【摘 要】
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钙镁碳酸盐矿物是自然界中广泛分布和实验体系中十分常见的矿物。研究表明,细菌能够改变其所处微环境的理化性质,诱导形成各种类型和形态的钙镁碳酸盐矿物。细菌诱导碳酸盐矿物形成机制的研究在丰富土壤形成和演化理论、污染土壤的生物修复、大气CO2的固定以及元素的生物地球化学循环等方面均具有十分重要的意义。然而,在细菌作用下钙镁碳酸盐矿物形成的机制方面仍存在诸多不明之处。鉴于微生物诱导钙镁碳酸盐矿物形成机制的研
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（批准号:41172308和41673083）； 中国科学院黄土与第四纪地质国家重点实验室开放课题（批准号:SKLLQG1309）； 江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（编号:CXZZ12-0269）；
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钙镁碳酸盐矿物是自然界中广泛分布和实验体系中十分常见的矿物。研究表明,细菌能够改变其所处微环境的理化性质,诱导形成各种类型和形态的钙镁碳酸盐矿物。细菌诱导碳酸盐矿物形成机制的研究在丰富土壤形成和演化理论、污染土壤的生物修复、大气CO2的固定以及元素的生物地球化学循环等方面均具有十分重要的意义。然而,在细菌作用下钙镁碳酸盐矿物形成的机制方面仍存在诸多不明之处。鉴于微生物诱导钙镁碳酸盐矿物形成机制的研究所具有的重大意义及目前研究中存在的不足,本文分别利用Arobaacter sp.MF-2和Curvibacter sp.HJ-1及其分泌的胞外聚合物在不同Mg/Ca摩尔比条件下进行了碳酸盐矿化实验,同时完成了相应的对照实验,通过跟踪观察矿化环境的动态变化、剖析矿物种类和形态的演变过程以及同位素分馏特征,探讨了细菌诱导钙镁碳酸盐矿物形成的机制。主要研究结果可以概括如下:（1）细菌种类对碳酸盐矿物种类和形态的影响。菌株MF-2作用下倾向于形成方解石,而菌株HJ-1更有利于亚稳态矿物（球霰石和文石）的形成。两株细菌作用下矿物形态的演变趋势基本上相似,菌株MF-2:杆状→哑铃状→花菜状→球状;菌株HJ-1:杆状→十字形→星状→花菜状→球状。（2）细菌胞外聚合物影响矿物种类和形态。碳酸铵分解的气体扩散法实验结果表明,细菌分泌的胞外聚合物有助于单水碳钙石和高镁方解石的形成。细菌胞外聚合物作用下矿物形态主要呈现不规则状和球状。（3）Mg/Ca摩尔比对碳酸盐矿物种类和形态的影响。无Mg条件下,矿物主要为球霰石和方解石。在含Mg条件下,矿物以镁方解石和文石为主。随着Mg/Ca比的升高,矿物形态有从菱面体为主向长柱状、球状为主方向转化的趋势。（4）细菌矿化影响同位素分馏。细菌成因碳酸盐矿物的δ13C值介于-15.7‰～-4.2‰之间,δ18O值介于-10.9‰～-1.6‰之间。不同Mg/Ca比条件下细菌成因碳酸盐矿物的δ13C值变化反映了矿物中的碳酸根离子主要来源于培养基中有机物质的氧化。细菌成因碳酸盐矿物的δ26Mg值介于-2.484‰～-0.811‰之间,略重于无机成因矿物,受无机沉淀和生物代谢过程的双重影响,细菌及其胞外聚合物的作用有助于重Mg进入矿物晶格。体系中碳、氧和镁同位素分馏作用在无定型向结晶型矿物转变的阶段比较显著。（5）钙镁碳酸盐的细菌矿化机制。细菌通过创造有利于碳酸盐沉淀的理化条件、提供成核位点（菌体细胞及其分泌的胞外聚合物）和分泌碳酸酐酶（催化细菌呼吸产生CO2的水解）来诱导碳酸盐矿物的形成,并影响矿物与溶液间的同位素分馏作用。细菌分泌的胞外聚合物可以作为异相成核位点,也可以通过促进Mg进入矿物晶格、改变生长取向而影响矿物晶型和形态。Mg2+也可以通过改变晶面生长取向而影响碳酸盐矿物的种类和形态。
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