近年来,大量不达标的工业废水和工业废弃物的排放,重金属矿产开采和冶炼,过度施用农药和化肥,使得湘江河流底泥中的重金属污染日益严峻。重金属污染由于其具有不可降解性、生物累积性和毒性从而引起了人们的高度关注。堆肥作为一种很有前景的生物修复技术,已被成功地广泛应用于氯酚、石油、农药、多环芳烃污染土壤的修复中,尤其是重金属污染土壤。而传统的堆肥方法堆置周期长、农业废物中有机物降解速率低、对重金属的钝化效果不理想。因此对堆肥过程进行优化来提高堆肥过程对重金属的钝化效果及堆肥质量具有重大意义。此外,堆肥过程中有机物降解的产物腐殖质有利于增强堆肥质量及土壤肥力,且对重金属具有一定的螯合作用。因此,对腐殖质与重金属钝化之间的关系有一个全面的了解能为提高堆肥化对重金属的钝化效果提供一定的指导意义。因此,本论文在农业废物与河流底泥共堆肥体系中接种黄孢原毛平革菌（P.chrysosporium）,探究其对河流底泥中多种重金属（Pb、Cd、Cu和Zn）形态变化的影响,明确了堆肥及P.chrysosporium对不同重金属的钝化效应,初步揭示了腐殖质物质与重金属钝化之间的关系及定量描述了腐殖质物质不同组分对重金属钝化的贡献。在此基础上,为了进一步提高腐殖质物质的合成及腐殖化程度来提高堆肥对重金属的钝化效果,本文还对腐殖质生成方式进行了一系列的优化,并探究了腐殖质前体对腐殖质合成的影响。此外,堆肥过程中不同的理化因子对不同重金属的影响机制不同,且由于不同重金属本身性质的区别,其对同一理化参数的响应机制也存在着差异。故本论文还将采用多元统计分析方法探究不同重金属与堆肥过程中理化因子间的关系,并确定其影响不同重金属生物有效性的显著性影响因子的种类。这为通过调控理化参数来优化堆肥化过程来修复重金属污染提供了一些有用的信息和理论指导。本论文的具体研究内容及主要成果包括以下内容:（1）在农业废物与河流底泥共堆肥体系中接种P.chrysosporium,以研究其对河流底泥中多种重金属（Pb、Cd、Cu和Zn）生物有效性的影响。实验结果发现,堆肥对四种重金属均有一定的钝化效果,且Cd>Zn≈Cu>Pb。接种P.chrysosporium后显著提高了Cu、Pb和Cd的钝化效果,其Cu>Cd>Pb,而接种与否对Zn没有明显的区别,这可能是因为四种重金属的钝化机制不同而导致的,这也可能与该堆肥体系是利用自然存在的重金属污染的湘江底泥来作堆肥的原始物料之一从而造成其堆肥环境非常复杂有关。冗余分析（RDA）结果表明,三个排序轴对每一种重金属生物有效性变化的总解释量均超过了4/5,最低的也达到了94.6%。P.chrysosporium的接种能改变影响每一种重金属显著性影响因子的种类,且增强了RDA模型的解释量。此外,有机质（OM）在重金属的钝化中也发挥着绝对优势,P.chrysosporium的接种弱化了p H的作用,但强化脱氢酶（DA）的作用,这可能是因为孢原毛平革菌主要是通过影响堆肥体系内生物活性,进而影响有机质的转化,使得重金属形态变化从受p H影响下的化学沉淀向受有机物腐殖化影响下的有机螯合钝化转变有关。此外,皮尔逊相关性分析结果表明四种重金属的生物有效性因子（BF）与OM呈正相关,而与p H值呈负相关。（2）为了进一步探究堆肥对重金属钝化的长期效应,故将堆肥周期设置为256天,研究白腐真菌的接种对堆肥过程中腐殖质（HS）生成的影响以及腐殖质对重金属的钝化效应。研究结果表明,堆肥对Cd有着持续的钝化作用,对照组和处理组（接种白腐真菌）中残渣态的Cd（RES-Cd）在堆肥的前60天里分别增加了16.77%和17.83%,而在60-256天里,RES-Cd分别仅增加了7.45%和9.21%。故从时间成本和操作效益来看,一个理想且经济的堆肥周期应该为60天左右。通过相关性分析得出RES-Cd与胡敏酸（HA）及胡敏酸结合态Cd（HA-Cd）均呈显著正相关,而与富里酸（FA）呈负相关,且与可溶性Cd没有明显的相关性,这说明腐殖质对重金属的钝化贡献主要来自于HA-Cd的含量,而不是水溶性Cd中富里酸结合态Cd（FA-Cd）含量;此外腐殖化指标与RES-Cd均呈显著性正相关,这说明腐殖化程度越高越有利于重金属Cd的钝化。