改性风化煤负载微生物制备重金属钝化材料及应用技术规程-编制说明

团体标准

T/CSERXXX-2023

改性风化煤负载微生物制备重金属

钝化材料及应用技术规程

编制说明

中关村众信土壤修复产业技术创新联盟发布

《改性风化煤负载微生物制备重金属钝化材料及

应用技术规程》编制说明

一、工作简况

包括任务来源、协作单位、中关村众信土壤修复产业

技术创新联盟团体标准（以下简称：土盟团体标准）主要

起草人及其所做的工作等；

重金属造成的环境污染已成为全球性重要问题之一。重金属污染具有隐蔽

性、蓄积性和不可逆性的特点。据报道，在2000-2015年期间对全国0.924×108

hm2耕地土壤重金属污染状况进行了调查，重金属超标耕地点位占8.2%，以

Pb、Cd、Ni、As等为主。

土壤重金属污染修复技术主要包括物理、化学和生物修复技术三大类。与

传统物理、化学修复技术相比，生物修复技术，尤其微生物修复具有操作简

单、成本低、环境扰动少、无二次污染特点，在土壤污染治理领域，特别是土

壤重金属污染原位治理方面，受到越来越多的关注。微生物修复技术是利用具

有特殊功效的微生物的生命代谢活动，降低或消除重金属毒性，达到良好的修

复效果。但微生物存在颗粒小、密度低、机械强度差、在环境中存活能力差等

技术缺陷，限制了其在环境污染治理中的广泛应用。固定化微生物技术是指利

用物理或化学技术手段，在保证微生物密度与活性的条件下，将微生物固定于

载体内以降低极端污染环境的胁迫，促进微生物的迅速繁殖，提高微生物的修

复效果。

风化煤是矿区中地表或浅层煤炭经过风化作用形成。风化煤资源在中国分

布广、储量大，据统计总储量已达亿吨，特别是山西、新疆、内蒙古等省区储

量丰富。经风化后，风化煤性质与一般煤炭相比发生了较大的变化，但风化煤

中含有丰富的再生腐植酸，并富含活性含氧官能团，如羟基、酚羟基、醌基、

醇羟基等，受到广大学者们的关注。大量的风化煤以废弃物的形式进入环境，

不仅带来固废污染，也会造成资源浪费，因此将风化煤资源化是固废处理的重

1

要研究课题。目前，关于风化煤的利用多用于修复土壤、制作腐植酸肥料等方

面，即利用风化煤中腐植酸来生产腐植酸肥料用于改善土壤结构、提升土壤肥

力，而将风化煤用于重金属修复鲜见报道。

国家2016年发布《土壤污染防治行动计划》（土十条），重点强调我国耕

地重金属污染防治的重要性，同时也制定了一系列重金属方面的相关规范和标

准，如《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法》（GB/T22105）、

《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）

等，这些均为重金属污染治理与修复提供了有力的技术支撑。因此，提出《钝

化重金属的微生物修复材料风化煤为载体》对于促进微生物修复技术发展，推

动风化煤资源化利用，加快土壤污染治理，推进我国绿水青山战略建设显得尤

为重要。对于煤基负载微生物制备重金属钝化材料并没有具体明确的技术要

求。因此，本规范的编制是对已有土壤修复剂领域规范的有效补充。2022年6

月中关村众信土壤修复产业技术创新联盟团体标准化委员会以团体标准的形

式，下达了制定《改性风化煤负载微生物制备重金属钝化材料及应用技术规

程》团体标准的任务。

《改性风化煤负载微生物制备重金属钝化材料及应用技术规程》团体标准由

山西农业大学提出，由山西农业大学、中国矿业大学（北京）、云南农业大

学、山西大地民基生态环境股份有限公司、安庆梅初环保科技有限公司、山西

正丰农牧有限公司负责起草。

二、工作主要过程

在接到中关村众信土壤修复产业技术创新联盟下达的《钝化重金属的微生

物修复材料风化煤为载体》团体标准编制计划后，由山西农业大学、中国矿业

大学（北京）、云南农业大学、山西大地民基生态环境股份有限公司、安庆梅

初环保科技有限公司、山西正丰农牧有限公司抽调专业技术人员组成了《改性

风化煤负载微生物制备重金属钝化材料及应用技术规程》标准起草组，开展本

标准制定的各项工作，并先后召开两次工作组会议和一次会议征求意见，就标

准制定、试验方法等技术内容进行研讨。

2

2022年6月20日，向标委会提交了本项目联络人信息（姓名、电话/手

