Salamat sa pagbisita sa nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gamitin mo ang pinakabagong bersyon ng browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Bukod pa rito, upang matiyak ang patuloy na suporta, hindi isasama ng site na ito ang mga estilo o JavaScript.
Ang mga bagyo ng alikabok ay nagdudulot ng seryosong banta sa maraming bansa sa buong mundo dahil sa kanilang mapaminsalang epekto sa agrikultura, kalusugan ng tao, mga network ng transportasyon, at imprastraktura. Dahil dito, ang erosyon ng hangin ay itinuturing na isang pandaigdigang problema. Isa sa mga pamamaraang environment-friendly upang mapigilan ang erosyon ng hangin ay ang paggamit ng microbial induced carbonate precipitation (MICP). Gayunpaman, ang mga by-product ng urea-based degradation-based MICP, tulad ng ammonia, ay hindi ideal kapag ginawa sa malaking dami. Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng dalawang pormulasyon ng calcium formate bacteria para sa degradasyon ng MICP nang hindi gumagawa ng urea at komprehensibong inihahambing ang kanilang pagganap sa dalawang pormulasyon ng calcium acetate bacteria na hindi gumagawa ng ammonia. Ang bacteria na isinasaalang-alang ay ang Bacillus subtilis at Bacillus amyloliquefaciens. Una, natukoy ang mga na-optimize na halaga ng mga salik na kumokontrol sa pagbuo ng CaCO3. Pagkatapos ay isinagawa ang mga pagsubok sa wind tunnel sa mga sample ng sand dune na ginamitan ng mga na-optimize na pormulasyon, at sinukat ang resistensya sa erosyon ng hangin, stripping threshold velocity, at sand bombardment resistance. Ang mga allomorph ng Calcium carbonate (CaCO3) ay sinuri gamit ang optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), at X-ray diffraction analysis. Ang mga pormulasyong nakabatay sa calcium formate ay mas mahusay ang naging resulta kaysa sa mga pormulasyong nakabatay sa acetate sa usapin ng pagbuo ng calcium carbonate. Bukod pa rito, ang B. subtilis ay nakagawa ng mas maraming calcium carbonate kaysa sa B. amyloliquefaciens. Malinaw na ipinakita ng mga SEM micrograph ang pagbubuklod at pag-imprenta ng aktibo at hindi aktibong bakterya sa calcium carbonate na dulot ng sedimentation. Ang lahat ng pormulasyon ay makabuluhang nagbawas ng erosyon ng hangin.
Matagal nang kinikilala ang erosyon ng hangin bilang isang pangunahing problemang kinakaharap ng mga tigang at semi-tigas na rehiyon tulad ng timog-kanlurang Estados Unidos, kanlurang Tsina, Saharan Africa, at karamihan sa Gitnang Silangan1. Ang mababang pag-ulan sa mga tigang at sobrang tigang na klima ay nagpabago sa malaking bahagi ng mga rehiyong ito tungo sa mga disyerto, buhanginan, at mga lupang hindi nabubungkal. Ang patuloy na erosyon ng hangin ay nagdudulot ng mga banta sa kapaligiran sa imprastraktura tulad ng mga network ng transportasyon, lupang pang-agrikultura, at lupang industriyal, na humahantong sa mahihirap na kondisyon ng pamumuhay at mataas na gastos sa pagpapaunlad ng lungsod sa mga rehiyong ito2,3,4. Mahalaga, ang erosyon ng hangin ay hindi lamang nakakaapekto sa lokasyon kung saan ito nangyayari, kundi nagdudulot din ng mga problema sa kalusugan at ekonomiya sa mga liblib na komunidad dahil dinadala nito ang mga partikulo sa pamamagitan ng hangin patungo sa mga lugar na malayo sa pinagmulan5,6.
Ang pagkontrol sa erosyon ng hangin ay nananatiling isang pandaigdigang problema. Iba't ibang paraan ng pagpapatatag ng lupa ang ginagamit upang makontrol ang erosyon ng hangin. Kabilang sa mga pamamaraang ito ang mga materyales tulad ng paglalagay ng tubig7, oil mulches8, biopolymers5, microbial induced carbonate precipitation (MICP)9,10,11,12 at enzyme induced carbonate precipitation (EICP)1. Ang pagbasa ng lupa ay isang karaniwang paraan ng pagsugpo sa alikabok sa bukid. Gayunpaman, ang mabilis na pagsingaw nito ay nagpapaliit sa bisa ng pamamaraang ito sa mga tuyot at semi-tuyot na rehiyon1. Ang paglalagay ng oil mulching compounds ay nagpapataas ng sand cohesion at interparticle friction. Ang kanilang cohesive properties ay nagbubuklod sa mga butil ng buhangin; gayunpaman, ang oil mulches ay nagdudulot din ng iba pang mga problema; ang kanilang madilim na kulay ay nagpapataas ng pagsipsip ng init at humahantong sa pagkamatay ng mga halaman at mikroorganismo. Ang kanilang amoy at usok ay maaaring magdulot ng mga problema sa paghinga, at higit sa lahat, ang kanilang mataas na gastos ay isa pang balakid. Ang mga biopolymer ay isa sa mga kamakailang iminungkahing eco-friendly na pamamaraan para sa pagpapagaan ng erosyon ng hangin; ang mga ito ay kinukuha mula sa mga natural na mapagkukunan tulad ng mga halaman, hayop at bacteria. Ang Xanthan gum, guar gum, chitosan at gellan gum ang pinakakaraniwang ginagamit na biopolymer sa mga aplikasyon sa inhinyeriya5. Gayunpaman, ang mga biopolymer na natutunaw sa tubig ay maaaring mawalan ng lakas at tumagas palabas ng lupa kapag nalantad sa tubig13,14. Ang EICP ay naipakita na isang epektibong paraan ng pagsugpo ng alikabok para sa iba't ibang aplikasyon kabilang ang mga hindi sementadong kalsada, mga lawa ng tailings at mga lugar ng konstruksyon. Bagama't nakapagpapatibay ang mga resulta nito, dapat isaalang-alang ang ilang potensyal na disbentaha, tulad ng gastos at ang kakulangan ng mga lugar ng nucleation (na nagpapabilis sa pagbuo at pag-ulan ng mga kristal ng CaCO315,16).
