郝大程 魯蘭蘭

（1. 大連交通大學環(huán)境化工學院生物技術研究所，大連 116028；2. 大連交通大學土木工程學院，大連 116028）

隨著生物技術的迅猛發(fā)展，一門新的生物技術學科——建造（或建筑/建設）生物技術應運而生。土木建設領域的生物材料和生物工藝近年來開始受到關注。建造生物技術的各個方面開始形成一個新的跨學科領域，涉及環(huán)境和工業(yè)微生物學，生物地球化學以及生物技術在巖土工程和土木工程中的應用［1-2]。其主要研究方向分兩部分，一是生物技術用于建材的工業(yè)生產；二是建造工藝現(xiàn)場應用的微生物或其產物。但目前缺乏對現(xiàn)有和潛在的建造生物技術的概括和評述。實際上該領域已經有許多主題值得討論，包括生物技術生產新的建造材料，如自愈混凝土［3]，建筑生物復合材料，建筑生物塑料，以及生物技術水泥摻合料等。還有建造相關的工藝過程，如生物水泥［4]、生物堵塞、土壤表面固定和生物密封、微生物水泥和灌漿［5]、建筑材料表面的生物涂層、建筑環(huán)境的微生物和生物安全、生物腐蝕的預防，以及土木工程中的生物降解和生物污損等。需要從巖土工程、化學和微生物學的角度綜合考慮土壤中鈣、鎂和鐵化合物（如碳酸鹽、磷酸鹽、硫化物和硅酸鹽礦物）的生物介導沉淀［6]，以優(yōu)化生物堵塞和強化的效果。本文概述了土建場地和建材的微生物技術改良研究和應用進展，拋磚引玉，討論土木/環(huán)境工程師和相關研究者需要了解的建造相關的生物地球化學過程。從實際出發(fā)，簡要討論了不同現(xiàn)場應用的設計原則和注意事項。

1 生物技術改良土建場地的工序

1.1 土壤生物處理的準備

用于土壤生物處理的培養(yǎng)基、設備和微生物接種物的制備［7]；準備土壤進行處理；培養(yǎng)和儲存接種物。生物制劑的制作，用化學計量微生物生長方程設計培養(yǎng)基，包括合成生物質所需的C、H和O源消耗，和其他必需元素如N、P、S、K、Na、Mg、Ca和Fe消耗量，以及Cr、Co、Cu、Mn、Mo、Ni、Se、W、V和Zn等微量元素，其需要量為數(shù)mg / L。某些菌株的生長和活性需要有機生長因子，如維生素、氨基酸和核苷［8]。比較氯化鈣和硝酸鈣作為營養(yǎng)液中的鈣源對微生物固化砂土物理力學指標的影響［9]，發(fā)現(xiàn)利用硝酸鈣固化后的砂柱整體密實度更高，其破壞裂縫在飽水和干燥狀態(tài)下比氯化鈣固化后的砂柱更??；硝酸鈣固化后的砂柱滲透系數(shù)和吸水率更低，干密度和無側限抗壓強度更高。電鏡結果顯示，硝酸鈣形成碳酸鈣沉淀量較多，以球狀或立方體為主，包裹住砂粒，團聚更明顯。

生物處理可以通過土壤的土著微生物進行，無需微生物接種物的制備和供應，但前者可能使得病原性或機會性微生物在土壤中繁殖。在生物技術處理之前制備土壤或顆粒包括以下步驟：（1）土壤/固體顆?；蜍涴ね恋钠扑?、研磨、篩分及均質化；（2）用堿、酸、鹽溶液或表面活性劑對土壤或顆粒進行化學預處理；（3）在場外生物處理的情況下，利用生物反應器開挖、運輸、儲存和供應土壤或顆粒。

