碳酸盐岩风化成土作用与一系列环境问题，如水土流失、石漠化、土壤和水体污染、岩溶塌陷及全球气候变化等有着直接关联，表现出十分突出的生态环境效应特征。本文重点研究了碳酸盐岩风化成土作用对红色风化壳中重金属元素迁移富集及化学形态特征的影响，氧化铁矿物表面化学特征及对氟、砷等元素的吸附、解吸作用和氟在碳酸盐岩-土-水系统中的环境地球化学效应。
表生环境中重金属元素常呈不同的化学形态存在，不同化学形态的重金属元素对生物的有效性或毒性是不同的。采用连续提取法对红色风化壳中Cu、Pb、Zn、Co、Cr、Mn和Fe 7种重金属元素的化学形态进行区分，揭示了重金属元素与红色风化壳固相组分的结合形态和作用于生物的有效性特征。红色风化壳中Cu、Pb、Zn、Co、Cr、Mn和Fe 7种重金属元素主要存在于残余态、晶质氧化铁结合态和无定形氧化铁结合态中。碳酸盐结合态的重金属元素含量最低，所占比例最小。表层土壤中有机态和交换态的重金属元素明显增加，易于被生物吸收或利用。碳酸盐岩红色风化壳中能为生物直接吸收或利用的交换态和有机态重金属元素含量很低，有的甚至严重短缺（如Cu、Zn），这将直接影响生物的生长，这也是碳酸盐岩红色风化壳发育地区土壤土质贫瘠的重要原因。碳酸盐岩风化成土作用对重金属元素化学形态的影响主要是通过风化成土过程中产生的新生组分如氧化铁矿物和有机质的作用来实现的。在碳酸盐岩风化成土过程中形成的大量氧化铁矿物对重金属元素的迁移富集和化学形态的转化起着主导作用。随着碳酸盐岩风化成土作用的持续发展，特别是地表生物的参与，使红色风化壳表层的化学风化作用演化成以生物风化作用-成壤作用为主的地球化学过程，并伴随大量有机质的产生，改变了红色风化壳表层的物理化学微环境。有机质含量的增加和pH值的降低，导致氧化铁矿物的分解和对重金属元素吸附作用降低，使部分呈晶质氧化铁结合态的重金属元素转换为有机态或交换态，易于被生物吸收或利用，提高了土壤的肥力。
应用XPS技术首次较系统地研究了碳酸盐岩红色风化壳中氧化铁矿物和方解石表面化学特征及吸附机理。矿物表面的XPS谱图包含了十分丰富的矿物表面化学信息，矿物表面与整体之间在化学成分、状态和结构等方面存在着明显的差异性。矿物表面具有更为复杂的化学成分、状态和结构特征以及分布的不均匀性，这种矿物表面的非均匀性特征是矿物表面化学反应的重要动力学起因。碳酸盐岩红色风化壳中氧化铁矿物表面除了部分地继承其内部化学成分（Fe、Al、O、Si等）和结构状态外，其表面还存在大量表面化学反应及矿物流体界面作用产物，如F、As和K等。吸附作用是碳酸盐岩风化成土过程中氧化铁矿物表面化学反应及矿物流体界面地球化学作用的基本特征。红色风化壳中氧化铁矿物对氟、砷等元素和方解石表面对碳、氯等元素的选择性吸附研究表明，当矿物表面存在不同晶面或多种矿物界面并存时，矿物表面对元素的吸附作用具有选择性。矿物表面这种选择性吸附作用在很大程度上控制着地表元素地球化学行为和环境质量特征，这也是地表许多环境污染的重要矿物学机制。红色风化壳中氧化铁矿物表面对氟、砷等元素的选择性吸附和解吸作用是造成红色风化壳中氟、砷等元素活化迁移和污染的重要机理。
通过对具有典型亚热带岩溶环境特征的黔中岩溶地区碳酸盐岩-土-水系统中氟的系统测定和吸附实验，结合矿物表面化学和土壤化学研究，探讨了岩溶地区岩-土-水系统中氟的环境地球化学特征和迁移富集机理。黔中岩溶地区深层地下水（100m以下）和红色风化壳土层具有高氟异常特征，而浅层地下水和地表水含氟较低。红色风化壳土层中针铁矿表面对氟的选择性吸附可以富集溶液中含量很低的氟元素，从而影响岩溶环境中岩-土水-生物链结构中氟的地球化学循环，在一定程度上控制着岩溶环境中氟的迁移和富集。