机、邮箱），项目立项申请。

2022年9月，中关村众信土壤修复产业技术创新联盟确认项目立项。

2022年11月，标准起草小组查阅了国内外的相关标准和文献，展开调查

和咨询，结合前期研究、试验结果，对标准的框架和内容进行了认真讨论，确

定标准大纲。

2022年12月，标准起草组提交了本标准起草工作方案（电子版）。

2023年2月中旬，标准起草组编制完成标准征求意见稿和编制说明，形成

初步文稿。

2023年3-4月，标准起草组对标准初稿内容反复征求意见，标准初稿、征

求意见稿、编制说明经历多次专家征询、标准起草工作组内部会议修订。共发

送发送征求意见稿6个；收到征求意见稿6个；有意见或建议的18条。意见汇

总处理表见附表1。

2023年5月，对征询的意见进行汇总，标准起草工作组采纳专家组意见，

并对该标准征求意见稿修订完善，最终形成报批稿。

标准起草组主要工作人员及分工如下：

组长：郜春花

副组长：李建华、黄占斌

组员：卢晋晶、陈潇晶、焦子乐、张乃明、王继宇、孙慧群、赵江民

三、确定土盟团体标准主要技术内容（如技术指标、

参数、公式、性能要求、实验方法、检验规则等）的论据

（包括试验、统计数据）；

3.1技术指标确定

3

确定依据：通过对风化煤负载微生物材料的分析和现行土壤调理剂、微生

物菌剂标准的要求，涉及有效活菌数、腐植酸含量，液相铅/镉离子吸附容量、

pH、水分含量、细度、保质期，以及限制指标汞、砷、镉、铅、铬，综合各指

标，本标准在参考现行标准的基础上确定材料技术和限制指标。

微生物修复材料的核心是目标微生物，目标微生物生通过生命代谢活动，

将重金属吸附于细胞膜或吞噬于细胞内，降低或消除重金属毒性，达到良好的

修复效果。因此，有效活菌数是保证微生物修复材料的关键，结合研究试验以

及国家、行业标准，主要包括GB20287农用微生物菌剂、NY/T798复合微生

物肥料和NY/T884生物有机肥对活菌数的要求，本标准《改性风化煤负载微生

物制备重金属钝化材料及应用技术规程》中功能微生物的有效活菌数≥1.0亿

/g。

由于本技术规程主要规定了以风化煤为主要原料的钝化重金属的微生物修

复材料，风化煤除了作为固定化载体为微生物提供保护外，还贡献了丰富的腐

植酸，促进材料对重金属的钝化稳定化，腐植酸主要特点有：（1）缩合程度和

碳含量较低，分子量小，渗透力更强；（2）羧基和羟基等活性基团含量更丰

富，同时还含有一定数量的氨基酸以及多种其他生理活性组分，生理活性和化

学活性更强；（3）絮凝极限高，缓冲容量大。因此，重金属修复材料的主要检

测指标中，腐植酸含量是必不可少的。

本技术规定的以风化煤为主要原料的钝化重金属的微生物修复材料，主要

针对的是铅、镉的钝化稳定化，因此要保证材料的修复效果，液相铅/镉离子吸

附容量也是重金属钝化修复材料的重要指标。

本材料为一种微生物修复材料，微生物的生长需要适宜的pH、水分，也具

有一定的活性保存期，根据NY/T798复合微生物肥料和NY/T884生物有机肥

对pH、水分和保质期的要求，本标准《改性风化煤负载微生物制备重金属钝化

材料及应用技术规程》中pH的范围为5.5～8.5，水分含量≤20，保质期为≥6个

月。

3.2技术指标说明

4

3.2.1技术先进性

（1）重金属微生物修复剂充分利用钝化重金属的功能微生物和具有良好吸

附性能的改性风化煤载体，既实现了以废治污，也实现了微生物菌株功能最大

化，该修复材料进入土壤不仅可以有效钝化重金属，还改善了土壤性质，增加

了产量。

（2）微生物修复材料的施用，促进了高效钝化重金属的微生物菌株的定

植，提高了微生物在土壤中的活性，保证了土壤修复的可持续性。

（3）所使用修复材料具有极低的重金属限制指标，不会造成土壤二次污

染，具有良好的生态安全性和环保性。

3.2.2技术指标

表1技术指标

项目限值

活菌数（cfu），亿/g≥1.0

腐植酸含量（以烘干基计），%≥20

液相铅离子吸附容量，mg/g≥300

液相镉离子吸附容量，mg/g≥120

pH（1∶2.5m/v）5.5～8.5

水分（H2O）含量，%≤20

细度，目≤200

保质期，月≥6

表2限量指标

项目限值

汞（Hg）（以元素计），mg/kg≤2