1.2 生產生物水泥（Biocement）或生物水泥漿（Biogrout）

微生物培養(yǎng)是在適宜條件下進行的，通常是在最適宜的溫度、pH值、滲透壓和氣體（氧氣、二氧化碳和氫氣）濃度下，在半固態(tài)或液體培養(yǎng)基上進行的，培養(yǎng)基中含有菌株生長所需的所有物質。用于生物處理的微生物生物質以液體懸浮液，冷凍懸浮液，濃縮糊狀物，干燥（通常凍干）生物質等形式儲存和使用。微生物培養(yǎng)基和土壤/顆粒處理劑可通過化學試劑與農業(yè)肥料的混合，以溶液、懸浮液或漿液的形式混合或單獨使用。不同類型的廢棄物或殘余物，如采礦和農業(yè)廢棄物、城市固體廢棄物的有機組成部分、城市污水處理廠的污泥和廢水，可作為降低大規(guī)模生物巖土工程成本的菌培養(yǎng)基。在微生物培養(yǎng)或生物處理之前，為了長期保存這些培養(yǎng)基，可以對其進行酸化、冷卻、冷凍、干燥、巴氏殺菌或滅菌。最后，將液體或干燥的生物制劑分別與試劑混合供應到土壤中。該混合物可以作為商品以干燥生物水泥［10]或生物水泥漿［5]的形式預付，用于土壤生物處理。

1.3 土壤生物處理的主要類型

土壤的生物聚集（Bioaggregation）［11]是一個增加細顆粒尺寸的過程，這將減少水和風對土壤的侵蝕，沙的移動及灰塵排放；生物結殼（Biocrusting）［12]是在土壤表面形成礦物或有機結殼（結皮），從而減少侵蝕、揚塵和入滲的過程；在固體表面形成的生物涂層（Biocoating）［10]可以增強表面美觀性或定植性，或增強表面的防腐保護；生物阻塞（Bioclogging）是將土壤/基質中的孔隙和通道填滿，從而顯著降低土壤或裂隙巖石的水力傳導率的過程［13-14]；生物黏固（Biocementation）［15]是結合土壤顆粒，顯著增加土壤強度的過程；生物去飽和（Biodesaturation）［11]是一個降低飽和程度的過程，其結果是通過就地生產沼氣降低土壤的液化潛力；生物包埋（Bioencapsulation）［16]是通過在一塊軟材料周圍形成一個堅固的外殼（膠囊化）來增加軟黏土、飽和松散土、流砂和淤泥強度的過程；生物修復［17]是施工前清除（降解）土壤中的污染物或固定土壤污染物的過程；土壤衛(wèi)生，是挖掘前對土壤中微生物病原體或昆蟲進行殺滅的過程。

所有這些類型的土地改良通常使用相同或相似的生物地球化學反應。因此，最終的結果主要不取決于土地改良的機理，而取決于土壤中添加或生產的原材料或結合生物材料的數(shù)量。

1.4 后處理：廢棄物的處理、處置和再利用

微生物在建造過程中的應用可以不經下游工序進行，但通常會有這樣的下游工序，即在土壤或顆粒被生物侵蝕后，對被污染的空氣和水進行解毒。為避免大氣污染，必須吸收、化學或生物技術滅活或焚燒空氣中的有毒成分［18]。所有這些過程必須使用機械、化學或生物工具進行監(jiān)視和控制。

2 生物聚集控制風土侵蝕和粉塵排放

這一過程的目的是增加土壤團聚體的尺寸，以減少土壤侵蝕和灰塵排放。如肥沃土壤的風蝕、沙漠化中的沙丘運動、干旱半干旱地區(qū)的沙塵暴以及農業(yè)、建筑、交通及礦山粉塵的排放和擴散等過程，給人類的生命、環(huán)境和基礎設施帶來了許多問題和危險。灰塵也是土壤相關污染物的載體，如化學物質、病毒和微生物。因此，大氣中攜帶污染物的塵埃的擴散會導致這些污染物沉積到處于下風向的生態(tài)系統(tǒng)，并對人類健康和環(huán)境產生負面影響。例如，起源于沙漠地區(qū)的沙塵暴影響著中東、東亞和北非的許多國家。

