團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSERXXX-2023

改性風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬

鈍化材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

編制說明

中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布

《改性風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬鈍化材料及

應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》編制說明

一、工作簡況

包括任務(wù)來源、協(xié)作單位、中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)

技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱：土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)）主要

起草人及其所做的工作等；

重金屬造成的環(huán)境污染已成為全球性重要問題之一。重金屬污染具有隱蔽

性、蓄積性和不可逆性的特點(diǎn)。據(jù)報道，在2000-2015年期間對全國0.924×108

hm2耕地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行了調(diào)查，重金屬超標(biāo)耕地點(diǎn)位占8.2%，以

Pb、Cd、Ni、As等為主。

土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要包括物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)三大類。與

傳統(tǒng)物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，生物修復(fù)技術(shù)，尤其微生物修復(fù)具有操作簡

單、成本低、環(huán)境擾動少、無二次污染特點(diǎn)，在土壤污染治理領(lǐng)域，特別是土

壤重金屬污染原位治理方面，受到越來越多的關(guān)注。微生物修復(fù)技術(shù)是利用具

有特殊功效的微生物的生命代謝活動，降低或消除重金屬毒性，達(dá)到良好的修

復(fù)效果。但微生物存在顆粒小、密度低、機(jī)械強(qiáng)度差、在環(huán)境中存活能力差等

技術(shù)缺陷，限制了其在環(huán)境污染治理中的廣泛應(yīng)用。固定化微生物技術(shù)是指利

用物理或化學(xué)技術(shù)手段，在保證微生物密度與活性的條件下，將微生物固定于

載體內(nèi)以降低極端污染環(huán)境的脅迫，促進(jìn)微生物的迅速繁殖，提高微生物的修

復(fù)效果。

風(fēng)化煤是礦區(qū)中地表或淺層煤炭經(jīng)過風(fēng)化作用形成。風(fēng)化煤資源在中國分

布廣、儲量大，據(jù)統(tǒng)計總儲量已達(dá)億噸，特別是山西、新疆、內(nèi)蒙古等省區(qū)儲

量豐富。經(jīng)風(fēng)化后，風(fēng)化煤性質(zhì)與一般煤炭相比發(fā)生了較大的變化，但風(fēng)化煤

中含有豐富的再生腐植酸，并富含活性含氧官能團(tuán)，如羥基、酚羥基、醌基、

醇羥基等，受到廣大學(xué)者們的關(guān)注。大量的風(fēng)化煤以廢棄物的形式進(jìn)入環(huán)境，

不僅帶來固廢污染，也會造成資源浪費(fèi)，因此將風(fēng)化煤資源化是固廢處理的重

1

要研究課題。目前，關(guān)于風(fēng)化煤的利用多用于修復(fù)土壤、制作腐植酸肥料等方

面，即利用風(fēng)化煤中腐植酸來生產(chǎn)腐植酸肥料用于改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥

力，而將風(fēng)化煤用于重金屬修復(fù)鮮見報道。

國家2016年發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》（土十條），重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)我國耕

地重金屬污染防治的重要性，同時也制定了一系列重金屬方面的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)

準(zhǔn)，如《土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法》（GB/T22105）、

《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）

等，這些均為重金屬污染治理與修復(fù)提供了有力的技術(shù)支撐。因此，提出《鈍

化重金屬的微生物修復(fù)材料風(fēng)化煤為載體》對于促進(jìn)微生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展，推

動風(fēng)化煤資源化利用，加快土壤污染治理，推進(jìn)我國綠水青山戰(zhàn)略建設(shè)顯得尤

為重要。對于煤基負(fù)載微生物制備重金屬鈍化材料并沒有具體明確的技術(shù)要

求。因此，本規(guī)范的編制是對已有土壤修復(fù)劑領(lǐng)域規(guī)范的有效補(bǔ)充。2022年6

月中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化委員會以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的形

式，下達(dá)了制定《改性風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬鈍化材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)

程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。

《改性風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬鈍化材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)由

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)提出，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、云南農(nóng)業(yè)大

學(xué)、山西大地民基生態(tài)環(huán)境股份有限公司、安慶梅初環(huán)?？萍加邢薰?、山西

正豐農(nóng)牧有限公司負(fù)責(zé)起草。

二、工作主要過程

在接到中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟下達(dá)的《鈍化重金屬的微生

物修復(fù)材料風(fēng)化煤為載體》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制計劃后，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國礦業(yè)

大學(xué)（北京）、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西大地民基生態(tài)環(huán)境股份有限公司、安慶梅

初環(huán)?？萍加邢薰?、山西正豐農(nóng)牧有限公司抽調(diào)專業(yè)技術(shù)人員組成了《改性

風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬鈍化材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)起草組，開展本

標(biāo)準(zhǔn)制定的各項(xiàng)工作，并先后召開兩次工作組會議和一次會議征求意見，就標(biāo)

準(zhǔn)制定、試驗(yàn)方法等技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行研討。

2

2022年6月20日，向標(biāo)委會提交了本項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)人信息（姓名、電話/手

機(jī)、郵箱），項(xiàng)目立項(xiàng)申請。

2022年9月，中關(guān)村眾信土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟確認(rèn)項(xiàng)目立項(xiàng)。