砷（As）（以元素计），mg/kg≤10

5

镉（Cd）（以元素计），mg/kg≤3

铅（Pb）（以元素计），mg/kg≤50

铬（Cr）（以元素计），mg/kg≤50

3.2.3性能参数与总体要求

（1）风化煤及菌株性质

本实验使用的高效钝化铅的菌株筛选自山西省太原市重金属污染场地，鉴

定为EnterobacterLudwig（CCTCCM2018095），菌株的Pb2+吸附量为67

mg/g，耐受性高达2000mg/L。

风化煤采自山西省交口县永兴煤矿，将其研磨、过筛（＜75μm）后作为载

体原料。该风化煤的Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Ni、Zn等重金属含量均低于相应

的风险筛选值；并且腐植酸含量大于30%，活性官能团丰富。

（2）风化煤固定化微生物修复剂的制备

采用超声交联的方法改性风化煤。在5g干燥风化煤中加入40mL的去离

子水，调节体系pH=5，乙烯胺加入量为520mL/kg风化煤，350W超声震荡65

min，反复清洗固相至上清液呈中性，干燥后得到固定化载体。

采用吸附固定化法进行风化煤固定化微生物材料的合成。设置菌悬液与

JK-B的比例，在JK-B中接入一定量（OD600=2.54）的菌悬液，于摇床中固定

化后（恒温摇床，BSD-YF2200，博讯，中国），离心弃上清液，用生理盐水清

洗下层沉淀部分去除多余菌体，离心所得固体即为风化煤固定化微生物材料，

包装、抽检合格后即可出库，制备流程图如下。

6

图1修复剂制备流程图

四、应用效果

4.1微生物修复材料对污染水体的修复效果

4.1.1吸附条件对材料吸附性能的影响

在铅浓度固定为200mg/L、溶液pH=4、吸附时间为24h的条件下，研究

了材料用量对铅吸附的影响。如图2A所示，当材料用量在0.2~0.6g/L时，其

7

单位铅吸附量逐渐减小，溶液铅去除率逐渐提高；当材料用量为0.4g/L，其单

位铅吸附量和去除率均处于较高的水平。材料用量增大提供了大量的吸附位

点，去除率显著提高；添加更多材料时，单位吸附量降低是因为材料活性位点

的重叠减少了吸附面积，增加了材料与铅之间的扩散路径。因此，材料用量为

0.4g/L时能保证材料的单位吸附量和去除率最大化。

如图2B所示，当溶液初始pH在2~5时，随pH的增加，材料的铅吸附量

总体呈先增后减的趋势。溶液pH=2时，大量的H+富集增加了与铅吸附位点的

竞争，限制了材料与铅的结合，单位吸附量和溶液铅去除率小；溶液pH＞2

时，更多带有负电荷的配体暴露在材料表面，带正电荷的铅占据了更多的自由

结合位点，吸附性能增强，单位吸附量和去除率迅速增加，且在pH=4时达到

最大值；溶液pH>4时，不溶性金属氢氧化物的沉淀限制了真正的生物吸附容

量，单位吸附量略有下降。因此，设定溶液初始pH=4进行后续实验。

图2吸附条件对材料单位吸附量和去除率的影响

如图2C所示，在0~12h之内，单位铅吸附量与去除率迅速升高，在12h

之后逐渐达到吸附平衡。这是因为在吸附反应早期材料提供较多的吸附位点，

8

且溶液中含有大量的铅，吸附速率较快，在12h之后，吸附位点被占据且铅离

子含量减少，吸附速率降低并趋于吸附平衡。因此，优化后材料的最适吸附时

间为12h。

如图2D所示，在100~600mg/L范围内，随着铅溶液浓度的增加，单位铅

离子吸附量显著提高；去除率呈现先增后减的趋势，且在浓度为200mg/L时，

去除效果最好。溶液浓度增大提供了的大量的吸附质，单位材料的铅吸附量增

大。但当溶液浓度大于200mg/L时，大量的铅争夺固定数量的吸附位点，去除

率较低。因此，材料的最适吸附浓度为200mg/L。

4.1.2吸附动力学分析

在Pb2+浓度固定为200mg/L、材料用量为0.4g/L、溶液初始pH=4的条件

下，研究了吸附时间对Pb2+吸附的影响。采用拟一级、拟二级模型对实验数据

进行拟合揭示JK-BW的吸附特征，拟合模型及参数见图3A和表3。拟二级动

力学模型的R2高于拟一级动力学拟合结果，表明拟二级动力学模型可以更好地

揭示Pb2+在JK-BW上的吸附，说明材料对Pb2+的吸附以化学吸附为主。

图3吸附动力学分析：拟一阶动力学模型、拟二阶动力学模型(A)和颗粒内扩散模型(B)

