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微生物诱导碳酸盐矿物沉淀机理的研究有可能为CO2的矿物捕获提供科学依据。同时,该领域的研究还有可能为寻找地外生命提供重要的线索,也可能在治理被重金属污染的水体和土壤方面发挥重要的作用。近年来,微生物诱导碳酸盐矿物形成的功能在对纪念碑等观赏性石质材料的风化表面进行环境友好的修复方面展现了越来越美好的前景。目前,微生物成因碳酸盐矿物方面的研究成果已有很多,但仍有许多关键问题不甚清楚,例如,矿物的成核模板问题和矿物形态的控制因素问题等等。为了更好地阐明细菌作用下碳酸盐矿物的形成机理,本文利用赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株和节杆菌MF-2菌株分别进行了一系列的碳酸盐矿化实验(培养基中不添加碳酸根离子),同时完成了一系列的无菌对照实验。在实验过程中,对培养液的pH值、电导率及其中细菌数量、胞外多糖、低分子量有机酸、Ca2+和Mg2+浓度、碳酸酐酶等进行了动态监测。利用扫描电子显微镜对矿物形态进行了跟踪观察,利用X-射线衍射仪对矿物成分进行了测定。主要研究结果如下:(1)赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株和节杆菌MF-2菌株均具有促进碳酸盐矿物形成的能力。它们可以利用空气中的CO2或者细菌呼吸作用产生的CO2形成碳酸盐矿物。(2)在GW-2和MF-2菌株作用下形成的矿物种类和形态均有差异。随着培养时间的延长,GW-2菌株诱导形成的矿物种类演化方向为:非晶态碳酸钙(ACC)→碳钙镁石→高镁方解石,矿物形态主要为哑铃形、花菜形、球状、半球状、板状和不规则状:MF-2菌株诱导形成的初始矿物为ACC,后来逐渐转化为高镁方解石,它们的形态主要为球状、板状和不规则状。(3)在GW-2菌株作用下,碳钙镁石可能主要是ACC经过老化作用而形成,而碳钙镁石经过脱镁作用形成高镁方解石;在MF-2菌株作用下,镁方解石可能是由ACC直接转化而来。(4)电导率、Ca2+和Mg2+浓度与沉淀物质量均呈极显著的负相关关系。GW-2菌株作用下相关系数r分别为0.89、0.93和0.98(P<0.001)。MF-2菌株作用下r分别为0.86、0.89和0.92(P<0.001)。电导率、Ca2+和Mg2+浓度的明显降低有可能用来指示碳酸盐矿物沉淀的发生。(5)pH值的升高为碳酸盐沉淀提供了必要的物理化学环境,它与沉淀物质量之间具有显著的正相关关系。在GW-2菌株作用下,r=0.79,P<0.05;在MF-2菌株作用下,r=0.95,P＜0.05。(6)各时间段平均沉淀速率与细菌数量和胞外多糖之间均具有显著的正相关关系。在GW-2菌株作用下,r分别为0.67和0.62(P<0.05);在MF-2菌株作用下,r分别为0.64和0.61(P<0.05)。这些结果说明,细菌细胞和胞外多糖可能通过模板作用影响碳酸盐的沉淀过程。上述研究结果有助于增进对细菌作用下碳酸盐矿物形成过程的了解,并为进一步阐明其机理提供了科学依据。