微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究

向珊瑚砂中注入巴斯德芽孢杆菌菌液、氯化钙和尿素的混合液,利用微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂;并对珊瑚砂固化体进行了渗透、强度及微观结构等试验。试验结果表明,巴斯德芽孢杆菌的活性随时间呈衰减趋势,但衰减速度缓慢,能较好地满足珊瑚砂固化的需要。随着菌液、氯化钙和尿素的混合液注入次数的增加,珊瑚砂柱渗透性逐步降低,最终渗透性降低了1～2个数量级。微生物固化后的珊瑚砂柱应力-应变曲线大致可分为3段,即应力随应变缓慢增加段、快速增加段以及突降段。试样发生压裂脆性破坏,无侧限抗压强度最高达到14 MPa左右。抗压强度随干密度增加而增大,随渗透性降低而增大。微生物固化后珊瑚砂颗粒被生成的碳酸钙完整的包裹,孔隙间极少见生成的碳酸钙,与普通硅砂微生物固化后的微观结构不同,较好地解释了渗透性降低不多的原因。     

微生物诱导碳酸钙沉淀改性膨胀土试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcite precipitation,简称MICP）技术可能是有助于解决膨胀土胀缩行为的一种潜在方法。用细菌浓度和脲酶活性作为控制指标,研究了在不同培养条件下的巴氏芽孢杆菌的生长特性,确定了最有利于细菌生长的温度、pH和摇床震荡速率。用MICP技术对两种不同的膨胀土进行处治,通过比较处治前后土样的自由膨胀率、无荷膨胀率、黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度等物理力学指标,验证处治效果,从微观角度解释了改性膨胀土的作用机制。结果表明：培养温度为30℃、pH为7、摇床震荡速率为200 r/min时,最适宜细菌生长。MICP处治后的膨胀土自由膨胀率和无荷膨胀率均有明显下降,黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度均有明显增强,MICP过程中生成的碳酸钙起到了孔隙填充和土颗粒胶结作用,同时钙离子对低价阳离子的置换和碳酸钙对土颗粒的包裹效应,共同作用改善了膨胀土特性。研究可为微生物处治膨胀土技术和工程应用提供参考。     

微生物诱导碳酸钙沉积技术改性黄土结构强度试验研究

我国黄土地区的水土流失和地质灾害问题异常严重,这主要与黄土较差的工程地质性质有关.提出采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对黄土进行改性处理,以改善其力学性质.采用喷洒法的方式将制备好的微生物菌液和胶结液依次喷洒在土样表面进行MICP处理,基于贯入试验和碳酸钙含量测定试验,分析不同MICP胶结轮次(3次、5次、7次...     

微生物沉积碳酸钙固化砂土试验研究

砂土固化对增加砂土强度、减小渗透性极为有利,可提高和改善砂土的力学特性。通过培养基L进行菌种繁殖,研究了不同条件下的细菌生长特性;分析流出液的pH值和Ca~(2+)浓度的内在关系,揭示了固化砂柱的渗透性、无侧限抗压强度变化规律;通过微观结构阐释微生物固化效果,并研究了Ca~(2+)浓度与试样强度的关系。结果表明:2mL细菌母液加入100mL培养液并在30℃、pH为6,150rpm振动速度的条件下最适宜菌种生长;固化过程中,pH值逐渐降低,而Ca~(2+)浓度则增大;采用0.5mol/L胶凝液固化效果较好且固化周期短;固化后砂土颗粒间孔隙被生成的碳酸钙填充;试样渗透性最终降低3~4个数量级;流速越小,固化时间越长,固化效果越好;且固化试样破坏模式都是脆性破坏;采用尿素和醋酸钙混合溶液作为胶凝液,更能提高Ca~(2+)利用率。     

微生物影响硅酸盐矿物风化作用的模拟试验

研究了硅酸盐细菌对矿物的风化作用。选用土壤中常见的钾长石、伊利石等矿物作为细菌风化作用的对象,通过在含有矿物颗粒的无氮培养基中培养硅酸盐细菌,使其在培养液中与矿物颗粒发生相互作用,再取样并处理后进行电镜观察和X-射线衍射分析。电镜观察结果表明细菌对矿物试样表面确实发生了溶蚀作用,被细菌作用后的矿粉,颗粒浑圆,边缘模糊不清,表面呈凹凸不平状,矿物颗粒被大量的菌体物质所覆盖。用X-射线衍射分析检测到细菌对具不同晶体结构矿物的“选择性”破坏作用,在有多种矿物同时存在的情况下,细菌对较易分解的矿物破坏作用速度较快。结合矿物学与微生物学相关知识,初步分析了细菌培养液中细菌与矿物界面之间的相互作用以及土壤生态系统中矿物的生物风化作用过程。     