为了进一步探索Pb2+的吸附过程，采用颗粒内扩散模型对数据进行拟合。

如图3B所示，JK-BW的Pb2+吸附量与t1/2在整个时间范围内可用两条不同斜率的

直线拟合，且不通过原点，表明吸附过程不受单一扩散因子的影响。第一阶段

为开始的2h，约有291.73mg/g（占饱和吸附量达的90.59%）Pb2+被JK-BW吸

附，第二阶段发生在2h之后，约有10%的Pb2+被吸附到JK-BW上，并且到达吸

9

附平衡。由表4中的颗粒内扩散参数可知，两阶段的斜率常数KⅠ>KⅡ。据此可将

JK-BW对Pb2+的吸附分为快慢两阶段，即Pb2+先从溶液向JK-BW表层迅速转移，

占据大量吸附位点，随后较慢的相互作用归因于Pb2+的颗粒内扩散。

表3Pb2+在JK-BW上的吸附动力学参数

Pseudo-firstordermodelPseudo-secondordermodel

Sample

-12-12

K1(h)qe(mg/g)RK2(h)qe(mg/g)R

JK-BW1.816303.970.9399.628326.40.999

表4Pb2+在JK-BW上的颗粒扩散模型参数

Weber-Morrisintraparticlediffusionmodel

Sample

0.52

K3(mg/(g∙h)C（mg/g）R

Ⅰ94.07139.010.99

Ⅱ5.38296.780.91

4.1.3等温吸附与吸附热力学

在吸附剂用量为0.4g/L、溶液初始pH=4、吸附时间为24h的条件下，研

究了溶液初始浓度和温度对Pb2+吸附的影响。根据Langmuir和Freundlich等温

线模型，对实验结果进一步拟合。其拟合曲线和参数分别见图4A和表5。

从表中的相关系数R2可知，Langmuir模型在不同的温度条件下对实验数据

的拟合度均高于Freundlich模型（R12adj>R22adj），说明JK-BW具有均匀的

表面和吸附位点，且Pb2+以单分子层形式吸附于JK-BW上。根据Langmuir吸

附常数按照公式计算出平衡参数RL，JK-BW在不同浓度下（100mg/L~600

mg/L）的RL值均介于0~1之间，表明在不同温度条件，材料对Pb2+的吸附都

是有利的。由Langmuir模型计算出材料的最大吸附能力为338mg/g，与之前报

道的Pb2+吸附材料相比处于较高的水平，表明所制备的JK-BW对Pb2+具有优异

的吸附性能。

10

热力学研究结果及相关参数如图4B和表6所示。在不同的温度条件下均有

∆G<0，表明吸附反应可以自发进行，随着温度的升高|∆G|增大，反应的自发性

与温度呈正相关；∆H>0，进一步说明JK-BW对Pb2+吸附过程是吸热的，升温

有利于反应的进行；∆S＞0说明反应朝熵增方向进行，这是因为JK-BW吸附

Pb2+时，Pb2+从本体溶液向外转移，导致熵增加。综上所述，热力学分析结果表

明，Pb2+在材料上的吸附是高温下的自发反应，温度升高促进反应的发生。

图4等温吸附与吸附热力学分析：Langmuir和Freundlich模型拟合(A)；温度对平衡常

数的影响(B)

表5等温吸附模型常数

TLangmuirmodelFreundlichmodel

SampleRL

(1-

2KF(mg2

(K)qm(mg/g)KL(L/mg)R1nR2

n)⋅Ln/g)

288303.50.0570.997206.517.680.9740<RL<1

JK-BW298319.70.0430.998195.113.810.9750<RL<1

308338.90.0400.997197.312.610.9870<RL<1

表6Pb2+在JK-BW的吸附热力学参数

SampleT∆G（KJ/mol）∆H（KJ/mol）∆S（KJ/mol∙K）

288-26.164

JK-BW298-26.48611.6430.050

308-27.176

4.2微生物修复材料对铅污染土壤的修复效果

11

试验在铅浓度为200mg/kg、500mg/kg和1000mg/kg的土壤中，采用盆栽

的方式种植小油菜，试验设对照组（Pb200、Pb500和Pb1000）和添加钝化重

金属的微生物修复材料处理组（Pb200+HF、Pb500+HF、Pb1000+HF），200

mg/kg的土壤中修复材料的添加量为1%，500mg/kg的土壤中修复材料的添加

量为3%，1000mg/kg的土壤中修复材料的添加量为5%。

4.2.1修复材料对不同铅浓度油菜生物量的影响

修复材料对油菜生长指标的影响见表7，在铅含量为200mg/kg、500

mg/kg和1000mg/kg的土壤中添加修复剂后，油菜的叶绿素含量、叶片数和株

高都发生明显改善，对叶绿素的提高率分别为3.03%、3.29%和2.25%，对叶片

数的提高率分别为9.42%、11.20%和39.77%，对株高分别提高了15.91%、

20.15%和34.54%。

表7修复材料对铅污染土壤中油菜生长指标的影响

处理叶绿素(SPAD)叶片数(片)株高(cm)

