随着人口的快速增长、工商业的发展、城市化进程的加快和人民生活水平的提高,土壤-灌溉水-作物系统重金属污染运移、监测评价及预测防治成为现代化生态灌区研究的一个热点方向,也成为亟待解决的一个科学问题。解决该问题,对黄河流域现代化生态灌区及生态环境保护和高质量发展具有重要的理论及实践价值。本研究以银北灌区农田土壤-灌溉水-作物系统（SWCS）重金属如铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）污染为研究对象,采用多种重金属监测方法、来源解析方法、生态和健康评估方法等数学方法与模型,对该系统重金属含量特征及生态风险评价、重金属空间分布、重金属来源和污染因子贡献度、重金属污染的健康风险评估、风险时空预测进行了系统的研究。主要研究结论如下:（1）采用电感耦合等离子体-发射光谱法（ICP-OES）,测定了 SWCS 6种常见重金属元素含量,并测定了土壤及灌溉水重要理化性质。通过富集系数、相关性分析及多元回归分析对SWCS重金属含量检测和分析研究得出:研究区域内农田土壤与中国农田土壤重金属标准对比,Zn浓度超标较为严重（18%）,As含量轻微超标（4%）;与宁夏土壤重金属背景浓度值相比,Zn含量显著超标。灌溉水样品中重金属含量测出率较低,多个样本低于检出限,平均含量远远低于灌溉水中重金属国家标准。与国家食品中重金属含量标准相比,玉米中4种重金属含量（Cr、Pb、As和Cd）有不同程度的超标现象,其中Cr和Pb的平均浓度超标,超标率较高（69%和47%）。（2）通过克里金插值法获得不同重金属在土壤、灌溉水及玉米中的空间分布图,明确了不同介质中重金属的空间分布特征。玉米中重金属的富集水平均较低,其中对Cd的富集能力最强,对Pb的富集能力最弱。玉米中Zn与对应土壤中Zn显著正相关（P＜0.05）,Pb与土壤OM呈显著负相关（p＜0.05）,Zn和Cu均与土壤交换量（CEC）呈显著正相关（p＜0.05）。所有重金属的富集系数与玉米中相应的重金属呈极显著正相关（P＜0.01）,Pb、Zn、Cr的富集系数与土壤中相应的重金属呈显著负相关（P＜0.01）。玉米中Cu和Zn的多元回归方程效果较好。潜在风险指数结果表明,土壤中6种重金属均为低分险,但是Cd有40%的采样点为中风险地区;富集因子法结果显示,Zn为中风险金属,其余5种金属为低分险,27%的采样点Zn元素为中风险点位以及24%的采样点Cd为中风险点位。单因子污染指数法及内梅罗综合污染指数法结果均表明,灌溉水中重金属均为非污染级别。空间插值结果显示,土壤中不同重金属的空间分布差异较大,热点区域附近均存在矿区、工业园区或城市附近;玉米中不同重金属的空间分布差异较大,且与土壤中相应重金属空间分布没有明显的相似性,说明玉米中重金属除受到土壤中重金属的影响外,还受其他因素影响。（3）通过联合GIS空间分析法、Pb同位素法、主成分分析法及正定矩阵因子解析法（PMF）对重金属污染源定性和定量解析得出:工业化、城市交通是农田土壤重金属的主要来源。GIS空间分析结果显示重金属高值地区均为工业发达区域及城市的边缘区域;Pb同位素结果显示化工厂的废渣、交通运输产生的废气,地表径流及自然源为主要来源;PAC解析结果显示工业源、交通源及地表径流源分别占贡献率的32.9%,26.7%和21.1%;PMF法解析得到四个因子,贡献排序为:工业源（54.8%）＞交通源（18.3%）＞自然源（17.0%）＞燃煤源（9.8%）。（4）依据健康风险评估模型,以玉米为经口暴露,土壤为三种途径共同暴露,采用危害商数法计算非致癌风险,采用R值法计算致癌风险;在玉米的重金属风险评估中,进一步考虑不同性别、不同年龄风险的差异性;通过蒙特卡洛模拟进行风险的概率评估,得到人群健康风险的超标率以及引起风险的最敏感因素。土壤引起的非致癌健康风险均不明显（HI=0.136,HI＜1）,致癌风险（1.18×10-5）均低于最高USEPA建议的最大可接受水平（10-4）,高于可忽略水平（10-6）,经口摄入是土壤重金属引起健康风险的最主要途径。玉米中重金属引起的非致癌健康风险不明显（HI=0.0986,HI＜1）,致癌风险（3.26×10-5）低于USEPA建议的最高可接受水平（10-4）,高于可忽略水平（10-6）;概率评估结果显示土壤重金属引起的健康风险没有人群超过HI标准和USEPA建议的最大可接受水平,但是全部人群超过USEPA建议的可忽略风险水平,63.53%的人群超过WHO建议的可忽略风险水平;土壤中As含量对健康风险结果最为敏感。玉米中重金属引起的健康风险中,约0.62%人群HI大于1,约8.23%的居民的R值超过了 10-4,As浓度、玉米每日摄入量DI及暴露频率EF对致癌风险的结果最为明显。（5）通过情景模拟法、GIS空间分析法及风险评估模型对未来土壤中重金属含量、生态风险及健康风险进行了预测。重金属时空预测结果显示,乐观情形下及无突变情况下重金属含量分布差别不大,悲观情形下重金属含量变化比较明显。生态风险时空预测结果显示,乐观情形下,短期、中长期和长期所有研究区域均为轻微污染;无突变情形下,短期所有研究区域为轻微污染,中长期有区域出现中等污染,长期有区域出现严重污染;悲观情形下,短期所有研究区域为轻微污染,中长期出现中等污染区域,长期情况下,大部分区域为中等及严重污染。非致癌风险空间预测分布图显示,三种情形下所有区域均不会产生明显的非致癌风险（HI＜1）,而致癌风险的空间预测图显示,三种情形下大部分区域的致癌风险均大于10-5而小于10-4,并且随着时间的推移,悲观情形下致癌风险高值区域明显增加。