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秸秆作为一种常见的农林废弃物,以其为原料制备生物炭并用于改良沙化土壤和修复土壤污染是常见的资源化利用途径。但是由于秸秆生物炭本身存在营养物质缺乏、吸附性能相对较差等缺点,在土壤应用中的实际效能仍有待提升。因此本文以玉米秸秆为原材料,分别添加高浓度发酵废液和城市污泥制备出高浓度发酵废液增强型秸秆生物炭(FMB)和污泥秸秆生物炭(SMB),对比考察了两种生物炭的理化性质,并通过盆栽试验考察了FMB改良沙土和SMB修复重金属(铅、镉)污染的效能与机理。研究结果表明:随着发酵废液添加量的增加,FMB的产率、固定碳、含氮量、氮碳比(N/C)和阳离子交换容量(CEC)逐渐增大,这与高浓度发酵废液中较高浓度的有机物和含氮化合物有关,有利于沙化土壤中营养元素含量的提高。随着废液添加量的增加,FMB的比表面积和孔体积明显增加;添加发酵废液增加了FMB中芳香族C-H和C-N官能团的生成。盆栽实验结果表明,FMB的施用可以改善沙化土壤的理化性质并促进植物生长,而且随着发酵废液添加量和FMB施用比例的增加,土壤p H、CEC值、有机质含量和过氧化氢酶活性(CAT)也相应提高。当FMB施用比例为5%,废液添加量为2 m L/g时,FMB生物炭对土壤改良效能最佳,土壤有机碳含量和土壤总氮含量分别达到34.50 g/kg和1.32 g/kg,提高了57.46%和78.38%。通过高浓度发酵废液与秸秆进行共热解可以将C和N固定在生物炭中,进而提高沙土中CEC、有机质、氮磷钾的含量,促进植物生长,实现土壤改良目的。对于SMB来说,当制备温度从350°C上升到600°C时,SMB中含碳量和含氮量增加,比表面积以及微孔体积增大,-COOH、-OH和P-H等表面基团增多,这些变化均有助于SMB对铅、镉离子的吸附。在SMB修复铅、镉污染土壤的实验中,SMB能够有效钝化土壤中的铅和镉,使其由可交换态和可还原态转变为稳定的残渣态,同时能够增加具备固定重金属能力的菌群丰度,进而降低植株内铅镉含量。随着SMB施用比例从1%增加到5%(w/w),SMB对铅和镉的钝化能力逐渐增强。复合铅镉污染土壤的试验结果表明,SMB对复合污染土壤中的铅和镉均有固定的作用,且复合污染土壤中,镉的存在促进了铅的钝化以及可交换态转变为稳定的残渣态,而土壤中的铅则会促进镉转化为可交换态等活化的状态。SMB对土壤中铅离子和镉离子的吸附钝化作用,一方面与SMB表面官能团(-COOH、-OH等)的络合作用、共沉淀作用以及离子交换有关;另一方面,还与土壤p H和CEC的增加显著相关。综上可见,本研究为改性秸秆生物炭改良沙化土壤以及修复铅、镉污染的土壤提供了有益的探索,同时为实现高浓度发酵废液、农业废弃物和城市污泥的资源化利用提供了一条新的途径。