Pb20053.78±0.38b15.33±0.33b14.67±0.59b

Pb200+HF55.41±0.81a16.78±0.29a17±0.69a

（%）3.039.4215.91

Pb50049.15±0.58d13.89±0.29c14.33±0.51b

Pb500+HF50.77±0.88c15.44±0.11b17.22±0.11a

（%）3.2911.2020.15

Pb100049.04±0.31d9.78±0.29d10.78±0.11c

Pb1000+HF50.15±0.43c13.67±0.84c14.5±0.10b

（%）2.2539.7734.54

修复材料对油菜生物量的影响见表8，在铅含量为200mg/kg、500mg/kg

和1000mg/kg的土壤中添加修复剂后，地上部干重较对照分别提高12.42%、

81.99%和67.63%，地下部干重较对照分别提高18.01%、63.25%和66.97%。

表8修复材料对污染土壤油菜生物量的影响

12

地上部鲜重地下部鲜重地上部干重地下部干重

处理

(g/盆)(g/盆)(g/盆)(g/盆)

Pb200112.67±1.93c6.73±0.21b12.94±0.82b0.91±0.08b

Pb200+HF157.37±2.21a9.46±0.12a13.79±0.28a1.07±0.06a

（%）39.6728.8512.4218.01

Pb500103.27±3.26d4.91±0.13d6.92±0.45d0.55±0.01c

Pb500+HF122.97±0.17b5.42±0.26c12.6±0.22b0.9±0.07b

（%）19.089.2981.9963.25

Pb100039.89±1.02f2.11±0.34e5.21±0.43e0.36±0.03d

Pb1000+HF87.91±3.12e5.27±0.45cd8.73±0.88c0.60±0.07c

（%）120.3659.8467.6366.97

4.2.2修复材料对不同铅浓度土壤有效态铅含量的影响

图5修复材料对不同铅浓度土壤有效态铅含量的影响

由图5可以看到，在铅浓度为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤

中添加修复材料，土壤有效态铅得到有效钝化，有效态铅含量分别降低了

42%、58.8%和57.5%。

4.2.3修复材料对不同铅浓度各形态铅含量的影响

13

图6修复材料对不同铅浓度土壤各形态铅含量的影响

由图6可发现在添加修复材料后降低了可交换态、碳酸结合态、铁锰氧化

物态的比例，增大了有机质结合态、残渣态的比例。在铅浓度为200mg/kg、

500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添加修复材料，有机质结合态的比例提高了

11%-13%，残渣态的比例提高了40%-137%。

4.2.4修复材料对不同铅浓度油菜各部位铅含量的影响

图7修复材料对不同铅浓度油菜地上部铅含量的影响

由图7、图8、可知，在铅浓度为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土

壤中添加修复材料，添加修复材料后可显著降低铅在植物油菜内的富集，可以

使油菜地上部的铅含量降低42%~59%之间，地下部铅含量降低降低34%~45%

14

之间。

图8修复材料对不同铅浓度油菜地下部铅含量的影响

4.2.5修复材料对污染土壤酶活性的影响

图9修复材料对污染土壤过氧化氢酶活性的影响

由图9可知，在铅浓度为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添

加修复材料，有效增加了土壤蔗糖酶活性，提高率分别为25.00%、19.75%、

15.94%。且修复前后达显著性差异（P<0.05）。

15

图10修复材料对污染土壤蔗糖酶活性的影响

由图10可知，不同铅浓度下的土壤磷酸酶活性差异不显著，铅浓度为200

mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添加修复材料后，显著提高了油菜根

区土壤中磷酸酶活性，其增幅为16.11%～25.64%。

图11修复材料对污染土壤磷酸酶活性的影响

由图11、图12图4.9可知，添加修复材料增加油菜根区土壤中脲酶活性，

其增率为36.28%～42.03%，在铅含量为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg时

添加修复材料前后差异达显著水平。

16

图12修复材料对污染土壤脲酶活性的影响

4.2.6修复材料对污染土壤微生物的影响

由表9可知，油菜根区土壤微生物数量：细菌>放线菌>真菌，随着铅浓度

的提高，油菜根区土壤微生物数量逐渐降低。添加修复材料后细菌含量大幅度

提高，在铅含量为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg时添加修复材料，细菌含

量分别提高124.45%、120.2%和127.98%，真菌含量分别提高40%、24.35%和

23.67%，放线菌含量分别提高7.32%、8.78%和14.29%。

表9修复材料对污染土壤微生物区系的影响

处理细菌（×105cfu/g)真菌（×102cfu/g)放线菌（×104cfu/g)