2.1 防塵技術

有許多已知的生物、化學和機械技術可以預防和控制土壤的風蝕、粉塵的風散、由風沙運動引起的沙漠化，以及從農業(yè)、建筑或未鋪設道路上的運輸中釋放的粉塵。傳統(tǒng)上利用植被作為地表覆蓋物來減少土壤風蝕，但其常受氣候和土壤條件限制。用無機化合物如氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、石灰或粉煤灰處理土壤表層，促進土壤顆粒結合在一起，可防止土壤風蝕和灰塵形成［19]。然而，這些化合物的應用會對植物和地表水及地下水質量產生負面影響，因為制劑溶于水并在環(huán)境中隨徑流擴散。抑制粉塵彌散的另一種方法是使用有機化合物，如瀝青乳液、木質素和木質素磺酸鹽、表面活性劑、粉煤灰和酰胺、淀粉醚、聚丙烯腈、聚乙烯醇、脲醛及其共聚物、聚丙烯酰胺共聚物、羧甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯及環(huán)氧樹脂等。這些抑塵劑通過濕潤或結合微粒改變土壤表面的物理性質。這些抑制劑已用于建筑業(yè)、采礦業(yè)、裝卸點、未鋪設道路上的運輸及機場。然而，有機固定劑若大規(guī)模應用相對昂貴，其毒性或導致水體富營養(yǎng)化的能力，可能對環(huán)境有害。

2.2 防塵防風生物技術

利用化學試劑抑制粉塵的替代方法是土壤顆粒經生物介導的膠結/聚集［10]。如生物黏固是利用微生物的酶活性在多孔土壤中產生不溶性化合物的沉淀或結晶。目前最流行的生物黏固技術是由氯化鈣和尿素溶液通過脲酶或產脲酶細菌介導結晶形成方解石（CaCO3）［20]。尿素被酶解使土壤pH值升高，釋放碳酸鹽，土壤顆粒表面碳酸鈣結晶形成并彼此結合，其生物化學反應如下：

理論上，低水平的沙塵生物黏固即可阻止沙塵擴散，但是實驗研究結果不夠理想［21]，原因是：（1）研究的對象不是細砂或沙塵，而是0.075 mm-4.76 mm大砂粒；（2）風洞測試中，生物黏固對沙塵形成的影響，只研究了砂的質量損失；（3）未測定砂中沉淀鈣的含量；（4）在某些生物處理實驗中，將產脲酶菌、氯化鈣、尿素同時施用于沙土。產脲酶菌培養(yǎng)基pH較高，會導致碳酸鈣沉淀。由于CaCO3的化學沉淀并不與砂粒結合，因此只有脲酶活性介導的砂粒表面的方解石結晶才對砂粒結合具有重要意義。

2.3 對空氣中沙塵和沙塵相關的化學和細菌污染物的生物技術控制

小劑量的鈣基生物介導的細砂聚集有助于控制沙塵及相關的化學和細菌污染物在空氣中的遷移［19]。以噴灑在砂土表面的氯化鈣和尿素溶液作為生物聚集劑（凝聚劑），該溶液已用產脲酶細菌的懸浮液進行初步處理。用于沙塵治理的鈣用量為15.6 g Ca/m2。細砂經生物處理后，沙塵向大氣的釋放量比對照組降低99.8%，菲的釋放量降低92.7%，硝酸鉛的釋放量降低94.4%，巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）的釋放量降低99.8%。這種塵埃和塵埃中污染物的固定化是由于細沙顆粒的生物聚集，90%的砂塵粒的大小從對照組的29 μm增加到處理組的181 μm。土壤表面的生物聚集處理可以防止灰塵及相關的化學和細菌污染物在水、空氣和土壤中的擴散。在核電站事故、放射性“臟彈”爆炸或核武器爆炸后，同樣的技術可用于固定土壤表面的放射性污染。

3 生物結殼

在土壤表面形成結殼，可減少土壤的侵蝕、揚塵、水的下滲和污染土壤的淋濾。有3種機制：（1）由絲狀菌和光合微生物結合在土壤顆粒上形成的土壤外殼。殼內可能存在真菌菌絲、放線菌、絲狀光養(yǎng)和異養(yǎng)細菌；（2）在土壤表面添加細菌聚合物或在原地產生細菌外共聚物造成的生物結殼；（3）利用土壤顆粒的生物黏固而成殼。

