生物炭在土壤中长期应用时,受到表生地球化学作用的影响会发生破碎,粒径逐渐变细,直至纳米颗粒生物炭,其物理化学性质会随之发生改变,尤其是比表面积和孔容积会显著增加。此外纳米颗粒生物炭在饱和介质中的迁移能力比其他粒径生物炭也会显著增强,因而长期应用具有一定的应用风险。除了遭受物理破碎的影响,还会受到化学老化作用的影响。本文以土壤重金属污染物Cu2+和有机污染物DEP(邻苯二甲酸二乙酯)为例,研究不同粒径生物炭的吸附能力差异以及对污染物迁移、转化和归趋行为的影响。μm毫米级和微米级生物炭对Cu2+和DEP的吸附量和吸附能力差异不大,而纳米级生物炭吸附能力明显增强。生物炭吸附DEP的主要机制是为孔填充作用,而吸附Cu2+的主要机制是表面络合作用。这一现象说明生物炭在长期应用后,粒径不断变小达到纳米颗粒的同时,对环境中Cu2+和DEP的锁定能力显著提升。当环境pH值由酸性向碱性变化时,生物炭对土壤中Cu2+和DEP的吸附能力会增加,有助于Cu2+和DEP会长期固定在施加生物炭的土壤中。通过H202氧化模拟老化过程,发现氧化作用会改变生物炭的微孔结构和表面官能团,最终使得生物炭吸附能力稍微有所下降。冻融循环作用会降低纳米颗粒生物炭对DEP的吸附能力,这是因为持续冻融后使得纳米颗粒生物炭的微孔结构遭到破坏而不断减少。但是可以增加毫米级生物炭的孔结构,进而增强生物炭对DEP的吸附能力。通过土壤柱实验发现,褐土吸附Cu2+的能力高于红土,施加生物炭对褐土吸附Cu2+的影响不明显,但是可以显著提高红土对Cu2+的吸附量。此外小粒径生物炭对红土中Cu2+的固定作用较显著,即在南方酸性红土中施加生物炭有助于长期固定重金属Cu2+。但是冻融循环老化生物炭添加后会降低红土对Cu2+的吸附能力,意味着在长期应用生物炭的冻融环境红土中可能存在已固定的重金属污染物释放的潜在风险。