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沙塵暴對世界上好多國家構成嚴重威脅，因為佢哋對農業、人類健康、交通網絡同基礎設施都有破壞性影響。結果，風侵蝕被視為一個全球性問題。抑制風侵蝕嘅其中一種環保方法係使用微生物誘導嘅碳酸鹽沉澱（ MICP ）。但係，尿素降解型 MICP 嘅副產品，例如氨，當大量生產嗰陣並唔係理想嘅。本研究呈現兩種甲酸鈣細菌配方，用於降解 MICP 而唔會產生尿素，並全面比較佢哋同兩種非產氨乙酸鈣細菌配方嘅性能。所考慮嘅細菌係枯草芽孢桿菌同淀粉液化杆菌。首先，決定控制 CaCO3形成嘅因素嘅優化值。然後，對用優化配方處理過嘅沙丘樣本進行風洞試驗，並測量抗風侵蝕、剝離閾值速度同抗沙轟炸。用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（ SEM ）同 X 射線衍射分析嚟評估碳酸鈣（ CaCO3）同種異構體。喺碳酸鈣形成方面，甲酸鈣基配方嘅表現明顯好過乙酸鈣基配方。另外，枯草芽孢桿菌產生嘅碳酸鈣比淀粉液化桿菌多。 SEM 顯微鏡圖清楚顯示咗由沉澱引起嘅碳酸鈣上活性同非活性細菌嘅結合同印記。所有配方都顯著減少風侵蝕。
風侵蝕早已被認為係美國西南部、中國西部、撒哈拉非洲同中東大部分地區等乾旱同半乾旱地區面臨嘅主要問題1。乾旱同超乾旱氣候嘅低降雨量令到呢啲地區嘅大部分地區變成沙漠、沙丘同未開耕嘅土地。持續嘅風侵蝕對交通網絡、農地同工業用地等基礎設施造成環境威脅，導致呢啲地區嘅生活條件差同城市發展成本高昂2，3，4。重要嘅係，風侵蝕唔單止會影響佢發生嘅地點，亦會喺偏遠社區引起健康同經濟問題，因為佢會透過風將粒子運送到遠離源頭嘅地區5，6。
風侵蝕控制仍然係一個全球性嘅問題。各種土壤穩定方法係用嚟控制風侵蝕。呢啲方法包括水施用7、油覆蓋物8、生物聚合物5、微生物誘導碳酸鹽沉澱（ MICP ）9、10、11、12同埋酶誘導碳酸鹽沉澱（ EICP ）1等材料。土壤濕潤係一種標準嘅現場抑制塵埃方法。但係，佢嘅快速蒸發令到呢個方法喺乾旱同半乾旱地區嘅效果有限1。油覆蓋化合物嘅應用會增加砂嘅凝聚力同粒子間嘅摩擦。佢哋嘅凝結性質將沙粒結合埋一齊；但係，油覆蓋亦都帶嚟其他問題；佢哋嘅深色會增加吸熱，令到植物同微生物死亡。佢哋嘅氣味同煙霧會引起呼吸道問題，而最值得注意嘅係，佢哋嘅高成本係另一個障礙。生物聚合物係最近提出嘅其中一種環保方法，用嚟緩解風侵蝕；佢哋係由植物、動物同細菌等天然來源提取出嚟。黃原膠、瓜爾膠、殼聚糖同膠糖係工程應用中最常用嘅生物聚合物5。但係，水溶性生物聚合物喺接觸水嗰陣會失去強度同浸出土壤13，14。 EICP 已經被證明係一種有效嘅抑塵方法，適用於多種應用，包括未鋪路、尾礦池同建築工地。雖然佢嘅結果令人鼓舞，但係必須考慮一啲潛在嘅缺點，例如成本同埋缺乏成核位點（加速 CaCO3晶體嘅形成同沉澱15，16）。