Pb20018.27±2.93c15.00±1.15d41.33±0.73b

Pb200+HF41.00±2.08a21.00±1.53c44.00±3.06a

（%）124.45407.32

Pb50020.13±0.80c20.67±1.45c41.67±0.88b

Pb500+HF44.33±3.67a25.33±1.76a45.33±1.91a

（%）120.224.358.78

Pb100014.33±2.03d18.33±1.45c35.00±1.73c

Pb1000+HF32.67±2.19b22.67±0.67b40.00±1.15b

（%）127.9823.6714.29

微生物多样性指数通过从不同侧面来反应微生物的功能多样性，它能够分

析土壤微生物的群落组成的个体分布情况，结果如表10。McIntosh指数越大，

17

说明群落均匀性越好。在铅含量为200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg时添加修

复材料，McIntosh指数均比CK组增大，说明加入修复剂后，增加土壤微生物

群落的均匀性。Simpson指数越大，说明群落多样性越好。修复材料组较CK

组，Simpson指数分别增加2.43%、2.89%、6.16%。Shannon均匀度指数越大，

说明群落越均一，种类之间个体分布越均匀。加入修复材料后，Shannon均匀

度数值低于对照组，降低了土壤微生物的均匀度，说明微生物修复材料的进入

出现了优势菌株。碳源利用丰富度指数越大，说明微生物可利用碳源越多，多

样性越好。加入修复材料，碳源丰富度指数分别较对照组增加18.61%、

12.27%、11.27%。

表10修复材料对污染土壤微生物多样性的影响

McIntosh指数碳源利用丰富度

处理simpson指数Shannon均匀度

(H')指数（s）

Pb2006.03±0.79d2.88±0.01b0.91±0.02bc19.67±0.33c

Pb200+HF7.51±0.27c2.95±0.08b0.84±0.00f23.33±0.88ab

（%）24.542.43-0.7718.61

Pb5008.40±0.50b3.02±0.03ab0.91±0.01bc21.67±0.88abc

Pb500+HF8.77±0.02a3.11±0.01a0.89±0.01cde24.33±0.67a

（%）4.42.98-0.2212.27

Pb10007.25±0.30c2.92±0.03ab0.96±0.01a20.67±0.88bc

Pb1000+HF8.20±0.31b3.10±0.01ab0.86±0.01ef23.00±0.58ab

（%）13.16.16-0.1111.27

4.3微生物修复材料对镉污染土壤的修复效果

微生物修复材料能够有效促进油菜和龙葵的生长及对镉的富集量，进而降

低土壤中镉的含量和毒性，同时可以提高作物的产量和品质，该研究结果可为

重金属污染土壤的修复技术提供理论依据。以下从试验示范中筛选出油菜和龙

葵种植土壤修复的的试验结果作为示范例。

18

本试验选取了由团队所筛选的具有吸附镉功能菌株以及该菌株与改性风化

煤复合制备的微生物材料。微生物修复材料指标，有机物总量87%，有机质含

量79%，易氧化有机质含量36%，生物腐植酸23%，pH值6.9，水分（H2O）

的质量分数8%，汞<0.02mg/kg，砷<0.1mg/kg，镉<0.04mg/kg，铅<0.3mg/kg，

铬<6mg/kg。试验以重金属Cd老化土为基质，用盆栽的方式种植油菜和龙葵，

地点位于山西省农业科学院温室大棚。试验用塑料盆钵，每盆装风干土2kg，1

g复合肥作为基肥。设有6个处理，3次重复，盆栽随机排列。同时设置不种作

物的模拟实验作为对照，试验处理如下表11。

表11盆栽试验设计

处理Cd浓度（mg/kg）微生物修复材料添加量

（%）

10.60

20.61

32.00

42.03

54.00

64.05

4.3.1不同试验处理对对作物干重的影响

种植的作物生物量在评价土壤质量方面可以作为最直观的最可靠的指标。

因此该指标在评价微生物-植物联合修复Cd污染土壤可行性十分重要。对油菜

和龙葵收获后的干重结果分析可见图13。不同镉污染浓度下，微生物修复材料

的施用均对油菜和龙葵二者的生长均有不同程度的促进作用，并且在生长期内

植物并没有表现出发黄枯萎等受害症状，这说明微生物修复材料的添加不会影

响作物的正常生长。

19

图13微生物修复材料对作物生长的影响

从图13可知，对于油菜而言，3个镉浓度下微生物修复材料的添加均可以

显著增加油菜地上部和地下部的干重。与对照相比，植株的生物量涨幅最大达

到油菜17.9%，龙葵38.1%。其中Cd4.0处理下微生物修复材料效果最佳，与对

