气候变暖问题已成为各国关注的焦点,地质封存CO₂作为当前国际上公认的碳减排的有效措施,有望成为未来全球应对气候变化的核心技术,但目前该技术仍处于发展阶段,可能发生CO₂逃逸泄漏的风险,会给人类生存的土壤环境带来负面影响。土壤微生物和土壤酶在生态系统中扮演重要角色,与土壤健康紧密联系。因此,研究它们对CO₂泄漏浓度升高的响应机制,是全面评价地质封存CO₂泄漏对土壤生态环境影响的关键,这将为我国地质封存CO₂项目的实际运行和CO₂减排任务的履行提供非常重要的参考。本研究利用自主设计、加工制作的人工模拟封存CO₂泄漏影响研究实验平台,研究一定量的封存CO₂泄漏对土壤微生态环境及地表植被的影响规律。实验分为温室实验和室外桶栽植株实验两部分,温室实验采用活菌计数法测定了不同CO₂浓度（0%、5%、10%、15%（v/v））对黑麦草、豌豆、苋菜等3种植物实验区土壤微生物数量的影响,并应用PCR–DGGE和16S rDNA文库技术对土壤细菌、真菌群落结构进行分析。室外桶栽植株实验重点通过高通量测序技术系统探讨了超高浓度CO₂（0%、50%、70%、90%（v/v））泄漏对玉米、黑麦草2种植被土壤细菌多样性、丰富度及群落结构的响应规律,并分析了其土壤酶活性、理化性质及植被生理指标的变化规律,揭示了地质封存CO₂泄漏对土壤功能的影响。本研究主要结果有:（1）不同浓度CO₂入侵对温室3种植被土壤微生物数量的影响差异较大,主要表现出增加、减少或先增加后减少三种变化趋势。统计分析表明:在0%-15%范围CO₂处理下,土壤细菌数量:黑麦草实验区>豌豆实验区>苋菜实验区>裸地实验区;真菌数量:裸地实验区>黑麦草实验区>苋菜实验区>豌豆实验区;放线菌数量:裸地实验区>苋菜实验区>黑麦草实验区>豌豆实验区。可见,不同浓度CO₂胁迫下不同植物根际土壤细菌、真菌与放线菌生长形成竞争,竞争差异的大小也因植被的类型而不同。（2）不同浓度CO₂入侵土壤包气带对微生物群落影响主要表现为原有细菌、真菌数量的丰富或被削弱,或部分物种的消失及新物种的出现,但其主要建群种未变。对比DGGE电泳图谱,在种植黑麦草和苋菜的土壤中共筛选了6种具有指示作用的菌种。其中,当CO₂浓度达到10%（v/v）时,在黑麦草根际土壤细菌中筛选出Thauera aminoaromatica（陶厄氏菌属）和Nitrospira（硝化螺菌属）2种指示微生物;当CO₂浓度达15%时,在种植苋菜的土壤中筛选出Gp6（酸杆菌门）、Aciditerrimonas（酸土单胞菌属）和Pseudoalteromonas（假交替单胞菌属）3种指示菌;苋菜土壤真菌DGGE电泳条带上有一条特有片段即Pestalosphaeria sp.（多毛壳属）,在土壤CO₂达到5%,该菌种所属条带消失。借此研究结果并结合分子生物学技术,通过监测上述敏感菌种可以对地质封存CO₂泄漏情况进行微生物学甄别。（3）室外桶栽植株实验揭示土壤细菌多样性和丰富度变化与CO₂泄漏浓度密切相关,不同微生物群落结构与组成在中、低浓度CO₂胁迫下表现为抑制性,但在极高浓度下菌群反应差异显著。优势菌群变形菌门、拟杆菌门相对丰度具有极大的可变性,而酸杆菌门在土壤CO₂浓度达70%时相对丰度大幅增加,暗示其可作为微生物敏感性指标用来甄别CO₂泄漏风险。微生物通过改变自身结构与组成以适应CO₂胁迫,但群落结构受损后恢复困难。（4）高浓度CO₂胁迫对不同植被根际土壤酶活性的影响不仅与CO₂泄漏浓度有关,还有植被的生长周期、根系发育状况等因素密切相关。在0-50%范围内,CO₂浓度增加,对玉米和豌豆试验区土壤过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶以及蛋白酶活性有不同程度的促进作用,但对玉米土壤蔗糖酶活性却表现出抑制作用;黑麦草试验区各类酶活性随土壤CO₂浓度增加变化差异较大;进一步提升CO₂浓度达到植被致死阈值浓度90%时,豌豆试验区土壤各类水解酶活性均达到最低,而黑麦草试验区土壤氧化还原酶活性和水解酶活性均高于其他试验区。（5）高浓度CO₂处理下,土壤pH值降低,Ca2+、Mg2+含量有所升高,有机质含量无明显变化,供试植物土壤的各项肥力指标均呈现出减小趋势,植被生长表现出受胁迫特征,株高显著降低,叶片稀疏、发黄。4种植物对CO₂胁迫的调节能力为:黑麦草>玉米>苋菜>豌豆。因此,可以在CO₂封存地种植敏感性植物豌豆,通过观察其生长发育,生长异常或死亡情况便可预测是否发生CO₂泄漏。相关性分析表明,土壤真菌、细菌与pH呈负相关,土壤过氧化氢酶、脱氢酶活性与速效氮含量呈负显著相关性;蔗糖酶活性与速效氮、速效磷含量显著正相关,土壤理化性质的变化会影响微生物的繁殖与活性。