Ang MICP ay unang inilarawan noong huling bahagi ng ika-19 na siglo nina Murray at Irwin (1890) at Steinmann (1901) sa kanilang pag-aaral ng urea degradation ng mga marine microorganism17. Ang MICP ay isang natural na nagaganap na biyolohikal na proseso na kinasasangkutan ng iba't ibang aktibidad ng microbial at mga prosesong kemikal kung saan ang calcium carbonate ay napupukaw ng reaksyon ng mga carbonate ion mula sa mga microbial metabolite na may mga calcium ion sa kapaligiran18,19. Ang MICP na kinasasangkutan ng urea-degrading nitrogen cycle (urea-degrading MICP) ay ang pinakakaraniwang uri ng microbial-induced carbonate precipitation, kung saan ang urease na ginawa ng bacteria ay nagpapabilis sa hydrolysis ng urea20,21,22,23,24,25,26,27 gaya ng sumusunod:
Sa MICP na kinasasangkutan ng carbon cycle ng organic salt oxidation (MICP na walang uri ng urea degradation), ang heterotrophic bacteria ay gumagamit ng mga organic salt tulad ng acetate, lactate, citrate, succinate, oxalate, malate at glyoxylate bilang mga pinagkukunan ng enerhiya upang makagawa ng mga carbonate mineral28. Sa presensya ng calcium lactate bilang pinagmumulan ng carbon at mga calcium ion, ang kemikal na reaksyon ng pagbuo ng calcium carbonate ay ipinapakita sa equation (5).
Sa proseso ng MICP, ang mga selula ng bakterya ay nagbibigay ng mga lugar ng nucleation na partikular na mahalaga para sa presipitasyon ng calcium carbonate; ang ibabaw ng selula ng bakterya ay negatibong may karga at maaaring kumilos bilang isang adsorbent para sa mga divalent na cation tulad ng mga calcium ion. Sa pamamagitan ng pag-adsorb ng mga calcium ion sa mga selula ng bakterya, kapag sapat na ang konsentrasyon ng carbonate ion, ang mga calcium cation at carbonate anion ay tumutugon at ang calcium carbonate ay namumuo sa ibabaw ng bakterya29,30. Ang proseso ay maaaring ibuod tulad ng sumusunod31,32:
Ang mga biogenerated calcium carbonate crystals ay maaaring hatiin sa tatlong uri: calcite, vaterite, at aragonite. Kabilang sa mga ito, ang calcite at vaterite ang pinakakaraniwang bacterial induced calcium carbonate allomorphs33,34. Ang Calcite ang pinaka-thermodynamically stable na calcium carbonate allomorph35. Bagama't naiulat na metastable ang vaterite, kalaunan ay nagiging calcite ito36,37. Ang Vaterite ang pinakamakapal sa mga kristal na ito. Ito ay isang hexagonal crystal na may mas mahusay na kakayahan sa pagpuno ng butas kaysa sa iba pang mga calcium carbonate crystals dahil sa mas malaking sukat nito38. Ang parehong urea-degraded at urea-undegraded MICP ay maaaring humantong sa presipitasyon ng vaterite13,39,40,41.
Bagama't nagpakita ang MICP ng magandang potensyal sa pagpapatatag ng mga problematikong lupa at mga lupang madaling kapitan ng erosyon ng hangin42,43,44,45,46,47,48, isa sa mga by-product ng urea hydrolysis ay ammonia, na maaaring magdulot ng banayad hanggang malubhang problema sa kalusugan depende sa antas ng pagkakalantad49. Ang side effect na ito ay nagpapakontrobersyal sa paggamit ng partikular na teknolohiyang ito, lalo na kapag ang malalaking lugar ay kailangang tratuhin, tulad ng para sa pagsugpo ng alikabok. Bukod pa rito, ang amoy ng ammonia ay hindi matiis kapag ang proseso ay isinasagawa sa mataas na antas ng aplikasyon at malalaking volume, na maaaring makaapekto sa praktikal na paggamit nito. Bagama't ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang mga ammonium ion ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pag-convert sa mga ito sa iba pang mga produkto tulad ng struvite, ang mga pamamaraang ito ay hindi ganap na nag-aalis ng mga ammonium ion50. Samakatuwid, kailangan pa ring tuklasin ang mga alternatibong solusyon na hindi nakakabuo ng mga ammonium ion. Ang paggamit ng mga non-urea degradation pathway para sa MICP ay maaaring magbigay ng isang potensyal na solusyon na hindi pa gaanong nasusuri sa konteksto ng pagpapagaan ng erosyon ng hangin. Fattahi et al. Sinuri ang urea-free MICP degradation gamit ang calcium acetate at Bacillus megaterium41, habang ginamit naman nina Mohebbi et al. ang calcium acetate at Bacillus amyloliquefaciens9. Gayunpaman, ang kanilang pag-aaral ay hindi inihambing sa iba pang mga pinagmumulan ng calcium at heterotrophic bacteria na maaaring mapabuti ang resistensya sa wind erosion. Mayroon ding kakulangan ng literatura na naghahambing sa mga urea-free degradation pathways sa urea degradation pathways sa wind erosion mitigation.
Bukod pa rito, karamihan sa mga pag-aaral sa erosyon ng hangin at pagkontrol ng alikabok ay isinagawa sa mga sample ng lupa na may patag na mga ibabaw.1,51,52,53 Gayunpaman, ang mga patag na ibabaw ay hindi gaanong karaniwan sa kalikasan kaysa sa mga burol at mga depresyon. Ito ang dahilan kung bakit ang mga buhanginan ang pinakakaraniwang katangian ng tanawin sa mga rehiyon ng disyerto.
Upang malampasan ang mga nabanggit na pagkukulang, nilalayon ng pag-aaral na ito na magpakilala ng isang bagong hanay ng mga bacterial agent na hindi nagbubunga ng ammonia. Para sa layuning ito, isinaalang-alang namin ang mga non-urea degrading MICP pathways. Sinuri ang kahusayan ng dalawang pinagmumulan ng calcium (calcium formate at calcium acetate). Sa abot ng kaalaman ng mga may-akda, ang carbonate precipitation gamit ang dalawang kombinasyon ng pinagmumulan ng calcium at bacteria (hal. calcium formate-Bacillus subtilis at calcium formate-Bacillus amyloliquefaciens) ay hindi pa naimbestigahan sa mga nakaraang pag-aaral. Ang pagpili ng mga bacteria na ito ay batay sa mga enzyme na kanilang nalilikha na nagpapabilis sa oksihenasyon ng calcium formate at calcium acetate upang bumuo ng microbial carbonate precipitation. Nagdisenyo kami ng isang masusing eksperimental na pag-aaral upang mahanap ang mga pinakamainam na salik tulad ng pH, mga uri ng bacteria at pinagmumulan ng calcium at ang kanilang mga konsentrasyon, ang ratio ng bacteria sa solusyon ng pinagmumulan ng calcium at oras ng pagpapagaling. Panghuli, ang bisa ng set na ito ng mga bacterial agent sa pagsugpo sa erosyon ng hangin sa pamamagitan ng calcium carbonate precipitation ay sinuri sa pamamagitan ng pagsasagawa ng isang serye ng mga pagsubok sa wind tunnel sa mga buhanginan upang matukoy ang magnitude ng erosyon ng hangin, threshold breakaway velocity at wind bombardment resistance ng buhangin, at isinagawa rin ang mga pagsukat ng penetrometer at mga pag-aaral sa microstructural (hal. X-ray diffraction (XRD) analysis at scanning electron microscopy (SEM)).
