全球工业化和农业现代化发展导致我国耕地退化日益严重,食品安全问题频出。近年来,生物炭作为土壤改良剂对污染土壤表现出较大的修复潜力,引起了国内外的广泛关注。生物炭呈碱性、多孔、具有比表面积巨大和阳离子交换量高等特殊性质,可以改善土壤理化性质,有效吸附土壤中的重金属,影响重金属的迁移转化和生物有效性。然而,生物炭施入土壤,在降低重金属生物有效性的同时,也会改变土壤微量元素的赋存形态,在一定程度上影响其生物有效性,进而影响土壤的农业生产能力。本文以常见的农业废弃物为原材料制备生物炭,从生物炭对溶液中微量元素吸附特性入手,借助FTIR、XRD、SEM、XPS等表征手段,研究生物炭的结构与固持微量元素的能力之间的关系,探讨生物炭对溶液中微量元素的吸附特性和机理,及其影响土壤理化性质和微量元素生物有效性的机制。主要研究内容和结果如下:(1)以水稻秸秆和芦苇秸秆生物炭为吸附剂,探究不同生物炭对溶液中微量元素的吸附特性和机制,并估算各机制的贡献率。结果表明,水稻秸秆生物炭对水溶液中Fe、Mn、Cu、Zn的吸附能力大于芦苇秸秆生物炭,水稻秸秆生物炭对四种离子的吸附容量顺序为Fe2+>Cu2+>Zn2+>Mn2+。吸附机制有非专性吸附如静电作用、物理吸附,还有官能团络合、矿物沉淀、离子交换和π电子配键作用等。各机制的贡献率受生物炭的种类和微量元素的种类调控,其中矿物沉淀对总吸附的贡献最大,占35%～56.8%。(2)选取水稻秸秆生物炭作为供试材料,研究生物炭对不同土壤微量元素化学形态及生物有效性的影响。结果表明,生物炭显著提高了中性土和酸性土的pH值和有机质含量。生物炭显著降低了 DTPA可提取态Fe的含量,增加了可氧化态Fe的含量、DTPA可提取态Mn的含量和弱酸态Mn的含量,但对两种土壤DTPA可提取态Cu和Zn含量的影响不显著。培养结束后,生物炭含氧官能团数量增加,表面O/C 比值升高。由土壤pH值和SOM升高引起的土壤中Fe的沉淀和络合作用,以及生物炭表面老化后形成的有机-无机复合体对Fe的吸附作用是土壤Fe有效性降低的主要机制。(3)以水稻秸秆生物炭和芦苇秸秆生物炭作为供试材料,研究生物炭添加对空白土壤和施铁肥土壤上连续两季种植小青菜的生长发育状况及体内微量元素含量的变化。结果表明:两季盆栽试验中,生物炭施用显著降低了土壤DTPA-Fe和DGT-Fe的含量。水稻秸秆生物炭能显著提高两种方法测得的土壤有效Mn的含量,而芦苇秸秆生物炭降低了土壤有效Mn的含量。两种生物炭添加后,Cu、Zn的有效态含量均显著降低。除水稻秸秆生物炭施加,青菜体内Mn含量上升外,其余处理青菜体内Fe、Mn、Cu、Zn的含量均降低。此外土壤及青菜体内微量元素含量的变化幅度随着生物炭施用比例增大而增加,水稻秸秆生物炭效果更显著。DTPA浸提法和DGT所测的土壤微量元素含量与青菜地上部微量元素含量均呈显著的线性正相关性,且DGT技术测得的微量元素浓度与植株体内的浓度相关性更高。