MICP 係由 Murray 同 Irwin （1890）同 Steinmann （1901）喺19世紀後期首次描述，佢哋研究海洋微生物對尿素嘅降解17。 MICP 係一個天然發生嘅生物過程，涉及多種微生物活動同化學過程，其中碳酸鈣係由微生物代謝物嘅碳酸鈣離子同環境中嘅鈣離子反應而沉澱出嚟18，19。涉及尿素降解氮循環嘅 MICP （尿素降解 MICP ）係最常見嘅微生物誘導碳酸鹽沉澱類型，其中細菌產生嘅尿素酶會催化尿素20、21、22、23、24、25、26、27嘅水解，如下：
喺涉及有機鹽氧化嘅碳循環嘅 MICP （冇尿素降解型嘅 MICP ）中，異補細菌會用有機鹽，例如醋酸鹽、乳酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、草酸鹽、蘋果酸鹽同乙醛酸鹽作為能源去生產碳酸鹽礦物質28。喺乳酸鈣作為碳源同鈣離子嘅存在下，碳酸鈣形成嘅化學反應如方程式（5）所示。
喺 MICP 過程中，細菌細胞提供咗對碳酸鈣嘅沉澱特別重要嘅成核位置；細菌細胞表面帶負電荷，可以作為二价陽離子嘅吸附劑，例如鈣離子。透過將鈣離子吸附到細菌細胞上，當碳酸鹽離子濃度足夠時，鈣陽離子同碳酸鹽陰離子反應，碳酸鈣沉澱喺細菌表面29，30。呢個過程可以概括為以下31，32：
生物生成嘅碳酸鈣結晶可以分為三種：方解石、瓦特石同文石。其中，方解石同瓦特石係最常見嘅細菌誘導碳酸鈣同源物33，34。方解石係熱力學上最穩定嘅碳酸鈣同源體35。雖然有報導指出瓦特石係偏穩定，但係佢最終會轉化成方解石36，37。瓦特石係呢啲晶體中最密集嘅。佢係一種六角形晶體，由於佢嘅尺寸較大，所以比起其他碳酸鈣晶體有更好嘅孔隙填充能力38。尿素降解同尿素未降解嘅 MICP 都可以導致瓦特石嘅沉澱13，39，40，41。
雖然 MICP 喺穩定有問題嘅土壤同易受風侵蝕嘅土壤方面顯示出有前途嘅潛力42，43，44，45，46，47，48，但係尿素水解嘅其中一個副產品係氨，佢可能會引起輕度至嚴重嘅健康問題，視乎接觸程度而定49。呢個副作用令到呢項特定技術嘅使用有爭議性，尤其係當大面積需要處理嘅時候，例如用嚟抑制塵埃。另外，當工藝以高施用率同大量進行時，氨嘅氣味係難以忍受嘅，可能會影響佢嘅實際適用性。雖然最近嘅研究顯示，銨離子可以透過將佢哋轉化成其他產品，例如係鳥取鐵礦，嚟還原，但係呢啲方法並唔會完全去除銨離子50。所以，仍然需要探索唔會產生銨離子嘅替代方案。使用非尿素降解途徑進行 MICP 可能會提供一個潛在嘅解決方案，但係喺緩解風力侵蝕嘅背景下，呢個解決方案仲未被充分探討。法塔希等人。研究咗用乙酸鈣同巨桿菌41嘅冇尿素 MICP 降解，而 Mohebbi 等人。用咗醋酸鈣同淀粉液化杆菌9。但係，佢哋嘅研究並冇同其他鈣來源同異補細菌比較，因為呢啲細菌最終可以提高抗風侵蝕能力。亦缺乏比較冇尿素降解途徑同尿素降解途徑喺風侵蝕緩解嘅文獻。
