重金属在土壤和水体环境中的迁移、转化、固定、积累、化学和生物化学活性、生物可利用性以及毒性等均与腐殖质和重金属的相互作用有关,腐殖质对控制重金属的环境地球化学行为和过程起决定性作用。腐殖质与重金属相互作用是近年来土壤科学和环境科学研究的热点和重点问题。腐殖质不同组分与重金属的相互作用机理研究是当前的一个前沿领域,同时也是一个具有较大挑战性的研究方向。腐殖质作为一种复杂的天然大分子有机质,其分子内含有羟基和羧基等多种活性官能团,这些基团能在腐殖质表面或通过化学键形成交叉链接的分子骨架,进而形成能与重金属结合的自然阴离子聚合物。研究表明,胡敏酸、富里酸和胡敏素在结构特征、分子大小、元素组成、光学性质和酸度等方面有很大差异,开展腐殖质不同组分与重金属相互作用研究,对揭示腐殖质与重金属的相互作用及机制,理解湖泊生态环境中重金属的环境地球化学行为和生物有效性具有理论和实践意义。本文以乌梁素海为研究对象,以连续碱提取法分别获得的不同植物类型区胡敏酸和胡敏素为基础,以胡敏酸和胡敏素的结构和组成差异性研究为主线,以揭示胡敏酸和胡敏素与重金属相互作用规律为主要目标,开展了乌梁素海湖泊沉积物中胡敏酸和胡敏素与重金属的相互作用机理研究,取得如下主要认识。1.乌梁素海芦苇区、龙须眼子菜区和穗花狐尾藻区沉积物中胡敏酸对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+在不同pH条件下的吸附量大小关系均为Pb2+> Cu2+>Cd2+>Zn2+;胡敏素对重金属离子的吸附因植物类型区的不同表现一定差异,对pb2+有较大吸附量,Cu2+和Zn2+的吸附量接近。不同植物类型区胡敏酸对重金属离子的吸附在不同温度条件下有较大变化,低温条件有利于吸附反应的进行,离子强度对吸附的影响小于温度的影响。胡敏素对重金属离子的吸附主要受温度的影响,受离子强度的影响微弱。2.热力学计算结果表明,胡敏酸和胡敏素对重金属离子的吸附是放热过程,吸附过程不需从外界获得能量即可自发进行。芦苇区胡敏酸和胡敏素对重金属离子吸附自发性的强弱关系分别为Pb2+>Cd2+≈Cu2+>Zn2+和Cu2+>Pb2+>Cd2+>Zn2+；龙须眼子菜区胡敏酸和胡敏素对重金属离子吸附自发性的强弱关系分别为Cd2+>Cu2+≈Pb2+>Zn2+和Zn2+>Pb2+> Cu2+≈Cd2+:穗花狐尾藻区胡敏酸和胡敏素对重金属离子吸附自发性的强弱关系均为Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+.3.元素分析与紫外-可见光谱分析结果表明,3个植物类型区胡敏酸以芳香性结构为主,胡敏素以脂肪性结构为主；吸附前后傅里叶变换红外光谱分析结果表明,胡敏酸和胡敏素的官能团结构均以羟基为主,羧基含量相对较少。估算结果表明,3个植物类型区沉积物中胡敏酸的芳香性结构约占60%,脂肪性结构约占40%,羟基含量约占70%,羧基含量约占30%；胡敏素的芳香性结构约占40%,脂肪性结构约占60%,羟基和羧基占比与胡敏酸相近。吸附实验与表征结果揭示,游离羟基对芦苇区胡敏酸和胡敏素与龙须眼子菜区胡敏酸吸附Pb2+.Zn2+和Cd2+起主要作用,对穗花狐尾藻区胡敏酸和胡敏素吸附Pb2+.Zn2+和Cd2+起绝对主导作用；缔合羟基对芦苇区胡敏素和龙须眼子菜区胡敏酸吸附Cu2+起主要作用；游离羟基、缔合羟基和羧基共同对芦苇区胡敏酸和穗花狐尾藻区胡敏素吸附Cu2+起主要作用,对龙须眼子菜区胡敏素吸附Cu2+.Pb2+.Zn2+和Cd2+起主要作用。腐殖质中官能团含量和活性的差异影响了腐殖质与重金属离子的络合作用,致使腐殖质与重金属离子之间的吸附机制不同。4.胡敏酸与重金属离子间存在络合作用,依据不同条件下胡敏酸与重金属离子络合产物数量的差异,不同植物类型区沉积物中胡敏酸与重金属离子存在络合-沉淀现象,随pH值和初始重金属离子浓度的升高致使胡敏酸与重金属离子形成团聚物发生络合-沉淀反应。5.综合探讨了不同植物类型区沉积物中腐殖质对重金属离子的吸附机理,胡敏酸和胡敏素中能与重金属离子发生配位作用的包括羟基和羧基等含氧基团。胡敏酸和胡敏素常在水杨酸盐类和邻苯二甲酸盐类的部位形成重金属螯合物,在胡敏酸的分子结构中,邻苯二酚和水杨酸及其近似的结构单元数量较多,胡敏素的分子结构中,邻苯二酚与丙二酸及其近似的结构单元数量较多。