3.1 基于絲狀菌和光合微生物的土壤結殼

土壤表面的殼是由物理或生物過程形成的。非生源的土壤結殼是由于降雨或徑流打破土壤團粒，然后有細土顆粒的物理再沉積，這些細粒堵塞了土壤孔隙，它們在土壤表面干燥后形成密封的外殼，其上沉積了鹽、石灰和硅，而表面水分已蒸發(fā)［22]。這樣的外殼不利于植物種子的萌發(fā)。容易物理結殼的土壤是那些有機質含量低、淤泥含量高的土壤。

生物結殼（結皮）是由于絲狀和產黏液的微生物將土壤顆粒結合在一起而形成的。土壤表面的微生物結皮主要由光養(yǎng)微生物藍藻和藻類植物等單獨或與菌絲真菌共生形成，后者是以前者光合作用形成的有機化合物為食的。光養(yǎng)和化養(yǎng)微生物可形成共生關系，其中真菌成分的主要功能是從土壤中提取無機營養(yǎng)物質，而光合藍藻或藻類則產生有機化合物，真菌能利用這些有機物。絲狀真菌和藍藻通過黏在一起的土壤顆粒編織成網。微生物形成的皮殼在貧瘠的沙漠土壤中創(chuàng)造和維持肥力，固定空氣中的碳和氮，并捕獲營養(yǎng)豐富的塵埃，但它們易受氣候變化和牲畜放牧的影響，恢復時間很長［23]。因此，藍藻接種土壤表面對荒漠土壤結殼的恢復具有重要意義。有脲酶活性的藍藻可以參與由鈣鹽形成碳酸鈣礦物的過程，這些礦物可以結合形成土壤外殼的土顆粒。生物土壤結殼的發(fā)展階段：（1）藍藻成殼，此時地衣和苔蘚占比＜ 20%，（2）地衣結殼，此時地衣覆蓋＞ 20%，但苔蘚覆蓋＜ 20%；也可形成半苔蘚殼：75%＞苔蘚覆蓋＞ 20%；或形成苔蘚結殼（苔蘚覆蓋＞ 75%）。苔蘚結殼中藍藻和微藻生物質含量降低，而半苔蘚和苔蘚結殼中固氮藍藻和異養(yǎng)微生物含量增加［24]。在這些演替階段，必然存在不同的水力傳導系數(shù)、保水能力和土層強度。

3.2 利用微生物多糖進行生物結殼

微生物多糖在土壤顆粒聚集中具有重要作用［25]。目前可以工業(yè)生產很多種能形成凝膠的不溶于水的微生物多糖，其中的一些如黃原膠及其共聚物或復合材料，可用于土壤顆粒結合和皮殼形成，以減少風和水侵蝕土壤。然而，大規(guī)模使用微生物產品可能由于成本過高而不可行。原位制備細菌外共聚物可降低土壤成殼中顆粒結合的成本。然而，異養(yǎng)微生物生產細菌多糖需要添加60 t/hm2的有機質。因此，光養(yǎng)微生物生產胞外多糖是促進土壤結殼形成的最經濟的途徑。

3.3 使用鈣基生物黏固的生物結殼

土壤結殼的鈣基形成是利用微生物的酶活性在多孔土壤中形成不溶性化合物沉淀或結晶［23]。氯化鈣與碳酸氫鈉混合后碳酸鈣在砂中沉淀不會產生方解石晶體和砂的黏固。為了形成土壤殼，必須在土壤表面噴灑一定體積的產脲酶細菌，然后噴灑氯化鈣和尿素溶液［10]。這個體積（V，溶液m3/土壤表面m2）可以用孔隙度（P，孔隙m3/土壤m(xù)3）和土殼厚度（H，m）來計算：

