环境磁学作为一门新兴学科，经过三十年的继承和发展，其经济、快速、敏感和无破坏性的特点，正被越来越多的专家学者认知并应用于现代环境污染研究。相比大气颗粒、湖泊沉积物、植物等样品，土壤样品具有分布广泛、采集容易、测试便利的优点。污染区土壤的磁化率与重金属含量的相关性已经得到广泛验证。目前，大多数研究主要针对某一垂直剖面或者某一地区的表层样品，且大多选择没有扰动的土壤进行研究。本研究采用表土磁化率测试与垂直剖面测试相结合，对南京城郊梅山钢铁厂附近耕作土壤开展高分辨率的三维磁学研究。共在101个样点，获得土壤短柱状剖面181个;使用SM400磁化率仪进行土壤剖面实地测试，共获取454个野外测井数据;利用Bartington磁化率仪测得约4000个地表磁化率数值。　　 通过对梅山钢铁厂周边不同土壤的对比研究，揭示了土壤母质和土壤利用形式对其磁化率背景的影响。研究区土壤母质主要为下蜀黄土及其次生堆积物。因土地利用形式不同，在旱地发育粘盘黄棕壤，在山丘林地发育黄棕壤，在水田发育水稻土。粘盘黄棕壤和黄棕壤的磁化率背景高达～120×10-8m3kg-1，水稻土磁化率背景低至～20×10-8m3kg-1。水稻土的弱磁背景是利用耕作土壤开展污染研究的基础。　　 贯穿梅钢厂区的表土磁化率断面测试表明，表土磁化率随测试点与厂区高炉烟囱距离的增大而衰减。三维磁化率成果图显示，地表高磁化率异常区域出现在梅钢炼钢高炉附近，沿高炉为中心，随半径增大土壤磁化率逐渐衰减。磁化率在在垂直方向的异常影响深度约20cm，磁异常体在空间上呈陀螺状。磁化率在空间的变化与污染物理论上的传播扩散规律一致。　　 地球化学分析结果显示，垂向土壤剖面中Pb、Zn等重金属含量与磁化率变化一致。表土样品的磁化率与上述重金属具有显著相关性。这些结果表明水稻土的磁化率可以有效反映重金属的污染状况，能够为污染物的含量和空间分布提供磁性代用指标。重金属在未经扰动的山林土壤中的影响深度约5cm;在稻田土中的影响深度约20cm，受耕作层厚度控制。重金属在耕作层下未见明显迁移。　　 详细的岩石磁学实验揭示了水稻土的磁性矿物和磁畴状态。低温κ-T实验表明水稻土中有磁铁矿，逐步热退磁试验揭示了赤铁矿的存在。高温κ-T试验揭示土壤中有类似磁黄铁矿的磁性矿物存在，它在270℃左右发生类似九转换的转变，致使磁化率陡然升高，之后又迅速降低，在350℃左右下降至峰值的一半。磁滞回线实验表明水稻土矿物磁性以PSD为主，矫顽力较低。综合各种实验，我们认为水稻土中含有磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿/水铁矿、磁黄铁矿等磁性矿物。污染后磁铁矿含量增加，粒度变大。污染土壤中磁性矿物磁畴为多畴和准单畴(MD+PSD)。扫描电镜(SEM)在水稻土样品中检出具有典型工业污染特征的球状磁性颗粒。道路回填土中部、旱地土底部、山林土的频率磁化率揭示有超顺磁晶粒存在。　　 通过对梅钢周边耕作土壤的研究，证明了利用水稻土开展重金属污染研究的可行性。因我国水稻土的面积约占耕地面积的1/4，本研究大大拓展了环境磁学的研究对象解决了城市工业区采样难的问题。磁学研究本文提出的三维采样和分析方法可全面认识土壤的磁化率空间变化，有助于了解重金属污染的空间特征。