照相比达到极显著水平（p﹤0.01）。与地上部相比，菌株对地下部根的生长作

用更显著。对于龙葵而言，Cd4.0处理下的生物量明显低于Cd0.6、Cd2.0处

理，表明高浓度的镉污染对龙葵生长产生了抑制效应，破坏了原有环境中微生

物的群落结构，影响龙葵的生长。微生物修复材料的施用可以缓解镉对龙葵生

20

长的抑制效应。与对照相比，龙葵各部位的生物量均增加显著，尤其叶片干重

增量高达72-81%，达到极显著水平（p﹤0.01）。同样，在镉污染为0.6-

4.0mg/kg范围内，微生物修复材料对于油菜的茎粗和龙葵的株高两个指标都有

显著的改善效果。与对照相比，油菜茎粗提升了7%-10%，龙葵株高增加了

2%-8%。结果均表明抗镉微生物修复材料的添加，减少了Cd对植物的毒害作

用，起到了一定的修复作用。

4.3.2对作物吸附镉的影响

植物对镉的富集情况可用来分析微生物材料的修复效果。为了研究不同镉

污染程度下植物对土壤Cd的积累和富集程度，在收获时所采集的作物地上部

和地下部镉含量进行测定分析。

从图14可知，3种微生物修复材料施用量均不同程度地促进了Cd向油菜

的富集。与对照相比，油菜地上部镉浓度最大增加了45.3%，地上部富集量增

加了31.6%。Cd0.6处理与Cd4.0处理相比，油菜地上部镉的迁移比率相对较

高，这是由于在高镉浓度下，微生物修复材料施用量较大，微生物修复材料中

富含丰富的改性风化煤，由于其强大的吸附作用，使得部分生物有效镉留在土

壤，减少了油菜的吸收和富集。

龙葵与油菜结果正好相反，在改性风化煤提供较为充分的碳源和繁殖场所

的条件下，微生物菌株代谢活动增强，其生命代谢过程中产生的荚膜多糖和低

分子有机酸等多种代谢产物，通过溶解活化土壤中的Cd，将土壤中难溶态Cd

转变为可以通过植物根系吸收的可溶态，从而有助于龙葵的吸附和富集。尤其

是根部和叶子两个部位的富集效果显著，当镉污染浓度为2.0mg/kg时，微生物

修复材料施用后龙葵体内Cd含量与对照相比增加了21%-50.7%，富集量增加

了49.9%，龙葵富集效果已经达到最佳。

21

图14菌株对作物吸附镉的影响

4.3.3对土壤中镉含量的影响

收获时，通过比较两种作物土壤中镉含量的结果，我们可以发现，在植物

本身已经对Cd有一定富集量的前提下，种植作物后的土壤中总镉含量不仅没

有减少，甚至增多，这说明植物根系分泌物使得土壤中难溶的那一部分镉出现

了一定的活化。

微生物修复材料添加处理和对照相比，发现加入材料后油菜土壤中有效镉

含量降低。其中低浓度处理与对照相比，微生物材料施用后镉总量减少了

32%，有效镉含量降低15.8~48.3%，表明低镉浓度下油菜的富集占了优势，这

与前面油菜体内镉含量结果一致。高浓度镉污染下，油菜土壤中总镉含量变化

却不大，风化煤自身对部分形态的镉有较强的钝化作用，降低了其生物有效

性，不易被油菜所吸收。这和前面油菜地上部的富集结果一致。

对于龙葵，在自身富集了一部分镉的前提下，加入微生物修复材料后有效

镉含量均稍有下降，但土壤总镉含量变化幅度不大，说明有少量Cd在菌株的

22

作用下得到活化。同时，在镉污染浓度为2.0mg/kg时，土壤总镉和有效态镉含

量基本达到最低水平，分别比对照组的含量低17.9%和75.3%，说明此时镉向

龙葵迁移量最多。

由此可见，借助外加碳源配合适宜浓度的微生物制剂进行Cd污染土壤的

修复技术，具有一定的实用价值和发展前景。

图15菌株对土壤中镉含量的影响

在Cd胁迫下，施加微生物修复材料对油菜和龙葵有一定的促生作用，能

够一定程度上减少Cd对植物的毒害效应，起到一定的修复作用。3种镉污染级

别下，微生物修复材料施用量均不同程度地促进了Cd向油菜的富集，油菜地

上部富集量增加了31.6%，表明微生物修复材料有效促进了油菜对土壤中镉的

富集。当镉污染浓度为2.0mg/kg时，微生物修复材料施用后龙葵体内Cd含量

与对照相比增加了21%-50.7%，富集量增加了49.9%，龙葵富集效果已经达到

最佳。

五、采用国际标准的程度及水平的简要说明（适用时）

无

六、与现行的法律、法规及国家标准、行业标准的关系

目前我国未见关于钝化重金属微生物修复剂的国家标准或行业标准。本标

准完全符合国家法律、法规的规定和强制性标准的要求。不存在任何与现行法

23

律法规相违背之处。

七、重大分歧意见的解决过程、依据和结果（适用时）

本标准的编写过程无重大分歧。

八、贯彻土盟团体标准的要求和措施建议（包括组织措

施、技术措施、过渡办法等内容）

无

九、标准发行范围建议

本标准适用以风化煤为主要原料，通过一定方法改性后负载钝化重金属

（铅、镉）功能微生物所制成的土壤重金属钝化材料，及其在重金属污染农田

土壤上的使用方法。

十、其它应予说明的事项

无

24

附表1