Ang produksyon ng calcium carbonate ay nangangailangan ng mga calcium ion at carbonate ion. Ang mga calcium ion ay maaaring makuha mula sa iba't ibang pinagmumulan ng calcium tulad ng calcium chloride, calcium hydroxide, at skim milk powder54,55. Ang mga carbonate ion ay maaaring magawa sa pamamagitan ng iba't ibang microbial na pamamaraan tulad ng urea hydrolysis at aerobic o anaerobic oxidation ng organic matter56. Sa pag-aaral na ito, ang mga carbonate ion ay nakuha mula sa oxidation reaction ng formate at acetate. Bukod pa rito, gumamit kami ng calcium salts ng formate at acetate upang makagawa ng purong calcium carbonate, kaya't ang CO2 at H2O lamang ang nakuha bilang mga by-product. Sa prosesong ito, iisang substance lamang ang nagsisilbing pinagmumulan ng calcium at carbonate, at walang ammonia ang nalilikha. Ang mga katangiang ito ang dahilan kung bakit ang paraan ng produksyon ng calcium at carbonate na aming itinuturing na napaka-promising.
Ang mga katumbas na reaksyon ng calcium formate at calcium acetate upang bumuo ng calcium carbonate ay ipinapakita sa mga pormula (7)-(14). Ipinapakita ng mga pormula (7)-(11) na ang calcium formate ay natutunaw sa tubig upang bumuo ng formic acid o formate. Kaya naman, ang solusyon ay pinagmumulan ng mga libreng calcium at hydroxide ions (mga pormula 8 at 9). Bilang resulta ng oksihenasyon ng formic acid, ang mga carbon atom sa formic acid ay nababago sa carbon dioxide (pormula 10). Sa huli, ang calcium carbonate ay nabubuo (mga pormula 11 at 12).
Gayundin, ang calcium carbonate ay nabubuo mula sa calcium acetate (mga equation 13–15), maliban sa acetic acid o acetate ang nabubuo sa halip na formic acid.
Kung wala ang mga enzyme, ang acetate at formate ay hindi maaaring ma-oxidize sa temperatura ng silid. Ang FDH (formate dehydrogenase) at CoA (coenzyme A) ay nagpapabilis sa oksihenasyon ng formate at acetate upang bumuo ng carbon dioxide, ayon sa pagkakabanggit (Eqs. 16, 17) 57, 58, 59. Iba't ibang bacteria ang may kakayahang gumawa ng mga enzyme na ito, at ang heterotrophic bacteria, katulad ng Bacillus subtilis (PTCC #1204 (Persian Type Culture Collection), na kilala rin bilang NCIMB #13061 (International Collection of Bacteria, Yeast, Phage, Plasmids, Plant Seeds and Plant Cell Tissue Cultures)) at Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732, NCIMB #12077), ay ginamit sa pag-aaral na ito. Ang mga bacteria na ito ay kinultura sa isang medium na naglalaman ng meat peptone (5 g/L) at meat extract (3 g/L), na tinatawag na nutrient broth (NBR) (105443 Merck).
Kaya, apat na pormulasyon ang inihanda upang magdulot ng presipitasyon ng calcium carbonate gamit ang dalawang pinagmumulan ng calcium at dalawang bacteria: calcium formate at Bacillus subtilis (FS), calcium formate at Bacillus amyloliquefaciens (FA), calcium acetate at Bacillus subtilis (AS), at calcium acetate at Bacillus amyloliquefaciens (AA).
Sa unang bahagi ng disenyo ng eksperimento, isinagawa ang mga pagsubok upang matukoy ang pinakamainam na kumbinasyon na makakamit ang pinakamataas na produksiyon ng calcium carbonate. Dahil ang mga sample ng lupa ay naglalaman ng calcium carbonate, isang hanay ng mga paunang pagsusuri sa pagsusuri ang idinisenyo upang tumpak na masukat ang CaCO3 na nalilikha ng iba't ibang kombinasyon, at sinuri ang mga pinaghalong culture medium at calcium source solution. Para sa bawat kumbinasyon ng calcium source solution at bacteria solution na tinukoy sa itaas (FS, FA, AS, at AA), ang mga optimization factor (konsentrasyon ng calcium source, oras ng pagpapagaling, konsentrasyon ng bacteria solution na sinukat ng optical density ng solusyon (OD), calcium source to bacteria solution ratio, at pH) ay hinango at ginamit sa mga pagsubok sa wind tunnel sa paggamot ng buhangin sa buhangin na inilarawan sa mga sumusunod na seksyon.
Para sa bawat kombinasyon, 150 eksperimento ang isinagawa upang pag-aralan ang epekto ng presipitasyon ng CaCO3 at suriin ang iba't ibang salik, katulad ng konsentrasyon ng pinagmumulan ng calcium, oras ng pagpapagaling, halaga ng bacterial OD, ratio ng pinagmumulan ng calcium sa solusyon ng bacterial at pH sa panahon ng aerobic oxidation ng organikong bagay (Talahanayan 1). Ang saklaw ng pH para sa na-optimize na proseso ay pinili batay sa mga kurba ng paglaki ng Bacillus subtilis at Bacillus amyloliquefaciens upang makakuha ng mas mabilis na paglaki. Ito ay ipinaliwanag nang mas detalyado sa seksyon ng Mga Resulta.