2022年11月，標(biāo)準(zhǔn)起草小組查閱了國內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)，展開調(diào)查

和咨詢，結(jié)合前期研究、試驗(yàn)結(jié)果，對標(biāo)準(zhǔn)的框架和內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真討論，確

定標(biāo)準(zhǔn)大綱。

2022年12月，標(biāo)準(zhǔn)起草組提交了本標(biāo)準(zhǔn)起草工作方案（電子版）。

2023年2月中旬，標(biāo)準(zhǔn)起草組編制完成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿和編制說明，形成

初步文稿。

2023年3-4月，標(biāo)準(zhǔn)起草組對標(biāo)準(zhǔn)初稿內(nèi)容反復(fù)征求意見，標(biāo)準(zhǔn)初稿、征

求意見稿、編制說明經(jīng)歷多次專家征詢、標(biāo)準(zhǔn)起草工作組內(nèi)部會議修訂。共發(fā)

送發(fā)送征求意見稿6個；收到征求意見稿6個；有意見或建議的18條。意見匯

總處理表見附表1。

2023年5月，對征詢的意見進(jìn)行匯總，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組采納專家組意見，

并對該標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿修訂完善，最終形成報批稿。

標(biāo)準(zhǔn)起草組主要工作人員及分工如下：

組長：郜春花

副組長：李建華、黃占斌

組員：盧晉晶、陳瀟晶、焦子樂、張乃明、王繼宇、孫慧群、趙江民

三、確定土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容（如技術(shù)指標(biāo)、

參數(shù)、公式、性能要求、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）的論據(jù)

（包括試驗(yàn)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)）；

3.1技術(shù)指標(biāo)確定

3

確定依據(jù)：通過對風(fēng)化煤負(fù)載微生物材料的分析和現(xiàn)行土壤調(diào)理劑、微生

物菌劑標(biāo)準(zhǔn)的要求，涉及有效活菌數(shù)、腐植酸含量，液相鉛/鎘離子吸附容量、

pH、水分含量、細(xì)度、保質(zhì)期，以及限制指標(biāo)汞、砷、鎘、鉛、鉻，綜合各指

標(biāo)，本標(biāo)準(zhǔn)在參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上確定材料技術(shù)和限制指標(biāo)。

微生物修復(fù)材料的核心是目標(biāo)微生物，目標(biāo)微生物生通過生命代謝活動，

將重金屬吸附于細(xì)胞膜或吞噬于細(xì)胞內(nèi)，降低或消除重金屬毒性，達(dá)到良好的

修復(fù)效果。因此，有效活菌數(shù)是保證微生物修復(fù)材料的關(guān)鍵，結(jié)合研究試驗(yàn)以

及國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括GB20287農(nóng)用微生物菌劑、NY/T798復(fù)合微生

物肥料和NY/T884生物有機(jī)肥對活菌數(shù)的要求，本標(biāo)準(zhǔn)《改性風(fēng)化煤負(fù)載微生

物制備重金屬鈍化材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中功能微生物的有效活菌數(shù)≥1.0億

/g。

由于本技術(shù)規(guī)程主要規(guī)定了以風(fēng)化煤為主要原料的鈍化重金屬的微生物修

復(fù)材料，風(fēng)化煤除了作為固定化載體為微生物提供保護(hù)外，還貢獻(xiàn)了豐富的腐

植酸，促進(jìn)材料對重金屬的鈍化穩(wěn)定化，腐植酸主要特點(diǎn)有：（1）縮合程度和

碳含量較低，分子量小，滲透力更強(qiáng)；（2）羧基和羥基等活性基團(tuán)含量更豐

富，同時還含有一定數(shù)量的氨基酸以及多種其他生理活性組分，生理活性和化

學(xué)活性更強(qiáng)；（3）絮凝極限高，緩沖容量大。因此，重金屬修復(fù)材料的主要檢

測指標(biāo)中，腐植酸含量是必不可少的。

本技術(shù)規(guī)定的以風(fēng)化煤為主要原料的鈍化重金屬的微生物修復(fù)材料，主要

針對的是鉛、鎘的鈍化穩(wěn)定化，因此要保證材料的修復(fù)效果，液相鉛/鎘離子吸

附容量也是重金屬鈍化修復(fù)材料的重要指標(biāo)。

本材料為一種微生物修復(fù)材料，微生物的生長需要適宜的pH、水分，也具

有一定的活性保存期，根據(jù)NY/T798復(fù)合微生物肥料和NY/T884生物有機(jī)肥

對pH、水分和保質(zhì)期的要求，本標(biāo)準(zhǔn)《改性風(fēng)化煤負(fù)載微生物制備重金屬鈍化

材料及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中pH的范圍為5.5～8.5，水分含量≤20，保質(zhì)期為≥6個

