土壤污染生物修復
狹義的生物修復主要是指利用微生物去除或降低受污染場地污染物的方法。廣義的生物修復，其“生物”除微生物外，還包括植物（如重金屬和放射性污染的超積累植物）、動物等。
微生物在有機污染土壤生態修復中的作用
生物修復技術是指利用微生物或其他生物，將土壤中有害有機污染物降解為無害的無機物質（CO2和H2O）的過程。降解過程可以通過改變土壤的理化條件（包括土壤pH值、濕度、溫度、通氣及營養添加）、接種特殊馴化與構建的工程微生物來提高降解速率。
有機污染土壤生態修復研究主要是圍繞微生物修復展開的，它主要是指利用微生物的作用對進入土壤環境中的難降解物質如大分子有機污染物等進行治理。其修復是一個受控的過程或者是一個自發的過程。像雜酚油、汽油、甲苯，甚至多氯聯苯（PCB）系列都是由碳分子鏈構成的烴類化合物，其中含有氯的烴類化合物最毒，對大多數生物體而言也是最復雜、最具有毒性以至最難以降解的。但是一些土著微生物經培養后能對其進行降解，若給這些微生物提供適當的原料、合適的環境和一些必需品（如氧、電子供體等），它們能將復雜的碳氫分子降解，并且將其轉化為無毒無害的副產品。在這一過程中微生物最終死去，但他們的尸體就像其他微生物死去后的遺留物一樣，是無毒無害的有機殘渣。
有機污染物進入微生物細胞的過程
土壤中大部分有機污染物可以被微生物降解、轉化，并降低其毒性或使其完全無害化。微生物降解有機污染物主要依靠兩種作用方式 ：1、通過微生物分泌的胞外酶降解；2、污染物被微生物吸收至其細胞內后，由胞內酶降解。微生物從胞外環境中吸收攝取物質的方式主要有主動運輸 、被動擴散、促進擴散、基團轉位及胞飲作用等。
微生物降解有機污染物的一般途徑
- 礦化作用，礦化作用（mineralization）指有機污染物在一種或多種微生物的作用下徹底分解為H2O、CO2和簡單無機化合物如含氮化合物、含磷化合物、含硫化合物和含氯化合物等的過程。礦化作用是徹底的生物降解，即終極降解，可以從根本上清楚有機污染物的環境污染。一些環境異生物質（xenobiotics）如氯苯、硝基苯、多氯聯苯等可以被專門的降解菌所礦化。微生物在通過礦化作用降解污染物的同時可以從污染物中獲取所需要的能源、碳源、氮源、磷源和硫源等。礦化作用過程包括氧化、還原、水解、脫水、脫氨基、脫鹵和裂解等生化反應，都是在各種微生物代謝過程中表現出來的，其實施都是酶促反應。
- 共代謝作用。 一些難降解的有機化合物不能直接作為碳源或能源物質被微生物利用，當環境中存在其他可利用的碳源或能源時，難降解有機化合物才能被利用，這樣的代謝過程為共代謝（cometabolism）作用。微生物的共代謝作用可能存在以下幾種情況：靠降解其他有機物提供能源或碳源；通過與其他微生物協同作用，發生共代謝，降解污染物；由其他物質的誘導產生相應的酶系，發生共代謝作用。共代謝作用的存在，大大增加了一些難降解物質在環境中被生物降解的可能性。
微生物降解有機污染物的主要反應類型
- 氧化作用：醇的氧化、醛的氧化、甲基的氧化、氧化去烷基化、硫醚氧化、過氧化、苯環羥基化、芳烴裂解、雜環裂解、環氧化。
- 還原作用：乙烯基的還原、醇的還原、芳環羥基化、醌類還原、雙鍵、三鍵還原作用等等。
- 基團轉移作用：脫羧作用、脫鹵作用、脫烴作用、氫鹵以及脫水反應等。
- 水解作用：主要包括有酯類、胺類、磷酸酯以及氯代烴等的水解類型。
- 其他反應類型：酯化、縮合、氨化、乙酰化、雙鍵斷裂及鹵原子移動等。
影響微生物降解土壤中有機污染物的主要因素
微生物對于有機污染物的降解與污染物的性質、濃度，土壤環境條件以及對微生物的暴露方式不同而異。
- 污染物的性質：污染物的溶解性、污染物的結構；
- 污染物的濃度；
- 土壤環境條件：營養、電子受體、pH值、水分、溫度、土壤的結構與組成
污染土壤生物修復技術的主要特點為：
- 成本低于熱處理及物理化學方法；
- 不破壞植物生長所需的土壤環境；污染物氧化完全，沒有像土地填埋那樣的二次污染問題；
- 處理效果好，對低分子量的污染物去除率可達99%以上；
- 可就地處理，操作簡單。
應用微生物治理土壤有機污染的方法主要有三種：原位治理方法；異位治理方法；原位-異位聯合治理方法。
原位生物修復處理土壤和地下水，無需將土壤挖走或將污染地下水用泵抽至地面，其優點是處理費用低，但處理過程控制較難。原位生物修復的主要技術手段是添加營養物質、溶解氧、微生物或酶（以強化污染物分解速率）、表面活性劑（促進污染物質與微生物的充分接觸）、補充碳源及能源，以保證微生物的共代謝活動。