Ang mga sumusunod na hakbang ay ginamit upang ihanda ang mga sample para sa yugto ng pag-optimize. Ang solusyon ng MICP ay unang inihanda sa pamamagitan ng pagsasaayos ng paunang pH ng culture medium at pagkatapos ay ini-autoclave sa 121 °C sa loob ng 15 minuto. Ang strain ay pagkatapos ay inoculated sa isang laminar air flow at pinanatili sa isang shaking incubator sa 30 °C at 180 rpm. Kapag naabot na ng OD ng bacteria ang nais na antas, ito ay hinaluan ng calcium source solution sa nais na proporsyon (Figure 1a). Ang solusyon ng MICP ay hinayaan na mag-react at tumigas sa isang shaking incubator sa 220 rpm at 30 °C sa loob ng panahong umabot sa target na halaga. Ang namuong CaCO3 ay pinaghiwalay pagkatapos ng centrifugation sa 6000 g sa loob ng 5 minuto at pagkatapos ay pinatuyo sa 40 °C upang ihanda ang mga sample para sa calcimeter test (Figure 1b). Ang presipitasyon ng CaCO3 ay sinukat gamit ang isang Bernard calcimeter, kung saan ang pulbos na CaCO3 ay tumutugon sa 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02) upang makagawa ng CO2, at ang volume ng gas na ito ay isang sukatan ng nilalaman ng CaCO3 (Larawan 1c). Upang ma-convert ang volume ng CO2 sa nilalaman ng CaCO3, isang calibration curve ang nabuo sa pamamagitan ng paghuhugas ng purong pulbos na CaCO3 gamit ang 1 N HCl at pag-plot nito laban sa nabuo na CO2. Ang morpolohiya at kadalisayan ng namuong pulbos na CaCO3 ay sinuri gamit ang SEM imaging at XRD analysis. Isang optical microscope na may magnification na 1000 ang ginamit upang pag-aralan ang pagbuo ng calcium carbonate sa paligid ng bacteria, ang phase ng nabuo na calcium carbonate, at ang aktibidad ng bacteria.
Ang Dejegh Basin ay isang kilalang rehiyon na may mataas na erosyon sa timog-kanlurang Fars Province ng Iran, at ang mga mananaliksik ay nangolekta ng mga sample ng lupang na-erosyon ng hangin mula sa lugar. Ang mga sample ay kinuha mula sa ibabaw ng lupa para sa pag-aaral. Ang mga indicator test sa mga sample ng lupa ay nagpakita na ang lupa ay hindi maayos na naayos na mabuhanging lupa na may banlik at inuri bilang SP-SM ayon sa Unified Soil Classification System (USC) (Figure 2a). Ipinakita ng XRD analysis na ang lupang Dejegh ay pangunahing binubuo ng calcite at quartz (Figure 2b). Bukod pa rito, ipinakita ng EDX analysis na ang iba pang mga elemento tulad ng Al, K, at Fe ay naroroon din sa mas maliit na proporsyon.
Upang ihanda ang mga burol ng buhangin sa laboratoryo para sa pagsubok sa erosyon ng hangin, ang lupa ay dinurog mula sa taas na 170 mm sa pamamagitan ng isang funnel na may 10 mm na diyametro patungo sa isang matigas na ibabaw, na nagresulta sa isang tipikal na burol ng buhangin na may taas na 60 mm at diyametro na 210 mm. Sa kalikasan, ang mga burol ng buhangin na may pinakamababang densidad ay nabubuo sa pamamagitan ng mga prosesong aeolian. Gayundin, ang sample na inihanda gamit ang pamamaraan sa itaas ay may pinakamababang relatibong densidad, γ = 14.14 kN/m³, na bumubuo ng isang kono ng buhangin na idineposito sa isang pahalang na ibabaw na may anggulo ng pahinga na humigit-kumulang 29.7°.
Ang pinakamainam na solusyon ng MICP na nakuha sa nakaraang seksyon ay inispray sa dalisdis ng buhangin sa bilis ng aplikasyon na 1, 2 at 3 lm-2 at pagkatapos ay ang mga sample ay iniimbak sa isang incubator sa 30 °C (Larawan 3) sa loob ng 9 na araw (ibig sabihin, ang pinakamainam na oras ng pagpapatigas) at pagkatapos ay inilabas para sa pagsubok sa wind tunnel.
Para sa bawat paggamot, apat na ispesimen ang inihanda, isa para sa pagsukat ng nilalaman ng calcium carbonate at lakas ng ibabaw gamit ang isang penetrometer, at ang natitirang tatlong ispesimen ay ginamit para sa mga pagsubok sa erosyon sa tatlong magkakaibang bilis. Sa mga pagsubok sa wind tunnel, ang dami ng erosyon ay natukoy sa iba't ibang bilis ng hangin, at pagkatapos ay ang threshold breakaway velocity para sa bawat ispesimen ng paggamot ay natukoy gamit ang isang plot ng dami ng erosyon laban sa bilis ng hangin. Bilang karagdagan sa mga pagsubok sa erosyon ng hangin, ang mga ispesimen na ginamot ay isinailalim sa sand bombardment (ibig sabihin, mga eksperimento sa pagtalon). Dalawang karagdagang ispesimen ang inihanda para sa layuning ito sa mga rate ng aplikasyon na 2 at 3 L m−2. Ang pagsubok sa sand bombardment ay tumagal ng 15 minuto na may flux na 120 gm−1, na nasa loob ng saklaw ng mga halagang napili sa mga nakaraang pag-aaral60,61,62. Ang pahalang na distansya sa pagitan ng abrasive nozzle at ng base ng buhangin ay 800 mm, na matatagpuan 100 mm sa itaas ng ilalim ng tunnel. Ang posisyon na ito ay itinakda upang halos lahat ng tumatalon na mga partikulo ng buhangin ay mahulog sa buhangin.
Ang pagsubok sa wind tunnel ay isinagawa sa isang bukas na wind tunnel na may haba na 8 m, lapad na 0.4 m at taas na 1 m (Larawan 4a). Ang wind tunnel ay gawa sa galvanized steel sheets at maaaring makabuo ng bilis ng hangin na hanggang 25 m/s. Bukod pa rito, isang frequency converter ang ginagamit upang ayusin ang fan frequency at unti-unting taasan ang frequency upang makuha ang target na bilis ng hangin. Ipinapakita ng Larawan 4b ang eskematiko na diagram ng mga buhanginan na naagnas ng hangin at ang profile ng bilis ng hangin na nasukat sa wind tunnel.
