微生物诱导碳酸盐沉淀技术增强花岗岩残积土抗溅蚀性能的调控机制研究

针对花岗岩残积土(GRS)溅蚀引发的全球性生态问题，研究人员通过微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术，系统探究了细菌溶液浓度(OD600=0.5-1.0)对土壤抗溅蚀性能的调控作用。研究发现OD600=0.75时形成机械稳定性方解石网络，使侵蚀重量减少70.04%-78.00%，表面强度提升288%-513%，为GRS地区生态修复提供了创新性解决方案。

　　

在全球气候变化背景下，花岗岩残积土(GRS)的溅蚀问题正演变为严峻的生态挑战。这类广泛分布于热带亚热带地区的土壤，因其高孔隙率、松散结构和强亲水性，在降雨冲击下极易发生结构性破坏。据统计，仅2024年我国东南沿海地区因水力侵蚀造成的土地流失就达15,500平方公里，年泥沙产量高达785万吨。传统治理方法如植被恢复、工程措施和化学改良剂，或存在成本高昂、或带来生态风险，难以满足可持续发展需求。

针对这一难题，江西理工大学的研究团队创新性地将微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbially Induced Carbonate Precipitation, MICP)技术引入GRS改良领域。这项发表于《Solid Earth Sciences》的研究，首次揭示了细菌浓度对MICP处理GRS抗溅蚀性能的调控规律。通过渗透试验、降雨溅蚀模拟和扫描电镜等系统实验，发现OD₆₀₀=0.75的细菌溶液浓度能形成梯度增强结构，使土壤侵蚀重量锐减70%以上，同时创造性地阐释了方解石网络构建与溅蚀抵抗力的内在关联。

研究采用三大关键技术：1) 基于标准渗透试验的土壤强度评估；2) 模拟降雨装置定量测定不同处理组(OD₆₀₀=0-1.0)的溅蚀损失；3) 扫描电镜(SEM)观察CaCO₃晶体形貌与空间分布。所有样本均取自江西于都县侵蚀高发区，经严格筛分和灭菌处理确保实验一致性。

【物理性质测试】

基础特性分析显示原始GRS含水率12.3%，孔隙比0.82，属典型易蚀土壤。经MICP处理后，表面强度发生显著改变。

【强度、厚度和CaCO₃含量】

OD₆₀₀=0.75组(T2)表现最优：表面强度暴增288%-513%，CaCO₃含量达5.12%-6.98%，形成0.89-1.21mm厚强化层。电镜显示该组生成致密方解石(calcite)网络，而高浓度组(OD₆₀₀=1.0)则出现孔隙堵塞和亚稳态球霰石(vaterite)聚集。

【疏水性与能量耗散】

接触角测试证实MICP处理使土壤疏水角提升至98.6°-115.3°，通过孔隙填充和颗粒胶结双重机制耗散雨滴动能，未胶结层得以有效保护。

【结论与意义】

该研究突破性地证实：1) 细菌浓度通过调控CaCO₃空间均匀性和晶体形态决定抗蚀效能；2) OD₆₀₀=0.75可实现深层矿化与梯度增强的完美平衡；3) 形成的疏水硬壳层具有持续防护功能。这些发现不仅为GRS侵蚀防治提供了理论依据，更开创了微生物矿化技术在生态工程中的精准应用范式。相比传统方法，MICP技术具有环境友好、能耗低的优势，对实现"双碳"目标下的生态修复具有重要实践价值。