土壤污染生物修复
狭义的生物修复主要是指利用微生物去除或降低受污染场地污染物的方法。广义的生物修复，其“生物”除微生物外，还包括植物（如重金属和放射性污染的超积累植物）、动物等。
微生物在有机污染土壤生态修复中的作用
生物修复技术是指利用微生物或其他生物，将土壤中有害有机污染物降解为无害的无机物质（CO2和H2O）的过程。降解过程可以通过改变土壤的理化条件（包括土壤pH值、湿度、温度、通气及营养添加）、接种特殊驯化与构建的工程微生物来提高降解速率。
有机污染土壤生态修复研究主要是围绕微生物修复展开的，它主要是指利用微生物的作用对进入土壤环境中的难降解物质如大分子有机污染物等进行治理。其修复是一个受控的过程或者是一个自发的过程。像杂酚油、汽油、甲苯，甚至多氯联苯（PCB）系列都是由碳分子链构成的烃类化合物，其中含有氯的烃类化合物最毒，对大多数生物体而言也是最复杂、最具有毒性以至最难以降解的。但是一些土著微生物经培养后能对其进行降解，若给这些微生物提供适当的原料、合适的环境和一些必需品（如氧、电子供体等），它们能将复杂的碳氢分子降解，并且将其转化为无毒无害的副产品。在这一过程中微生物最终死去，但他们的尸体就像其他微生物死去后的遗留物一样，是无毒无害的有机残渣。
有机污染物进入微生物细胞的过程
土壤中大部分有机污染物可以被微生物降解、转化，并降低其毒性或使其完全无害化。微生物降解有机污染物主要依靠两种作用方式 ：1、通过微生物分泌的胞外酶降解；2、污染物被微生物吸收至其细胞内后，由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输 、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。
微生物降解有机污染物的一般途径
- 矿化作用，矿化作用（mineralization）指有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单无机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过程。矿化作用是彻底的生物降解，即终极降解，可以从根本上清楚有机污染物的环境污染。一些环境异生物质（xenobiotics）如氯苯、硝基苯、多氯联苯等可以被专门的降解菌所矿化。微生物在通过矿化作用降解污染物的同时可以从污染物中获取所需要的能源、碳源、氮源、磷源和硫源等。矿化作用过程包括氧化、还原、水解、脱水、脱氨基、脱卤和裂解等生化反应，都是在各种微生物代谢过程中表现出来的，其实施都是酶促反应。
- 共代谢作用。 一些难降解的有机化合物不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其他可利用的碳源或能源时，难降解有机化合物才能被利用，这样的代谢过程为共代谢（cometabolism）作用。微生物的共代谢作用可能存在以下几种情况：靠降解其他有机物提供能源或碳源；通过与其他微生物协同作用，发生共代谢，降解污染物；由其他物质的诱导产生相应的酶系，发生共代谢作用。共代谢作用的存在，大大增加了一些难降解物质在环境中被生物降解的可能性。
微生物降解有机污染物的主要反应类型
- 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、过氧化、苯环羟基化、芳烃裂解、杂环裂解、环氧化。
- 还原作用：乙烯基的还原、醇的还原、芳环羟基化、醌类还原、双键、三键还原作用等等。
- 基团转移作用：脱羧作用、脱卤作用、脱烃作用、氢卤以及脱水反应等。
- 水解作用：主要包括有酯类、胺类、磷酸酯以及氯代烃等的水解类型。
- 其他反应类型：酯化、缩合、氨化、乙酰化、双键断裂及卤原子移动等。
影响微生物降解土壤中有机污染物的主要因素
微生物对于有机污染物的降解与污染物的性质、浓度，土壤环境条件以及对微生物的暴露方式不同而异。
- 污染物的性质：污染物的溶解性、污染物的结构；
- 污染物的浓度；
- 土壤环境条件：营养、电子受体、pH值、水分、温度、土壤的结构与组成
污染土壤生物修复技术的主要特点为：
- 成本低于热处理及物理化学方法；
- 不破坏植物生长所需的土壤环境；污染物氧化完全，没有像土地填埋那样的二次污染问题；
- 处理效果好，对低分子量的污染物去除率可达99%以上；
- 可就地处理，操作简单。
应用微生物治理土壤有机污染的方法主要有三种：原位治理方法；异位治理方法；原位-异位联合治理方法。