Panghuli, upang ihambing ang mga resulta ng non-urealytic MICP formulation na iminungkahi sa pag-aaral na ito sa mga resulta ng urealytic MICP control test, ang mga sample ng dune ay inihanda rin at ginamot gamit ang isang biological solution na naglalaman ng urea, calcium chloride at Sporosarcina pasteurii (dahil ang Sporosarcina pasteurii ay may makabuluhang kakayahang gumawa ng urease63). Ang optical density ng bacterial solution ay 1.5, at ang mga konsentrasyon ng urea at calcium chloride ay 1 M (pinili batay sa mga halagang inirerekomenda sa mga nakaraang pag-aaral36,64,65). Ang culture medium ay binubuo ng nutrient broth (8 g/L) at urea (20 g/L). Ang bacterial solution ay inispray sa ibabaw ng dune at iniwan sa loob ng 24 na oras para sa pagkabit ng bacteria. Pagkatapos ng 24 na oras ng pagkabit, isang cementing solution (calcium chloride at urea) ang inispray. Ang urealytic MICP control test ay tatawaging UMC mula rito. Ang nilalaman ng calcium carbonate ng mga sample ng lupang ginamot gamit ang urealytically at non-urealytically ay nakuha sa pamamagitan ng paghuhugas ayon sa pamamaraang iminungkahi nina Choi et al.66.
Ipinapakita ng Figure 5 ang mga kurba ng paglaki ng Bacillus amyloliquefaciens at Bacillus subtilis sa culture medium (solusyon ng sustansya) na may panimulang hanay ng pH na 5 hanggang 10. Gaya ng ipinapakita sa figure, mas mabilis na lumaki ang Bacillus amyloliquefaciens at Bacillus subtilis sa pH na 6-8 at 7-9, ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, ang hanay ng pH na ito ay ginamit sa yugto ng pag-optimize.
Mga kurba ng paglaki ng (a) Bacillus amyloliquefaciens at (b) Bacillus subtilis sa iba't ibang paunang halaga ng pH ng nutrient medium.
Ipinapakita ng Figure 6 ang dami ng carbon dioxide na nalilikha sa Bernard limemeter, na kumakatawan sa namuong calcium carbonate (CaCO3). Dahil ang isang salik ay nakapirmi sa bawat kombinasyon at ang iba pang mga salik ay iba-iba, ang bawat punto sa mga graph na ito ay tumutugma sa pinakamataas na dami ng carbon dioxide sa hanay ng mga eksperimentong iyon. Gaya ng ipinapakita sa figure, habang tumataas ang konsentrasyon ng pinagmumulan ng calcium, tumataas din ang produksyon ng calcium carbonate. Samakatuwid, ang konsentrasyon ng pinagmumulan ng calcium ay direktang nakakaapekto sa produksyon ng calcium carbonate. Dahil ang pinagmumulan ng calcium at ang pinagmumulan ng carbon ay pareho (ibig sabihin, calcium formate at calcium acetate), mas maraming calcium ions ang inilalabas, mas maraming calcium carbonate ang nabubuo (Figure 6a). Sa mga pormulasyon ng AS at AA, ang produksyon ng calcium carbonate ay patuloy na tumataas kasabay ng pagtaas ng oras ng pagpapatigas hanggang sa ang dami ng namuong precipitate ay halos hindi nagbago pagkatapos ng 9 na araw. Sa pormulasyon ng FA, ang rate ng pagbuo ng calcium carbonate ay bumaba nang ang oras ng pagpapatigas ay lumampas sa 6 na araw. Kung ikukumpara sa iba pang mga pormulasyon, ang pormulasyon ng FS ay nagpakita ng medyo mababang rate ng pagbuo ng calcium carbonate pagkatapos ng 3 araw (Figure 6b). Sa mga pormulasyong FA at FS, 70% at 87% ng kabuuang produksiyon ng calcium carbonate ang nakuha pagkatapos ng tatlong araw, habang sa mga pormulasyong AA at AS, ang proporsyon na ito ay humigit-kumulang 46% at 45% lamang, ayon sa pagkakabanggit. Ipinapahiwatig nito na ang pormulasyong nakabatay sa formic acid ay may mas mataas na antas ng pagbuo ng CaCO3 sa unang yugto kumpara sa pormulasyong nakabatay sa acetate. Gayunpaman, ang antas ng pagbuo ay bumabagal kasabay ng pagtaas ng oras ng pagtigas. Mahihinuha mula sa Figure 6c na kahit na sa mga konsentrasyon ng bacteria na higit sa OD1, walang makabuluhang kontribusyon sa pagbuo ng calcium carbonate.
Pagbabago sa dami ng CO2 (at kaukulang nilalaman ng CaCO3) na sinusukat ng Bernard calcimeter bilang isang function ng (a) konsentrasyon ng pinagmumulan ng calcium, (b) oras ng pagtatakda, (c) OD, (d) paunang pH, (e) ratio ng pinagmumulan ng calcium sa solusyon ng bacteria (para sa bawat pormulasyon); at (f) pinakamataas na dami ng calcium carbonate na nalilikha para sa bawat kombinasyon ng pinagmumulan ng calcium at bacteria.
