自然環境中，岩土體中存在大量的微生物，其常規代謝活動會改變岩土體的物理、力學性質。微生物岩土技術，是主動利用和控制土源類微生物代謝反應解決岩土工程中問題的方法之一。作為新興的交叉學科方向，由於其低碳、綠色環保等優點而得到發展。從微生物反應原理的角度，微生物岩土技術利用的微生物過程包括微生物礦化作用、微生物產氣泡過程及微生物膜生長過程等。從實際應用角度，微生物岩土技術應用領域包括岩土體加固與防滲、砂土液化防治、土體抗侵蝕、汙染土治理等。
中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室研究員盛煜團隊助理研究員彭爾興聯合東南大學教授章定文團隊，對微生物誘導氣泡過程和微生物礦化作用改良土體物理力學特性開展了跟蹤研究。研究將Pseudomonas stutzeri匯入土體孔隙並誘導其產生氮氣氣泡（圖1），分析了氣泡介入對砂土力學特性和抗液化效能的影響機理（圖2）。以此為基礎，科研團隊探索將成果應用於凍脹防治、鹽漬土固化等領域，並取得階段性進展：從降滲角度出發，將微生物誘導氣泡過程引入土體凍脹處理方向，並進行低溫條件下微生物產氣效能改良和粉土滲透特性研究，表明準飽和狀態下少量封閉性氣泡和微生物對水分遷移路徑的共同封堵作用可將土體滲透係數降低1個數量級（圖3）；將微生物礦化作用引入治理西北地區的高氯鹽含量鹽漬土問題，在獲得良好固化效果的基礎上，從微觀角度剖析了氯鹽對礦化過程的劣化機理，土體固化後強度可達2.9~4.5MPa（圖4）。該研究為微生物材料在岩土工程中的應用和綠色施工技術發展提供科學依據和理論支撐。
研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、西北研究院“青年人才成長基金”、中科院凍土工程國家重點實驗室自主研究課題和黃河水利科學研究院開放課題等的資助。相關研究成果分別發表在Journal of Environmental Management、Journal of Cleaner Production上。
圖1.在土體孔隙內匯入Pseudomonas stutzeri並誘導其產生氮氣氣泡
圖2.含微生物氣泡土體的抗液化效能
圖3.含封閉氣泡和微生物土體的滲透係數與飽和度之間的關係
圖4.微生物礦化作用固化后土體的強度特徵
來源：中國科學院西北生態環境資源研究院