原位生物修复处理土壤和地下水，无需将土壤挖走或将污染地下水用泵抽至地面，其优点是处理费用低，但处理过程控制较难。原位生物修复的主要技术手段是添加营养物质、溶解氧、微生物或酶（以强化污染物分解速率）、表面活性剂（促进污染物质与微生物的充分接触）、补充碳源及能源，以保证微生物的共代谢活动。
原位生物修复方法包括：
- 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，并提供这些细菌生长所需的营养物质，从而达到将污染物就地降解的目的。
- 生物培养法，就地定期向土壤投加过氧化氢和营养物，以便使土壤中微生物通过代谢将污染物完全矿化为二氧化碳和水的方法称为原位生物培养法。
- 生物通气法，这是一种强迫氧化的生物降解方法，在污染的土壤上打至少两口井，安装上鼓风机和抽真空机，将空气强排入土壤，然后抽出。土壤中有毒挥发物质也随之去除，在通入空气时另加入一定量的氨气，为微生物提供氮源增加其活性。还有一种生物通气法称之为生物注射法，即将空气加压注入污染地下水下部，气流加速地写谁和土壤中有机物的挥发和降解。生物通气法受土壤结构的制约，它需要土壤具有多孔结构。
- 农耕法，对只在表层被有机物污染且有就地处理条件的地块，可进行就地地耕处理。即对被污染土地土层进行耕耙，深度以2-0.4m为宜，以使污染物与土壤均匀混合，并尽可能提供微生物代谢的好氧环境。
异位生物修复技术则需要将污染物质通过一定途径从污染现场运走，再进行生物处理。在异位生物修复处理过程中，较多地应用了各类生物反应器，所以，不仅污染物质的搬运增加处理费用，而且反应器的加工制造、控制系统的设置等也会增加费用。相对于原位生物修复而言，异位生物修复过程易于控制。对一些难处理的有机污染物如有毒化合物、挥发性污染物或浓度较高的污染物处理，异位生物修复可发挥重要作用。
异位生物修复方法包括：
- 预制床法，在不泄漏的平台上铺上石子和砂子，将受污染的土壤以15-30cm的厚度平铺在平台上，加上营养液和水，必要时加上表面活性剂，定期翻动充氧，将处理过程中渗透的水回灌于土层上，以完全清除污染物。该方法实质上是农耕法的一种延续，但是它降低了污染物的迁移。
- 堆肥法，堆肥法是生物治理的重要方式，是传统堆肥和生物治理的结合。它依靠自然界广泛存在的微生物使有机物向未定的腐殖质转化，是一种有机物高温降解的固相过程。一般方法是将土壤和一些易降解的有机物如粪肥、稻草、泥炭等混合堆制，同时加石灰调节酸度，经发酵处理，可将大部分污染物降解。影响堆肥法效果的主要因素有水分含量、碳氮比、氧气含量、温度和酸度等。
- 生物反应器法，把污染土壤移到生物反应器中，加3-9倍的水混合使呈泥浆状，同时加必要的营养物质和表面活性剂，泵入空气充氧，剧烈搅拌使微生物与污染物充分混合，降解完成后，快速过滤脱水。
微生物在重金属污染土壤生态修复中的作用
重金属污染土壤的生态修复主要是利用植物或土壤中天然的微生物资源，消减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性，从而使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。重金属的植物修复，就是利用植物在水或土壤中固定、降解或提取污染物。重金属污染的特定是不能被微生物降解而从环境中彻底消除，只能从一种形态转为为另一种形态。所以重金属的微生物修复通过以下途径：利用微生物化学、微生物有效性和微生物活性原则，把重金属转化为较低毒性产物（络合态、脱烷基、改变价态）；或利用重金属与微生物的亲和性进行吸附及生物学活性最佳的的机会，降低重金属的毒性和迁移能力。
在重金属污染土壤的生态修复过程中微生物主要通过以下几种方式起作用：
- 1、通过微生物的吸附、代谢达到对重金属消减、净化作用和固定作用；
- 2、通过微生物改变重金属的化学形态，使重金属固定或生物可利用性降低，减少重金属的危害；
- 3、土壤微生物过氧化还原作用改变根际重金属形态或产生的有机酸等方式可能增加金属的溶解性，提高重金属的有效性，以利于植物吸收；
- 4、通过促进植物生物生长、提高植物抗病、抗逆能力等方式间接影响修复效率。
土壤微生物生态工程，主要是通过向土壤中接种微生物公共能群物种或改良土壤环境以刺激微生物的生长繁殖，从而改善土壤环境、减少土传病害、降解土壤中的污染物以及加快土壤生态恢复。土壤微生物生态工程在生态农业建设、污染土壤生态修复、矿山复垦以及海滨盐土改良等方面起着日益重要的作用。