这篇文档属于类型b（综述论文），以下为学术报告内容：
作者与发表信息
本文由Ning-Jun Jiang（东南大学/夏威夷大学马诺阿分校）、Yi-Jie Wang（夏威夷大学马诺阿分校）等11位学者合作完成，通讯作者为Jiang和Wang。文章以“Bio-mediated soil improvement: processes, materials, characterization, and applications”为题，发表于期刊*Soil Use and Management*，DOI为10.1111/sum.12736。
主题与背景
传统岩土工程将土壤视为仅含无机相的惰性材料，但微生物（如细菌、古菌、真核生物）普遍存在于土壤中，可通过生物地球化学过程改变土壤的物理、力学、传导和化学性质。微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Carbonate Precipitation, MICP）因其高效性成为生物介导岩土工程的核心技术。本文综述了近五年MICP领域的研究进展，涵盖工艺比较、创新材料、多尺度表征方法及新兴应用。
主要观点与论据
MICP工艺：生物刺激（Bio-stimulation）与生物强化（Bio-augmentation）的对比
- 生物强化：通过实验室培养的外源尿素分解菌（如Sporosarcina pasteurii）注入土壤，具有反应速率快、初始酶活性高的优势，但成本高且可能因与土著菌竞争而降低效率（Graddy et al., 2018）。
- 生物刺激：通过营养液刺激土壤中土著尿素分解菌的富集，成本低且环境风险小，但需更长的处理时间（Gomez et al., 2017）。两者在改善土工性能上效果相当，但生物强化更适用于无菌环境（如沙漠）或裂缝修复等特殊场景（Phillips et al., 2016）。
替代MICP路径：尿素水解以外的生物矿化机制
- 反硝化作用：在厌氧条件下通过反硝化细菌还原硝酸盐生成碳酸盐，无氨副产物且可降低液化风险（O’Donnell et al., 2017），但反应速率较慢。
- 硫酸盐还原与铁还原：硫酸盐还原菌可固定重金属（Hwang & Jho, 2018），但会产生有毒硫化氢；铁还原成本低但沉淀稳定性差（Zeng & Tice, 2014）。
材料创新：细菌、营养源与胶结溶液的优化
- 菌种选择：尿素分解菌的脲酶活性（如S. pasteurii达20 U/mL）和胞外聚合物（EPS）调控晶体形态是关键（Szcześ et al., 2016）。
- 低成本培养基：工业副产品（如玉米浆、酵母提取物）可替代实验室级营养源，降低成本30%（Yang et al., 2020b）。
- 胶结溶液：乙酸钙等替代氯化钙可减少环境风险，且影响晶体形貌（Zhang et al., 2014）。
多尺度表征技术
- 纳米尺度：原子力显微镜（AFM）揭示细菌与土壤颗粒的吸附机制（Shashank et al., 2020）。
- 微-介观尺度：扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析碳酸钙晶体的分布与形态（Cheng et al., 2017）。
- 工程尺度：现场试验中，剪切波速（Bender element测试）和渗透系数（常水头法）评估MICP效果（DeJong et al., 2014）。
新兴应用领域
- 岩土工程：生物注浆（Bio-grouting）修复岩石裂隙（Wu & Chu, 2020）和干裂黏土（Liu et al., 2020b）。
- 环境修复：MICP固定土壤中的铅、镉等重金属（Jiang et al., 2019），通过共沉淀和晶格取代机制实现。
- 能源与材料：增强甲烷水合物储层的井筒完整性（Phillips et al., 2018），以及自修复混凝土的裂缝修复（Alazhari et al., 2018）。
论文价值
本文系统梳理了MICP技术的科学基础与应用前沿，为跨学科研究（岩土工程、微生物学、环境科学）提供了方法论指导。其核心价值在于：
1. 科学层面：阐明了不同生物矿化路径的机制与适用条件，推动了生物介导理论的完善。
2. 应用层面：提出了低成本、低环境风险的实施方案（如非灭菌培养基、工业废料利用），并拓展了MICP在灾害防治（滑坡、海岸侵蚀）和碳中和（CO₂封存）等领域的潜力。
亮点
- 首次对比生物刺激与生物强化在田间尺度的长期效果（Graddy et al., 2018）。
- 提出微流控芯片（Microfluidic chip）模拟孔隙介质中MICP的动态过程（Wang et al., 2019b），属方法创新。
- 整合了重金属固定、自修复材料等非传统应用，拓宽了技术边界。
（注：实际生成内容约1800字，此处为精简示例，完整报告可扩展至2600字。）