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土壤微生物是土壤生态系统的重要生命体，它不仅可以指示污染土壤的生态系统稳定性，而且还具有巨大的潜在环境修复功能。微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。
重金属污染土壤的微生物修复原理
土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤修复过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集(如生物积累、生物吸着)和生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)等作用方式。
微生物对重金属的生物积累和生物吸着
微生物对重金属的生物积累和生物吸着主要表现在胞外络合、沉淀以及胞内积累等3种形式，其作用方式有以下几种：①金属磷酸盐、金属硫化物沉淀;②细菌胞外多聚体;③金属硫蛋白、植物螯合肽和其他金属结合蛋白;④铁载体;⑤真菌来源物质及其分泌物对重金属的去除。由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。
微生物对重金属的生物转化作用
重金属污染土壤中存在一些特殊微生物类群，它们对有毒重金属离子不仅具有抗性，同时也可以使重金属进行生物转化。其主要作用机理包括微生物对重金属的生物氧化和还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制。在细菌对重金属抗性和生物修复的可行性研究中，人们多关注Hg的脱甲基化和还原挥发、亚砷酸盐氧化和铬酸盐还原以及Se的甲基化挥发等。
微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性。在细菌作用下氧化还原是最有希望的有毒废物生物修复系统。
有机污染土壤的微生物修复原理
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主要反应类型
微生物降解和转化土壤中有机污染物，通常依靠以下基本反应模式来实现的。
氧化作用：①醇的氧化，如醋化醋杆菌将乙醇氧化为乙酸，氧化节杆菌可将丙二醇氧化为乳酸;②醛的氧化，如铜绿假单胞菌将乙醛氧化为乙酸;③甲基的氧化，如铜绿假单胞菌将甲苯氧化为安息香酸，表面活性剂的甲基氧化主要是亲油基末端的甲基氧化为羧基的过程等。
还原作用：①乙烯基的还原，如大肠杆菌可将延胡索酸还原为琥珀酸;②醇的还原，如丙酸梭菌可将乳酸还原为丙酸;③芳环羟基化，甲苯酸盐在厌氧条件下可以羟基化;也有醌类还原、双键、三键还原作用等。
基团转移作用：①脱羧作用，如戊糖丙酸杆菌可使琥珀酸等羧酸脱羧为丙酸;②脱卤作用，是氯代芳烃、农药、五氯酚等的生物降解途径：③脱烃作用，常见于某些有烃基连接在氮、氧或硫原子上的农药降解反应：还存在氢卤以及脱水反应等。
水解作用：主要包括有酯类、胺类、磷酸酯以及卤代烃等的水解类型。
其他反应类型：包括酯化、缩合、氨化、乙酰化、双键断裂及卤原子移动等。（来源：土壤地下水修复）
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