近年来，极端气候频发，导致水土流失、滑坡、泥石流等地质灾害风险不断加剧。地表土作为大气与土体之间物质和能量交换的前沿阵地，其水–热交换异常强烈，是诱发灾害的重要驱动因素，而土体的水-力学稳定性、结构完整性及抗风化能力决定了其应对极端气候的适应性。当干旱与暴雨交替袭击时，地表土能否像某些生命体一样呈现较好的气候韧性并“越战越强”？
图1 微生物基缓冲层减轻极端气候地质灾害风险
针对这一关键科学挑战，唐朝生教授团队提出了创新性策略：首次利用微生物促进活性氧化镁碳化反应，生成具有强胶结性的水合碳酸镁矿物，通过与土颗粒作用在地表层形成一层致密、耐久的生物碳化保护层，即通过上述方式在地表构建“微生物基缓冲层”（图1），达到减缓极端气候作用提升土体气候韧性的目的。通过模拟极端气候下的干湿循环作用，系统研究了缓冲层在力学、物理和化学性能上的气候韧性表现，并结合宏微观分析揭示其微观调控机制，主要取得以下认识：
1、干湿循环助力缓冲层性能自提升
通常情况下，反复干湿循环会显著劣化土体结构，而该微生物基缓冲层却展现出明显的“自我强化”特性。经过六轮干湿循环后，试样抗拉强度较首次循环提升3.2倍，胶结性能显著增强（图2）；纵波波速和吸水率表明缓冲层结构趋于更加致密化。
图2 劈裂抗拉强度随干湿循环轮次演化特征
2、强大碳汇功能与良好生态兼容性
微生物基缓冲层在每轮干湿循环中主动捕获CO2，六轮循环后总碳酸盐含量翻倍（图3），表现出显著碳汇能力。同时，缓冲层pH远低于传统水泥固化材料，有助于降低对地下水及土壤生态的碱化和污染风险。
图3 总碳酸盐含量随干湿循环轮次演化特征
3、晶体重组与碳捕捉协同增强气候韧性
低结晶度水合碳酸镁通过溶解–重结晶–自组装形成玫瑰花簇状晶体，增强晶体间及晶体与土颗粒间胶结；残余氧化镁与氢氧化镁在干燥阶段与空气CO2反应，进一步提高土体密实度与固化效果。这种晶体重组与碳捕捉的协同增效构成了地表土体气候韧性提升的核心机制（图4）。
图4 生物碳化缓冲层气候韧性自提升机制示意图
综上，该微生物基缓冲层不仅能够自我强化、有效抵御干湿循环破坏，还能主动捕获大气CO2，为极端气候条件下的地质灾害防治提供了高效、低碳、可持续方案，同时为微生物地质工程在提升土体气候韧性与构建气候适应型防护体系方面开辟了新路径。
该成果以“Self-enhancing climatic resilience of surface soil through bio-carbonation constructed barrier”为题，近期发表于工程地质领域权威期刊《Engineering Geology》，pg电子官方网站博士生王瑞为论文第一作者，唐朝生教授为通讯作者。研究获得国家自然科学基金青A类延续（42525201）等项目资助。
论文信息：Wang R, Tang C S, Lei G H, et al. Self-enhancing climatic resilience of surface soil through bio-carbonation constructed barrier[J]. Engineering Geology, 2026, 364: 108607. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2026.108607
图文：王瑞、唐朝生
审核：陈天宇