此外，大多數風侵蝕同塵埃控制研究都係喺平坦表面嘅土壤樣本上進行。1，51，52，53但係，平坦表面喺自然界中比起山丘同凹陷更少見。呢個就係點解沙丘係沙漠地區最常見嘅景觀特徵。
為克服上述缺點，本研究旨在引入一套新嘅非產氨細菌劑。為此，我哋考慮咗非尿素降解 MICP 途徑。研究咗兩種鈣來源（甲酸鈣同乙酸鈣）嘅效率。據作者所知，之前嘅研究並冇研究過使用兩種鈣來源同細菌組合（即甲酸鈣 - 枯草芽孢桿菌同甲酸鈣 - 淀粉液化杆菌）嘅碳酸鹽沉澱。呢啲細菌嘅選擇係基於佢哋產生嘅酶，呢啲酶會催化甲酸鈣同乙酸鈣嘅氧化，形成微生物碳酸鹽沉澱。我哋設計咗一個徹底嘅實驗研究，嚟搵出最佳因素，例如 pH 值、細菌同鈣來源嘅類型同佢哋嘅濃度、細菌同鈣來源溶液嘅比例同埋固化時間。最後，透過喺沙丘上進行一系列風洞測試，以確定沙嘅風侵蝕幅度、閾值分離速度同抗風轟炸，並進行穿透計測量同微觀結構研究（例如 X 射線衍射（ XRD ）分析同掃描電子顯微鏡（ S .
碳酸鈣嘅生產需要鈣離子同碳酸鹽離子。鈣離子可以從各種鈣來源中得到，例如氯化鈣、氫氧化鈣同脫脂奶粉54，55。碳酸根離子可以透過唔同嘅微生物方法產生，例如尿素水解同埋有機物嘅有氧或厭氧氧化56。喺呢項研究中，碳酸鹽離子係由甲酸鹽同乙酸鹽嘅氧化反應得到。另外，我哋用咗甲酸同乙酸嘅鈣鹽去生產純碳酸鈣，所以只係得到 CO2同 H2O 作為副產品。喺呢個過程入面，只有一種物質係鈣來源同碳酸鹽來源，而且唔會產生氨。呢啲特點令到我哋認為嘅鈣來源同碳酸鹽生產方法非常有前途。
甲酸鈣同乙酸鈣嘅相應反應形成碳酸鈣係式（7） - （14）所示。式（7）-（11）顯示甲酸鈣溶於水，形成甲酸或甲酸。因此，溶液係游離鈣同氫氧化物離子嘅來源（公式8同9）。由於甲酸嘅氧化，甲酸入面嘅碳原子會轉化為二氧化碳（公式10）。最終會形成碳酸鈣（公式11同12）。
同樣地，碳酸鈣係由醋酸鈣形成（方程式13-15），只係醋酸或者醋酸係形成而唔係甲酸。
如果冇酶，乙酸酯同甲酸係唔可以喺室溫下氧化。 FDH （甲酸脫氫酶）同 CoA （輔酶 A ）分別催化甲酸同乙酸嘅氧化，形成二氧化碳（方程式16，17）57，58，59。各種細菌都有能力生產呢啲酶，同埋異補細菌，即係細菌，亦稱為細菌菌種本研究使用咗 NCIMB # 13061（國際細菌、酵母、噬菌體、質粒、植物種子同植物細胞組織培養物）同淀粉液化杆菌（ PTCC # 1732， NCIMB # 12077）。呢啲細菌係喺含有肉蛋白（5克/升）同肉提取物（3克/升）嘅培養基入面培養，叫做營養湯（ NBR ）（105443默克）。
因此，使用兩種鈣來源同兩種細菌，製作咗四種配方嚟誘導碳酸鈣沉澱：甲酸鈣同枯草芽孢桿菌（ FS ）、甲酸鈣同淀粉液化杆菌（ FA ）、醋酸鈣同枯草芽孢桿菌（ AS ）、醋酸鈣同淀粉液化杆菌（ AA ）。