月。

3.2技術(shù)指標(biāo)說明

4

3.2.1技術(shù)先進(jìn)性

（1）重金屬微生物修復(fù)劑充分利用鈍化重金屬的功能微生物和具有良好吸

附性能的改性風(fēng)化煤載體，既實(shí)現(xiàn)了以廢治污，也實(shí)現(xiàn)了微生物菌株功能最大

化，該修復(fù)材料進(jìn)入土壤不僅可以有效鈍化重金屬，還改善了土壤性質(zhì)，增加

了產(chǎn)量。

（2）微生物修復(fù)材料的施用，促進(jìn)了高效鈍化重金屬的微生物菌株的定

植，提高了微生物在土壤中的活性，保證了土壤修復(fù)的可持續(xù)性。

（3）所使用修復(fù)材料具有極低的重金屬限制指標(biāo)，不會造成土壤二次污

染，具有良好的生態(tài)安全性和環(huán)保性。

3.2.2技術(shù)指標(biāo)

表1技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目限值

活菌數(shù)（cfu），億/g≥1.0

腐植酸含量（以烘干基計），%≥20

液相鉛離子吸附容量，mg/g≥300

液相鎘離子吸附容量，mg/g≥120

pH（1∶2.5m/v）5.5～8.5

水分（H2O）含量，%≤20

細(xì)度，目≤200

保質(zhì)期，月≥6

表2限量指標(biāo)

項(xiàng)目限值

汞（Hg）（以元素計），mg/kg≤2

砷（As）（以元素計），mg/kg≤10

5

鎘（Cd）（以元素計），mg/kg≤3

鉛（Pb）（以元素計），mg/kg≤50

鉻（Cr）（以元素計），mg/kg≤50

3.2.3性能參數(shù)與總體要求

（1）風(fēng)化煤及菌株性質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)使用的高效鈍化鉛的菌株篩選自山西省太原市重金屬污染場地，鑒

定為EnterobacterLudwig（CCTCCM2018095），菌株的Pb2+吸附量為67

mg/g，耐受性高達(dá)2000mg/L。

風(fēng)化煤采自山西省交口縣永興煤礦，將其研磨、過篩（＜75μm）后作為載

體原料。該風(fēng)化煤的Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Ni、Zn等重金屬含量均低于相應(yīng)

的風(fēng)險篩選值；并且腐植酸含量大于30%，活性官能團(tuán)豐富。

（2）風(fēng)化煤固定化微生物修復(fù)劑的制備

采用超聲交聯(lián)的方法改性風(fēng)化煤。在5g干燥風(fēng)化煤中加入40mL的去離

子水，調(diào)節(jié)體系pH=5，乙烯胺加入量為520mL/kg風(fēng)化煤，350W超聲震蕩65

min，反復(fù)清洗固相至上清液呈中性，干燥后得到固定化載體。

采用吸附固定化法進(jìn)行風(fēng)化煤固定化微生物材料的合成。設(shè)置菌懸液與

JK-B的比例，在JK-B中接入一定量（OD600=2.54）的菌懸液，于搖床中固定

化后（恒溫?fù)u床，BSD-YF2200，博訊，中國），離心棄上清液，用生理鹽水清

洗下層沉淀部分去除多余菌體，離心所得固體即為風(fēng)化煤固定化微生物材料，

包裝、抽檢合格后即可出庫，制備流程圖如下。

6

圖1修復(fù)劑制備流程圖

四、應(yīng)用效果

4.1微生物修復(fù)材料對污染水體的修復(fù)效果

4.1.1吸附條件對材料吸附性能的影響

在鉛濃度固定為200mg/L、溶液pH=4、吸附時間為24h的條件下，研究

了材料用量對鉛吸附的影響。如圖2A所示，當(dāng)材料用量在0.2~0.6g/L時，其

7

單位鉛吸附量逐漸減小，溶液鉛去除率逐漸提高；當(dāng)材料用量為0.4g/L，其單

位鉛吸附量和去除率均處于較高的水平。材料用量增大提供了大量的吸附位

點(diǎn)，去除率顯著提高；添加更多材料時，單位吸附量降低是因?yàn)椴牧匣钚晕稽c(diǎn)

的重疊減少了吸附面積，增加了材料與鉛之間的擴(kuò)散路徑。因此，材料用量為

0.4g/L時能保證材料的單位吸附量和去除率最大化。

如圖2B所示，當(dāng)溶液初始pH在2~5時，隨pH的增加，材料的鉛吸附量

總體呈先增后減的趨勢。溶液pH=2時，大量的H+富集增加了與鉛吸附位點(diǎn)的

競爭，限制了材料與鉛的結(jié)合，單位吸附量和溶液鉛去除率小；溶液pH＞2

時，更多帶有負(fù)電荷的配體暴露在材料表面，帶正電荷的鉛占據(jù)了更多的自由

結(jié)合位點(diǎn)，吸附性能增強(qiáng)，單位吸附量和去除率迅速增加，且在pH=4時達(dá)到

最大值；溶液pH>4時，不溶性金屬氫氧化物的沉淀限制了真正的生物吸附容

量，單位吸附量略有下降。因此，設(shè)定溶液初始pH=4進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖2吸附條件對材料單位吸附量和去除率的影響

