由于镍（Ni）对生物体的毒害作用,Ni污染在世界范围内一直是一个备受关注的问题。根据2014年环境保护部和国土资源部联合发布的全国土壤污染状况调查公报,我国土壤Ni污染情况不容乐观。土壤痕量元素的生物有效性是评估其生态风险的基础,目前尚缺乏统一的评价标准。地球化学形态模型基于热力学化学平衡计算,近年来已经成功应用于描述痕量元素在土壤中的各种环境行为,但到目前为止,还没有研究将其拓展到土壤-植物系统中。本论文试图建立针对Ni的土壤多表面形态模型（Multi-surface Speciation Model,MSM）,并将其应用于评价Ni的生物有效性。首先,针对土壤中铁氧化物——针铁矿表面缺乏Ni吸附模型参数的问题,开展批量吸附实验研究了 Ni2+和Co2+在针铁矿表面的吸附行为,通过对吸附实验数据的拟合,补充了针铁矿上Ni2+和Co2+的CD-MUSIC模型参数。在此基础上,结合已有的Ni在土壤有机质、粘土矿物、水合铁氧化物等表面的模型参数,完成了针对Ni的MSM构建。随后,选择全国19种典型土壤开展小麦室内土培实验,使用MSM预测0.01 mol·L-1 CaCl2提取的土壤溶液中溶解态Ni的浓度,用来验证MSM预测痕量元素的土壤固/液相间分配行为的有效性;比较了 MSM计算的可溶性Ni浓度与小麦中Ni富集量的相关性,同时将MSM的相关性结果与几种目前常用的生物有效性化学提取法（土壤总Ni、0.43mol·L-1 HNO3、0.01 mol·L-1 CaCl2、土壤孔隙水和梯度扩散薄膜技术（DGT））和经验多元回归模型所获得结果进行比较,以考察将MSM用于预测土壤中Ni生物有效性的可行性。主要研究结论如下:（1）Ni2+和Co2+在针铁矿表面的吸附机制为专属性内层吸附,针铁矿对Ni2+和Co2+的吸附随溶液pH升高而增加,但几乎不受溶液离子强度的影响。采用CD-MUSIC模型成功拟合了不同条件下Ni2+和Co2+的吸附曲线（R2=0.995和0.990）,表面吸附反应和相应结合常数分别为:2 ≡FeOH-0.5+Ni2+=（≡FeOH）2-·Ni2+log K=9.462 ≡FeOH-0.5+Co2+=（≡FeOH）2-·Co2+log K=9.26以上参数的有效性通过预测以往文献中报道的Ni2+和Co2+在针铁矿上的吸附数据得以验证。（2）MSM很好地预测了 19种土壤的0.01 mol·L-1 CaCl2提取液中Ni的浓度（R2>0.840,RMSEMSM>DGT>土壤总 Ni>0.43 mol·L-1 HNO3>0.01 mol·L-1 CaCl2（根）;土壤孔隙水>DGT>MSM>0.01 mol·L-1 CaC12>土壤总 Ni>0.43 mol·L-1HNO3（茎叶）。DGT和土壤孔隙水提取法可以很好预测土壤中Ni生物有效性;0.01 mol·L-1 CaCl2提取法适用范围有限,将其应用于碱性土壤上时预测结果出现了较大偏差,而0.43 mol·L-1 HNO3提取法可能会高估土壤中Ni生物有效性。总体来看,MSM获得了与DGT相近的对小麦富集量的预测效果,且优于0.01 mol·L-1 CaCl2和0.43 mol·L-1 HNO3提取法,说明将MSM用于土壤-植物体系具有一定潜力。（4）MSM与经验多元回归模型比较,两者均能够很好地对土壤Ni的生物有效性进行预测,但MSM在将应用范围推广至更宽泛的环境条件下时存在优势,多元回归模型则主要适用于产生回归方程的土壤种类和环境条件。综上,MSM较有效地预测了不同土壤中Ni对小麦的生物有效性,是传统化学方法的有益补充,可以为研究土壤中Ni的迁移行为和评估Ni的生态风险提供科学依据。由于本研究中仅涉及有限的土壤及生物种类,因此MSM在土壤-植物体系下应用的有效性和适用条件还有待更进一步的探索。