喺實驗設計嘅第一部分，進行咗測試，嚟確定可以達到最大碳酸鈣生產嘅最佳組合。由於土壤樣本含有碳酸鈣，所以設計咗一套初步評估測試，以準確測量唔同組合所產生嘅 CaCO3，並評估培養培地同鈣源溶液嘅混合物。對於上面定義嘅每個鈣源同細菌溶液嘅組合（ FS 、 FA 、 AS 同 AA ），我哋得出咗優化因子（鈣源濃度、固化時間、用溶液嘅光學密度（ OD ）測量嘅細菌溶液濃度、鈣源同細菌溶液嘅比例同 pH 值），並用喺以下幾節所描述嘅沙丘處理風洞測試中。
對於每種組合，進行咗150個實驗嚟研究 CaCO3沉澱嘅影響，同埋評估唔同因素，即係鈣源濃度、固化時間、細菌 OD 值、鈣源同細菌溶液比例同埋有機物有氧氧化過程中嘅 pH （表1）。優化工藝嘅 pH 範圍係根據枯草芽孢桿菌同淀粉液化桿菌嘅生長曲線選擇，以便獲得更快嘅生長。呢個會喺「結果」部分詳細解釋。
以下步驟係用嚟準備優化階段嘅樣本。首先調整培養培地嘅初始 pH 值嚟製作 MICP 溶液，然後喺121 °C 高壓滅菌15分鐘。然後將菌株喺層狀氣流中接種，並喺30 °C 同180 rpm 嘅搖晃孵育器中維持。一旦細菌嘅 OD 達到所需水平，就會以所需嘅比例同鈣源溶液混合（圖1a ）。將 MICP 溶液喺220 rpm 同30 °C 嘅搖晃孵育器中反應同凝固，時間達到目標值。沉澱嘅 CaCO3喺6000 g 離心5分鐘後分離，然後喺40 °C 下乾燥，用嚟準備用嚟做計算器測試嘅樣本（圖1b ）。然後用伯納德計算器測量 CaCO3嘅沉澱，其中 CaCO3粉末同1.0 N HCl （ ASTM-D4373-02）反應，產生 CO2，而呢種氣體嘅體積係 CaCO3含量嘅量度（圖1c ）。為咗將 CO2 體積轉換成 CaCO3含量，我哋用1 N HCl 洗滌純 CaCO3粉末，然後將佢對比進化出嚟嘅 CO2，嚟生成校正曲線。利用 SEM 成像同 XRD 分析，研究咗沉澱出嚟嘅 CaCO3粉末嘅形態同純度。用咗放大1000嘅光學顯微鏡去研究細菌周圍碳酸鈣嘅形成、形成嘅碳酸鈣嘅相，同埋細菌嘅活性。
德耶格盆地係伊朗西南部法爾斯省一個出名嘅高度侵蝕地區，研究人員喺呢個地區收集咗風侵蝕嘅土壤樣本。樣本係喺土壤表面抽取嚟做研究。對土壤樣本進行指標測試顯示，土壤係分類差嘅沙土，有泥沙，根據統一土壤分類系統（ USC ）被分類為 SP-SM （圖2a ）。 XRD 分析顯示，德傑土壤主要由方解石同石英組成（圖2b ）。另外， EDX 分析顯示其他元素，例如 Al 、 K 同 Fe 亦都以較小嘅比例存在。
為咗準備實驗室沙丘進行風侵蝕測試，土壤由170毫米高嘅地方經由直徑10毫米嘅漏斗壓碎到堅硬嘅表面，結果係一個典型嘅沙丘，高度係60毫米，直徑係210毫米。喺自然界，最低密度嘅沙丘係由風成過程形成。同樣地，用上述程序製作嘅樣本具有最低嘅相對密度， γ = 14.14 kN/m3，形成一個沉積喺水平表面上嘅沙錐，休息角大約係29.7 ° 。
