生物质炭因其绿色环保,廉价易得,且对有机和无机污染物具有高效的固定能力而受到广泛的关注。本研究以鸡粪和干化污泥为原料,500 ℃热解并经03氧化处理制备臭氧改性生物质炭,研究臭氧改性对生物质炭的性质和重金属固定能力的影响;以酸性红壤为研究对象,探究生物质炭中的重金属在土壤中的形态转化过程和分子机理;以矿区污染土壤为研究对象,探讨生物质炭还田对土壤中重金属的宏观和微观作用机理,为合理评估和调控生物质炭的农用提供理论与技术支撑。主要研究结论如下:（1）通过红外光谱（FTIR）、X光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）和化学分析等方法,探究了臭氧氧化前后鸡粪炭和污泥炭的化学组成和结构特性。结果表明,臭氧氧化可以提高鸡粪炭的含氧官能团含量（主要是羧基）,但对污泥炭的作用不大;鸡粪炭和污泥炭中的硫主要以无机硫形式存在;鸡粪炭中的矿物主要为SiO2和CaCO₃,污泥炭中的矿物主要为CaSO₄、SiO2 和 CaCO₃。（2）通过批量吸附实验、FTIR和XRD等方法,研究了鸡粪炭和污泥炭对重金属铅、铜和锌固定能力及作用机理。鸡粪炭对这三种重金属的最大吸附容量Qm 为 Pb （903.36 mmol/kg） >Cu （196.08 mmol/kg） >Zn （64.10 mmol/kg）,污泥炭对这三种重金属的最大固定能力为Pb （2927.44 mmol/kg） > Cu （158.73 mmol/kg） >Zn （45.45 mmol/kg）。鸡粪炭和污泥炭对铅、铜和锌的固定均以沉淀作用为主,以表面络合和M-π作用为辅。（3）通过盆栽实验,并结合化学提取、FTIR、XPS、Cu的K边吸收谱（XANES）等方法,研究臭氧氧化鸡粪炭（PBO）和臭氧氧化污泥炭（SBO）中的重金属铜、锌在酸性红壤中的形态变化。结果表明,生物质炭在红壤培养过程中其含氧官能团含量增加,Na、Mg和S等元素释放。PBO中Cu的主要存在形态为CuS（50.9%）,CuO （28.5%）,Cu-citrate （20.6%）,培养三个月后,CuO 完全溶解。SBO 中的Cu主要以CuS （69.6%）和Cu-citrate （30.4%）形态存在,培养九个月后,部分CuS被氧化,Cu2+与有机官能团结合;PBO中Zn的主要形态为铁锰氧化物结合态和残渣态,SBO中的Zn主要以有机/硫化物结合态存在。生物质炭在土壤培养过程中,部分Zn释放到土壤中,并随着土壤溶液发生垂向迁移。（4）通过 C1sNEXAFS、P 的 K 边 XANES 和 S 的 K 边 XANES 探究 PBO的碳、磷和硫在矿区污染土壤中的变化,结果显示,PBO在旱作玉米过程中,芳香性增加,羧基碳和羟基碳含量增加。淹作水稻过程,PBO中取代基芳香碳和羧基碳含量增加,而羟基碳和羰基碳含量降低。P的K边XANES拟合结果显示,PBO中磷主要以羟基磷灰石（70.9%）形态存在,培养过程中稳定态的羟基磷灰石逐渐向活性较强的磷酸铝和磷酸二氢钙转化,淹作水稻促进生物质炭中磷的活化。S的K边XANES拟合结果显示,PBO中硫主要以Kjarosite、Na2S04、A12（SO₄）3、CaS04形态存在,有机硫含量不足5%,培养过程中硫酸盐逐渐释放。淹水条件生物质炭中硫的活性较旱作条件大。（5）采用CaCl₂、TCLP、EDTA和SBET提取方法研究培养条件和生物质炭的添加对矿区污染土壤中铅砷锌活性的影响,结果显示:砷在培养过程中活性增加,生物质炭还田由于磷的释放导致砷的活化加剧;作物生长可能会导致土壤锌的活化,特别是旱作种植玉米,锌的活化非常明显,导致第三年度玉米生长受到严重抑制,生物质炭还田可以缓解锌对植物的生物毒害。铅在土壤中的活性较低,生物质炭还田对土壤铅的植物有效性、淋沥性均有明显抑制作用。（6） 土壤中铅主要以化学沉淀相为主:Pb5（P04）3Cl、Pb（OH）₂、Pb（OH）Cl、PbFe407,其在土壤中的活性主要受溶度积的控制。淹作土壤PbS增加,Pb（OH）₂占比减少。供试土壤铅本身活性较低,富磷生物质炭还田对土壤铅形态的影响不是非常明显,但土壤溶液pH的升高,以及低溶解度的类Pb（OH）Cl物质占比的提高均会控制土壤溶液铅的浓度。（7）土壤锌的主要存在形态为 Zn₃（PO₄）₂、Zn-LDH、aqueous Zn、Kaolinite-Zn、Zn-sorbedgibbsite。以 Zn₃（PO₄）₂、Zn-LDH 沉淀相为主,占 66.1%。PBO 还田,土壤中 Kaolinite-Zn、Zn₃（PO₄）、Zn-LDH 占比增加,外表面络合相（aqueousZn）占比减少,说明生物质炭释放PO₄3-、Al3+、OH-导致上述沉淀相增加,易交换的络合相减少,其次,生物质炭表面大量的含氧基团与锌络合,控制土壤溶液锌的活性,生物质炭固定稳定的锌在培养条件下还存在再度释放的风险。