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锌(Zn)既是动植物和人体生长所必需的营养元素也是毒性元素。吸附是影响土壤中Zn生物有效性的重要界面化学过程。我国土壤类型众多，土壤性质差异较大。土壤性质显著影响Zn在土壤上的吸附行为，进而影响其生物有效性。本文以Zn为研究对象，考察了土壤理化性质对Zn在土壤上吸附行为的影响，结合扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS:Extended X-ray Absorption Fine Structure)揭示了Zn在土壤上的吸附机制;结合Wien效应和EXAFS等技术从能量和形态角度探究土壤有机质对Zn在土壤上吸附机制的影响;结合批平衡实验和EXAFS等技术，研究共存污染物对Zn在土壤上的吸附过程及其作用机制;首次基于悬液Wien效应的外推法量化了金属离子在土壤胶体Grahame-Stern-Gouy-Chapman(GSGC)扩散双电层中的分布比例。本研究结果丰富了土壤胶体化学研究内容，加深了对Zn环境化学过程的认识，为Zn污染修复提供技术支撑，主要结果如下: (1)基于批平衡实验考察了土壤性质对Zn在江苏省主要类型土壤上的吸附行为的影响，结果表明pH是影响Zn吸附的关键因素，其次是土壤阳离子交换量(CEC:Cation Exchange Capacity)以及土壤中的钙(Ca)、镁(Mg)含量和土壤有机质等。吸附过程中土壤Ca、Mg释放量与Zn吸附量之间呈现良好的线性关系。Zn在碱性土壤上的吸附量和吸附强度显著高于酸性土壤，通过EXAFS分析发现Zn在碱性土壤上主要以沉淀态Zn（包括锌/铝层状双金属（氢）氧化物(Zn-Al LDH:Zn-Al Layered Double Hydroxide)、ZnCO3、ZnCO3·2Zn(OH)2)形式存在，在酸性土壤上主要以矿物结合态Zn形式存在。 采用悬液Wien效应的方法测定Zn在土壤黏粒上的结合能，其结合能大小顺序为渗育型水稻土(5.00kJ mol-1)＜灰潮土底层(5.83kJmol-1)≈棕红壤表层(5.88kJ mol-1)＜淹育型水稻土(6.07kJ mol-1)＜棕红壤底层(6.35kJ mol-1)＜黄褐土(7.80kJ mol-1)＜黄棕壤(8.00kJ mol-1)。不同电场强度下Zn在不同土壤黏粒上的吸附能谱曲线表明Zn在土壤黏粒双电层中的分布比例不同。Zn在黏粒上的结合能和吸附能与外圈结合态Zn含量呈现一定的正相关关系。 (2)有机质是影响重金属在土壤上吸附行为的重要因素。通过悬液Wien效应方法测定有机质对Zn在土壤黏粒上的结合能和吸附能的影响。结果表明有机质存在下Zn在土壤黏粒上的结合能显著降低，并呈现如下规律:表层(5.86kJ mol-1)＜底层(8.66kJ mol-1)＜表层去有机质(9.44kJ mol-1)≈底层去有机质（9.50kJ mol-1）。采用微区X射线荧光光谱技术（μ-XRF:micro-X-ray Fluorescence）和EXAFS对Zn在土壤黏粒上的分布和形态进行分析，发现Zn在土壤黏粒上的形态主要是外圈结合态Zn、伊利石结合态Zn、高岭石结合态Zn和有机质结合态Zn。有机质结合态Zn的比例随着有机质含量的增加而增加。外国结合态Zn则随着有机质含量的减少而逐渐增加，说明有机质的去除使通过静电作用吸附在土壤固相上的Zn的比例增加，因此Zn在去除有机质的土壤黏粒上的结合能也增大。 (3)为进一步考察有机质对Zn在土壤中的吸附机制，以已知结构的四环素(TC:Tetracycline)为模式有机化合物，以土壤中典型黏土矿物（氧化铝和蒙脱石）为研究对象，结合批平衡实验法、X射线衍射(XRD)、原位衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)和EXAFS等研究手段，探讨了不同pH(pH5.5和8.0)条件下TC对Zn在黏土矿物表面固定的分子机制的影响。