近年来，微生物矿化逐渐成为岩土领域研究热点之一，其主要通过微生物生长代谢活动所发生的一系列生化反应诱导生成碳酸盐、磷酸盐等沉淀，是地表矿物形成的重要一环。根据矿化基本原理，人们提出了基于微生物成矿作用的微生物岩土技术，即通过人为干预和调控微生物矿化反应实现对岩土体性质的改造（物质组成、几何结构及理化性质等），进而影响岩土体的工程特性。微生物岩土技术具有非扰动和相容性好、胶结强度高等特点，在岩土体加固[2-3]、抗渗处理[4-5]及污染物治理[6]等领域均体现出极具潜力的应用前景。其中，微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）技术是目前研究最为广泛的微生物岩土技术，近20年来，国内外研究者从微细观加固机理探究[7-8]到室内单元试验[9-10]，再至中尺度的模型试验[11]以及现场试验[12]，均进行了不同程度的研究。然而，目前关于该技术的实践研究领先于理论探索，加强微生物原理及理论方面的研究对于构建整个学科体系具有重要意义，进而推进对该领域更加深入的基础认识与研究。
针对近些年来该领域积累的研究成果，本文以最受关注的脲酶菌为代表，基于其出色的矿化能力，介绍和回顾了微生物矿化的反应原理与微观特征、加固机理与破坏机制，以及矿化理论模型的研究现状和发展，最后对微生物矿化技术目前亟待解决的问题与挑战进行总结，以及未来的研究热点进行了探讨和展望。
本文针对微生物矿化作用及其衍生的微生物岩土技术进行了总结与回顾，主要介绍了微生物矿化反应原理、加固与破坏机制以及理论基础，其对于促进微生物技术认识和研究推进具有重要意义，然而现有研究仍存在许多局限性，主要体现在以下3个方面。
（1）微生物矿化原理仍需进一步深入探究。微生物矿化反应过程中细菌生理意义仍未明确，环境改变引起的细菌趋化性、趋流性等需进一步表征。日前新兴的微流控岩土技术是在模型简化的基础上对岩土工程问题进行可控性研究，然而真实岩土体介质单元存在围压作用，岩土体介质特性、温度、pH等因素均会影响矿化反应。目前主流采用的准二维微流控模型能否应用于真实岩土体仍有待检验，这些不确定因素影响了微流控研究在实际工程中的应用。
（2）微生物矿化沉积及破坏机理仍需完善。微生物加固土呈现的不均匀性问题是目前限制微生物岩土技术广泛应用的主要原因之一，针对不同的应用场景往往需要不同的沉积效果（如填充孔隙、胶结土体颗粒），目前矿化机理探究大多停留在定性的现象描述，如何定量表征沉积特征与力学特性的联系，并依此推导加固体的破坏演变规律尤为重要。
（3）微生物矿化理论及模拟效率仍需提升。现有研究表明采用数值模拟对试验程序的优化和现场试验结果预测能提供重要参考依据，当MICP技术应用于大尺度现场试验时，不可避免地会面临土体非均质性及非饱和渗流问题，渗流过程通常伴随物理化学反应、岩土介质变形、物质和热量传输等现象。现有理论存在参数众多、模型复杂且实用性较差，难以在实际工程预测中推广与应用。随着研究手段和技术的革新，微生物岩土技术得到了快速发展，针对上述研究中存在的问题和挑战，其未来研究热点可总结如下。
a）优化微观研究技术方法。充分利用微观技术手段探究MICP矿化反应对细菌生理意义的影响。开发设计更符合真实岩土体介质特性的微流控芯片，建立多场耦合环境可视化系统，进而加深了解微生物矿化深层次机制，实现对微观反应的调控和优化，并为实际应用提供可靠的参数取值。此外，建立从孔隙尺度至宏观尺度以及现场应用的跨尺度联系尤为重要。
b）建立矿化沉积与力学演变规律的定量联系。结合X-CT等原位无损观测手段，定量描述沉积特征对土体工程特性的影响，如针对土体渗透率的改善，确定矿化沉积对有效孔隙率的影响，从而建立合理的渗透率-孔隙率预测模型；对于固化土的力学特性改变，应明确不同沉积模式对力学特性的影响程度及应力作用下沉积模式的演变。
c）建立协调完整的微生物矿化理论模型。有必要发展多场-多相-多尺度耦合的微生物矿化理论模型，实现对微生物固化土的风险预测与参数优化，同时优化模拟方法、统一参数选取方法，从而有效降低时间与技术成本。
众多研究已表明微生物矿化技术可以显著改善岩土体特性，之外，还可以充分利用该技术原理及优点发展潜在应用，如基于MICP共沉淀原理将微生物矿化技术应用于污染场地修复及污染物治理，可有效去除重金属离子污染；通过微生物矿化产生的EPS和沉淀选择性封堵高渗透性区域，迫使驱替相改向低渗透率区域流动，从而提高原油开采率；基于碳酸钙较好的相容性，可以利用MICP技术修复石质文物以及黏贴修复破损陶器等。此外，相较于细菌的微米级尺寸，脲酶分子具有更微小的尺寸（约12 nm），因而其更易渗入微孔隙和微裂隙中，而微生物代谢分泌能力对温度、pH及氧气供应等环境因素要求较为苛刻，因此脲酶在应用于细粒土处理、深部岩体及防治CO2封存泄露等领域会更具潜力和优势。需要指出的是，现阶段微生物岩土技术面临的挑战还包括：技术复杂度及成本较高；该技术对不同土性（砂土、粉砂、粉土、黏土等）兼容性；该技术的环境兼容性，包括其与岩土体、地下水、原位生态的相互作用需要明确。因而，在微生物岩土技术向规模化应用转变的过程中，仍需岩土工作者不断地探索与实践。