如圖2C所示，在0~12h之內(nèi)，單位鉛吸附量與去除率迅速升高，在12h

之后逐漸達(dá)到吸附平衡。這是因?yàn)樵谖椒磻?yīng)早期材料提供較多的吸附位點(diǎn)，

8

且溶液中含有大量的鉛，吸附速率較快，在12h之后，吸附位點(diǎn)被占據(jù)且鉛離

子含量減少，吸附速率降低并趨于吸附平衡。因此，優(yōu)化后材料的最適吸附時

間為12h。

如圖2D所示，在100~600mg/L范圍內(nèi)，隨著鉛溶液濃度的增加，單位鉛

離子吸附量顯著提高；去除率呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且在濃度為200mg/L時，

去除效果最好。溶液濃度增大提供了的大量的吸附質(zhì)，單位材料的鉛吸附量增

大。但當(dāng)溶液濃度大于200mg/L時，大量的鉛爭奪固定數(shù)量的吸附位點(diǎn)，去除

率較低。因此，材料的最適吸附濃度為200mg/L。

4.1.2吸附動力學(xué)分析

在Pb2+濃度固定為200mg/L、材料用量為0.4g/L、溶液初始pH=4的條件

下，研究了吸附時間對Pb2+吸附的影響。采用擬一級、擬二級模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

進(jìn)行擬合揭示JK-BW的吸附特征，擬合模型及參數(shù)見圖3A和表3。擬二級動

力學(xué)模型的R2高于擬一級動力學(xué)擬合結(jié)果，表明擬二級動力學(xué)模型可以更好地

揭示Pb2+在JK-BW上的吸附，說明材料對Pb2+的吸附以化學(xué)吸附為主。

圖3吸附動力學(xué)分析：擬一階動力學(xué)模型、擬二階動力學(xué)模型(A)和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型(B)

為了進(jìn)一步探索Pb2+的吸附過程，采用顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

如圖3B所示，JK-BW的Pb2+吸附量與t1/2在整個時間范圍內(nèi)可用兩條不同斜率的

直線擬合，且不通過原點(diǎn)，表明吸附過程不受單一擴(kuò)散因子的影響。第一階段

為開始的2h，約有291.73mg/g（占飽和吸附量達(dá)的90.59%）Pb2+被JK-BW吸

附，第二階段發(fā)生在2h之后，約有10%的Pb2+被吸附到JK-BW上，并且到達(dá)吸

9

附平衡。由表4中的顆粒內(nèi)擴(kuò)散參數(shù)可知，兩階段的斜率常數(shù)KⅠ>KⅡ。據(jù)此可將

JK-BW對Pb2+的吸附分為快慢兩階段，即Pb2+先從溶液向JK-BW表層迅速轉(zhuǎn)移，

占據(jù)大量吸附位點(diǎn)，隨后較慢的相互作用歸因于Pb2+的顆粒內(nèi)擴(kuò)散。

表3Pb2+在JK-BW上的吸附動力學(xué)參數(shù)

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上的顆粒擴(kuò)散模型參數(shù)

Weber-Morrisintraparticlediffusionmodel

Sample

0.52

K3(mg/(g?h)C（mg/g）R

Ⅰ94.07139.010.99

Ⅱ5.38296.780.91

4.1.3等溫吸附與吸附熱力學(xué)

在吸附劑用量為0.4g/L、溶液初始pH=4、吸附時間為24h的條件下，研

究了溶液初始濃度和溫度對Pb2+吸附的影響。根據(jù)Langmuir和Freundlich等溫

線模型，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步擬合。其擬合曲線和參數(shù)分別見圖4A和表5。

從表中的相關(guān)系數(shù)R2可知，Langmuir模型在不同的溫度條件下對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

的擬合度均高于Freundlich模型（R12adj>R22adj），說明JK-BW具有均勻的

表面和吸附位點(diǎn)，且Pb2+以單分子層形式吸附于JK-BW上。根據(jù)Langmuir吸

附常數(shù)按照公式計算出平衡參數(shù)RL，JK-BW在不同濃度下（100mg/L~600

mg/L）的RL值均介于0~1之間，表明在不同溫度條件，材料對Pb2+的吸附都

是有利的。由Langmuir模型計算出材料的最大吸附能力為338mg/g，與之前報

道的Pb2+吸附材料相比處于較高的水平，表明所制備的JK-BW對Pb2+具有優(yōu)異

的吸附性能。

10

熱力學(xué)研究結(jié)果及相關(guān)參數(shù)如圖4B和表6所示。在不同的溫度條件下均有

?G<0，表明吸附反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，隨著溫度的升高|?G|增大，反應(yīng)的自發(fā)性

與溫度呈正相關(guān)；?H>0，進(jìn)一步說明JK-BW對Pb2+吸附過程是吸熱的，升溫

有利于反應(yīng)的進(jìn)行；?S＞0說明反應(yīng)朝熵增方向進(jìn)行，這是因?yàn)镴K-BW吸附

Pb2+時，Pb2+從本體溶液向外轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致熵增加。綜上所述，熱力學(xué)分析結(jié)果表

明，Pb2+在材料上的吸附是高溫下的自發(fā)反應(yīng)，溫度升高促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。

圖4等溫吸附與吸附熱力學(xué)分析：Langmuir和Freundlich模型擬合(A)；溫度對平衡常

數(shù)的影響(B)

表5等溫吸附模型常數(shù)

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的吸附熱力學(xué)參數(shù)