將上一節所得嘅最佳 MICP 溶液以1、2同3 lm-2嘅施用速率噴喺沙丘斜坡上，然後將樣本儲存喺30 °C 嘅孵化器（圖3）9天（即係最佳固化時間），然後拎出嚟進行風洞測試。
每個處理方法都準備咗四個樣本，一個用嚟用穿透計測量碳酸鈣含量同表面強度，而其餘三個樣本用嚟喺三種唔同速度下進行侵蝕試驗。喺風洞試驗中，係喺唔同嘅風速下決定侵蝕量，然後用侵蝕量對風速嘅圖嚟決定每個處理樣本嘅閾值分離速度。除咗風侵蝕測試之外，處理過嘅樣本亦都經過沙轟炸（即係跳躍實驗）。為此目的，額外準備咗兩個樣本，施用速率係2同3 L m−2。沙轟炸測試持續咗15分鐘，通量係120 gm − 1，呢個係喺之前研究中所選擇嘅值範圍之內60，61，62。磨料噴嘴同沙丘底部之間嘅水平距離係800毫米，位於隧道底部上方100毫米。呢個位置係為咗令到幾乎所有跳緊嘅沙粒都落到沙丘上面。
風洞試驗係喺一個長8m、闊0.4m、高1m嘅開放式風洞入面進行（圖4a）。風洞由鍍鋅鋼板製成，可以產生高達25米/秒嘅風速。另外，用變頻器調整風扇頻率，逐漸提高頻率，以獲得目標風速。圖4b 顯示咗受風侵蝕嘅沙丘示意圖同埋喺風洞入面測量嘅風速分佈。
最後，為咗將本研究所提出嘅非尿素性 MICP 配方嘅結果同尿素性 MICP 對照測試嘅結果進行比較，亦都準備咗沙丘樣本，並用含有尿素、氯化鈣同巴斯德孢子菌嘅生物溶液處理（因為巴斯德孢子菌有顯著嘅能力去產生尿素酶63）。細菌溶液嘅光學密度係1.5，而尿素同氯化鈣嘅濃度係1 M （根據先前研究中建議嘅值選擇36，64，65）。培養培地由營養湯（8克/升）同尿素（20克/升）組成。將細菌溶液噴喺沙丘表面，然後放置24小時，等細菌附着。喺24小時嘅附著之後，噴咗一種水泥溶液（氯化鈣同尿素）。尿素分析 MICP 對照測試以下簡稱 UMC 。根據 Choi et al.66 提出嘅程序，洗滌後得到尿素解同非尿素處理嘅土壤樣本嘅碳酸鈣含量
圖唔係喺初始 pH 範圍為5至10嘅培養基（營養液）中嘅淀粉液化杆菌同枯草芽孢桿菌嘅生長曲線。如圖所示，淀粉液化杆菌同枯草芽孢桿菌喺 pH 6-8同7-9嘅情況下分別生長得更快。因此，喺優化階段採用咗呢個 pH 範圍。
喺營養培養基嘅唔同初始 pH 值下，（ a ）淀粉液化杆菌同（ b ）枯草芽孢桿菌嘅生長曲線。
圖6係伯納德石灰計所產生嘅二氧化碳量，代表沉澱嘅碳酸鈣（ CaCO3）。由於每個組合中有一個因素係固定嘅，而其他因素係有變化嘅，所以呢啲圖表上面嘅每個點都對應嗰組實驗入面嘅最大二氧化碳體積。如圖所示，隨住鈣源濃度增加，碳酸鈣嘅產生量增加。所以，鈣源嘅濃度直接影響碳酸鈣嘅產生。由於鈣源同碳源係一樣（即係甲酸鈣同醋酸鈣），所以釋放嘅鈣離子越多，碳酸鈣就會形成越多（圖6a ）。喺 AS 同 AA 配方中，碳酸鈣嘅產生隨住固化時間嘅增加而持續增加，直至9日後沉澱物嘅量幾乎冇變化。喺 FA 配方入面，當固化時間超過6日嗰陣，碳酸鈣嘅形成速率就會降低。