Tungkol sa epekto ng inisyal na pH ng medium, ipinapakita ng Figure 6d na para sa FA at FS, ang produksyon ng CaCO3 ay umabot sa pinakamataas na halaga sa pH 7. Ang obserbasyong ito ay naaayon sa mga nakaraang pag-aaral na ang mga FDH enzyme ay pinaka-matatag sa pH 7-6.7. Gayunpaman, para sa AA at AS, ang presipitasyon ng CaCO3 ay tumaas nang lumampas ang pH sa 7. Ipinakita rin ng mga nakaraang pag-aaral na ang pinakamainam na saklaw ng pH para sa aktibidad ng enzyme ng CoA ay mula 8 hanggang 9.2-6.8. Kung isasaalang-alang na ang pinakamainam na saklaw ng pH para sa aktibidad ng enzyme ng CoA at paglaki ng B. amyloliquefaciens ay (8-9.2) at (6-8), ayon sa pagkakabanggit (Figure 5a), ang pinakamainam na pH ng pormulasyon ng AA ay inaasahang magiging 8, at ang dalawang saklaw ng pH ay nagsasapawan. Ang katotohanang ito ay nakumpirma ng mga eksperimento, tulad ng ipinapakita sa Figure 6d. Dahil ang pinakamainam na pH para sa paglaki ng B. subtilis ay 7-9 (Larawan 5b) at ang pinakamainam na pH para sa aktibidad ng enzyme ng CoA ay 8-9.2, ang pinakamataas na ani ng presipitasyon ng CaCO3 ay inaasahang nasa hanay ng pH na 8-9, na kinumpirma ng Larawan 6d (ibig sabihin, ang pinakamainam na pH ng presipitasyon ay 9). Ang mga resultang ipinapakita sa Larawan 6e ay nagpapahiwatig na ang pinakamainam na ratio ng solusyon ng pinagmumulan ng calcium sa solusyon ng bacteria ay 1 para sa parehong solusyon ng acetate at formate. Bilang paghahambing, ang pagganap ng iba't ibang pormulasyon (ibig sabihin, AA, AS, FA, at FS) ay sinuri batay sa pinakamataas na produksyon ng CaCO3 sa ilalim ng iba't ibang kondisyon (ibig sabihin, konsentrasyon ng pinagmumulan ng calcium, oras ng pagpapagaling, OD, ratio ng pinagmumulan ng calcium sa solusyon ng bacteria, at paunang pH). Sa mga pormulasyong pinag-aralan, ang pormulasyon na FS ang may pinakamataas na produksyon ng CaCO3, na humigit-kumulang tatlong beses kaysa sa pormulasyon na AA (Larawan 6f). Apat na eksperimento sa kontrol na walang bakterya ang isinagawa para sa parehong pinagmumulan ng calcium at walang naobserbahang presipitasyon ng CaCO3 pagkatapos ng 30 araw.
Ang mga imahe ng optical microscopy ng lahat ng mga pormulasyon ay nagpakita na ang vaterite ang pangunahing yugto kung saan nabuo ang calcium carbonate (Larawan 7). Ang mga kristal ng vaterite ay hugis spherical69,70,71. Natuklasan na ang calcium carbonate ay namuo sa mga selula ng bakterya dahil ang ibabaw ng mga selula ng bakterya ay negatibong naka-charge at maaaring magsilbing adsorbent para sa mga divalent cation. Kung ihahambing sa pormulasyon na FS sa pag-aaral na ito, pagkatapos ng 24 na oras, nagsimulang mabuo ang calcium carbonate sa ilang mga selula ng bakterya (Larawan 7a), at pagkatapos ng 48 oras, ang bilang ng mga selula ng bakterya na natatakpan ng calcium carbonate ay tumaas nang malaki. Bilang karagdagan, tulad ng ipinapakita sa Larawan 7b, ang mga particle ng vaterite ay maaari ring matukoy. Sa wakas, pagkatapos ng 72 oras, isang malaking bilang ng mga bakterya ang tila nakagapos ng mga kristal ng vaterite, at ang bilang ng mga particle ng vaterite ay tumaas nang malaki (Larawan 7c).
Mga obserbasyon sa mikroskopikong optika ng presipitasyon ng CaCO3 sa mga komposisyon ng FS sa paglipas ng panahon: (a) 24, (b) 48 at (c) 72 oras.
Upang higit pang maimbestigahan ang morpolohiya ng precipitated phase, isinagawa ang X-ray diffraction (XRD) at SEM analyses ng mga pulbos. Kinumpirma ng XRD spectra (Fig. 8a) at SEM micrographs (Fig. 8b, c) ang presensya ng mga kristal ng vaterite, dahil ang mga ito ay may hugis na parang litsugas at naobserbahan ang pagkakatugma sa pagitan ng mga peak ng vaterite at ng mga precipitate peak.
(a) Paghahambing ng X-ray diffraction spectra ng nabuo na CaCO3 at vaterite. Mga SEM micrograph ng vaterite sa (b) 1 kHz at (c) 5.27 kHz magnification, ayon sa pagkakabanggit.
Ang mga resulta ng mga pagsubok sa wind tunnel ay ipinapakita sa Figure 9a, b. Makikita mula sa Figure 9a na ang threshold erosion velocity (TDV) ng hindi ginagamot na buhangin ay humigit-kumulang 4.32 m/s. Sa application rate na 1 l/m² (Figure 9a), ang mga slope ng soil loss rate lines para sa mga fraction na FA, FS, AA at UMC ay halos kapareho ng sa hindi ginagamot na dune. Ipinapahiwatig nito na ang treatment sa application rate na ito ay hindi epektibo at sa sandaling lumampas ang bilis ng hangin sa TDV, nawawala ang manipis na crust ng lupa at ang dune erosion rate ay kapareho ng sa hindi ginagamot na dune. Ang erosion slope ng fraction AS ay mas mababa rin kaysa sa iba pang mga fraction na may mas mababang abscissas (ibig sabihin, TDV) (Figure 9a). Ang mga arrow sa Figure 9b ay nagpapahiwatig na sa pinakamataas na bilis ng hangin na 25 m/s, walang erosion na naganap sa mga ginagamot na dune sa application rate na 2 at 3 l/m². Sa madaling salita, para sa FS, FA, AS at UMC, ang mga buhanginan ay mas lumalaban sa erosyon ng hangin na dulot ng CaCO³ deposition sa mga rate ng aplikasyon na 2 at 3 l/m² kaysa sa pinakamataas na bilis ng hangin (ibig sabihin, 25 m/s). Kaya, ang halaga ng TDV na 25 m/s na nakuha sa mga pagsubok na ito ay ang mas mababang limitasyon para sa mga rate ng aplikasyon na ipinapakita sa Figure 9b, maliban sa kaso ng AA, kung saan ang TDV ay halos katumbas ng pinakamataas na bilis ng wind tunnel.
Pagsubok sa erosyon ng hangin (a) Pagbaba ng timbang laban sa bilis ng hangin (bilis ng aplikasyon 1 l/m2), (b) Bilis ng pagtanggal ng patak laban sa bilis ng aplikasyon at pormulasyon (CA para sa calcium acetate, CF para sa calcium formate).