微生物地球化学作用及其在农业中的应用

以微生物为中心、探讨了微生物与地球化学之间的关系，其中着重阐述了以下观点：①微生物的代谢转化与地球化学作用密切相关；②微生物的繁生息及其新陈代谢对促进地表岩石风化以及土壤的演经起了重要作用；③充分利用某些微生物能能促使有益元素溶解、迁移的功能，以利于植物的生长是可行的。     

基于石灰石粉钙源的微生物固化砂土试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）作用是一种新型的土体改良技术。钙源作为MICP反应中重要的反应物,对微生物诱导碳酸钙沉积的效果有重要的影响。目前应用最广泛的钙源——氯化钙（CaCl2）,具有成本高,环境污染性大的缺点。为此,文章提出利用石灰石粉提取钙源,通过在石灰石粉中加入乙酸溶液,释放钙离子用于微生物固化土体。通过开展无侧限抗压强度试验以及微观结构的扫描电镜观测、碳酸钙含量测定等分析,验证利用石灰石粉提取的钙源用于微生物诱导碳酸钙沉积作用固化土体的可行性,同时与醋酸钙和氯化钙固化砂柱进行了对比分析。研究结果表明：（1）石灰石粉用于微生物固化土体具有可行性,固化后砂柱的强度和碳酸钙含量较高,结构完整性高;（2）不同钙源固化砂柱的力学特性不同但均呈典型的脆性破坏模式,其中醋酸钙固化砂柱的无侧限抗压强度略高于石灰石钙源固化砂柱,氯化钙固化砂柱的无侧限抗压强度则远低于前两者且表面更加粗糙,孔隙更多,破坏后的完整性更低;（3）不同钙源固化砂柱的碳酸钙含量不同。醋酸钙和石灰石钙源固化砂柱的碳酸钙含量相近,而氯化钙固化砂柱中碳酸钙含量较低。不同钙源固化砂柱的碳酸钙含量和无侧限抗压强度基本呈正相关关系;（4）醋酸钙和石灰石钙源固化砂柱中砂土颗粒的表面和接触点间均沉积大量碳酸钙,碳酸钙晶体主要为薄片状堆叠的方解石。氯化钙固化砂柱中碳酸钙沉积量低于前两者,碳酸钙晶体主要为六面体状的方解石;（5）不同钙源主要通过影响微生物成矿过程的晶型、晶貌、晶体含量、晶体分布及胶结特征来改变固化效果。     

微生物沉积碳酸钙固化砂质黏性紫色土试验研究

重庆紫色土是一种砂质黏性土,地区降雨集中,水力冲蚀作用剧烈,极易产生水土流失,微生物诱导方解石沉积(MICP)技术因能耗低、污染小而广泛应用于土体加固中。通过正交试验优化了巨大芽孢杆菌(BNCC 336739)的培养基和培养条件,活菌数增长126%,活性良好。采用巨大芽孢杆菌,进行低水压(9.8kPa)灌注固化砂质黏性紫色土试验,探究了固化效果的变化规律。结果表明:随固化次数增加,碳酸钙生成量和干密度逐级增加,无侧限抗压强度与碳酸钙生成量正相关;碳酸钙有效沉积越来越少,强度提高趋于稳定,固化9次后强度提高77%;随孔隙被碳酸钙填充和上下碳酸钙硬壳的形成,渗透性不断降低,最终下降两个数量级;通过试样上、中、下三部分碳酸钙生成量C的样本标准差s来反映碳酸钙分布离散程度,发现割线弹性模量在s的影响下随C增加而波动上升,波动表现为在C相近或s相差很大时,s越小割线弹性模量越大。研究成果可以为MICP技术在紫色土地区的地基、边坡加固和水土流失防护等工程应用提供科学依据和参考。     

浙江瑶琳洞风化碳酸钙景观复生试验中CO2 吸收动力学研究

在H2O— CO2— CaCO3 的系统中,因喀斯特水中逸出CO2 ,导致CaCO3 沉积,形成千姿百态、琳琅满目的洞积物,如石笋、钟乳石、石林、石葡萄、卷曲石等等。由于洞穴环境的变化,使洞穴沉积石产生严重的风化作用。然而,我们试用钙碱性溶液吸收CO2 ,产生CaCO3 沉积,可使风化的洞穴碳酸钙景观恢复其美学价值。碱性溶液吸收CO2 的静态试验表明,溶液CO2 的吸收过程主要发生在前8个小时,对浓碱溶液来讲,前4个小时最重要。动态试验结果说明,碱性溶液吸收CO2 ,沉积CaCO3 的过程主要发生在60 cm流程内。试验中,滴水速度小的吸收CO2 及沉积CaCO3 率高于滴水速度快的碱性溶液。当一滴溶液变成薄膜流时,它吸收CO2 的能力将提高24. 34倍。      

