陕西中北部地区是我国重要的果业和农业生产基地,但因长期使用农药、化肥、地膜等造成了土壤重金属不断累积。过去研究关注较多的是地表污染,但果树根系深达2 m多,深层土壤质量对苹果品质也有明显影响。为了查明陕西中北部土壤元素分布及重金属的污染状况,揭示其南北空间变化特点、规律及重金属富集原因与机制,本文对陕西中北部典型样区表层土壤和浅层黄土-古土壤剖面的土壤质量进行了研究,这可为该区土壤重金属污染防治和农业可持续发展提供科学依据,并对发展优质果业具有重要指导意义。本文以陕西中北部乾县、旬邑、宜君和清涧的14个典型表层（0～50 cm）土壤样区和乾县、旬邑、宜君的9个典型浅层黄土-古土壤剖面（L0～L2）样区为研究对象,对土壤的pH值、有机质、粒度组成、矿物成分、CaCO3含量、磁化率、土壤微结构、常微量元素含量、重金属含量及其赋存形态进行了实验分析。基于实验数据,利用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法对研究区表层土壤0～20 cm、20～50 cm和浅层黄土-古土壤剖面的土层重金属进行了污染评价和潜在生态风险评价。同时,利用相关分析、独立样本t检验等手段,深入探讨了土壤理化性质、土地利用方式、土壤矿物成分、土壤微结构对研究区土壤重金属元素分布与自然富集的影响,并进一步揭示了气候对重金属元素自然富集的控制作用和机制。最后获得了以下主要认识和结论:（1）根据陕西省土壤元素背景值得知,14个表层土壤样区中重金属元素Cu、Zn、As、Pb、Ni、Cr均存在一定程度的累积,且在旬邑表层土壤样区中重金属元素累积程度略高,清涧表层土壤样区中重金属元素累积程度略低,乾县和宜君介于中间。从元素赋存形态看,Cr、Cu、Ni、Zn等元素均以残渣态为主要存在形态,Cd和Pb元素的非残渣态占比较高,表明Cd和Pb元素的生物活性高,易被生物体利用。重金属元素各形态分布在不同样区之间的差异不明显,但元素形态含量在整体上表现为随重金属总量的增加而增加。（2）在9个典型样区的浅层黄土-古土壤剖面中,重金属元素Cu、Zn、As、Pb、Ni、Cr及微量元素V、Mn、Rb、Ba等大多数元素均表现为在中全新世S0和晚更新世S1古土壤中的含量明显高于其在黄土及表层土壤中的含量。重金属含量显示S0和S1古土壤是研究样区重金属富集最多的层位。（3）总体而言,表层土壤的pH值、有机质含量、黏粒含量对重金属含量有影响,但影响不显著。在浅层黄土-古土壤剖面中,黏粒含量、磁化率与重金属含量呈显著正相关,CaCO3含量与重金属含量呈显著负相关。研究样区浅层古土壤中的土壤胶粒、新生超微晶粒黏土矿物和黏土胶膜对重金属的自然富集起到了非常重要的作用。（4）气候对黄土-古土壤剖面中土壤重金属的自然富集有重要作用。在年均降水量700～1000 mm和年平均温度为15℃左右或略高的条件下利于重金属元素在古土壤中的自然富集。在年平均降水量600 mm左右或低于600 mm的温带气候条件下,土壤中一般没有重金属的自然富集。（5）对表层土壤各样区0～20 cm和20～50 cm 土层重金属污染评价结果表明,表层土壤20～50 cm重金属的污染程度均较0～20 cm 土层略低,但污染等级并未降低,指示表层土壤20～50 cm 土层也在一定程度上受到了人类活动的影响。陕西中北部表层土壤重金属污染的南北空间变化特点是表层土壤重金属污染程度很接近,旬邑表层土壤样区的污染程度比宜君和乾县略高,清涧表层土壤样区的污染程度比宜君和乾县略低。其中,旬邑、宜君和乾县表层土壤样区综合污染程度属于轻度污染,综合潜在生态风险等级达到了中度生态风险。清涧表层土壤样区综合污染程度为尚清洁,综合潜在生态风险等级属于轻微生态风险。（6）9个样区的浅层黄土-古土壤剖面土层重金属污染评价结果表明,单因子污染指数、单因子潜在生态风险指数、综合污染指数、综合潜在生态风险指数均在古土壤层位最高,9个样区的浅层黄土-古土壤剖面中古土壤的综合污染程度均为轻度污染,但是比表层土壤重金属污染略强,这是重金属元素自然富集的结果。陕西中北部典型样区浅层黄土-古土壤剖面中的古土壤重金属污染的南北空间变化特点是宜君样区大于乾县样区,乾县样区大于旬邑样区,变化规律性是随着降水量的增多或减少,重金属富集量呈现增高或降低的变化规律。（7）研究样区浅层黄土-古土壤剖面中古土壤重金属自然富集和污染的机制是:年均降水量大于700 mm的暖湿气候作为驱动力→驱动土壤中的CaCO3淋溶迁移、导致重金属元素初步相对富集→硅酸盐矿物分解并发生黏土化作用→形成黏土颗粒、胶粒级黏土矿物微晶粒、胶体条带与黏土胶膜等吸附力较强的成分→使得土壤具有较强吸附力并吸附来自大气粉尘沉降和大气降水及植物体分解等来源的土壤溶液中的重金属→重金属富集并导致重金属污染。