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重金属污染不仅造成作物减产并且威胁生态环境安全和人体健康,具有隐蔽性、持久性和不可逆性等特点。由于工业的迅速发展,亚洲成为汞排放最多的地区,我国的汞存储量世界第三,当植物受到汞污染时,将引起氧化损伤甚至死亡。水稻在生长期内,大部分时间都生长在水淹环境中,形成特殊的湿地生态系统,成为甲基汞向食物链迁移的潜在途径。我国作为农业大国,进行农田污染物处理尤其是难以降解的重金属污染修复,对于实现我国可持续发展有重要意义。紫色土是西南地区分布特别宽广、土壤肥力较高的一种适合农业耕作的土壤,而如若被汞污染损失重大。生物炭是由生物质原料在部分或完全缺氧的条件下,通过高温热解制得的多孔、疏松,吸附性能优良的含碳固形物。研究发现,生物炭对重金属有吸附作用,将原始生物炭负载特殊的官能基团进行改性,能够优化吸附性能,修复重金属污染土壤,实现农业废弃物资源再利用,对土壤改良有广阔的研究前景。本文针对西南地区紫色土汞污染问题,通过设计盆栽实验,探索施加不同种类改性生物炭对汞污染条件下紫色土水稻生理特性变化及土壤和作物养分含量变化,选择效果相对较好的改性材料,并分析其机理。同时通过设置不同质量比改性生物炭,探讨最佳用量范围,为汞污染稻田治理以及生物炭改性提供依据。主要研究结果如下:(1)为了研究不同改性生物炭对汞污染水稻生理的影响,以未进行任何基团负载的生物炭(原始生物炭,BC)及其6种改性生物炭为供试材料,测定其光合相关指标。结果表明,同一汞浓度条件下,随着水稻生长,净光合速率总体呈现先上升后降低的趋势,即扬花期>拔节期>灌浆期;蒸腾速率随着水稻生长而降低,扬花期氨基改性生物炭(NH)处理增幅最显著;气孔导度也随着水稻生长而降低,扬花期NH相对原始生物炭(BC)增幅最大;胞间二氧化碳浓度在拔节期巯基(SH)处理增幅最大,扬花期氨基(NH)处理增幅最大。随着改性生物炭质量比的增加,光合生理指标呈现先升高后降低的趋势。就水稻整个生育期来看,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率随着改性生物炭质量比的增加呈现先升高后降低的趋势,胞间二氧化碳浓度则呈现相反的趋势,说明净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈现正相关的趋势,与胞间二氧化碳浓度趋势正好相反。(2)为了明确添加不同改性生物炭对汞污染水稻产量的影响,在不同含量改性生物炭生理指标的试验中进行成熟期测产。结果表明,同一汞浓度条件下,随着质量比的增加,氨基(NH)和乙氧基(YYJ)各产量指标(每盆穗数、结实率、每盆产量)先升高后降低,均在质量比为0.20%时取得最高产量,而巯基(SH)逐渐升高于质量比为0.35%的处理水稻产量最高。所以对于产量指标,3种改性生物炭最佳质量比为0.20%-0.35%。(3)为了探究添加不同改性生物炭对汞污染紫色土及水稻养分影响,测定不同生育时期土壤及水稻的养分指标。结果发现,汞污染条件下,土壤全氮含量在各个生育时期,均呈现NH处理增量显著,可能与该氨基改性生物炭处理中含氮有关,其余处理间差异波动性大,无明显规律,扬花期乙氧基(YYJ)随着生物炭质量比呈现递增趋势。拔节期土壤全磷含量在巯基(SH)于C4质量比增幅最大,其次是乙氧基(YYJ)在C1处理,扬花期在氨基(NH)于C4处理和乙氧基(YYJ)在C4处理增幅较大,成熟期也是在氨基(NH)于0.35%质量比处理增幅最大。扬花期和成熟期水稻叶片全钾含量均在0.35%氨基(NH)处理相对其他处理显著增加。综上所述,本研究中氨基改性生物炭(NH)、乙氧基改性生物炭(YYJ)以及巯基改性生物炭(SH)处理效果相对较好。以这三种改性生物炭为供试生物炭,通过添加不同质量比设置梯度含量进行不同含量改性生物炭试验,筛选出最佳施用范围在0.20%-0.35%之间。