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微生物修復(fù)材料對鉛污染土壤的修復(fù)效果

11

試驗(yàn)在鉛濃度為200mg/kg、500mg/kg和1000mg/kg的土壤中，采用盆栽

的方式種植小油菜，試驗(yàn)設(shè)對照組（Pb200、Pb500和Pb1000）和添加鈍化重

金屬的微生物修復(fù)材料處理組（Pb200+HF、Pb500+HF、Pb1000+HF），200

mg/kg的土壤中修復(fù)材料的添加量為1%，500mg/kg的土壤中修復(fù)材料的添加

量為3%，1000mg/kg的土壤中修復(fù)材料的添加量為5%。

4.2.1修復(fù)材料對不同鉛濃度油菜生物量的影響

修復(fù)材料對油菜生長指標(biāo)的影響見表7，在鉛含量為200mg/kg、500

mg/kg和1000mg/kg的土壤中添加修復(fù)劑后，油菜的葉綠素含量、葉片數(shù)和株

高都發(fā)生明顯改善，對葉綠素的提高率分別為3.03%、3.29%和2.25%，對葉片

數(shù)的提高率分別為9.42%、11.20%和39.77%，對株高分別提高了15.91%、

20.15%和34.54%。

表7修復(fù)材料對鉛污染土壤中油菜生長指標(biāo)的影響

處理葉綠素(SPAD)葉片數(shù)(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

修復(fù)材料對油菜生物量的影響見表8，在鉛含量為200mg/kg、500mg/kg

和1000mg/kg的土壤中添加修復(fù)劑后，地上部干重較對照分別提高12.42%、

81.99%和67.63%，地下部干重較對照分別提高18.01%、63.25%和66.97%。

表8修復(fù)材料對污染土壤油菜生物量的影響

12

地上部鮮重地下部鮮重地上部干重地下部干重

處理

(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修復(fù)材料對不同鉛濃度土壤有效態(tài)鉛含量的影響

圖5修復(fù)材料對不同鉛濃度土壤有效態(tài)鉛含量的影響

由圖5可以看到，在鉛濃度為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤

中添加修復(fù)材料，土壤有效態(tài)鉛得到有效鈍化，有效態(tài)鉛含量分別降低了

42%、58.8%和57.5%。

4.2.3修復(fù)材料對不同鉛濃度各形態(tài)鉛含量的影響

13

圖6修復(fù)材料對不同鉛濃度土壤各形態(tài)鉛含量的影響

由圖6可發(fā)現(xiàn)在添加修復(fù)材料后降低了可交換態(tài)、碳酸結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化

物態(tài)的比例，增大了有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)的比例。在鉛濃度為200mg/kg、

500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添加修復(fù)材料，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的比例提高了

11%-13%，殘?jiān)鼞B(tài)的比例提高了40%-137%。

4.2.4修復(fù)材料對不同鉛濃度油菜各部位鉛含量的影響

圖7修復(fù)材料對不同鉛濃度油菜地上部鉛含量的影響

由圖7、圖8、可知，在鉛濃度為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土

壤中添加修復(fù)材料，添加修復(fù)材料后可顯著降低鉛在植物油菜內(nèi)的富集，可以

使油菜地上部的鉛含量降低42%~59%之間，地下部鉛含量降低降低34%~45%

14

之間。

圖8修復(fù)材料對不同鉛濃度油菜地下部鉛含量的影響

4.2.5修復(fù)材料對污染土壤酶活性的影響

圖9修復(fù)材料對污染土壤過氧化氫酶活性的影響

由圖9可知，在鉛濃度為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添

加修復(fù)材料，有效增加了土壤蔗糖酶活性，提高率分別為25.00%、19.75%、

15.94%。且修復(fù)前后達(dá)顯著性差異（P<0.05）。

15

圖10修復(fù)材料對污染土壤蔗糖酶活性的影響

由圖10可知，不同鉛濃度下的土壤磷酸酶活性差異不顯著，鉛濃度為200

mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg的土壤中添加修復(fù)材料后，顯著提高了油菜根

區(qū)土壤中磷酸酶活性，其增幅為16.11%～25.64%。

圖11修復(fù)材料對污染土壤磷酸酶活性的影響

由圖11、圖12圖4.9可知，添加修復(fù)材料增加油菜根區(qū)土壤中脲酶活性，

其增率為36.28%～42.03%，在鉛含量為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg時

添加修復(fù)材料前后差異達(dá)顯著水平。

16

圖12修復(fù)材料對污染土壤脲酶活性的影響

4.2.6修復(fù)材料對污染土壤微生物的影響

由表9可知，油菜根區(qū)土壤微生物數(shù)量：細(xì)菌>放線菌>真菌，隨著鉛濃度

的提高，油菜根區(qū)土壤微生物數(shù)量逐漸降低。添加修復(fù)材料后細(xì)菌含量大幅度

提高，在鉛含量為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg時添加修復(fù)材料，細(xì)菌含

量分別提高124.45%、120.2%和127.98%，真菌含量分別提高40%、24.35%和

23.67%，放線菌含量分別提高7.32%、8.78%和14.29%。

表9修復(fù)材料對污染土壤微生物區(qū)系的影響

處理細(xì)菌（×105cfu/g)真菌（×102cfu/g)放線菌（×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