同其他配方相比，配方 FS 喺3日後顯示出相對低嘅碳酸鈣形成率（圖6b ）。喺配方 FA 同 FS 入面，三日後得到總碳酸鈣產生嘅70 % 同87 % ，而喺配方 AA 同 AS 入面，呢個比例分別只係大約46 % 同45 % 。呢個表明同乙酸基配方相比，甲酸基配方喺初始階段嘅 CaCO3形成率較高。但係，隨住固化時間嘅增加，形成速度會減慢。由圖6c 可以得出結論，即使細菌濃度高於 OD1，對碳酸鈣嘅形成亦都冇顯著貢獻。
伯納德計算器測量嘅 CO2 體積（同相應嘅 CaCO3 含量）嘅變化係（ a ）鈣源濃度、（ b ）凝固時間、（ c ） OD 、（ d ）初始 pH 、（ e ）鈣源同細菌溶液嘅比例（針對每種配方）；同埋（ f ）每個鈣來源同細菌嘅組合所產生嘅碳酸鈣嘅最大量。
關於培養基初始 pH 值嘅影響，圖6d 顯示，對於 FA 同 FS ， CaCO3嘅產生喺 pH 7達到最大值。呢個觀察結果同之前嘅研究一致，即係 FDH 酶喺 pH 7-6.7最穩定。但係，對於 AA 同 AS ，當 pH 值超過7嗰陣， CaCO3沉澱會增加。之前嘅研究亦都顯示， CoA 酶活性嘅最佳 pH 範圍係由8到9.2-6.8。考慮到 CoA 酶活性同淀粉液化菌生長嘅最佳 pH 範圍分別係（8-9.2）同（6-8）（圖5a ），預計 AA 配方嘅最佳 pH 值係8，而兩個 pH 範圍重疊。呢個事實係經過實驗證實嘅，如圖6d 所示。由於枯草芽孢桿菌生長嘅最佳 pH 係7-9（圖5b），而 CoA 酶活性嘅最佳 pH 係8-9.2，所以預計最大嘅 CaCO3沉澱收率會喺8-9嘅 pH 範圍內，呢個係由圖6d 證實嘅（即係最佳沉澱 pH 係9）。圖6e 所示嘅結果顯示，對於乙酸鹽同甲酸鹽溶液，鈣源溶液同細菌溶液嘅最佳比例都係1。為咗比較，我哋根據唔同條件下嘅最大 CaCO3產生（即係鈣源濃度、固化時間、 OD 、鈣源同細菌溶液比例，同埋初始 pH 值）去評估唔同配方（即係 AA 、 AS 、 FA 同 FS ）嘅性能。喺所研究嘅配方當中，配方 FS 嘅 CaCO3產生量最高，大約係配方 AA 嘅三倍（圖6f ）。對兩個鈣來源進行咗四個冇細菌對照實驗，30日後冇觀察到 CaCO3沉澱。
所有配方嘅光學顯微鏡圖像顯示，瓦特石係碳酸鈣形成嘅主要相（圖7）。瓦特石結晶係球形嘅69，70，71。發現碳酸鈣會沉澱喺細菌細胞上面，因為細菌細胞嘅表面帶負電荷，可以作為二价陽離子嘅吸附劑。本研究以配方 FS 為例，24小時後，部分細菌細胞上開始形成碳酸鈣 ( 圖7a ) ,48 小時後，包覆碳酸鈣嘅細菌細胞數量明顯增加。另外，如圖7b所示，亦都可以檢測到瓦特石顆粒。最後，72小時後，大量細菌似乎被瓦特石結晶結合，瓦特石顆粒數量明顯增加（圖7c ）。
光學顯微鏡觀察 FS 組成物中 CaCO3隨時間嘅沉澱：（ a ）24、（b）48同（c）72小時。