磷灰石的微生物风化研究进展

微生物对磷灰石的风化作用在磷的生物地球化学循环中有重要意义,其研究方法有静态研究和动态研究两类,后者较准确地反映微生物对磷灰石风化的自然状况.选用不同的研究方法视目和内容而定.磷灰石的微生物风化作用机理是核心研究内容,目前的解释包括酸解、络解,以及微生物的物理破坏作用等几个方面.     

淡水文石珍珠可溶性有机质对CaCO3结晶的影响

以浙江诸暨淡水文石珍珠为实验原料,提取文石珍珠中的两种基质蛋白--酸可溶蛋白(ASM)和水可溶有蛋白(WSM),并分别将其制备成一系列不同浓度的基质蛋白溶液.利用上述两种不同浓度的可溶性有机基质溶液采用扩散法开展了碳酸钙的体外模拟矿化实验,探讨两种可溶性有机质的浓度在控制CaCO3结晶方面的作用.通过扫描电子显微镜及显微共聚焦拉曼光谱等方法对体外模拟矿化结果进行了观察和分析.结果表明,酸可溶蛋白对碳酸钙晶体的形貌和尺寸具有明显的调控作用,而对晶型无影响,不同浓度的酸可溶蛋白对碳酸钙晶体形貌影响差别不大,对尺寸的影响略有不同;水可溶蛋白对碳酸钙晶体的晶型、形貌及尺寸均有显著影响.不同浓度的水可溶蛋白对碳酸钙晶体的形貌和尺寸影响较大,对晶型有一定的调控作用.     

土壤pH值及CaCO3在多目标地球化学调查中的研究意义

重点阐述了土壤pH值，CaCO3含量与土壤矿质元素活化之间的制约机理，从而论述了多目标地球化学调查要实现服务于农业，服务于生态环境保护的目标，就必须加强对土壤pH值及CaCO3含量调查研究。     

Determining mineral weathering rates based on solid and solute weathering gradients and velocities: application to biotite weathering in saprolites

Chemical weathering gradients are defined by the changes in the measured elemental concentrations in solids and pore waters with depth in soils and regoliths. An increase in the mineral weathering rate increases the change in these concentrations with depth while increases in the weathering velocity decrease the change. The solid-state weathering velocity is the rate at which the weathering front propagates through the regolith and the solute weathering velocity is equivalent to the rate of pore water infiltration. These relationships provide a unifying approach to calculating both solid and solute weathering rates from the respective ratios of the weathering velocities and gradients. Contemporary weathering rates based on solute residence times can be directly compared to long-term past weathering based on changes in regolith composition. Both rates incorporate identical parameters describing mineral abundance, stoichiometry, and surface area.

Weathering gradients were used to calculate biotite weathering rates in saprolitic regoliths in the Piedmont of Northern Georgia, USA and in Luquillo Mountains of Puerto Rico. Solid-state weathering gradients for Mg and K at Panola produced reaction rates of 3 to 6×10⁻¹⁷ mol m⁻² s⁻¹ for biotite. Faster weathering rates of 1.8 to 3.6×10⁻¹⁶ mol m⁻² s⁻¹ are calculated based on Mg and K pore water gradients in the Rio Icacos regolith. The relative rates are in agreement with a warmer and wetter tropical climate in Puerto Rico. Both natural rates are three to six orders of magnitude slower than reported experimental rates of biotite weathering.     

微生物对碳酸盐岩的风化作用

微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。     

陇西民和黄土CaCO3和有机碳总量的含量变化及其气候指标的局限性

民和黄土地处黄土高原与青藏高原东北缘的交接部位,对气候反应较敏感,对该黄土1.87-0.70Ma BP段进行了CaCO3和有机碳总量（TOC）的采样分析。民和黄土CoCO3含量在5.89%-18.63%之间变化,平均11.41%;有机碳含量较低,在0.007%-0.452%之间,平均0.088%。民和黄土中的CaCO3含量明显高于兰州、洛川和西安等地,而有机碳含量则远低于上述地区。黄土中CaCO3和有机碳含量变化反映了该区1.87Ma BP以来气候变干冷的趋向。分别受复杂的CaCO3来源与类型、困难的采样、地区上的差异对比等和有机碳保存条件、沉积速率以及“埋藏效应”的影响,黄土中的CaCO3和有机碳的波动变化作为气候变化的替代性指标存在一定的局限性。文章最后指出,在实际应用中,黄土（特别是黄土高原西北部）中CaCO3和有机碳气候指标应结合其他环境指标共同使用,才能从中提取正确的古气候信息。     

