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土壤中重金属难以去除且易于经由食物链积累，从而严重影响食品安全和人体健康;且通常是以两种或两种以上金属复合污染的形式存在，不同金属之间还存在毒性协同或颉颃效应。这使得我们在评估土壤重金属的环境效应时要综合考虑环境中共存金属离子的影响，并亟需建立基于典型的土壤类型、土壤理化性质和重金属生物有效性的土壤重金属环境风险评价体系，进而合理、有效的评估重金属污染土壤的环境风险和沿食物链传递的健康风险。目前，国际上建立和发展了一系列基于重金属生物有效性的毒性评价模型，主要包括自由离子活度模型(Free Ion Activity Model，FIAM)，生物配体模型(BioticLigand Model，BLM)和基于Gouy-Chapman-Stem(GCS)模型提出的根表细胞膜表面电势理论。其中，基于根表细胞膜电势理论发展起来的重金属生物毒性和吸收的静电模型能够从金属毒性、吸收的机制角度评估和预测重金属的环境风险。本研究首次将该理论模型应用于评估不同环境条件下双金属复合污染产生的植物毒性和吸收，并以典型的农作物小麦（扬麦16号）为研究对象，建立了基于静电模型和传统复合污染毒性评价模型相结合的重金属静电复合污染评价模型，并将其应用到土培条件下的金属复合污染植物毒性评价中，为建立更加合理的评估体系和环境质量标准提供了指导。具体研究内容如下: (1)植物根细胞质膜表面带有大量的负电荷，这些负电荷使得质膜表面和培养介质之间形成一个质膜表面电势（ψ0）。ψ0能够影响金属离子在细胞质膜表面上的离子活度和植物细胞吸收金属离子的跨膜电势驱动力(Em,surf)，进而影响重金属的植物毒性和吸收。本研究从质膜表面静电模型拟合金属毒性和吸收的角度比较了不同无机氮形态(NH4+-N和NO3--N)与Zn之间交互作用的机制。研究发现NH4+-N能够缓解Zn2+的根际毒性，这是质膜表面电负性ψ0和表面{Ca2+}0的变化共同作用的结果(R2提高到0.917);而NO3--N则增加了Zn2+的根际毒性，这与NO3--N影响Zn2+在根表细胞壁上的行为有关，质膜表面静电效应并不能很好地应用于NO3--Zn2+体系(R2=0.609)。根吸收Zn2+的过程与金属根际毒性研究结果类似，NH4+-N能够减少根中Zn的积累而NO3--N则增加了根中Zn的积累量。根中Zn的积累是产生Zn2+根际毒性的原因之一，ψ0影响了NH4+-Zn2+交互作用下根吸收Zn过程中所需的电势驱动力。 (2)金属毒性的产生主要可概括为三步:金属的生物有效性，金属吸收和金属在生物体内的积累、代谢。ψ0直接或间接的参与以上三个过程。基于根表细胞膜表面电势理论，我们评估了Zn+和Co2+在单一存在或共同存在条件下对小麦的根际毒性和根吸收金属的影响。在单一金属毒性研究的基础上，我们将金属离子-植物根细胞质膜表面间的静电作用和传统的复合污染毒性效应模型相结合，建立了静电剂量效应模型(response-multiplicationmodel)。该模型能够较好的评价pH影响下的Zn-Co小麦根毒性。此外，将ψ0与传统的金属吸收模型(the classical Michaelis-Menten kinetics)相结合的静电吸收模型能够提高对小麦根中积累重金属量的预测能力，其对小麦根中Zn吸收量的评价能力(R2）从0.776提高到0.936由此可见，质膜表面电势理论能够为重金属产生的联合毒性效应提供机理性的解释，为环境因素影响下的金属复合污染植物毒性评价工作提供新的思路。 (3)小麦的根伸长受到Ca营养缺乏的影响，而根细胞质膜表面金属离子活度能够成功评价Zn-Ca和Co-Ca产生的小麦根伸长抑制现象。结合目前国内外主要的定量预测混合物联合毒性的数学模型(CA和RA)，我们基于静电毒性模型建立了两类静电复合污染毒性预测模型即静电浓度效应模型concentration-multiplication model(CM模型:RL=b/exp[(c{Zn2+}+e{Co2+})h])和静电剂量效应模型response-multiplication model(RM模型:RL=b/exp[(c{Zn2+})d+(e{Co2+})f])，并比较了这两类模型在Ca影响下的Zn-Co小麦根毒性上的适用性。结果表明，金属离子在小麦根质膜表面的交互作用是金属复合污染产生根际毒性的主要原因，且能够很好的评价Ca影响下的Zn-Co联合生物毒性。与CA、RA模型相比较，CM和RM模型能够通过回归分析的方法为金属复合污染毒性研究提供方法指导。 (4)腐殖酸(HA)是土壤重要的组成成分，影响重金属的化学形态和生物有效性。植物细胞质膜表面的各种性质会影响重金属的根际毒性和吸收过程，主要包括质膜表面电负性（ψ0）和质膜表面的H+-ATPase活性，分别以金属离子在小麦根质膜表面的离子活度值({M2+}0)和根的H+释放速率来表征。{M2+}0能够较好地表征金属离子之间的交互作用，以及金属复合污染胁迫下产生的小麦根毒性。基于{M2+}0建立的金属复合污染毒性评价模型…静电浓度效应模型(concentration-multiplication model)，其对HA影响下Cu-Cd作用的小麦根伸长（RL）指标预测能力达到到0.884，并且模型拟合结果表明根际毒性的产生是质膜表面静电效应和毒性协同效应共同作用的结果。 (5)在三种不同类型土壤培养的条件下，研究了金属静电复合污染评价模型的适用性。在选取的三类土壤上，土壤溶液中的Ca2+、H+和Mg2+影响小麦根细胞质膜表面电势ψ0，进而影响金属离子Cd2+、Cu2+在质膜表面的富集活度。与基于土壤溶液中自由态金属离子活度值所建立的concentration-multiplication模型相比较，基于细胞质膜表面金属离子活度值所建立的concentration-multiplication模型能够大大提高对小麦根长的预测能力，R2从0.444增加到0.848。然而，由于金属离子在土壤固-液界面上的作用过程还不能完全清楚，这限制了模型在土壤培养条件下对金属产生的植物根毒性预测能力的进一步提高。 本研究以金属单一毒性的模型研究为基础，以细胞膜表面电势理论和金属复合污染传统毒性模型为基础，建立了基于金属离子质膜表面活度的复合污染植物毒性和吸收的评价模型，研究结果为土壤环境下植物重金属复合污染风险评价研究提供了新的思路和方法，能够为完善土壤重金属环境质量标准提供理论依据。