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抗生素和重金属的复合污染问题随着规模化畜禽养殖业的发展引起越来越广泛的关注。为对抗不利的生存环境和保障利润，抗生素和重金属Cu、Zn等被广泛用作饲料添加剂以预防和治疗疾病，促进动物生长和提高饲料利用率。然而，抗生素滥用的现象却非常严峻。30-90％动物摄入的抗生素和大量的重金属元素未被动物肠胃消化吸收而随其粪便和尿液进入环境，带来巨大的环境风险和人体健康隐患。因此，采用生物化学方法，活化或钝化土壤中的抗生素和重金属类污染物的活性，降低其生物有效性和毒性，是保障农业安全生产的一条重要途径。近年来，农业废弃物生物质热裂解炭化工艺技术日趋成熟，产生的生物质炭芳香化程度高，具有巨大的比表面积，孔隙结构发达，富含多种有机官能团，对重金属和有机污染物均具有潜在的吸附能力。因此，生物质炭可能是增加土壤对重金属和抗生素的吸持与固定能力的既经济又环境友好的材料。然而，目前关于生物质炭对复合污染土壤中抗生素和重金属的钝化机制还不清楚，生物质炭对抗生素和重金属迁移的阻控途径和机制还有待进一步研究。 本文以大宗型作物玉米和小麦的秸秆为原料制备生物质炭，对不同生物质炭的表面结构、形貌特征等理化性质进行了表征;以畜禽养殖中常用的抗生素土霉素(OTC)和重金属Cu2+为代表，研究了生物质炭对OTC和Cu2+的吸附能力、吸附机制及影响因素;通过生物质炭对二元复合污染体系中Cu2+、Cd2+和OTC的吸附作用研究，初步评估了生物质炭在钝化复合污染土壤中重金属和抗生素的应用前景;通过室内柱淋洗模拟实验，研究了酸雨作用下生物质炭吸附固持复合污染土壤中重金属和抗生素迁移转化的作用。得出以下主要结果和结论: (1)同一热裂解温度下，玉米和小麦生物质炭的表面理化性质差异较小，而热裂解温度是决定生物质炭表面特征的主要因素。低温(300和400℃)热解制备的生物质炭的芳香化程度相对较低，仍保留有一部分的植物有机残体成分;表面结构相对均一，多为大孔隙分布;除芳香环结构外，低温生物质炭的表面还含有大量的酚羟基、羧基和内酯基等有机酸性含氧官能团。高温(500和600℃)制备的生物质炭多为高度芳香化的石墨烯片层结构，600℃玉米秸秆生物炭的H/C原子比为0.19，接近高度芳香化的活性炭(0.12);500和600℃制备的生物质炭比表面积大，具有丰富的孔隙结构;表面有机酸性含氧官能团消失。 (2)生物质炭对Cu2+有强吸附作用，且吸附后不易被去离子水、稀硝酸和钠盐解吸，即使在1.0 mol/L Ca(NO3)2溶液中的解吸量也只有10％左右。同一pH值下，随热解温度的升高，玉米秸秆生物炭对Cu2+的吸附量增加，而小麦生物质炭相反;生物质炭中的灰分含量对Cu2+的吸附量无显著影响;随pH值的升高，生物质炭对Cu2+的吸附量增加;离子强度对Cu2+在300℃玉米秸秆生物炭上的吸附无显著影响，而促进了600℃生物质炭对Cu2+的吸附。小分子柠檬酸(CA)抑制Cu2+的吸附，大分子的腐殖酸(HA)促进Cu2+的吸附。 (3)土霉素(OTC)在生物质炭上的吸附主要为π-π电子作用和金属桥键作用下的表面络合和阳离子交换机制。不同形态的OTC在生物质炭上的吸附容量和吸附强度存在很大差异。OTC0-H+可通过离子交换作用被吸附，吸附过程伴随H+的吸收。OTC±最易被生物质炭吸附，在pH5.5时（98％为OTC±)的吸附量最大。而OTC-可通过表面络合作用被吸附，且吸附强度大。因不同重金属在生物质炭上的吸附方式和重金属-OTC络合物的稳定性差异，不同共存重金属对生物质炭吸附OTC的影响不同。在pH3.5-7.5范围内，重金属Cd2+对OTC在生物质炭上的吸附无显著影响;Zn2+对OTC吸附略有促进作用(pH5.5); Pb2+却对OTC吸附略有抑制作用(pH3.5和5.5); Cu2+可显著促进OTC在生物质炭上的吸附。 (4)生物质炭对Cu2+的吸附主要为络合配位作用下的专性吸附，其次为静电作用下的非专性吸附，而Cd2+的吸附则以非专性吸附为主。二元复合体系中，Cu2+对Cd2+在生物质炭上的吸附存在竞争作用，Cu2+与Cd2+竞争生物质炭表面的羟基吸附位点和生物质炭表面的阳离子。Cu2+的存在抑制了生物质炭对Cd2+的吸附;而Cd2+存在下，Cu2+的吸附量无显著变化。通过Cu2+桥键作用和OTC的桥键作用，二者共存时提高了低温生物质炭对OTC的吸附和高温生物质炭对Cu2+的吸附。因此，Cu2+和OTC在生物质炭上的吸附存在一定的协同促进作用，弥补了低温生物质炭对OTC吸附较小和高温生物质炭对Cu2+吸附较弱的缺陷。然而，Cd2+和OTC之间并无协同促进作用，二者共存时生物质炭对Cd2+和OTC的吸附量均没有显著变化。 (5)生物质炭可有效阻控复合污染土壤中重金属和抗生素的迁移。添加生物质炭后，土壤中可还原态（主要为铁锰结合态）和可氧化态（主要为有机结合态和金属硫化物）的Cu、Zn和Cd相对含量增加，而醋酸可溶态（主要为可溶态和可交换态）含量降低。添加生物质炭红壤中Cu2+、Zn2+、Pb2+的沥出量降低，Cd2+的沥出量虽然没有显著变化，但其迁移速率下降。添加生物质炭降低了红壤中四环素(TC)、金霉素(CTC)和磺胺二甲嘧啶(SM2)的淋溶。土霉素(OTC)的淋溶量呈现先降低，在24h淋溶浓度开始增加又在144h再次下降，可能与土壤溶液pH的升高和可溶性有机碳的溶出有关。在SM2淋溶量显著降低的同时，其降解量也显著增加，可能是pH的升高，养分和有机碳的增加，提高了土壤微生物活性从而加速了抗生素的降解。