微生物多樣性指數(shù)通過從不同側(cè)面來反應(yīng)微生物的功能多樣性，它能夠分

析土壤微生物的群落組成的個體分布情況，結(jié)果如表10。McIntosh指數(shù)越大，

17

說明群落均勻性越好。在鉛含量為200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg時添加修

復(fù)材料，McIntosh指數(shù)均比CK組增大，說明加入修復(fù)劑后，增加土壤微生物

群落的均勻性。Simpson指數(shù)越大，說明群落多樣性越好。修復(fù)材料組較CK

組，Simpson指數(shù)分別增加2.43%、2.89%、6.16%。Shannon均勻度指數(shù)越大，

說明群落越均一，種類之間個體分布越均勻。加入修復(fù)材料后，Shannon均勻

度數(shù)值低于對照組，降低了土壤微生物的均勻度，說明微生物修復(fù)材料的進(jìn)入

出現(xiàn)了優(yōu)勢菌株。碳源利用豐富度指數(shù)越大，說明微生物可利用碳源越多，多

樣性越好。加入修復(fù)材料，碳源豐富度指數(shù)分別較對照組增加18.61%、

12.27%、11.27%。

表10修復(fù)材料對污染土壤微生物多樣性的影響

McIntosh指數(shù)碳源利用豐富度

處理simpson指數(shù)Shannon均勻度

(H')指數(shù)（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微生物修復(fù)材料對鎘污染土壤的修復(fù)效果

微生物修復(fù)材料能夠有效促進(jìn)油菜和龍葵的生長及對鎘的富集量，進(jìn)而降

低土壤中鎘的含量和毒性，同時可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，該研究結(jié)果可為

重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。以下從試驗(yàn)示范中篩選出油菜和龍

葵種植土壤修復(fù)的的試驗(yàn)結(jié)果作為示范例。

18

本試驗(yàn)選取了由團(tuán)隊(duì)所篩選的具有吸附鎘功能菌株以及該菌株與改性風(fēng)化

煤復(fù)合制備的微生物材料。微生物修復(fù)材料指標(biāo)，有機(jī)物總量87%，有機(jī)質(zhì)含

量79%，易氧化有機(jī)質(zhì)含量36%，生物腐植酸23%，pH值6.9，水分（H2O）

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，汞<0.02mg/kg，砷<0.1mg/kg，鎘<0.04mg/kg，鉛<0.3mg/kg，

鉻<6mg/kg。試驗(yàn)以重金屬Cd老化土為基質(zhì)，用盆栽的方式種植油菜和龍葵，

地點(diǎn)位于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室大棚。試驗(yàn)用塑料盆缽，每盆裝風(fēng)干土2kg，1

g復(fù)合肥作為基肥。設(shè)有6個處理，3次重復(fù)，盆栽隨機(jī)排列。同時設(shè)置不種作

物的模擬實(shí)驗(yàn)作為對照，試驗(yàn)處理如下表11。

表11盆栽試驗(yàn)設(shè)計

處理Cd濃度（mg/kg）微生物修復(fù)材料添加量

（%）

10.60

20.61

32.00

42.03

54.00

64.05

4.3.1不同試驗(yàn)處理對對作物干重的影響

種植的作物生物量在評價土壤質(zhì)量方面可以作為最直觀的最可靠的指標(biāo)。

因此該指標(biāo)在評價微生物-植物聯(lián)合修復(fù)Cd污染土壤可行性十分重要。對油菜

和龍葵收獲后的干重結(jié)果分析可見圖13。不同鎘污染濃度下，微生物修復(fù)材料

的施用均對油菜和龍葵二者的生長均有不同程度的促進(jìn)作用，并且在生長期內(nèi)

植物并沒有表現(xiàn)出發(fā)黃枯萎等受害癥狀，這說明微生物修復(fù)材料的添加不會影

響作物的正常生長。

19

圖13微生物修復(fù)材料對作物生長的影響

從圖13可知，對于油菜而言，3個鎘濃度下微生物修復(fù)材料的添加均可以

顯著增加油菜地上部和地下部的干重。與對照相比，植株的生物量漲幅最大達(dá)

