如何处理我国粮食生产过程中产生的大量秸秆涉及到环境污染和资源的循环利用问题。过去经常采用的焚烧方式不仅导致了严重的大气污染,还造成了秸秆资源的大量浪费。近年来所提倡的将秸秆制备成生物炭后应用于土壤,既可以藏碳于土,减少大气的二氧化碳浓度,又可以改善土壤结构和肥力。近年来人们发现,生物炭还具有吸附和钝化土壤重金属的能力,即可作为重金属污染土壤的修复材料使用,因此这方面的研究已成为新型环境材料开发和土壤污染修复领域的热点。在利用植物秸秆生产生物炭时,不同的制备温度可能导致所制备的生物炭在结构和理化性质上存在差异。从理论上讲,这种差异必然影响到生物炭对重金属的吸持能力。在将生物炭实际应用于土壤修复时,这种吸持能力不仅影响着生物炭对土壤原有重金属的钝化效果,也影响到被吸持重金属的重新释放的难易,最终会涉及污染修复的的实际效果。因此,阐明生物炭的制备温度、结构特征与实际钝化效果之间的关系,可以为利用秸秆制备高效生物炭过程中的温度设定提供科学依据。为此,本实验在400℃和600℃下制备出两种水稻秸秆生物炭,对其表观结构、基团特点和基本理化性质进行了测定,分析其等温吸附重金属Cu、Cd、Pb的特征,并利用盆栽试验对两种温度生物炭钝化土壤Cu、Cd、Pb的生物学效果进行了评价,希望为水稻秸秆生物炭的利用提供理论参考。试验结果如下:(1)随着裂解温度的提高,炭化程度也有所提高,矿质元素如Na、K、Ca、Mg等留下来,致使生物炭的灰分含量增加,碱性增强,但生物炭的产率、阳离子交换量却降低。(2)温度不同,所制备的生物炭其表面结构也略有不同:400℃处理的生物炭整体呈长条形,排列整齐,表面光滑;600℃处理的生物炭则比较短碎,形状不规则,表面也较为粗糙。整体上看,高温使生物炭炭化更完全。(3)经过元素分析、红外光谱、多晶衍射等的分析可知,600℃下所获得的生物炭比400℃下的生物炭具有更多的芳香结构和更多的极性基团,制备生物炭的过程600℃可使生物炭的无机成分中含有更多的斜长石,因此可吸附更多的Cu、Cd、Pb。(4)生物炭对不同起始浓度下的重金属Cu、Cd、Pb的等温吸附试验均表明,600℃生物炭的吸附效果较好;两种生物炭对Cu、Cd、Pb的吸附曲线与Langnuir等温吸附模型之间的拟合度均优于与Freundlich模型间的拟合度,说明它们对重金属的吸附更多以单分子层为主;解吸试验表明,两种温度的水稻秸秆生物炭对重金属Cu、Cd、Pb的吸附不仅仅是离子交换,还存在螯合作用。由于400℃生物炭颗粒表面较之600℃生物炭颗粒表面更为平整,更利于被吸附重金属离子在表面的分布。(5)生物有效性试验表明,生物炭既对土壤中原有重金属Cu、Cd、Pb具有很强的“钝化”作用,也明显阻止自身所吸附重金属的再释放,这两个作用的存在可大大降低土壤中重金属的生物有效性。相对而言,600℃所制备生物炭的钝化作用和抑制释放的作用更强,这可能是由于600℃生物炭中含有更多的芳香结构、更多的极性基团以及更高的pH有关。(6)添加生物炭可以提高土壤的pH、电导率,改善土壤的理化性质,并提高土壤的速效磷、速效钾、有机质含量,且600℃的生物炭效果较好。加入被重金属吸附过后的生物炭后,土壤的全氮、速效钾和速效磷变化较大,其他养分也有变化,但差异不显著,由此可知,重金属的变化与氮磷钾的变化有关。