研究结果表明，在pH8.0条件下，Zn在γ-Al2O3和蒙脱石表面都会形成共沉淀Zn-Al LDH;但是，TC的存在会抑制共沉淀的形成，从而减少Zn在γ-Al2O3和蒙脱石上的吸附量。在pH5.5条件下且无TC存在时，Zn在蒙脱石和γ-Al2O3表面分别是以外圈络合物和内圈络合物的形式存在;TC存在时，Zn以γ-Al2O3-TC-Zn三元表面络合物的形式固定在γ-Al2O3表面，而TC与Zn形成络合物TC-Zn插入蒙脱石层间。此外，由于TC对γ-Al2O3存在配位增溶作用，使得以三元表面络合物的形式固定的Zn随着γ-Al2O3的溶解而进入到溶液，从而减少Zn在γ-Al2O3上的吸附量。 (4)考察共存阳离子对Zn吸附行为的影响，以镉(Cd)为共存阳离子，通过悬液Wien效应的方法以结合能和吸附能为指标进行悬液Wien效应测定，考察在单一和复合金属体系中Cd和Zn在四种土壤黏粒上的结合能力。结合能的计算结果表明，在单一体系中Cd在四种土壤黏粒上的结合能(8.19～9.88kJmol-1)显著高于Zn在四种土壤黏粒上的结合能(6.08～8.00kJ mol-1)，说明单一体系中这四种土壤黏粒通过静电作用吸附的Cd的比例多于Zn。Cd在复合体系中的结合能显著小于单一体系中的结合能，而复合体系和单一体系中Zn的结合能差异不显著。这说明复合体系中Zn对Cd具有很强的竞争能力，而Cd对Zn的竞争能力则不显著。同时，结合能的计算结果还表明Cd倾向于结合在沼泽土而Zn倾向于结合在黄棕壤上。吸附能的结果表明，在200kVcm-1下，离子在黄棕壤和沼泽土上的吸附能为2.20～3.91kJ mol-1，高于在水稻土和黄褐土上的吸附能(2.21～2.97kJ mol-1)，说明在黄棕壤和沼泽土黏粒双电层中的离子数量较多。总而言之，Zn和Cd在淹育型水稻土和黄褐土上的移动性能和生物有效性较高，环境风险较大。当以不同复合比例投加Zn和Cd时，在Cd/Zn1∶1处理时，Zn和Cd相互增加在土壤溶液中的含量，说明Cd/Zn1∶1时环境风险最大。 (5)尽管土壤胶体双电层模型发展已经较为成熟，但目前仍是理论模型，缺乏准确分析金属离子在土壤黏粒双电层中分布比例的方法。基于悬液Wien效应方法成功建立了悬液Wien效应外推法用于评估离子在Grahame-Stem-Gouy-Chapman(GSGC)扩散双电层中的分布，并成功地将悬液Wien效应外推法应用到如下体系:(a)Na+、Ca2+饱和的黄棕壤Ⅰ(YBⅠ)和黑土Ⅰ(BⅠ)悬液，(b)Ca2+、Cd2+饱和的有机质含量不同的（表层、底层和去有机质处理）黑土(BⅡ)悬液，(c)Zn2+饱和的不同类型土壤黏粒悬液。实验结果发现Na+在黄棕壤Ⅰ悬液中的最大解离度为0.2，而Ca2+的最大解离度仅为其一半，约0.1。离子价态是影响最大解离度的主要因素。同时，土壤有机质含量对离子最大解离度也有显著影响，如Ca2+和Cd2+在不同有机质土壤黏粒上的最大解离度为黑土Ⅱ表层＞黑土Ⅱ底层＞黑土Ⅱ去有机质，Zn2+在不同土壤黏粒最大解离度与有机质含量的变化趋势一致。离子最大解离度也可用于表征静电吸附的离子在GSGC扩散双电层中的分布比例。因而，上述结果表明通过静电吸附的离子在GSGC扩散双电层中的分布比例较少，离子可能多集中于内Helmholtz(IHP)层中。Gouy-Chapman(GC)扩散层中的离子占所有通过静电作用吸附的离子(GC扩散层和外Helmholtz(OHP)层中的离子）的90％左右，说明静电吸附的离子主要分布在GC扩散层中。离子在双电层中的分布受到离子价态、离子半径以及黏粒中有机质含量的影响。