潜在的有毒元素,如重金属,由于其致癌性,已经成为生态系统的潜在威胁。重金属是土壤中重要的污染物之一,其在土壤中的含量、赋存和迁移转化直接影响食品质量与安全,进而对人体健康构成严重威胁。对土壤重金属的固化、稳定和修复是当前土壤污染治理的研究热点。修复土壤重金属污染,适宜的材料研发是固化稳定土壤重金属的关键。近年来,生物炭作为一种环保经济且官能团丰富、孔隙结构优良的碳材料,其用于土壤污染修复和质量改善方面的运用引起了广泛关注。因此,制备绿色经济高效的生物炭材料,研究重金属修复过程中的作用机理对材料制备技术的优化、土壤中重金属修复效果以及粮食安全保障具有重要的理论意义和实用价值。本论文利用废弃生物质制备出系列生物炭,并作为修复剂用于土壤修复盆栽实验,以研究生物炭修复污染土壤-作物体系中重金属的迁移转化及其对作物生长的影响,阐明不同类型生物炭修复土壤中重金属固化机理及迁移转化机制,进而为土壤的修复和治理提供参考。本论文以作物秸秆（稻壳和小麦秸秆）、粪便堆肥和生活污泥等废弃生物质为原料,制备了多种生物炭材料,并通过生物炭修复重金属污染土壤盆栽实验,研究了生物炭材料对土壤重金属的修复效果和作用机理,探讨了土壤-植物体系中重金属的分布特征以及迁移与转化机制,并结合Brunel-Emmett-Taylor（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、元素分析、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）和电子顺磁共振（EPR）等表征技术,对生物炭材料的理化特性以及实验土壤和培养期内不同时期植物的物质成分和结构特征进行了系统分析。本论文取得的主要成果如下:1)通过制备稻壳生物炭（RHB）并结合鸡粪堆肥（CMC）,设置对照组、2%RHB、2%CMC和1%RHB+1%CMC四组盆栽实验,研究了污染土壤中重金属的迁移转化与玉米生长情况,结果表明RHB、CMC尤其是1%RHB+1%CMC组中重金属的生物可利用态和潜在毒性显著降低,同时促进了玉米生长。发现了玉米根枝中·OH活性氧的生成,揭示了羟基、羰基和羧基官能团参与的重金属络合与吸附是污染土壤中重金属固化的主要机制。2)以生活污泥（SS）为生物质原料,制备了污泥生物炭（SSB）通过设计对照组、SS-2%、SSB-2%和1%SS+1%SSB四组盆栽实验,对比研究了生活污泥和污泥生物炭对重金属污染土壤的修复效果,发现了所有实验组中玉米根枝中Cr、Ni和Pb的含量显著降低,1%SS+1%SSB中玉米生长量显著增加。阐明了重金属在土壤-玉米.植株体系中的迁移转化,结合玉米中·OH的形成,揭示了 SS和SSB中所含羟基、羰基、羧基和胺类功能基团对土壤中重金属稳定和固化的作用机理。3)以小麦秸秆为生物质原料,分别在300、500和700℃下制备了小麦秸秆生物炭（WB-300,WB-500,and WB-700）,研究了这三个小麦秸秆生物炭材料对土壤中重金属赋存和迁移转化的作用,及其对玉米生长的影响,结果表明小麦秸秆生物炭显著降低了土壤-玉米植株体系中重金属的迁移与富集,阐明了生物炭中羟基、羧基和羰基官能团固化稳定土壤重金属的主要机制为络合及离子交换,此外揭示了细胞内活性氧（·OH）对植物生长和重金属在土壤-植物体系中迁移转化的作用机制。