谷地中土壤环境质量状况关系到区域生态安全和人体健康。坡立谷土壤的形成与岩石风化、水土流失作用等密切相关,而岩溶环境的空间异质性造成土壤重金属元素全量及有效态复杂的空间差异。外源水是岩溶作用的主要动力之一,在地质构造和水力条件下驱动了岩溶地貌发育,影响了谷地冲积物等的空间分布。然而,外源水对坡立谷土壤重金属的分布、分配及活化的影响研究还是空白。本论文选取了广西典型岩溶坡立谷,开展不同成土母质的土壤及水样的采样测试工作,分析重金属元素、主量元素氧化物及离子含量。对典型边缘坡立谷小流域开展地球化学指纹的土壤源解析工作,揭示外源水对谷地土壤的形成、元素地球化学行为的影响;在坡立谷断面采集水稻及根系土样品,分析水-岩制约下重金属元素在土壤-水稻体系的生物富集及控制因素,以期为解决岩溶区土壤重金属迁移转化和地质高背景区重金属管控提供基础的科学依据。研究结果表明:（1）研究区土壤氧化物组成以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主;而Na2O、K2O、Ca O、Mg O相对亏损,平均含量和区域背景值均低于全国平均含量,土壤处于高度化学风化水平。在空间分布上,南部、东部和西部的非岩溶区的Ca O含量低,p H为强酸性;而中北部岩溶区的Si O2含量较低,p H值较高,表现出相反的变化趋势。重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的高值区同样分布在中部的岩溶区。土壤中的重金属元素地球化学特征受成土母质控制,表现为其与土壤p H显著的相关性。岩溶地区和非岩溶区元素含量差异显著;外源水的河流搬运作用影响了区域土壤地球化学空间分布。（2）岩溶区风化剖面（SPk）的土壤有机碳含量明显高于边缘坡立谷(SPbp)和非岩溶区(SPnk),且随土壤深度的增加而逐渐减少,SPk的p H值高于SPbp和SPnk,随剖面深度有轻微增加趋势。Na2O、K2O含量随剖面深度也有轻微的增加趋势,Ti O2随剖面深度减小趋势。元素的相关分析显示出SPk和SPnk是下伏基岩风化的产物,风化过程中Ca O、Mg O、Na2O、K2O发生不同程度淋失,而Al2O3、TFe2O3呈现富集状态。SPbp剖面的氧化物含量及随深度变化复杂,反映了其土壤可能来自周边岩溶区和非岩溶区成土母质不同程度的混合作用。（3）岩溶区的岩溶地下河水、地表水的水化学类型属于HCO3-Ca型,外源水进入岩溶地下河后促进了岩溶作用,方解石饱和指数由不饱和达到饱和。河流将溶蚀产物或土壤淋滤液中的元素转入水体发生迁移。外源水以地表水或地下河形式进入岩溶区,水体中大部分重金属受碳酸盐岩风化影响,含量有所增加。部分元素受氧化还原条件和Fe、Mn含量变化等影响。（4）对于边缘坡立谷小流域,基于地质背景、土地利用和聚类分析将边缘坡立谷的土壤的源区划分为5种方案。根据元素的保守性及其区分5种源组的能力,各产生了3个复合指纹。Bi-plot判别函数显示复合指纹对边缘坡立谷中土壤来源实现85.6%以上的区分,非混合模型的拟合优度超过0.75,实现了地球化学指纹对BP土壤的源解析。（5）非岩溶地区成土母质对边缘坡立谷中的土壤贡献超过了90%,这其中主要来源于非岩溶水库的消落带河流的搬运作用。非岩溶区坡地以坡积物方式对坡立谷土壤有所贡献。岩溶区成土母质在靠近碳酸盐岩山体部位和流域的中下游方向贡献较大。地形和土地利用可能改变了土壤的侵蚀和地球化学指纹的保存。因此,在通过地球化学指纹分析边缘坡立谷土壤来源时,必须考虑地质背景和人类活动的影响。（6）坡立谷土壤中元素含量总体上介于碳酸盐岩和非碳酸盐岩区土壤之间,但土壤性质和元素组成更接近非岩溶区,且不同空间位置上元素存在差异。受河流作用和水土流失影响,不同谷地类型土壤重金属平均含量表现为外源水补给的地下河水源的坡立谷＜狭长型的边缘坡立谷＜岩溶水水源的坡立谷＜狭长型的干谷/有季节性河流的岩溶坡立谷。外源水携带非岩溶区成土母质进入岩溶区,稀释了土壤中重金属总量,同时接受外源水补给的岩溶地下河携带了大量的盐基离子,使其灌区土壤的p H高于非岩溶区及边缘坡立谷的土壤。（7）岩溶和非岩溶对边缘坡立谷土壤的贡献比例差异造成了土壤元素较大的空间差异,靠近岩溶区的土壤重金属含量较高,靠近非岩溶区或外源水河道的土壤重金属含量较低。土壤重金属元素有效态在碳酸盐岩类和砂页岩类成土母质之间部位较高,部分水稻样品的Cd和Pb超过了食品安全国家标准中最大允许值,可能造成健康风险。（8）外源水进入岩溶区后,土壤盐基离子含量下降,而重金属元素有效态升高,土壤酸化和重金属活化,造成水稻中重金属元素含量超标;而受外源水补给的岩溶地下河水富含Ca等盐基离子,使土壤维持了相对较高的碱度,有效地降低重金属活化的风险,从而降低了水稻中重金属元素的超标比例。重金属在坡立谷土壤-水稻体系的富集系数随着碳酸盐岩类成土母质贡对土壤的贡献比例的增加而降低。对于岩溶和非岩溶、外源水河流与岩溶中间的耕地,应考虑更改土地利用方式,种植重金属低富集作物;同时应加强p H、盐基离子和重金属有效态的监测,以实现岩溶坡立谷土壤的安全利用。本研究成果丰富了对岩溶区土壤重金属元素在水文条件和岩溶作用制约下的迁移规律的认识。研究成果不仅有助于更好地了解坡立谷土壤中重金属元素来源、迁移和生物富集状况,而且有助于深刻认识水文制约下重金属和盐基离子在坡立谷土壤-水稻体系相互作用和机理。此外,本研究也为国家岩溶区耕地重金属安全管控和重金属监测工作提供了大量的基础资料和科学技术支撑。当然,在未来还需要开展深入研究,包括但不限于土壤侵蚀沉积过程中的化学风化对元素迁移的影响、外源水对岩溶地下水质的影响以及土壤-作物体系重金属元素的生物地球化学循环等。