為進一步研究沉澱相嘅形態，對粉末進行 X 射線衍射（ XRD ）同 SEM 分析。 XRD 光譜（圖8a ）同 SEM 顯微鏡圖（圖8b 、 c ）證實咗瓦特石結晶嘅存在，因為佢哋嘅形狀似生菜，而且觀察到瓦特石峰同沉澱峰之間嘅對應關係。
(a) 形成嘅 CaCO3同瓦特石嘅 X 射線衍射光譜嘅比較。分別係（ b ）1 kHz 同（ c ）5.27 kHz 放大倍率下嘅瓦特石嘅 SEM 顯微鏡圖。
風洞試驗結果如圖9a 、 b 所示。由圖9a 可以睇到，未經處理嘅沙嘅閾值侵蝕速度（ TDV ）大約係4.32米/秒。喺1 l/m2嘅施用率下（圖9a）， FA 、 FS 、 AA 同 UMC 組分嘅土壤流失率線嘅斜率同未經處理嘅沙丘大約相同。呢個表明呢個施用率嘅處理係無效嘅，而一旦風速超過 TDV ，薄嘅地殼就會消失，而沙丘嘅侵蝕率同未經處理嘅沙丘一樣。 AS 組分嘅侵蝕斜率亦都低過其他橫軸較低嘅組分（即係 TDV ）（圖9a ）。圖9b 中嘅箭頭表示，喺最大風速25米/秒嘅情況下，喺2同3升/平方米嘅施用速率下，處理過嘅沙丘冇發生侵蝕。換句話講，對於 FS 、 FA 、 AS 同 UMC ，沙丘喺2同3升/平方米嘅施用速率下，比起喺最大風速（即25米/秒）下，更抵抗由 CaCO3沉積引起嘅風侵蝕。因此，喺呢啲測試中得到嘅25 m / s 嘅 TDV 值係圖9b 所示嘅施用率嘅下限，除咗 AA 嘅情況，因為 TDV 幾乎等於最大風洞速度。
風侵蝕試驗（ a ）重量損失對風速（施用率1 l ​​/ m2），（ b ）閾值撕裂速度對施用率同配方（ CA 係醋酸鈣， CF 係甲酸鈣）。
圖10顯示咗用唔同配方同施用率處理過嘅沙丘喺沙彈試驗之後嘅表面侵蝕，而定量結果喺圖11入面顯示。未經處理嘅個案係冇顯示，因為佢冇顯示出阻力，而且喺沙彈試驗期間完全被侵蝕（總質量損失）。由圖11可以清楚睇到，用生物成分 AA 處理嘅樣本喺2 l/m2嘅施用速率下，重量減少咗83.5 % ，而所有其他樣本喺沙轟炸過程中都顯示出少於30 % 嘅侵蝕。當施用量增加到3 l / m2 時，所有處理過嘅樣本都減咗唔夠25 % 嘅重量。喺兩種施用率下，複合 FS 都顯示出最好嘅抗沙轟炸能力。 FS 同 AA 處理過嘅樣本嘅最大同最小抗轟炸能力可以歸因於佢哋最大同最小嘅 CaCO3沉澱（圖6f ）。
以2同3 l/m2嘅流速轟炸唔同組成嘅沙丘嘅結果（箭頭表示風向，十字表示垂直於圖面嘅風向）。
如圖12所示，所有配方嘅碳酸鈣含量隨住施用量由1 L/m2增加到3 L/m2而增加。另外，喺所有施用率下，碳酸鈣含量最高嘅配方係 FS ，其次係 FA 同 UMC 。呢個表明呢啲配方可能有較高嘅表面電阻。