到油菜17.9%，龍葵38.1%。其中Cd4.0處理下微生物修復(fù)材料效果最佳，與對

照相比達(dá)到極顯著水平（p﹤0.01）。與地上部相比，菌株對地下部根的生長作

用更顯著。對于龍葵而言，Cd4.0處理下的生物量明顯低于Cd0.6、Cd2.0處

理，表明高濃度的鎘污染對龍葵生長產(chǎn)生了抑制效應(yīng)，破壞了原有環(huán)境中微生

物的群落結(jié)構(gòu)，影響龍葵的生長。微生物修復(fù)材料的施用可以緩解鎘對龍葵生

20

長的抑制效應(yīng)。與對照相比，龍葵各部位的生物量均增加顯著，尤其葉片干重

增量高達(dá)72-81%，達(dá)到極顯著水平（p﹤0.01）。同樣，在鎘污染為0.6-

4.0mg/kg范圍內(nèi)，微生物修復(fù)材料對于油菜的莖粗和龍葵的株高兩個指標(biāo)都有

顯著的改善效果。與對照相比，油菜莖粗提升了7%-10%，龍葵株高增加了

2%-8%。結(jié)果均表明抗鎘微生物修復(fù)材料的添加，減少了Cd對植物的毒害作

用，起到了一定的修復(fù)作用。

4.3.2對作物吸附鎘的影響

植物對鎘的富集情況可用來分析微生物材料的修復(fù)效果。為了研究不同鎘

污染程度下植物對土壤Cd的積累和富集程度，在收獲時所采集的作物地上部

和地下部鎘含量進(jìn)行測定分析。

從圖14可知，3種微生物修復(fù)材料施用量均不同程度地促進(jìn)了Cd向油菜

的富集。與對照相比，油菜地上部鎘濃度最大增加了45.3%，地上部富集量增

加了31.6%。Cd0.6處理與Cd4.0處理相比，油菜地上部鎘的遷移比率相對較

高，這是由于在高鎘濃度下，微生物修復(fù)材料施用量較大，微生物修復(fù)材料中

富含豐富的改性風(fēng)化煤，由于其強(qiáng)大的吸附作用，使得部分生物有效鎘留在土

壤，減少了油菜的吸收和富集。

龍葵與油菜結(jié)果正好相反，在改性風(fēng)化煤提供較為充分的碳源和繁殖場所

的條件下，微生物菌株代謝活動增強(qiáng)，其生命代謝過程中產(chǎn)生的莢膜多糖和低

分子有機(jī)酸等多種代謝產(chǎn)物，通過溶解活化土壤中的Cd，將土壤中難溶態(tài)Cd

轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢酝ㄟ^植物根系吸收的可溶態(tài)，從而有助于龍葵的吸附和富集。尤其

是根部和葉子兩個部位的富集效果顯著，當(dāng)鎘污染濃度為2.0mg/kg時，微生物

修復(fù)材料施用后龍葵體內(nèi)Cd含量與對照相比增加了21%-50.7%，富集量增加

了49.9%，龍葵富集效果已經(jīng)達(dá)到最佳。

21

圖14菌株對作物吸附鎘的影響

4.3.3對土壤中鎘含量的影響

收獲時，通過比較兩種作物土壤中鎘含量的結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)，在植物

本身已經(jīng)對Cd有一定富集量的前提下，種植作物后的土壤中總鎘含量不僅沒

有減少，甚至增多，這說明植物根系分泌物使得土壤中難溶的那一部分鎘出現(xiàn)

了一定的活化。

微生物修復(fù)材料添加處理和對照相比，發(fā)現(xiàn)加入材料后油菜土壤中有效鎘

含量降低。其中低濃度處理與對照相比，微生物材料施用后鎘總量減少了

32%，有效鎘含量降低15.8~48.3%，表明低鎘濃度下油菜的富集占了優(yōu)勢，這

與前面油菜體內(nèi)鎘含量結(jié)果一致。高濃度鎘污染下，油菜土壤中總鎘含量變化

卻不大，風(fēng)化煤自身對部分形態(tài)的鎘有較強(qiáng)的鈍化作用，降低了其生物有效

性，不易被油菜所吸收。這和前面油菜地上部的富集結(jié)果一致。

對于龍葵，在自身富集了一部分鎘的前提下，加入微生物修復(fù)材料后有效

鎘含量均稍有下降，但土壤總鎘含量變化幅度不大，說明有少量Cd在菌株的

22

作用下得到活化。同時，在鎘污染濃度為2.0mg/kg時，土壤總鎘和有效態(tài)鎘含

量基本達(dá)到最低水平，分別比對照組的含量低17.9%和75.3%，說明此時鎘向

龍葵遷移量最多。

由此可見，借助外加碳源配合適宜濃度的微生物制劑進(jìn)行Cd污染土壤的

修復(fù)技術(shù)，具有一定的實(shí)用價值和發(fā)展前景。

圖15菌株對土壤中鎘含量的影響

在Cd脅迫下，施加微生物修復(fù)材料對油菜和龍葵有一定的促生作用，能

夠一定程度上減少Cd對植物的毒害效應(yīng)，起到一定的修復(fù)作用。3種鎘污染級

別下，微生物修復(fù)材料施用量均不同程度地促進(jìn)了Cd向油菜的富集，油菜地

上部富集量增加了31.6%，表明微生物修復(fù)材料有效促進(jìn)了油菜對土壤中鎘的

富集。當(dāng)鎘污染濃度為2.0mg/kg時，微生物修復(fù)材料施用后龍葵體內(nèi)Cd含量

與對照相比增加了21%-50.7%，富集量增加了49.9%，龍葵富集效果已經(jīng)達(dá)到

最佳。

五、采用國際標(biāo)準(zhǔn)的程度及水平的簡要說明（適用時）

無

六、與現(xiàn)行的法律、法規(guī)及國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

目前我國未見關(guān)于鈍化重金屬微生物修復(fù)劑的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)

準(zhǔn)完全符合國家法律、法規(guī)的規(guī)定和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。不存在任何與現(xiàn)行法