原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例

研究云母和长石等原生硅酸盐矿物的风化速率和风化产物对于深入理解土壤发生过程、营养元素循环以及全球气候变化具有重要的理论意义。本文从自然风化、人工化学风化和生物风化3方面总结了原生硅酸盐矿物风化作用及其产物的特点，重点阐述了微生物参与下的生物风化作用和生物矿化作用及其意义。野外观察和室内实验研究结果表明，微生物可以加速矿物的分解，而且其细胞表面及其产生的胞外多聚糖可以作为次生矿物成核的模板。     

化学蚀变指数(CIA)反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性探讨

风化壳型土壤剖面是记录"地球关键带"长期信息的重要载体。然而,目前对大范围的风化壳-土壤原位风化过程研究较少,化学风化指标能否指示其风化强度存在争议。本研究以广东省湿润亚热带气候主导区的6个花岗岩风化壳型土壤剖面为研究对象,结合土壤的常量元素地球化学和粒度数据来描述剖面的化学风化和物理变化,探讨CIA反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性。结果显示：在温带地区迁移作用微弱的惰性元素Fe、Al、Ti在亚热带风化剖面上层含量相对中下层较低;随着地区降水量的增加,CIA从剖面顶部到底部数值呈增加趋势,这与风化壳剖面自上而下风化强度减弱的理想风化趋势相悖;并且发现CIA指标与气候参数,尤其是降水之间存在良好的反相关关系（R2=0.77,P < 0.01,y=-0.0065x+104.01）。通过对该异常现象的探讨,得到以下认识：在湿润亚热带地区,风化壳表层土壤具有复杂的物理、化学变化,尤其是高降水量引起的物理侵蚀使得化学活动性弱的Fe、Al、Ti氧化物、以及粘粒被地表径流带走或者下渗到更深层土壤中,使得表层土壤的CIA值偏低,不能真实反映其化学风化强度。因此,在应用CIA指标反映湿润亚热带高降水地区风化壳土壤剖面的风化强度时应当谨慎。     

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义.本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势.     

洛阳龙门石窟围岩风化特征研究

对洛阳龙门石窟围岩风化特征及风化作用影响因素进行调查研究,指出目前围岩风化作用主要为生物风化和物理风化作用,并进一步对其风化机理进行了探讨。以往研究结果认为风化作用主要类型为物理风化作用,本文研究表明,目前由于西山山顶植被的不断发育,随着植被根须机械破坏作用及植被腐殖质分解的产物引起岩体解离的生物化学破坏作用日益加剧,生物风化作用亦已成为风化破坏主要影响因素,应引起有关部门注意。     

An overview of the role of weathering in the production of quartz silt

Quartz silt is a widespread detrital sediment with large aeolian (loess) and alluvial silt deposits forming important components of many contemporary landscapes. Despite research findings which indicate that a range of opportunities exist for the comminution of quartz into silt particles within a wide variety of geomorphic environments (e.g. glacial grinding, fluvial comminution, aeolian abrasion, frost weathering, salt weathering, insolation weathering and deep weathering), the ‘glacial-aeolian’ hypothesis has traditionally been favoured as the most likely explanation for loess formation and loess is seen as primarily a Quaternary phenomenon. As a consequence there has been a tendency to underestimate sediment inputs into loess systems by geomorphological processes operating within pre-Quaternary environments. In particular, earth scientists may have considerably underestimated the role of weathering in global silt generation, as there are now many references to the existence of a patchy but widespread distribution of pre-Quaternary weathering profiles across the glacial and periglacial landscapes of the Northern Hemisphere (e.g. North America, British Isles, north and central Europe), landscapes within which many of the classical loess deposits are located. These observations suggest that weathering profiles may have covered large tracts of the Northern Hemisphere land surface prior to the Quaternary glaciations. This, in turn, may have important implications for quartz silt generation as: (1) experimental studies indicate that many weathering processes are capable of generating significant quantities of silt-sized debris, and (2) particle characteristics displayed by saprolitic material that has developed on quartz rich crystalline source rocks often include significant quantities of either silt-sized material, or quartz grains that are weakened by weathering derived microfractures. Thus, weathering profiles may represent ‘mines’ of actual and potential quartz silt, available for release into sedimentary systems when these profiles are subsequently reworked by geomorphological processes such as glacial, fluvial and aeolian erosion.