重金属污染物因其具有毒性强、迁移转化能力强、不易被微生物分解、易累积等特性,使其成为生态环境和农产品安全的严重威胁,因此重金属污染问题一直是各国政府和研究人员的广泛关注。湘江流域是我国重金属污染最严重的区域之一,其污染来源多样,既有成土母质等地质体通过风化作用产生,又有湘江流域上游地区矿产的开采和冶炼、工业“三废”排放等人为活动产生。随着工业发展湘江流域土壤和沉积物接纳各类重金属污染物总量逐渐增多,而长沙作为湖南的政治、经济和文化中心,在生态位上非常敏感,因此对湘江流域长沙段的土壤和沉积物重金属污染状况及其地球化学过程进行研究可以为湘江流域重金属污染的综合治理提供依据。本研究通过采集湘江长沙段昭山、坪塘、猴子石大桥、湘江一桥、月亮岛和丁字镇的沉积物和土壤样品,对其进行主量元素地球化学特征和重金属As、Hg、Cr、Ni污染情况分析,掌握湘江流域长沙段土壤和沉积物的风化特征,并探讨重金属As、Hg、Cr、Ni元素的赋存特征、重金属与理化性质的关系,分析各区域土壤和沉积物重金属对生态危害贡献的大小,从而了解湘江长沙段各区域的污染程度,比较湘江流域土壤与沉积物中重金属积累过程和污染特征方面的差异,为该流域重金属污染防治提供科学参考。研究结果表明：湘江长沙段土壤和沉积物的风化程度都较高,样品风化指数(CIA)均在75以上,且多数表现为亚表层样品风化程度稍高于表层样品,但两层样品差异不显著。土壤样品的风化程度略高于相应的沉积物样品的风化程度。土壤和沉积物中表现出明显的贫CaO、Na2O,富Al2O3、Fe2O3等粘土矿物的地球化学特征。沉积物中As、Hg,、Cr、Ni主要赋存于粘土矿物相、铁锰氧化矿物和难溶性副矿物,土壤中仅Ni元素赋存于粘土矿物、Cr元素赋存于难溶性矿物的赋存特征较显著,As、Hg元素无明显赋存特征。研究区域土壤和沉积物中重金属含量与相应pH值无显著相关性。土壤亚表层重金属含量与有机质的关系较表层明显,表层和深层沉积物中Hg、Cr、Ni的含量与相应有机质的含量呈极显著正相关关系。湘江长沙段全段沉积物表层中As、Hg、Cr、Ni的平均含量(分别为167.58、0.38、110.48、52.04mg/kg)高于土壤表层的平均含量(分别为34.39、0.35、116.17、37.59mg/kg);沉积物亚表层各重金属元素平均含量(分别为171.16、0.43、114.82、54.59mg/kg)亦高于土壤亚表层的平均含量(分别为32.92、0.30、106.26、36.93mg/kg)。所有土壤和沉积物样品中As、Hg、Cr、Ni的含量均超过了当地的环境背景值。部分土壤样品As、Hg含量超过了国家土壤二级标准值,所有样品Cr、Ni含量均在国家二级标准值范围内；沉积物中所有样品的As含量、部分样品的Ni含量超过国家二级标准,Hg、Cr含量均低于二级标准限值。比较土壤和沉积物中重金属地积累指数评价结果发现,沉积物中重金属污染程度大大超过了土壤中重金属的污染程度,且两者中都以As、Hg污染较为严重,土壤和沉积物污染最严重的区域分别为昭山(偏重度污染水平)和湘江一桥(严重污染水平)。四种重金属在土壤和沉积物中的潜在生态危害影响程度排序为：Hg>As>Ni>Cr。湘江长沙段各采样区域土壤和沉积物中潜在生态风险最严重的区域分别为昭山和坪塘,都显示有较高的生态风险级别。沉积物的潜在生态危害程度大于土壤,土壤中以Hg的贡献率最大,沉积物中As和Hg的贡献率都比较大。