Ipinapakita ng Figure 10 ang erosyon sa ibabaw ng mga buhanginan na ginamitan ng iba't ibang pormulasyon at antas ng aplikasyon pagkatapos ng sand bombardment test at ang mga quantitative na resulta ay ipinapakita sa Figure 11. Ang hindi ginamot na kaso ay hindi ipinakita dahil hindi ito nagpakita ng anumang resistensya at ganap na na-erosyon (kabuuang pagkawala ng masa) sa panahon ng sand bombardment test. Malinaw mula sa Figure 11 na ang sample na ginamitan ng biocomposition AA ay nawalan ng 83.5% ng timbang nito sa antas ng aplikasyon na 2 l/m2 habang ang lahat ng iba pang sample ay nagpakita ng mas mababa sa 30% na erosyon sa panahon ng proseso ng sand bombardment. Nang ang antas ng aplikasyon ay tumaas sa 3 l/m2, lahat ng ginamot na sample ay nawalan ng mas mababa sa 25% ng kanilang timbang. Sa parehong antas ng aplikasyon, ang compound FS ay nagpakita ng pinakamahusay na resistensya sa sand bombardment. Ang maximum at minimum na resistensya sa bombardment sa mga sample na ginamitan ng FS at AA ay maaaring maiugnay sa kanilang maximum at minimum na CaCO3 precipitation (Figure 6f).
Mga resulta ng pambobomba ng mga buhanginan ng iba't ibang komposisyon sa mga rate ng daloy na 2 at 3 l/m2 (ang mga arrow ay nagpapahiwatig ng direksyon ng hangin, ang mga krus ay nagpapahiwatig ng direksyon ng hangin na patayo sa patag ng guhit).
Gaya ng ipinapakita sa Figure 12, ang nilalaman ng calcium carbonate ng lahat ng formula ay tumaas habang tumataas ang rate ng aplikasyon mula 1 L/m² hanggang 3 L/m². Bukod pa rito, sa lahat ng rate ng aplikasyon, ang formula na may pinakamataas na nilalaman ng calcium carbonate ay ang FS, na sinusundan ng FA at UMC. Ipinahihiwatig nito na ang mga formulang ito ay maaaring may mas mataas na resistensya sa ibabaw.
Ipinapakita ng Figure 13a ang pagbabago sa resistensya sa ibabaw ng mga hindi ginamot, kontrolado, at ginamot na mga sample ng lupa na sinukat gamit ang permeameter test. Mula sa figure na ito, maliwanag na ang resistensya sa ibabaw ng mga pormulasyon ng UMC, AS, FA, at FS ay tumaas nang malaki kasabay ng pagtaas ng rate ng aplikasyon. Gayunpaman, ang pagtaas sa lakas ng ibabaw ay medyo maliit sa pormulasyon ng AA. Gaya ng ipinapakita sa figure, ang mga pormulasyon ng FA at FS ng non-urea-degraded MICP ay may mas mahusay na permeability sa ibabaw kumpara sa urea-degraded MICP. Ipinapakita ng Figure 13b ang pagbabago sa TDV kasabay ng resistensya sa ibabaw ng lupa. Mula sa figure na ito, malinaw na maliwanag na para sa mga dunes na may resistensya sa ibabaw na higit sa 100 kPa, ang threshold stripping velocity ay lalampas sa 25 m/s. Dahil ang in situ surface resistance ay madaling masukat gamit ang permeameter, ang kaalamang ito ay makakatulong upang matantya ang TDV nang walang pagsubok sa wind tunnel, sa gayon ay nagsisilbing tagapagpahiwatig ng kontrol sa kalidad para sa mga aplikasyon sa field.
Ang mga resulta ng SEM ay ipinapakita sa Figure 14. Ipinapakita ng Figure 14a-b ang pinalaking mga particle ng hindi ginamot na sample ng lupa, na malinaw na nagpapahiwatig na ito ay cohesive at walang natural na bonding o cementation. Ipinapakita ng Figure 14c ang SEM micrograph ng control sample na ginamot gamit ang urea-degraded MICP. Ipinapakita ng larawang ito ang presensya ng mga CaCO3 precipitates bilang calcite polymorphs. Gaya ng ipinapakita sa Figures 14d-o, ang precipitated CaCO3 ay nagbibigkis sa mga particle; ang spherical vaterite crystals ay maaari ring matukoy sa mga SEM micrograph. Ang mga resulta ng pag-aaral na ito at mga nakaraang pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang mga CaCO3 bond na nabuo bilang vaterite polymorphs ay maaari ring magbigay ng makatwirang mekanikal na lakas; ipinapakita ng aming mga resulta na ang surface resistance ay tumataas sa 350 kPa at ang threshold separation velocity ay tumataas mula 4.32 hanggang mahigit 25 m/s. Ang resultang ito ay naaayon sa mga resulta ng mga nakaraang pag-aaral na ang matrix ng MICP-precipitated CaCO3 ay vaterite, na may makatwirang mekanikal na lakas at resistensya sa erosyon ng hangin13,40 at maaaring mapanatili ang makatwirang resistensya sa erosyon ng hangin kahit na pagkatapos ng 180 araw na pagkakalantad sa mga kondisyon ng kapaligiran sa bukid13.
(a, b) Mga SEM micrograph ng lupang hindi ginamot, (c) Kontrol ng MICP urea degradation, (df) Mga sample na ginamot gamit ang AA, (gi) Mga sample na ginamot gamit ang AS, (jl) Mga sample na ginamot gamit ang FA, at (mo) Mga sample na ginamot gamit ang FS sa bilis ng aplikasyon na 3 L/m2 sa iba't ibang magnification.
Ipinapakita ng Figure 14d-f na pagkatapos ng paggamot gamit ang mga AA compound, ang calcium carbonate ay namuo sa ibabaw at sa pagitan ng mga butil ng buhangin, habang ang ilang hindi patong na butil ng buhangin ay naobserbahan din. Para sa mga sangkap na AS, bagama't ang dami ng CaCO3 na nabuo ay hindi tumaas nang malaki (Fig. 6f), ang dami ng mga kontak sa pagitan ng mga butil ng buhangin na dulot ng CaCO3 ay tumaas nang malaki kumpara sa mga AA compound (Fig. 14g-i).
Mula sa mga Larawan 14j-l at 14m-o, malinaw na ang paggamit ng calcium formate bilang pinagmumulan ng calcium ay humahantong sa karagdagang pagtaas ng presipitasyon ng CaCO3 kumpara sa AS compound, na naaayon sa mga sukat ng calcium meter sa Larawan 6f. Ang karagdagang CaCO3 na ito ay tila pangunahing idineposito sa mga partikulo ng buhangin at hindi kinakailangang nagpapabuti sa kalidad ng pakikipag-ugnayan. Kinukumpirma nito ang naunang naobserbahang pag-uugali: sa kabila ng mga pagkakaiba sa dami ng presipitasyon ng CaCO3 (Larawan 6f), ang tatlong pormulasyon (AS, FA at FS) ay hindi gaanong nagkakaiba sa mga tuntunin ng anti-eolian (hangin) na pagganap (Larawan 11) at resistensya sa ibabaw (Larawan 13a).
