重金属污染是影响我国粮食安全与生产、危害人民健康和限制社会可持续发展的重大障碍。近年来,我国土壤重金属污染事故时有发生,已引起政府和公众的广泛关注。铜是植物生长所需要的微量元素,但过量的铜会对植物生长产生危害。土壤是由矿物、有机物及微生物等固相组分组成的复杂体系,这些固相组分的数量、组成及表面特性等决定着重金属的化学行为、有效性和归宿。本研究选取红壤、褐土及黑土,添加秸秆或秸秆+工程菌(Pseudomonas putida X4/p IME)与土壤组分发生相互作用后输入外源铜,土壤培养24个月,每4个月取样1次。利用传统化学分析和现代仪器分析如同步辐射(C NEXAFS、SR-FTIR)等对土壤进行铜形态分析、有机碳含量及组成分析和铁氧化物含量的测定等。探究土壤组分互作及老化效应对外源铜在土壤组分上分布的影响,明确长时间尺度下Cu化学形态的动态变化过程。为不同类型土壤中铜污染的风险评估提供理论支撑。主要结果如下:(1)考察了外源有机物、微生物进入土壤后对有机碳含量和组成的影响。秸秆、秸秆+工程菌分别显著提高了红壤、褐土和黑土中总有机碳、腐殖酸和可溶性有机碳含量;培养8个月内红壤、褐土及黑土中可溶性有机氮较对照处理分别下降4.1倍-7.2倍、0.6倍-1.3倍和1.6倍-7.9倍,可能是秸秆、秸秆+工程菌使微生物活性增强,大量消耗可溶性有机氮;随后可溶性有机氮在红壤和褐土中分别增加7.4%-170%和11.0%-160%。三种土壤中有机碳类型均以脂肪碳、羧基碳和烷氧碳形式存在,占总有机碳含量的60%以上。秸秆处理提高三种土壤中烷氧碳/脂肪碳比值;降低红壤中有机碳的芳香性,增强黑土中有机碳芳香性。黑土胡敏酸的C/O比在前16个月较对照增加,C/H比在培养的第16-24个月降低,说明秸秆使黑土胡敏酸脂肪性增加,芳香性降低。(2)明确了铁氧化物含量变化及与有机物的相关性。红壤中游离铁含量最高,黑土中非晶型铁和络合铁含量最高。加入秸秆、秸秆+工程菌后显著降低三种土壤中非晶型铁含量。前20个月,非晶型铁含量在三种土壤呈增加趋势,在20-24个月含量降低。非晶型铁氧化物含量与各类型有机碳含量均呈极显著负相关(P<0.01)。Fe_p/Fe_d在三种土壤中随时间逐渐增加,即铁氧化物在有机质上的络合程度增加。同步辐射红外实验的结果显示:三种土壤中粘粒矿物和铁氧化物与脂肪碳位置分布的相关性最高;秸秆促进红壤中有机碳与铁氧化物的结合,降低褐土中粘粒矿物、铁氧化物与有机碳的相关性;老化效应可提高红壤和褐土中有机碳与粘粒矿物、铁氧化物的相关性,黑土中结果相反。(3)揭示了外源铜形态的动态变化过程。红壤中,铜主要以专性吸附态、腐殖酸结合态和铁锰氧化态形式存在,占总铜含量的73.7%-89.7%。褐土在培养后的4个月,铜以碳酸盐结合态和腐殖酸结合态形式存在,占到全铜含量的81.8%;此后,褐土中铜主要以碳酸盐结合态、腐殖酸结合态及铁锰氧化物结合态形式存在,占到总铜含量的83.6%-90.5%。黑土中腐殖酸结合态铜含量高达55.0%-73.9%。秸秆、秸秆+工程菌提高三种土壤中水溶态铜含量,可能是形成Cu与可溶性有机物形成络合物,增加了Cu的溶解性;降低交换态和专性吸附态/碳酸盐结合态铜含量。三种土壤不同处理中均为残渣态Cu含量随时间逐渐增加。(4)得到铜移动性随时间的动态变化及秸秆、秸秆+工程菌在不同土壤中降低铜移动性可持续时间和效率最高时期。黑土中铜移动系数最低(6.4-9.2),与黑土中高有机质含量和粘粒含量有关。铜的移动系数在三种土壤中均为前20个月逐渐下降,第24个月增加。可能原因是腐殖酸和非晶型铁氧化物含量在培养后的第24个月减小及铁氧化物在有机质上的络合程度提高。加入秸秆、秸秆+工程菌后均可以降低铜的移动性,且秸秆在红壤、褐土及黑土中促进铜移动性下降的效率最高时期分别为12个月、12个月和8个月;工程菌仅在红壤培养后8个月内对降低铜有效性的效率高于秸秆处理。秸秆、秸秆+工程菌在红壤、褐土及黑土中起作用的时间分别为16个月、24个月和大于24个月。(5)提出了不同类型土壤铜形态的主控因素。土壤理化性质和各形态铜的多元线性逐步回归分析表明:培养第一年,红壤中有机碳是影响铜形态的主要因素,褐土中铁氧化物对于外源铜的分布起主要作用;培养第二年,影响红壤和黑土中外源分布的主要因素为铁氧化物,褐土中有机碳对外源铜形态起主要作用。