23

律法規(guī)相違背之處。

七、重大分歧意見的解決過程、依據(jù)和結(jié)果（適用時）

本標(biāo)準(zhǔn)的編寫過程無重大分歧。

八、貫徹土盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措

施、技術(shù)措施、過渡辦法等內(nèi)容）

無

九、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行范圍建議

本標(biāo)準(zhǔn)適用以風(fēng)化煤為主要原料，通過一定方法改性后負(fù)載鈍化重金屬

（鉛、鎘）功能微生物所制成的土壤重金屬鈍化材料，及其在重金屬污染農(nóng)田

土壤上的使用方法。

十、其它應(yīng)予說明的事項(xiàng)

無

24

附表1

意見匯總處理表

序號章條編號意見內(nèi)容提出單位處理意見

1、范圍中是否保留“流

1范圍北京林業(yè)大學(xué)范圍中刪除“流程”

程”？

北京林業(yè)大學(xué)，

、注意規(guī)范性引用文件

章2中國標(biāo)準(zhǔn)化研究修改了規(guī)范性引用文件及排序

22的準(zhǔn)確引用及排序

院

、檢測方法中應(yīng)有批增加了條組批、取樣

章3北京林業(yè)大學(xué)“6.16.2”

35次、抽樣規(guī)定

、應(yīng)有施用時間、用北京林業(yè)大學(xué)，

章4補(bǔ)充了材料的使用時間和用量

48量。安慶師范大學(xué)

泰州新佳源環(huán)保

5、核實(shí)“表2限量指標(biāo)”中已修改，“鎘（Cd）（以元素計），

5條4.3事務(wù)所有限公司

鎘（Cd）限值mg/kg≤0.2”

6、建議“圖1產(chǎn)品制備流已修改補(bǔ)充、完善了“圖1產(chǎn)品制備流

程圖”增加對產(chǎn)品合格性泰州新佳源環(huán)保程圖，增加了對產(chǎn)品合格性判斷環(huán)

章”

66判斷環(huán)節(jié)，并對不合格產(chǎn)事務(wù)所有限公司節(jié)，并對不合格產(chǎn)品的處置提出相對

品的處置提出相對應(yīng)處置應(yīng)處置程序

程序

、中國標(biāo)準(zhǔn)分類號

7“CCS中國標(biāo)準(zhǔn)化研究

封皮改為已修改中國標(biāo)準(zhǔn)分類號

7Z00”“CCSZ05”院

、校準(zhǔn)名稱的翻譯，技

8“中國標(biāo)準(zhǔn)化研究

封皮術(shù)規(guī)程通常是已修改了技術(shù)規(guī)程的翻譯

8”“Code院

ofpractice”

、注意前言的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中國標(biāo)準(zhǔn)化研究

前言9已經(jīng)將前言中的表述進(jìn)行規(guī)范化

9性表述院

范圍中的適用范圍已修改為本文件

、范圍中的適用范圍建“

10中國標(biāo)準(zhǔn)化研究適用于場地及農(nóng)田鉛、鎘重金屬污染

10范圍議修改的更為凝練

院土壤修復(fù)應(yīng)用?！?/p>

11、表1、表2中首行“指

中國標(biāo)準(zhǔn)化研究

條、標(biāo)”改為“限值”或“指標(biāo)要已修改為限值

114.24.3院“”

求”

25

已將制備流程前置到制備生產(chǎn)工

中國標(biāo)準(zhǔn)化研究“4

章、前置到第章之前藝

126124院”

13術(shù)語和定義13、條3.2表述不是很準(zhǔn)確安慶師范大學(xué)已修改條3.2

14、流程圖中“營養(yǎng)物質(zhì)

14產(chǎn)品流程圖安慶師范大學(xué)已采納，修改了流程圖

應(yīng)與風(fēng)化煤結(jié)合”

中國礦業(yè)大學(xué)

術(shù)語定義、注意術(shù)語的英文翻譯已采納，修改了術(shù)語的英文翻譯

1515（北京）

16、“檢測方法”中應(yīng)增加中國礦業(yè)大學(xué)

16章5在“檢測方法”中已增加“判定規(guī)則”

“判定規(guī)則”（北京）

17、使用規(guī)范中“土壤含

修改這一表述為適量澆水，使土壤

水量保持在田間持水量的“

17章8云南農(nóng)業(yè)大學(xué)含水量達(dá)到田間持水量的60%～

60%～70%”的表述不規(guī)

范，不應(yīng)該是保持70%”

18、效果評價中，修復(fù)后

采納建議，效果評價改為修復(fù)后的

的農(nóng)田土壤的重金屬含量“

章云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)田土壤的重金屬鈍化率達(dá)～

189不應(yīng)該使用有效態(tài)含量，30%

建議考核鈍化效率50%”

說明：發(fā)送征求意見稿6個；收到征求意見稿6個；有意見或建議的18條。

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目錄

一、工作簡況...............................................................................................................1

二、工作主要過程.......................................................................................................2

3.1技術(shù)指標(biāo)確定..................................................................................................3

3.2技術(shù)指標(biāo)說明..................................................................................................4

3.2.1技術(shù)先進(jìn)性............................................................................................5

3.2.2技術(shù)指標(biāo)................................................................................................5

3.2.3性能參數(shù)與總體要求............................................................................6

四、應(yīng)用效果...............................................................................................................7