在农田重金属污染修复中,土壤调理剂(土壤钝化剂)是控制土壤重金属污染的有效方法。然而,施用土壤调理剂对土壤重金属的形态转化、移动性和生物有效性以及施用调理剂对土壤基本理化性质的影响尚缺乏较为系统的研究。本项研究采样土壤培养试验和土壤幼苗盆栽试验,研究了施用三种不同土壤调理剂,或重金属钝化剂(生物炭、钢渣好含铁锰矿)的条件下,镉和铅复合污染土壤中,镉和铅的形态转化、移动性、生物有效性及土壤性质的影响,研究结果对于明确土壤调理剂的作用机制及指导土壤调理剂的合理施用具有重要意义。主要结果总结如下:1)采样土壤培养试验,应用BCR连续浸提法及TCLP、CaCl2和NH4NO3提取法评估了三种土壤调理剂(生物炭、钢渣和铁锰矿)对土壤铅和镉的固定效果。BCR连续浸提法的结果表明,添加土壤调理剂后重金属酸溶部分减少,而Pb和Cd的残留部分比例随着钢渣和生物炭添加量的升高而增加。与钢渣和铁锰矿比较,添加生物炭均能够显著降低TCLP、NH4NO3和CaCl2的可提取量。在所有方案中,生物炭对铅和镉的固定效果最好。三种调理剂在修复重金属复合污染土壤方面都表现出积极的和长期的效果,值得进行进一步的实地检测研究应用。2)采用柱试验法研究了添加不同土壤调理剂对土壤重金属移动的影响。与不添加调理剂的对照相比,添加三种调理剂均可以显著降低渗滤液中的Cd和Pb含量。与对照相比,当添加6%的生物炭、钢渣和铁锰矿处理时,下层土壤中,BCR提取法测定的Pb的残留态分别是3%,1.18%和1.12%,Cd残留态分别为15%,12%和11%。同样的,TCLP和CaCl2在底层土壤中提取Pb(46%)和Cd(54%)也受到影响,主要受到6%生物炭处理的影响。有关钝化剂的认识及其对重金属浸出的影响有助于修复受污染的土壤。在大规模应用之前,必须采用大田试验进一步明确钝化剂对重金属的修复效率。3)采用温室恒温恒湿培养试验研究了施用钝化剂(生物炭、矿渣和铁锰矿)对土壤物理化学和生物学特性的影响。结果表明,铅和镉污染对土壤性质有不利影响。但是,钝化剂在Pb和Cd胁迫土壤上的应用表现出了较好的结果。与对照比较,应用3%和6%的生物炭降低了土壤容重(BD),但显著增加了总孔隙度(Pt),土壤饱和度(θs),田间持水量(θFC),永久凋萎点(θPWP),可用含水量(θAWC),水解电导率(Ks),土壤有机质(SOM),pH,EC,总氮(TN),总磷(TP),总钾(TK),总钙(TC),总镁(TM),土壤阳离子交换能力(CEC),以及微生物土壤生物量碳(MBC),微生物土壤生物量氮(MBN),微生物土壤生物量磷(MBP)。而钢渣和铁锰矿在土壤物理化学和生物学特性方面也有轻微的改善。土壤质地没有显著的变化。本研究结果表明钝化剂的应用能够改善土壤的物理、化学和生物特性以及土壤肥力。所以,可以推荐在农业土壤中应用钝化剂。4)采用土壤芝麻幼苗盆栽试验,研究了三种钝化剂(生物炭、矿渣和铁锰矿)在提高芝麻Pb和Cd耐受性方面的作用。研究结果表明,在过量铅和镉胁迫条件下,钝化剂的应用显著提高了芝麻苗的营养水平。由钝化剂引起的芝麻对铅和镉的耐受性增强可归因于其调节铅和镉吸收,降低铅和镉诱导的氧化胁迫,这可以通过铅和镉胁迫植物中过氧化氢、丙二醛降低和电解质渗漏来证明。钝化剂对Pb和Cd毒性的积极作用也反映在其对光合色素、可溶性蛋白和脯氨酸的保护方面。与对照比较,钝化剂降低了受铅和镉胁迫植物的抗氧化能力,尤其是SOD、POD和CAT。此外,钝化剂的应用还下调了 Pb和Cd胁迫下芝麻中SOD、POD和CAT基因的转录水平。在土壤中添加钝化剂降低了 Pb和Cd的生物有效性(SBET),可浸出性(TCLP)和流动性(CaC12)。总之,我们的研究结果得出结论,钝化剂的应用通过减少植物铅和镉的积累,维持光合作用,减少氧化损伤,增强抗氧化系统,从而提高了芝麻对Pb和Cd的耐受性。建议将钝化剂作为一种有效的植物胁迫减缓剂,用于缓解经济作物芝麻以及其他作物中的Pb和Cd毒性。