處理次數(shù)（N）可由處理液中碳酸鈣（mol /m3土壤）所需沉淀量和處理液中鈣離子濃度（mol /m3土壤）確定。

薄殼形成可用于沙土中養(yǎng)殖池塘或水庫的封堵［22]。這些池塘可用于戶外商業(yè)養(yǎng)殖，如魚、蝦和軟體動物的生產，大規(guī)模種植藻類，用于沙漠沿海地區(qū)的生物燃料生產，或作為集水塘。適用于許多其他巖土工程應用，要求土壤結殼厚1-10 cm，液體滲透性低于10-8/ms，強度高于0.1 MPa。應用方式可以是，通過鈣基生物黏固形成的不透水殼構成養(yǎng)殖塘或渠道的底層和斜坡，以及壩體的斜坡和頂部。許多其他生物地球化學反應也可用于形成不同厚度的土殼［26]。

4 生物堵塞

5 土壤生物黏固

生物黏固（固結）是一個以顯著提高多孔土強度為目標的過程［28]。目前使用的化學膠結（或化學灌漿）是用流體灌漿來填充砂體空隙，以產生類似砂巖的物質來承擔荷載。用于黏合土壤顆粒的化學物質包括超細水泥、丙烯酸酯、酰胺和聚氨酯的懸浮液。這些黏性材料可能是昂貴而有毒的。某些微生物菌株可以通過生物介導的鈣鎂碳酸鹽和磷酸鹽結晶或高鐵氫氧化物將土壤顆粒結合在一起［6]，形成堅硬的巖石。生物砂巖的無側限抗壓強度取決于沉淀碳酸鈣的含量和處理方式，可達6-12 MPa，甚至高達30 MPa。一些微生物如巴氏芽胞八疊球菌Sporoscarcina pasteurii和深層大洋芽孢桿菌Oceanobacillus profundusKBZ 1-3能夠沉淀碳酸鈣，適合用于生物黏固［7，28]。細菌濃度、化學反應物濃度、溫度、酸堿度等因素影響碳酸鈣沉淀的形成。經過7 d和14 d養(yǎng)護后，粉質黏土樣品的抗壓強度隨著pH值由5增加到9而穩(wěn)定增加。固化14 d后，用50 mL細菌溶液處理土壤，觀察到最高抗壓強度（92 kPa）。溫度為40℃時，樣品達到最大抗壓強度。

多孔土或裂隙巖體的堵塞通常是通過化學灌漿來填補土壤空隙以減少水流［5]?；瘜W灌漿是水玻璃（硅酸鈉）、丙烯酸酯、丙烯酰胺和聚氨酯的溶液或懸浮液，都是昂貴且有毒的建筑材料。生物堵塞是利用微生物產生的生物聚合物或微生物介導的無機化合物原位沉淀（MICP）來控制水流的灌漿方法。表1總結了可能形成生物堵塞的多個微生物過程。例如可利用微生物對巖土體進行防滲加固，在安徽某水庫黏性土堤防3個區(qū)段開展了防滲試驗［27]。通過培養(yǎng)的巴氏芽孢桿菌對尿素進行水解產生大量碳酸根離子，并和鈣鎂離子結合生成碳酸鈣沉積，可堵塞壩體內部孔隙/裂隙。該技術能迅速降低黏性土堤防壩段滲透系數(shù)2個數(shù)量級，土樣平均強度提高約13%。

表1 可能形成生物堵塞的微生物過程

砂巖膠結的自然實例是水合鐵礦膠結的紅砂巖的形成或碳酸鈣晶體膠結的砂巖的形成。氫氧化鐵的結晶特性決定了它在土壤中也是一種重要的膠結劑。含鐵氫氧化物的土壤樣品干燥會產生不可逆的土壤硬化和膠結。在高pH或氧化還原電位土壤中，氫氧化鐵沉淀形成膠結結核或結節(jié)。所有濕地植物的根系都可以檢測到鐵氫氧化物的生物膠結作用，還原鐵細菌產生的Fe（II）與根系釋放的氧氣發(fā)生反應［29]。Fe（III）通過還原鐵細菌進行初步還原，然后通過氧化和水解Fe（II）形成高鐵水合物。土壤中亞鐵離子和螯合物可以發(fā)生氧化反應，或在中性或嗜酸性鐵氧化細菌的催化下進行［30]。另一個自然膠結的例子是從硅酸鈉中析出的二氧化硅，它填充孔隙并將土壤顆粒黏在一起。二氧化硅的聚集取決于pH值，因此氧化或發(fā)酵引起的微生物介導的pH值降低可能會影響二氧化硅的沉淀和膠結。

