生物炭作为土壤改良剂,不但能够固定土壤中的重金属,降低重金属的生物利用率,还可以作为一种改善贫瘠或退化土地的有效手段。研究生物炭对Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土中外源Cd的固定化作用,对Cd污染淡灰钙土的修复具有实际指导意义。本文在研究生物炭对淡灰钙土中外源Cd的吸附固定基础上,采用元素分析、红外、扫描电镜等手段对油菜秸秆生物炭(BS600)、鸡粪生物炭(CM600)、胡麻秸秆生物炭(LS600)进行表征,分析不同原材料对生物炭表面性质与结构的影响;初步探究生物炭对淡灰钙土中重金属镉的固定化作用,本研究将BS600、CM600和LS600以不同质量(0%、1%、3%、5%和10%)添加至Cd单一和Cd-Pb复合污染的耕地淡灰钙土中进行培养,观测了180 d内两种污染淡灰钙土中有效态Cd含量随时间的变化及培养完成后Cd的各级形态变化,探究了添加生物炭的污染淡灰钙土性质对Cd固定化过程的影响;并对修复后淡灰钙土的含水量和速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)进行评价分析,选取最优生物炭及最优添加量,为重金属污染淡灰钙土的治理提供理论基础。研究取得以下成果:(1)生物炭的结构特征与所用原材料有关,原材料不同,制备的生物炭性质也不同。本研究制备的生物炭均呈碱性,pH值大小:LS600>BS600>CM600;灰分含量大小:CM600>BS600>LS600;BS600、CM600和LS600中C元素含量最高,H、N、O和S的含量相对较低,其中CM600的营养物质含量最低,但芳香性较高,亲水性较强;BS600、CM600和LS600的BET比表面积大小顺序:CM600>BS600>LS600;红外光谱分析结果表明,BS600、CM600和LS600表面均含有羧基、羟基和内酯基等官能团;扫描电镜图表明,BS600、CM600和LS600表面含有大量的微孔。(2)研究生物炭对污染淡灰钙土中外源Cd的稳定化过程,结果表明,短期内添加生物炭的所有处理组,有效态Cd含量随时间延长均呈现出不稳定的变化趋势,甚至出现有效态Cd含量超出对照组CK-Cd(0%)和CK-Cd+Pb(0%)的现象,随着培养时间的延长,所有处理组中有效态Cd含量变化趋势均减缓直至稳定。生物炭不同,生物炭添加量不同,淡灰钙土的污染状况不同,Cd的各级形态含量变化也不同。同一污染淡灰钙土的处理组中,随着生物炭添加量增加,有效态Cd含量减少,残渣态Cd含量增加。Cd单一和Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,三种生物炭BS600、CM600和LS600的添加量为10%时,固定化效果最好,Cd单一污染淡灰钙土处理组中的固定量分别占初始Cd含量的56.63%、66.65%和59.8%,Cd-Pb复合污染淡灰钙土处理组中的固定量分别占初始Cd含量的54%、63.35%和54.2%。(3)生物炭对两种污染淡灰钙土TOC、pH值、EC值和CEC都有一定程度的影响。两种污染淡灰钙土中,三种生物炭施入都可以提高淡灰钙土TOC,不同生物炭的作用效果不同,提高效果大小顺序为:LS600处理组>BS600处理组>CM600处理组;添加三种生物炭对淡灰钙土pH值产生不同影响,Cd单一污染淡灰钙土中,不同生物炭、不同添加量对淡灰钙土pH值都有一定增加效果,Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,CM600添加量为1%和3%时,对污染淡灰钙土pH值的影响没有差异;添加三种生物炭提高了淡灰钙土的EC值,不同生物炭、不同添加量对淡灰钙土EC值的增加效果不同,两种污染淡灰钙土中BS600处理组中EC值的增加幅度最大;三种生物炭对两种污染淡灰钙土CEC的影响效果不同,部分处理组的CEC甚至降低。相关性分析表明,BS-Cd和CM-Cd处理组中,pH值对残渣态Cd起主要促进作用;BS-Cd+Pb、CM-Cd+Pb、LS-Cd和LS-Cd+Pb处理组中,TOC对残渣态Cd含量影响最大。添加生物炭的两种污染淡灰钙土中,残渣态Cd含量与TOC、pH和EC均呈极显著的正相关关系(P<0.01)。这表明添加生物炭的两种污染淡灰钙土TOC值、pH值和EC值是影响重金属Cd稳定化过程的重要参数,pH值升高、TOC和EC值增大,促使残渣态Cd含量升高,使得淡灰钙土中Cd的迁移性和潜在的生物毒性降低。此外,除了BS-Cd和LS-Cd+Pb处理组,其他污染淡灰钙土CEC与残渣态Cd含量均无相关性。(4)生物炭对两种污染淡灰钙土含水量和速效养分(碱解氮、速效磷和速效钾)含量产生一定影响。研究结果表明,添加LS600和BS600增加了两种污染淡灰钙土风干土壤的含水率,且随着生物炭添加量的增加,风干土壤含水率也逐渐增加,CM600对污染淡灰钙土的含水率影响效果不稳定。添加不同生物炭对两种污染淡灰钙土碱解氮含量的影响差异较大,生物炭不同、添加量不同,污染淡灰钙土中碱解氮含量也不同。添加CM600和BS600能够增加淡灰钙土速效磷含量,随着生物炭添加量的增加,淡灰钙土速效磷含量也逐渐增加,CM600对污染淡灰钙土速效磷的影响效果显著;LS600对污染淡灰钙土速效磷的增加效果不明显也不稳定。添加生物炭可以提高污染淡灰钙土的速效钾含量,Cd单一污染淡灰钙土中,速效钾含量随着生物炭添加量的增加而增加,增加效果大小顺序为:BS600处理组>CM600处理组>LS600处理组;Cd-Pb复合污染淡灰钙土中,添加LS600对污染淡灰钙土速效钾的增加效果不稳定。