Upang mas mailarawan ang mga bacterial cell na pinahiran ng CaCO3 at ang bacterial imprint sa mga precipitated crystals, kinuha ang mga high magnification SEM micrograph at ang mga resulta ay ipinapakita sa Figure 15. Gaya ng ipinapakita, ang calcium carbonate ay namumuo sa mga bacterial cell at nagbibigay ng nuclei na kailangan para sa presipitasyon doon. Inilalarawan din ng figure ang aktibo at hindi aktibong mga linkage na dulot ng CaCO3. Mahihinuha na ang anumang pagtaas sa mga hindi aktibong linkage ay hindi kinakailangang humantong sa karagdagang pagbuti sa mekanikal na pag-uugali. Samakatuwid, ang pagtaas ng presipitasyon ng CaCO3 ay hindi kinakailangang humantong sa mas mataas na mekanikal na lakas at ang pattern ng presipitasyon ay may mahalagang papel. Ang puntong ito ay pinag-aralan din sa mga gawa nina Terzis at Laloui72 at Soghi at Al-Kabani45,73. Upang higit pang masuri ang ugnayan sa pagitan ng pattern ng presipitasyon at mekanikal na lakas, inirerekomenda ang mga pag-aaral ng MICP gamit ang µCT imaging, na lampas sa saklaw ng pag-aaral na ito (ibig sabihin, pagpapakilala ng iba't ibang kumbinasyon ng pinagmumulan ng calcium at bacteria para sa ammonia-free MICP).
Ang CaCO3 ay nagdulot ng mga aktibo at hindi aktibong bono sa mga sampol na ginamitan ng (a) komposisyon ng AS at (b) komposisyon ng FS at nag-iwan ng bakas ng mga selula ng bakterya sa sediment.
Gaya ng ipinapakita sa Mga Larawan 14j-o at 15b, mayroong isang CaCO film (ayon sa pagsusuri ng EDX, ang porsyento ng komposisyon ng bawat elemento sa pelikula ay carbon 11%, oxygen 46.62% at calcium 42.39%, na halos kapareho ng porsyento ng CaCO sa Larawan 16). Tinatakpan ng pelikulang ito ang mga kristal ng vaterite at mga partikulo ng lupa, na tumutulong upang mapanatili ang integridad ng sistema ng lupa-sediment. Ang presensya ng pelikulang ito ay naobserbahan lamang sa mga sample na ginamitan ng pormulasyon batay sa formate.
Inihahambing ng Talahanayan 2 ang lakas ng ibabaw, bilis ng pagtanggal ng threshold, at bioinduced na nilalaman ng CaCO3 ng mga lupang ginamitan ng mga MICP pathway na nagpapahina ng urea at hindi nagpapahina ng urea sa mga nakaraang pag-aaral at sa pag-aaral na ito. Limitado ang mga pag-aaral sa resistensya sa erosyon ng hangin ng mga sample ng buhangin na ginamot ng MICP. Sinuri nina Meng et al. ang resistensya sa erosyon ng hangin ng mga sample ng buhangin na ginamot ng MICP gamit ang isang leaf blower,13 samantalang sa pag-aaral na ito, ang mga sample ng buhangin na hindi nagpapahina ng urea (pati na rin ang mga kontrol na nagpapahina ng urea) ay sinubukan sa isang wind tunnel at ginamitan ng apat na magkakaibang kombinasyon ng bakterya at mga sangkap.
Gaya ng makikita, ang ilang nakaraang pag-aaral ay nagsaalang-alang ng mataas na antas ng aplikasyon na lumalagpas sa 4 L/m213,41,74. Mahalagang tandaan na ang mataas na antas ng aplikasyon ay maaaring hindi madaling mailapat sa larangan mula sa isang punto de bista sa ekonomiya dahil sa mga gastos na nauugnay sa suplay ng tubig, transportasyon at aplikasyon ng malalaking volume ng tubig. Ang mas mababang antas ng aplikasyon tulad ng 1.62-2 L/m2 ay nakamit din ang medyo mahusay na lakas ng ibabaw na hanggang 190 kPa at TDV na lumalagpas sa 25 m/s. Sa kasalukuyang pag-aaral, ang mga buhangin na ginamitan ng formate-based MICP nang walang urea degradation ay nakamit ang mataas na lakas ng ibabaw na maihahambing sa mga nakuha gamit ang urea degradation pathway sa parehong saklaw ng mga antas ng aplikasyon (ibig sabihin, ang mga sample na ginamitan ng formate-based MICP nang walang urea degradation ay nakamit din ang parehong saklaw ng mga halaga ng lakas ng ibabaw gaya ng iniulat ni Meng et al., 13, Figure 13a) sa mas mataas na antas ng aplikasyon. Makikita rin na sa antas ng aplikasyon na 2 L/m2, ang ani ng calcium carbonate para sa pagpapagaan ng erosyon ng hangin sa bilis ng hangin na 25 m/s ay 2.25% para sa formate-based MICP na walang urea degradation, na napakalapit sa kinakailangang dami ng CaCO3 (ibig sabihin, 2.41%) kumpara sa mga dunes na ginamot gamit ang control MICP na may urea degradation sa parehong antas ng aplikasyon at parehong bilis ng hangin (25 m/s).
Kaya, maaaring mahinuha mula sa talahanayan na ito na ang parehong urea degradation pathway at urea-free degradation pathway ay maaaring magbigay ng lubos na katanggap-tanggap na pagganap sa mga tuntunin ng surface resistance at TDV. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang urea-free degradation pathway ay hindi naglalaman ng ammonia at samakatuwid ay may mas mababang epekto sa kapaligiran. Bukod pa rito, ang formate-based MICP method na walang urea degradation na iminungkahi sa pag-aaral na ito ay tila mas mahusay na gumaganap kaysa sa acetate-based MICP method na walang urea degradation. Bagama't pinag-aralan nina Mohebbi et al. ang acetate-based MICP method na walang urea degradation, ang kanilang pag-aaral ay nagsama ng mga sample sa mga patag na ibabaw9. Dahil sa mas mataas na antas ng erosyon na dulot ng pagbuo ng eddy sa paligid ng mga sample ng dune at ang nagresultang shear, na nagreresulta sa mas mababang TDV, ang wind erosion ng mga sample ng dune ay inaasahang magiging mas halata kaysa sa mga patag na ibabaw sa parehong bilis.