原位生物修復方法包括：
- 投菌法，就是直接向遭受污染的土壤中接入外源的污染物降解菌，并提供這些細菌生長所需的營養物質，從而達到將污染物就地降解的目的。
- 生物培養法，就地定期向土壤投加過氧化氫和營養物，以便使土壤中微生物通過代謝將污染物完全礦化為二氧化碳和水的方法稱為原位生物培養法。
- 生物通氣法，這是一種強迫氧化的生物降解方法，在污染的土壤上打至少兩口井，安裝上鼓風機和抽真空機，將空氣強排入土壤，然后抽出。土壤中有毒揮發物質也隨之去除，在通入空氣時另加入一定量的氨氣，為微生物提供氮源增加其活性。還有一種生物通氣法稱之為生物注射法，即將空氣加壓注入污染地下水下部，氣流加速地寫誰和土壤中有機物的揮發和降解。生物通氣法受土壤結構的制約，它需要土壤具有多孔結構。
- 農耕法，對只在表層被有機物污染且有就地處理條件的地塊，可進行就地地耕處理。即對被污染土地土層進行耕耙，深度以2-0.4m為宜，以使污染物與土壤均勻混合，并盡可能提供微生物代謝的好氧環境。
異位生物修復技術則需要將污染物質通過一定途徑從污染現場運走，再進行生物處理。在異位生物修復處理過程中，較多地應用了各類生物反應器，所以，不僅污染物質的搬運增加處理費用，而且反應器的加工制造、控制系統的設置等也會增加費用。相對于原位生物修復而言，異位生物修復過程易于控制。對一些難處理的有機污染物如有毒化合物、揮發性污染物或濃度較高的污染物處理，異位生物修復可發揮重要作用。
異位生物修復方法包括：
- 預制床法，在不泄漏的平臺上鋪上石子和砂子，將受污染的土壤以15-30cm的厚度平鋪在平臺上，加上營養液和水，必要時加上表面活性劑，定期翻動充氧，將處理過程中滲透的水回灌于土層上，以完全清除污染物。該方法實質上是農耕法的一種延續，但是它降低了污染物的遷移。
- 堆肥法，堆肥法是生物治理的重要方式，是傳統堆肥和生物治理的結合。它依靠自然界廣泛存在的微生物使有機物向未定的腐殖質轉化，是一種有機物高溫降解的固相過程。一般方法是將土壤和一些易降解的有機物如糞肥、稻草、泥炭等混合堆制，同時加石灰調節酸度，經發酵處理，可將大部分污染物降解。影響堆肥法效果的主要因素有水分含量、碳氮比、氧氣含量、溫度和酸度等。
- 生物反應器法，把污染土壤移到生物反應器中，加3-9倍的水混合使呈泥漿狀，同時加必要的營養物質和表面活性劑，泵入空氣充氧，劇烈攪拌使微生物與污染物充分混合，降解完成后，快速過濾脫水。
微生物在重金屬污染土壤生態修復中的作用
重金屬污染土壤的生態修復主要是利用植物或土壤中天然的微生物資源，消減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬毒性，從而使污染物的濃度降低到可接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害的物質，也包括將污染物穩定化，以減少其向周邊環境的擴散。重金屬的植物修復，就是利用植物在水或土壤中固定、降解或提取污染物。重金屬污染的特定是不能被微生物降解而從環境中徹底消除，只能從一種形態轉為為另一種形態。所以重金屬的微生物修復通過以下途徑：利用微生物化學、微生物有效性和微生物活性原則，把重金屬轉化為較低毒性產物（絡合態、脫烷基、改變價態）；或利用重金屬與微生物的親和性進行吸附及生物學活性最佳的的機會，降低重金屬的毒性和遷移能力。
在重金屬污染土壤的生態修復過程中微生物主要通過以下幾種方式起作用：
- 1、通過微生物的吸附、代謝達到對重金屬消減、凈化作用和固定作用；
- 2、通過微生物改變重金屬的化學形態，使重金屬固定或生物可利用性降低，減少重金屬的危害；
- 3、土壤微生物過氧化還原作用改變根際重金屬形態或產生的有機酸等方式可能增加金屬的溶解性，提高重金屬的有效性，以利于植物吸收；
- 4、通過促進植物生物生長、提高植物抗病、抗逆能力等方式間接影響修復效率。
土壤微生物生態工程，主要是通過向土壤中接種微生物公共能群物種或改良土壤環境以刺激微生物的生長繁殖，從而改善土壤環境、減少土傳病害、降解土壤中的污染物以及加快土壤生態恢復。土壤微生物生態工程在生態農業建設、污染土壤生態修復、礦山復墾以及海濱鹽土改良等方面起著日益重要的作用。