6 水飽和無黏性土壤的生物去飽和

地震是極具破壞性的地質災害之一，對基礎設施和財產造成巨大的經濟損失。許多損壞與土壤液化有關。飽和的相對松散的土壤，由于孔隙水壓力的產生，其強度和剛度大幅下降，導致土壤表現(xiàn)為黏性液體［31]。這樣的土體失去承載力，導致淺基礎沉降或移位，對建筑物和基礎設施造成破壞。減輕液化損傷的常規(guī)地基加固方法是采用振動置換石柱、振動壓實、壓實灌漿和深層動力壓實等方法進行地基密實。然而，這些方法能耗大，成本高，不能在城市地區(qū)使用。土力學基礎研究表明，在飽和砂土中加入氣泡可以大大降低其液化敏感性。當反硝化細菌產生的氮氣取代部分空隙，沙土微失飽和時，飽和砂土的液化阻力會顯著增加［32]。土壤生物去飽和是指通過原位生產氣體，改變土壤的飽和、液化潛能等性質的過程［33]。在疏松飽和砂土中，微生物誘導的局部失飽和可以降低過高的孔隙水壓力，提高土體的承載力和抗剪強度，有利于地基設計和道路施工［10]。當砂土微失飽和時一些空隙被氣體取代，飽和砂土的液化阻力顯著增加。即使砂土飽和度僅降低到99%-97%，水飽和砂土的液化阻力也會增加30%-40%，而砂土飽和度降低到90%時，水飽和砂土的液化阻力增加2倍。

為了在飽和土壤中引入更小、更穩(wěn)定的氣泡，提出了在飽和土壤中原位微生物生產氮氣的方法［32]。該方法是利用反硝化將氮氣氣泡引入土壤。與其他氣體導入方法相比，它有兩個優(yōu)點：（1）反硝化細菌產生的氣泡細小，使得氣泡在地下更加穩(wěn)定；（2）氮氣是惰性氣體，且溶解度很低。

7 軟土的生物膠囊化

在固體表面（生物涂層）或固體顆粒周圍（生物膠囊）形成無機礦物或復合生物沉淀材料的薄層，可應用于土木、巖土和環(huán)境工程的許多領域。例如，可用于混凝土海岸工程對象的涂層，以改善其美觀性，或創(chuàng)造適合海洋或淡水表面生物定殖的碳酸鈣表面，包括藍藻、藻類和貝類。生物涂層可用于海成軟黏土的固體填充或防止有毒污染物從黏土中擴散。海成軟黏土可以通過細菌產生的碳酸鈣晶體的包裹轉化為固體物質［22]。

土壤下的泥炭層會導致道路、鐵路和地基的沉降。如果細菌誘導的泥炭中方解石的析出量達到16%（W/W）［34]，軟而高度壓縮的泥炭可以轉化為固體物質。如果CaCO3含量達到20%，軟質有機土壤也可以固化。另一種固化軟泥炭的生物技術是生物硅化過程［22]，包括添加陽離子表面活性劑、偏硅酸鈉溶液和糖蜜，以刺激微生物產酸發(fā)酵，使泥炭的無側限抗壓強度達到1MPa。

