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微量元素在农业废弃物中的赋存形态、热解过程中的挥发性及其在生物质和生物炭中的生物可利用性与环境效应鲜有研究报道。基于此,本文通过检测五种农业废弃物(花生秸秆(PN)、棉花秸秆(CT)、玉米秸秆(CN)、高粱秸秆(SG)和芦苇(RD))、三种农业废弃物(PN、CT、CN)经过慢速热解得到的生物炭中的8种主要元素以及16种微量元素的含量,并通过不同的洗涤方法洗涤上述原料得到的产物中这些元素的含量,来探究微量元素在生物质中的赋存形态、热转化过程中的迁移规律以及在生物质与生物炭中的可利用性。通过对来自同一地区的五种农业废弃物的微量元素和主要元素的含量进行线性回归分析,发现许多微量元素与主要元素以及其他微量元素具有显著相关性。结果显示,Li、V、Co、Ni、Ga、As、Se、Sr、Ba与Ca显示出较高的相关性,其中V、Co、Ni、Ga和Fe也显著相关;Be、Cr与Al,Cu、Zn、Cd与K,以及Mn与Mg均具有较强的相关性。进一步分析生物质中微量元素与其纤维组分的关系,通过分析选取的三种农业废弃物(PN、CT、CN)的各个纤维组分(中性提取物(NE)、半纤维素、纤维素、木质素和硅酸盐)中主要元素与微量元素的含量,探究微量元素的赋存状态。结果表明不同的农业废弃物中主要元素和微量元素的赋存形态表现出较高的一致性,即生物质的中性提取物作为部分主要元素和微量元素的最主要的载体,如K、Ca、Mg和Mn、Co、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba、Pb;其中 Fe、Li、Be、V、Cr、Ni、Ga 虽然也主要存在于中性提取物中,但是也有相当一部分存在于半纤维素和木质素的结构中;对比生物质的五种纤维组分,纤维素中主要元素与微量元素的含量最低。热解作为生物质转化利用的工艺之一,探究慢速热解过程中微量元素的挥发性对于设备保养以及环境保护都有其积极的意义。因此,选取上述三种农业废弃物(PN、CT、CN)在热解的终温条件为250℃、350℃、450℃、550℃四个条件下进行慢速热解实验。结果显示,Li、Be、Ga、As、Se、Cd在250℃便显示了较高的释放率,尤其是在玉米秸秆中。其余的微量元素在250℃时几乎没有挥发,随着温度的升高释放率增加,但总体而言释放率仍较低,其中花生秸秆中的Ni,Cu,Sr和Ba直至450℃才开始挥发。同时,部分微量元素(Be、V、Co、Cu、Zn、Ga、As、Sr、Pb)的挥发性与其水溶形态的含量在三种农业废弃物中均呈现了显著的正相关。测定了农业废弃物的生物炭中微量元素的富集程度和溶解性,据此初步评估了生物炭作为土壤改良剂的效用。结果显示,在三种生物炭中K显示了最高的富集系数(2.9-3.3),大部分微量元素的富集系数也在1.6-2.9的范围内,表明生物炭作为土壤改良剂富含K和很多微量元素,可弥补土壤中这些营养元素的损失。进一步通过五种萃取剂(超纯水、0.1 wt%CaCl2、0.02 wt%EDTA、1.0 wt%HNO3 以及 0.02 wt%柠檬酸溶液)评估了微量元素在三种农业废弃物及其生物炭中微量元素的水溶态、离子交换态、螯合态、酸溶态(酸性条件下的移动性)以及有机酸可提取、固定的形态的含量。结果表明,在生物炭的K显示了较高的水溶性,而Mg、Ca、Fe几乎不溶于水,这三种元素主要以酸溶态的形式存在。对比分析三种农业废弃物及其生物炭中微量元素的赋存形态,发现生物质中的大部分微量元素(除了 Li、Zn)主要以水溶态和螯合态的形式存在,生物炭中的微量元素则主要以离子交换态的形式存在。柠檬酸溶解的微量元素在不同种类的农业废弃物及其生物炭中具有较大的差异,花生秸秆与玉米秸秆中大部分微量元素显示在生物质中溶解度更高,而棉花秸秆则在生物炭中显示了更高的溶解度。总体说来,生物炭作为土壤改良剂可提供生物可利用的微量元素。