在堆肥的第60天时,两个堆体中HA-Cd的量占Cd总量（T-Cd）分别从8.68%增加到16.45%,8.91%增加到17.69%,然后又略有所下降,分别下降至14.99%和16.56%,这可能是由于底泥中存在的其他重金属与Cd存在着竞争关系,争夺与HA结合的位点。通过傅里叶红外光谱（FTIR）分析和三维荧光（EEM）光谱分析结果表明,接种P.chrysosporium可促进HA对Cd的螯合能力,加速堆体的腐熟度。（3）通过Fe3O4 NMs与P.chrysosporium或草酸构建类芬顿体系,并将其应用于农业废物与河流底泥共堆肥过程探究其对腐殖质的生成及重金属生物有效性的影响。研究结果表明,该类芬顿体系的应用提高·OH的产量从而促进了有机质的降解、提高了酶的活性、促进了HA的合成。此外,该体系的应用也明显提高了堆肥对Cd和Cu的钝化效果,但对Pb的钝化效果没有明显的作用。RDA结果表明该体系的应用强化了腐殖质物质对Cd、Cu、Pb生物有效性的影响而弱化了OM的作用,这可能是因为OM在降解过程中生成的腐殖质对重金属的钝化起着主要的作用。此外,EEM光谱分析表明,类芬顿体系的应用使荧光峰中的B峰和C峰发生红移,这与HA荧光团结构中的羰基、羟基、烷氧基、氨基和羧基的增加有关。这说明类芬顿体系的应用可以增强腐殖质结构的稳定性,也可以说增强了堆肥产品的稳定性。本研究为堆肥法修复重金属污染提供了新的视角和途径。（4）此部分旨在探讨P.chrysosporium相结合Mn O2对稻草底泥共堆肥中腐殖质形成及重金属形态的影响。实验结果表明,P.chrysosporium相结合Mn O2应用到堆肥体系中时能显著提高HA的合成及重金属的钝化效果,这可能是因为P.chrysosporium的接种加速了木质纤维素降解成简单的小分子有机物,而Mn O2既能作为酶启动因子加速木质纤维素降解成小分子有机物也能催化羰基和胺基等低分子量物质聚合形成HA,从而实现对重金属更高的钝化效果。在整个堆肥过程中,P.chrysosporium相结合Mn O2对Cu与Cd、Zn表现出了不一样的钝化效果,Cu主要是通过增加了RES的量来达到钝化效果,而Cd和Zn则是通过减少EXC的量来达到钝化效果,这可能与重金属形态初始的分布及重金属对HA亲和力的差异有着很大的关系。RDA分析结果表明白腐真菌的接种强化了DA的作用,而弱化了OM的作用,但OM与p H及DA间的相互作用得到显著的提高,这可能与白腐真菌的接种促进了微生物的活性从而加速了OM的降解有关。另外,Mn O2与P.chrysosporium分别单独添加到堆肥体系时,强化了p H对腐殖质类物质形成及转变的影响;而当Mn O2和P.chrysosporium相结合时,p H的作用又被弱化了,但DA的作用得到了强化,同时促进了OM与DA间的相互作用。（5）考察了糖类、氨基酸类和酚类三种HS前体对腐殖质生成及重金属有效性的影响。结果发现酚类对腐殖质生成的促进作用是最大,糖类物质的最小,这可能是因为糖类绝大部分是被微生物当作生长基质而被消耗,仅有小部分是用来合成HA,而酚类因结构相比糖类复杂的多,较难分解,所以更多的是用来合成HA。这结果说明微生物的生长与HA的合成对有机物降解过程中产生小分子有机物（如糖类、氨基酸类、羰基和胺基等）的利用之间存在着竞争关系。但对重金属（Cd、Cu、Pb和Zn）的钝化作用糖类的最大,酚类物质次之,氨基酸类最小。这可能是因为葡萄糖的添加增加了堆肥体系中易被微生物利用的基质及能源,从而促进了微生物的生长,微生物通过对重金属的胞外吸附和胞内富集作用及胞外聚合物形成的途径来提高对重金属的钝化效果。此外,HA的元素分析结果表明,HS前体的添加提高了C/H原子比,而降低了C/N原子比,HS前体的添加促进了HA在最终堆肥产品中的化学稳定性。