8 土壤污染物的生物固定化：生物修復

利用MICP（微生物誘導碳酸鈣沉淀）結合污染土壤的顆?？梢詼p少污染物從土壤中釋放［35-36]。例如，電池工業(yè)污染土壤的初始總鎳濃度約900 mg/kg，MICP處理后可溶性交換組分降至38 mg /kg。其他重金屬，如砷（III）、鉻（VI）、鉛、錫、鈷、鋅和鎘可以被MICP和產脲酶細菌固定，因為尿素被菌水解時pH升高，產生碳酸鹽沉淀［22]。一株抗鍶的產脲酶鹽單胞菌去除含水層石英砂可溶交換部分80%的放射性鍶［37]。在不同的影響因素，如pH、初始鎘濃度和接觸時間下，芽孢桿菌菌株GZ-22的MICP比生物吸附具有更大的去除鎘的潛力［38]。以鉻渣為原料，利用鈣化解脲菌芽孢桿菌CS8細胞制備一種致密結構磚［39]，發(fā)現(xiàn)鉻渣的可交換部分的鉻（VI）遷移率顯著降低，生物修復后，碳酸鹽部分的鉻（VI）濃度顯著增加。鉻渣磚具有較高的抗壓強度和低滲透性。生物修復后鉻（VI）濃度明顯下降。微生物修復的MICP過程使得鉻（VI）與方解石表面結合形成了一個強的復合體，使鉻（VI）釋放受阻。

9 土壤衛(wèi)生

衛(wèi)生的目的是在挖掘前殺死土壤中的微生物病原體和蟲卵。在被人類糞便污染的土壤中存在寄生蠕蟲的卵，在挖掘工作中，不同種類的寄生蠕蟲會對挖掘區(qū)域附近的工人和其他人造成污染［22]。即使是幾百年前被馬糞污染的土壤，傳染病暴發(fā)后的動物尸體，或者僅僅是農業(yè)或農業(yè)的有機廢棄物，都可能含有破傷風梭菌孢子，肉毒桿菌，產氣莢膜桿菌，炭疽桿菌，引起破傷風，肉毒中毒，氣性壞疽，炭疽等致命疾病。土壤相關病原體還包括引起胃腸炎的蠟樣芽孢桿菌、引起胃腸炎和腦膜炎的單核增生李斯特菌。在潮濕的熱帶土壤中很常見的是引起類鼻疽病的類鼻疽伯克氏菌等多種病原菌。芽生菌病是由真菌引起的芽生菌皮炎，通常發(fā)生在與水路和動物糞便關聯(lián)的土壤。與鹽堿沙土有關的球孢子菌可引起肺炎。霉菌孢子，如曲霉菌屬和青霉屬的孢子，會引起多種疾病。所有這些細菌和真菌感染都可能通過吸入土壤塵埃、接種傷口、攝入土壤顆?；蛲寥牢廴镜氖澄锒l(fā)生。因此，被病原菌、真菌或寄生蟲污染的挖掘土壤，必須進行填埋處理，就地消毒或生物修復。施工現(xiàn)場不得散發(fā)粉塵和被污染的空氣。必須保護工地工人不受污染土壤和灰塵的侵害。

目前，還沒有從污染土壤中去除特定病原體的生物方法。然而，千百年來，中國使用一種有效的方法從水稻土壤中去除病原，只要保持水位高于土壤表面，即可為細菌的硫酸鹽還原創(chuàng)造厭氧條件，并在土壤中產生有毒的H2S，殺死所有病原體。預期細菌污染土壤中H2S或其他有毒代謝物的曝氣、生物酸化、生物堿化和生物生產將可用于病原污染土壤的生態(tài)廉價處理。加熱修復時間過長或溫度過高可能能對土壤性質造成嚴重影響［40]，必須在降低污染物水平和土壤功能退化之間取得平衡。

1 0 不同土地改良機制的比較

多孔土和裂隙巖體的生物處理可以通過上下噴射、重力滲透、向土壤表面噴灑溶液、攪拌、曝氣或旋轉反應器處理土壤漿體等方式進行。這些方法的優(yōu)點和局限性如表2所示。

表2 用微生物巖土技術進行土地改良的方法

自然過程和實驗室研究都表明，微生物可以用來改善土壤的工程性質。開發(fā)出利用微生物工藝處理土壤的方法，具有廣闊的應用前景和巨大經濟效益。目前，絕大多數(shù)微生物巖土工程研究仍停留在實驗室階段，需要更多的努力將這一科學理念轉化為可行的技術。