由于生物炭对重金属具有很强的吸附固定能力,近年来在修复重金属污染土壤的领域,对生物炭的研究备受关注。生物炭的来源、重金属种类以及土壤类型改变时,生物炭对污染土壤中重金属的固定机制存在明显差异。目前,生物炭修复重金属污染土壤的研究更多针对于偏酸性重金属污染土壤,而对于生物炭修复重金属淡灰钙土的研究较少,生物炭影响淡灰钙土中重金属形态分布与生物有效性及其机制的研究鲜有报道。对施加生物炭后重金属污染淡灰钙土中重金属不同形态的研究能揭示重金属的存在状态、迁移转化规律及其它环境效应,从而明确生物炭对淡灰钙土中重金属的稳定化机制;结合对生物炭处理后重金属污染淡灰钙土中重金属生物有效性和植物生理性状变化的研究,可以初步确定重金属污染淡灰钙土中不同生物炭最佳施用量的范围,为大面积推广生物炭修复重金属污染淡灰钙土的技术提供理论支撑。为了探究不同生物炭对区域Cd/Pb污染淡灰钙土的修复效果与机制,本文选用甘肃典型农业废弃物—鸡粪、油菜秸秆和胡麻秸秆,在600oC下缺氧热解制备得到鸡粪衍生生物炭、油菜秸秆衍生生物炭和胡麻秸秆衍生生物炭(分别标记为CBC、RBC和FBC),进行了以下研究:测得并比较了3种生物炭的基本性质、表征了其结构和组成的差异;进行玉米幼苗盆栽试验,在土壤—植物体系下研究生物炭在不同处理水平下对Cd/Pb污染淡灰钙土性质的影响;研究了不同生物炭对Cd/Pb形态转化与生物有效性的影响及其机制;结合不同生物炭处理中植株的生理性状(植物株高和抗氧化物酶活性)变化特征,初步探索3种生物炭在Cd/Pb污染淡灰钙土中的适宜施用量。研究结果可为重金属污染淡灰钙土生物炭固定化修复提供参考依据。主要研究结果如下:(1)CBC灰分和碳酸盐含量相对明显较大,致使其pH值达到10.16,而RBC和FBC分别为9.98和10.03;RBC和FBC的C含量均在60%以上,而CBC富含O并达到63.54%;CBC芳香化程度较高且表面大孔多,极性和亲水性相对较强;RBC和FBC表面更多分布中孔,其中RBC的比表面积最大;FTIR和Boehm法测得3种生物炭表面均富含有羧基、内酯基和羟基。此外,CBC总碱性官能团含量为2.66 mmol/g,显著高于RBC和FBC,是引起CBC的pH值较高的因素之一。(2)3种生物炭的施用显著提升了Cd/Pb污染淡灰钙土的pH值,其中CBC处理中土壤pH值的提升幅度最大,最大增幅分别为11.54%(Cd-CBC)和11.36%(Pb-CBC)。另外,随3种生物炭施加量的增加,土壤CEC值和SOM含量显著增大;土壤游离氧化铁含量和土壤机械组成变化幅度相对较小;CBC提升了土壤碳酸盐含量,最大增幅为12.04%(Cd-CBC)和6.7%(Pb-CBC),而RBC和FBC稀释了土壤碳酸盐含量。然而,土壤pH值过高(pH﹥8.5)不利于植物生长,建议重金属污染淡灰钙土中CBC施加量在5%以内;RBC和FBC施加量在10%以下为宜。(3)3种生物炭施用后,Cd/Pb有效态含量降低,重金属向更稳定形态转化。生物炭施用15%时酸可提取态Cd(Pb)含量分别下降了CBC-16.3%、RBC-11.64%和FBC-5.57%(CBC-17.04%、RBC-11.3%和FBC-12.8%)。Pb/Cd污染淡灰钙土中,RBC处理水平在10%以内时,处理后的土壤对Pb/Cd的固定作用相对更强;FBC处理水平大于10%时,处理后的土壤对Pb的固定效果明显较好;CBC处理水大于10%时,处理后土壤对Cd的固定作用更加显著。逐步回归分析结果显示:Cd/Pb污染淡灰钙土中施用3种生物炭后,土壤pH值的变化是影响重金属形态转化的主要因素。另外,Cd污染淡灰钙土中施用生物质后,土壤CEC值、SOM含量、碳酸盐含量和粘粒含量均与Cd形态分布相关性显著;Pb污染淡灰钙土中施用生物炭后,土壤CEC值、SOM含量和碳酸盐含量变化是影响Pb形态转化的重要因素。(4)Cd(Pb)主要富集在玉米幼苗的地上(地下)部位;Cd/Pb污染淡灰钙土中酸可提取态重金属是影响其生物有效性的主要因子;RBC和FBC施用5%后可降低玉米幼苗体内Cd/Pb有效性,此时植株体内抗氧化物酶活性较低,植物生长处于最佳状态;CBC在Cd污染淡灰钙土中施用1%时,Cd植物有效性和玉米幼苗体内抗逆性酶活性相对较低,植株生长状态良好;而在Pb污染淡灰钙土中,CBC施用量应介于1%-5%之间。