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土壤中镉污染和铜污染常常伴生出现。目前针对镉和铜污染修复的研究主要集中于单一污染水体高效吸附材料的开发和吸附机理的探索，而针对镉和铜复合污染土壤的修复研究相对较少，且已有的吸附钝化材料研究常限于各类生物质炭及其衍生物，而对农业废弃物等生物质的关注鲜见。为此，本研究以“以废治污”为目标，对廉价的农业废弃物：水稻秸秆(RS)、稻壳(RH)和蔗渣(SB)进行化学改性，制备了九种改性生物质吸附材料，通过镉和铜吸附平衡试验筛选得到高效吸附材料丁二酸酐改性稻壳(S-RH)和氢氧化钠改性稻壳(NaOH-RH)。结合SEM、FTIR、XPS等多种表征手段探究了材料表面特征，揭示了其对镉和铜的吸附潜力，并通过土培试验验证了S-RH和NaOH-RH对土壤镉和铜有效性的调控作用。在此基础上，进一步通过盆栽试验研究了NaOH-RH减少小白菜吸收镉和铜的应用潜力。主要研究结果如下：
(1)改性方法对生物质材料吸附镉和铜的影响。通过吸附平衡试验发现，三种改性方法中丁二酸酐改性方法对生物质吸附能力的提升效果最好，其次是氢氧化钠改性，而丁二酸改性方法对生物质吸附性能几乎无影响。丁二酸酐改性能有效提高生物质对Cd(Ⅱ)种Cu(Ⅱ)的吸附性能，S-RH对Cd(Ⅱ)(50 mg L-1)的去除率可达83.5%，对Cu(Ⅱ)(100 mg L-I)的去除率可达38.2%，分别是RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)去除率的2.0倍和3.7倍。氢氧化钠改性方法能有效提升稻壳对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附性能，NaOH-RH对溶液中Cd(Ⅱ)的去除率分别是NaOH-RS和NaOH-SB的1.6倍和3.5倍，对溶液中Cu(Ⅱ)的去除率分别是NaOH-RS和NaOH-SB的1.3倍和2.5倍。
(2)S-RH和NaOH-RH的表面特性及其对镉和铜的吸附特征。经改性，S-RH和NaOH-RH比表面积均大幅提升；SEM结果表明NaOH-RH表面粗糙，S-RH呈层状结构；FITR结果表明NaOH-RH表面富含活泼羟基，S-RH中含酯键和羧基。NaOH-RH和S-RH可通过物理吸附、离子交换以及表面含氧官能团络合等途径吸附Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)。S-RH和NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附遵循伪二级动力学方程；Langmuir等温吸附模型能较好地描述S-RH和NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附过程。S-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的最大吸附容量分别为160.32mgg-l和20.76mgg-l。NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的最大吸附容量分别为18.18mgg-l和9.21mgg-l。
(3)S-RH和NaOH-RH对土壤镉和铜有效性的影响。按接近于农业废弃物实际还田量的质量比(0.7%)分别添加S-RH和NaOH-RH至土壤中，比较培养1天和30天后材料对土壤有效镉和有效铜含量的影响，NaOH-RH对土壤镉和铜的钝化效果优于S-RH。NaOH-RH能使土壤中有效镉含量降低23.43%，而对土壤有效铜的影响不显著；而S-RH对土壤中有效镉和有效铜含量的影响均不显著。土壤培养试验中土壤镉和铜有效性受土壤Eh和土壤pH变化主导，S-RH施入土壤后其表面羟基和羧基等含氧官能团与厌氧土壤环境中氧化铁鳌合，含氧官能团对土壤镉和铜的络合作用有限；而NaOH-RH在土壤环境中通过其表面丰富的活泼羟基与土壤镉络合物，从而降低土壤Cd(Ⅱ)的有效性。