意见汇总处理表

序号章条编号意见内容提出单位处理意见

1、范围中是否保留“流

1范围北京林业大学范围中删除“流程”

程”？

北京林业大学，

、注意规范性引用文件

章2中国标准化研究修改了规范性引用文件及排序

22的准确引用及排序

院

、检测方法中应有批增加了条组批、取样

章3北京林业大学“6.16.2”

35次、抽样规定

、应有施用时间、用北京林业大学，

章4补充了材料的使用时间和用量

48量。安庆师范大学

泰州新佳源环保

5、核实“表2限量指标”中已修改，“镉（Cd）（以元素计），

5条4.3事务所有限公司

镉（Cd）限值mg/kg≤0.2”

6、建议“图1产品制备流已修改补充、完善了“图1产品制备流

程图”增加对产品合格性泰州新佳源环保程图，增加了对产品合格性判断环

章”

66判断环节，并对不合格产事务所有限公司节，并对不合格产品的处置提出相对

品的处置提出相对应处置应处置程序

程序

、中国标准分类号

7“CCS中国标准化研究

封皮改为已修改中国标准分类号

7Z00”“CCSZ05”院

、校准名称的翻译，技

8“中国标准化研究

封皮术规程通常是已修改了技术规程的翻译

8”“Code院

ofpractice”

、注意前言的标准规范中国标准化研究

前言9已经将前言中的表述进行规范化

9性表述院

范围中的适用范围已修改为本文件

、范围中的适用范围建“

10中国标准化研究适用于场地及农田铅、镉重金属污染

10范围议修改的更为凝练

院土壤修复应用。”

11、表1、表2中首行“指

中国标准化研究

条、标”改为“限值”或“指标要已修改为限值

114.24.3院“”

求”

25

已将制备流程前置到制备生产工

中国标准化研究“4

章、前置到第章之前艺

126124院”

13术语和定义13、条3.2表述不是很准确安庆师范大学已修改条3.2

14、流程图中“营养物质

14产品流程图安庆师范大学已采纳，修改了流程图

应与风化煤结合”

中国矿业大学

术语定义、注意术语的英文翻译已采纳，修改了术语的英文翻译

1515（北京）

16、“检测方法”中应增加中国矿业大学

16章5在“检测方法”中已增加“判定规则”

“判定规则”（北京）

17、使用规范中“土壤含

修改这一表述为适量浇水，使土壤

水量保持在田间持水量的“

17章8云南农业大学含水量达到田间持水量的60%～

60%～70%”的表述不规

范，不应该是保持70%”

18、效果评价中，修复后

采纳建议，效果评价改为修复后的

的农田土壤的重金属含量“

章云南农业大学农田土壤的重金属钝化率达～

189不应该使用有效态含量，30%

建议考核钝化效率50%”

说明：发送征求意见稿6个；收到征求意见稿6个；有意见或建议的18条。

26

目录

一、工作简况...............................................................................................................1

二、工作主要过程.......................................................................................................2

3.1技术指标确定..................................................................................................3

3.2技术指标说明..................................................................................................4

3.2.1技术先进性............................................................................................5

3.2.2技术指标................................................................................................5

3.2.3性能参数与总体要求............................................................................6

四、应用效果...............................................................................................................7