锑(Sb)是一种剧毒重金属,由于人为活动导致土壤中的Sb含量不断增加,过量的Sb摄入将会威胁人类健康。近年来,生物炭(BC)已被广泛用于重金属污染土壤的修复。然而,在Sb污染土壤中,BC的作用机制还不够明确。因此,明确BC对Sb在土壤中行为的影响及其机制,将有助于为BC的有效应用提供更多的理论依据。本研究的具体研究内容如下:(1)将500℃高温缺氧条件下制备的麦秸秆炭(SBC)和果木炭(FBC)用于Sb矿区周围的受污染水稻土,分别用质量分数为0.5%、5%、10%的SBC和FBC对Sb污染的土壤进行为期130 d的孵化,在孵化过程中采用连续化学萃取法和柠檬酸萃取法分别测定了Sb结合形态和价态变化。结果发现,两种不同材料制备的BC,其理化性质也具有差异,导致其对Sb的迁移影响存在差异。加入SBC孵化前20 d与FBC孵化前50 d,随孵化时间增长,Sb的迁移能力增大,柠檬酸可提取态3价Sb(Sb(Ⅲ))含量增大。加入SBC孵化20 d与FBC孵化50 d后,Sb的迁移降低,柠檬酸可提取态Sb(Ⅲ)含量降低。BC影响了土壤中柠檬酸可提取态的不同价态Sb含量,这将直接影响Sb对植物的毒性作用。(2)为考察BC对Sb形态和价态变化的影响机制,对130 d孵化过程中的土壤的理化性质进行分析。测定了孵化过程中土壤pH、Eh、电导率(EC)、阳离子交换量(CEC)和溶解性有机质(DOM),对10%SBC孵化的土壤在不同培养时间的元素变化进行了测定。利用相关性分析和主成分分析的方法考察了Sb结合形态和价态变化与土壤理化性质变化的关系。结果发现,用10%BC孵化的土壤相比于用5%和0.5%BC孵化的土壤,土壤理化性质变化更为明显。在SBC孵化的前20 d和FBC孵化的前50 d,Sb的迁移能力增大可能是由于BC本身官能团的静电排斥作用,BC的有机质(OM)和官能团控制的氧化还原反应以及BC诱导的土壤中的阴离子竞争、静电排斥和生物还原作用。而SBC培养20 d后和FBC培养50 d后,土壤中Sb迁移能力降低可能是由于Sb与BC中的OM形成络合物、BC诱导的次生矿物沉淀和土壤中Sb与腐殖酸形成有机络合物。(3)为进一步探究土壤微生物性质的变化对Sb形态及价态的影响内在机制,对形态变化与价态变化的转折点土壤样品的生物性质进行分析。采用传统细菌分离方法分离原土壤中的Sb氧化菌,通过测定孵化前后土壤微生物群落结构变化以及Sb氧化基因的表达情况。利用冗余分析与spearman相关性分析的手段,明确了BC诱导的土壤微生物群落结构以及Sb氧化基因的变化与Sb形态和价态变化的关系。结果发现,BC增大了土壤微生物的丰度,改变了不同水平微生物的相对丰度,影响了土壤微生物的群落结构。且BC增大了土壤Sb氧化基因(anoA)的相对丰度,微生物分离结果发现土壤中存在Sb氧化菌,这些细菌可能影响了Sb在土壤中的氧化还原。相关性分析结果表明某些微生物相对丰度的变化与Sb形态变化具有相关性,说明BC引起的土壤微生物的变化影响了Sb在土壤中的迁移。(4)为探究BC对Sb生物有效性的影响,分别采用SBC和FBC孵化Sb污染土壤,以番茄为受试植物进行盆栽实验,采用连续提取方法测定了各孵化土壤中的Sb形态,并将土壤中Sb各形态含量与番茄植株中Sb的积累量进行相关性分析,通过测定番茄植株的叶片叶绿素含量、抗氧化酶活性以及番茄植株根细胞形态的变化,研究了BC对Sb污染土壤中番茄植株生理生化特性的影响。结果表明:添加10%SBC时,番茄根部Sb的积累与对照相比显著降低了66%(P<0.01);加入10%FBC时,番茄根部Sb的积累量与对照相比显著降低了32%(P<0.01);且各处理组中,番茄植株各器官中Sb的积累量均为根>叶>茎;两种BC改变了土壤中Sb的存在形态,且果木炭对Sb的形态变化影响更大。相关性分析表明:BC通过影响Sb在土壤中的存在形态影响了Sb的植物有效性;BC提高了番茄叶片叶绿素的含量,降低了叶片超氧化物歧化酶(SOD)的活性与过氧化物酶(POD)的活性,提高了过氧化氢酶(CAT)活性,而且缓解了番茄根部受Sb的胁迫。