(4)NaOH-RH对小白菜吸收镉和铜的影响。将NaOH-RH分别以高低两种施用量添加到镉和铜复合污染土壤中进行盆栽试验，发现NaOH-RH对土壤中有效镉和有效铜含量有显著降低效果，且NaOH-RH能显著降低小白菜各部分镉和铜含量。以1%质量比施用NaOH-RH使小白菜根际土壤中有效镉和有效铜含量分别降低91.3g%和66.5g%，非根际土壤中有效镉和有效铜含量分别降低66.01%和67.78%。以1%质量比施用NaOH-RH使小白菜根、茎、叶中镉含量分别降低64.64%、53.24%和69.4g%，铜含量分别降低54.90%、45.56%和71.00%。
(1)改性方法对生物质材料吸附镉和铜的影响。通过吸附平衡试验发现，三种改性方法中丁二酸酐改性方法对生物质吸附能力的提升效果最好，其次是氢氧化钠改性，而丁二酸改性方法对生物质吸附性能几乎无影响。丁二酸酐改性能有效提高生物质对Cd(Ⅱ)种Cu(Ⅱ)的吸附性能，S-RH对Cd(Ⅱ)(50 mg L-1)的去除率可达83.5%，对Cu(Ⅱ)(100 mg L-I)的去除率可达38.2%，分别是RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)去除率的2.0倍和3.7倍。氢氧化钠改性方法能有效提升稻壳对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附性能，NaOH-RH对溶液中Cd(Ⅱ)的去除率分别是NaOH-RS和NaOH-SB的1.6倍和3.5倍，对溶液中Cu(Ⅱ)的去除率分别是NaOH-RS和NaOH-SB的1.3倍和2.5倍。
(2)S-RH和NaOH-RH的表面特性及其对镉和铜的吸附特征。经改性，S-RH和NaOH-RH比表面积均大幅提升；SEM结果表明NaOH-RH表面粗糙，S-RH呈层状结构；FITR结果表明NaOH-RH表面富含活泼羟基，S-RH中含酯键和羧基。NaOH-RH和S-RH可通过物理吸附、离子交换以及表面含氧官能团络合等途径吸附Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)。S-RH和NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附遵循伪二级动力学方程；Langmuir等温吸附模型能较好地描述S-RH和NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附过程。S-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的最大吸附容量分别为160.32mgg-l和20.76mgg-l。NaOH-RH对Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的最大吸附容量分别为18.18mgg-l和9.21mgg-l。
(3)S-RH和NaOH-RH对土壤镉和铜有效性的影响。按接近于农业废弃物实际还田量的质量比(0.7%)分别添加S-RH和NaOH-RH至土壤中，比较培养1天和30天后材料对土壤有效镉和有效铜含量的影响，NaOH-RH对土壤镉和铜的钝化效果优于S-RH。NaOH-RH能使土壤中有效镉含量降低23.43%，而对土壤有效铜的影响不显著；而S-RH对土壤中有效镉和有效铜含量的影响均不显著。土壤培养试验中土壤镉和铜有效性受土壤Eh和土壤pH变化主导，S-RH施入土壤后其表面羟基和羧基等含氧官能团与厌氧土壤环境中氧化铁鳌合，含氧官能团对土壤镉和铜的络合作用有限；而NaOH-RH在土壤环境中通过其表面丰富的活泼羟基与土壤镉络合物，从而降低土壤Cd(Ⅱ)的有效性。
(4)NaOH-RH对小白菜吸收镉和铜的影响。将NaOH-RH分别以高低两种施用量添加到镉和铜复合污染土壤中进行盆栽试验，发现NaOH-RH对土壤中有效镉和有效铜含量有显著降低效果，且NaOH-RH能显著降低小白菜各部分镉和铜含量。以1%质量比施用NaOH-RH使小白菜根际土壤中有效镉和有效铜含量分别降低91.3g%和66.5g%，非根际土壤中有效镉和有效铜含量分别降低66.01%和67.78%。以1%质量比施用NaOH-RH使小白菜根、茎、叶中镉含量分别降低64.64%、53.24%和69.4g%，铜含量分别降低54.90%、45.56%和71.00%。