重金属污染土壤的生物质炭治理技术的需求是低成本、绿色高效，又能协同农业废弃生物质的安全处理，并服务于土壤健康和农业固碳减排。因此，基于多目标协同的生物质炭材料开发成为当前的研究热点。从投入量和成本等角度考虑，土壤中直接添加碱性材料如石灰等可快速实现重金属的钝化并实现农产品的安全生产。但是石灰类材料在土壤结构改善和降污减排的长期效应仍值得商榷。生物质炭作物土壤重金属钝化剂施用的关键科学问题可能包括：高施用量（≥1%，约10吨/公顷以上）带来的成本投入难以大范围推广；秸秆等来源的生物质炭钝化效果有限且持效性不确定。由此，通过生物质炭表面改性从而实现重金属吸附性能的增强如零价铁负载等技术已被广泛研究。但此类化学改性可能带来的环境二次污染（改性过程化学试剂的使用）和更高的投入成本可能限制了这类炭材料的使用场景和范围。
从农业生物质废弃物循环的需求出发，我们提出了利用不同废弃生物质共热解炭化实现炭材料重金属钝化性能的增强，同时又充分发挥了不同废弃物的各自特性，实现性能的互补和功能的强化。例如，大量的研究发现畜禽粪便类生物质炭中磷酸盐、碳酸盐的矿物质和养分的存在，使其具有了媲美活性炭的重金属（镉和铅等）钝化性能，同时又能提供大量的速效养分从而实现土壤修复和植物促生的优势效应。秸秆类生物质炭的多孔的结构和丰富的有机质及养分，是快速改良土壤的良好材料。稻壳生物质炭中大量的硅氧化物是抑制镉等重金属在水稻等作物中吸收转运的重要元素。此外，广泛分布的含有碳酸钙的牡蛎壳等废弃物经煅烧或者热解后具有了极强的石灰效应，是石灰类钝化材料的最优替代品。但这些材料又有着一定的局限性，如猪粪的水分含量高导致热解炭化极其耗能而增加成本；牡蛎壳热解过程中不会产生生物质气也增加了热解成本，而秸秆和稻壳的重金属钝化性能略差等。
这些已有的认识让我们产生新的设想，即如果将这些废弃生物质进行共热解炭化是否可以得到养分多元、结构优良、有机质丰富生物质基材料从而强化重金属吸附钝化性能、改善土壤结构与肥力，提升作物产量和品质。同时，不同热值的生物质材料互配也可能实现热解过程中能量的平衡和自循环。
基于这些假设，我们开展了本项研究。研究内容包括：分析了共热解过程中可燃气热值；比较了生物质单独热解与共热解产物性质；采用盆栽试验研究了不同生物质炭、共热解炭、石灰对土壤镉铅钝化及降低作物吸收的效果。研究的结果表明：1）共热解过程中可燃气热值得到显著提升；2）不同生物质炭的施用效果对比发现猪粪炭增产效果最优，而共热解炭重金属钝化效果最佳，且均好于石灰处理；3）石灰处理重金属钝化效果较好，但作物产量和品质最差，土壤微生物生物量最低。结论，我们的研究认为共热解技术制备的生物质炭可在低施用量下（0.5%）实现不同生物质特性的“优势互补”，极大提升了重金属钝化性能又有利于提升土壤-作物系统健康。

生物质废弃物,生物质炭,重金属钝化