土壤沙化是全球关注的热点环境问题。在众多土壤沙化的治理方法中,利用微生物分泌产生的生物酶,如脲酶或者碳酸酐酶,在添加钙盐的情况,诱导产生碳酸钙沉淀（EICP）作为砂砾胶结物质,是一种新兴的环境友好型土壤固化技术,对目前沙质土壤改良等方面具有重要的应用价值。为了研究生物酶驱动的碳酸钙沉淀在沙土固结中的作用机制,本实验借助原位原子力显微镜（AFM）模拟了环境条件下,脲酶或者碳酸酐酶诱导碳酸钙产生的最佳条件,并研究了环境中的有机物腐殖酸（HA）等对碳酸钙形成过程的影响;通过原位高分辨拉曼分析了HA的添加对脲酶、碳酸酐酶二级结构的调控作用,以及对后续产生的碳酸钙沉淀相变及结晶过程的影响;同时,借助扫描电子显微镜（SEM）观察了不添加和添加HA时,脲酶或碳酸酐酶诱导生成的碳酸钙沉淀的形貌,以及脲酶-碳酸酐酶复合体系对诱导碳酸钙沉淀的协同效应。最终还通过宏观实验,探讨了各条件下生成的碳酸钙沉淀对硅球的粘结效果,以及利用沙柱实验鉴定了沙土固化效果。综合以上实验结果,得到的主要结论如下:（1）脲酶驱动碳酸钙沉淀产生的微观机理及影响因素通过AFM观察到脲酶在pH=7和离子强度IS=1 mM KCl时具有较高的催化活性,能够催化尿素水解生成较多的碳酸钙沉淀。添加分子HA对于脲酶的活性具有显著的促进作用,并能在较长时间内稳定脲酶的活性,通过拉曼光谱分析发现HA可通过改变脲酶分子中氨基酸Ⅲ片段的二级结构,使脲酶分子中的无序卷曲构相向有序的β-折叠、β-转角转变,而这些结构的变化对脲酶活性及稳定性具有重要的影响,从而促进产生更多的碳酸钙沉淀,并且HA的添加可延缓碳酸钙结晶及相变过程,有利于沙砾孔隙间的填充及胶结。而当添加重金属镉时,镉离子会与脲酶中巯基形成硫化镉复合物,从而降低脲酶的活性,导致碳酸钙沉淀减少;而当镉离子和HA同时存在的时候,由于HA对镉的吸附作用,从而减轻了镉离子对脲酶结构的破坏,因此观察到碳酸钙沉淀再次增多。通过SEM观察硅球胶结效果及沙柱固化实验,再次证明了脲酶诱导的碳酸钙沉淀能够有效的粘结沙土,并且添加HA后可有效促进沙柱的固化效果。（2）碳酸酐酶驱动碳酸钙沉淀产生的微观机理及影响因素研究结果表明,碳酸酐酶存在时,在离子强度IS=1 mM KCl时能产生较多的碳酸钙沉淀,并在环境pH=5,7,9的条件下,均能诱导产生大量的碳酸钙沉淀,说明碳酸酐酶体系下产生的碳酸氢根能调节溶液缓冲性能,让碳酸酐酶具有广泛的环境适应性。在HA存在的情况下,碳酸酐酶分子中的无序卷曲构相向有序的α-螺旋、β-转角转变,能增强碳酸酐酶活性,进一步加强诱导二氧化碳水合生成碳酸钙的效率,并且通过拉曼光谱分析,添加HA后可延缓碳酸钙结晶及相变过程。同时通过SEM观察硅球胶结效果及沙柱固化实验,发现碳酸酐酶诱导二氧化碳水合产生的碳酸钙沉淀能够有效的粘结沙土,并且HA可促进沙柱的固化效果。（3）脲酶-碳酸酐酶驱动碳酸钙沉淀的协同效应在EICP过程中,脲酶通过催化尿素水解生成二氧化碳与添加的钙离子生成碳酸钙沉淀,碳酸酐酶可通过催化二氧化碳水合生成碳酸根,结合实验原理,发现在实验中脲酶催化尿素水解生成的二氧化碳可能会被碳酸酐酶再次利用,因此实验进一步研究了在原有的脲酶体系中添加能够诱导二氧化碳水合的碳酸酐酶,探究两者的复合效应。结果发现脲酶和碳酸酐酶的联合使用能够有效的促进碳酸钙沉淀生成,并且HA的添加能够强化该反应的进行,特别是与无HA的体系相比,添加HA的混合体系不仅加速了无定形碳酸钙（ACC）沉淀,而且还加速了水合ACC的去水化,然后转化为方解石或球霰石。通过SEM观察硅球胶结效果及沙柱固化实验,可以得到,脲酶和碳酸酐酶复合体系能有效利用反应体系中的二氧化碳,诱导产生较多的碳酸钙沉淀,并对沙土粘结具有良好的效果。