圖13a 顯示咗用滲透計測試測量嘅未經處理、對照同處理土壤樣本嘅表面電阻變化。從呢個圖可以明顯睇到，隨住施用率嘅增加， UMC 、 AS 、 FA 同 FS 配方嘅表面電阻都顯著增加。但係， AA 配方嘅表面強度增加相對較小。如圖所示，與尿素降解 MICP 相比，非尿素降解 MICP 嘅 FA 同 FS 配方具有更好嘅表面渗透性。圖13b 顯示咗 TDV 隨住土壤表面阻力嘅變化。由呢張圖可以清楚睇到，對於表面電阻大於100 kPa 嘅沙丘，閾值剝離速度會超過25 m / s 。由於原位表面電阻可以輕易用滲透計測量，所以呢啲知識可以幫助喺冇風洞測試嘅情況下估計 TDV ，從而作為現場應用嘅質量控制指標。
SEM 結果如圖14所示。圖14a-b 顯示咗未經處理嘅土壤樣本嘅放大粒子，呢個清楚表明佢係有凝聚力嘅，而且冇自然嘅粘合或粘合。圖14c 顯示咗用尿素降解 MICP 處理嘅對照樣本嘅 SEM 顯微鏡圖。呢張圖顯示咗 CaCO3沉澱物作為方解石多態體嘅存在。如圖14d-o 所示，沉澱嘅 CaCO3會將啲粒子結合埋一齊；喺 SEM 顯微鏡圖入面亦都可以識別到球形嘅瓦特石結晶。本研究同之前嘅研究結果顯示，以瓦特石多態體形式形成嘅 CaCO3鏈亦可以提供合理嘅機械強度；我哋嘅結果顯示，表面電阻增加到350 kPa，而閾值分離速度由4.32增加到超過25 m / s 。呢個結果同之前嘅研究結果一致，即係 MICP 沉澱嘅 CaCO3嘅基質係瓦特石，佢有合理嘅機械強度同抗風侵蝕13，40，而且即使喺180日嘅現場環境條件下，都可以保持合理嘅抗風侵蝕13。
（ a 、 b ）未經處理嘅土壤嘅 SEM 顯微鏡圖，（ c ） MICP 尿素降解對照，（ df ） AA 處理嘅樣本，（ gi ） AS 處理嘅樣本，（ jl ） FA 處理嘅樣本，同埋（ mo ） FS 處理嘅樣本，施用速率係3 L/m2，唔同放大倍率。
圖14d-f 顯示，用 AA 化合物處理後，碳酸鈣會沉澱喺表面同沙粒之間，而亦都觀察到一啲未塗層嘅沙粒。對於 AS 成分，雖然形成嘅 CaCO3量冇顯著增加（圖6f ），但係同 AA 化合物相比，由 CaCO3引起嘅沙粒之間嘅接觸量明顯增加（圖14g-i ）。
從圖14j-l 同14m-o 可以清楚睇到，同 AS 化合物相比，使用甲酸鈣作為鈣來源會導致 CaCO3沉澱進一步增加，呢個同圖6f 嘅鈣計測量結果一致。呢種額外嘅 CaCO3似乎主要係沉積喺沙粒上面，而且未必會改善接觸質素。呢個證實咗之前觀察到嘅行為：儘管 CaCO3沉澱量有所不同（圖6f ），但係三種配方（ AS 、 FA 同 FS ）喺抗風力（風）性能（圖11）同表面阻力（圖13a ）方面都冇顯著差異。
為咗更好咁可視化 CaCO3包覆嘅細菌細胞同埋沉澱出嚟嘅晶體上嘅細菌印記，我哋影咗高放大倍率嘅 SEM 顯微鏡，結果如圖15所示。如圖15所示，碳酸鈣會沉澱喺細菌細胞上面，並且提供嗰度沉澱所需嘅核。圖中亦描繪咗由 CaCO3誘導嘅活性同非活性連結。可以得出結論，任何非活性連結嘅增加都未必會導致機械行為嘅進一步改善。因此，增加 CaCO3沉澱未必會導致更高嘅機械強度，而沉澱模式亦都起到重要作用。呢一點亦都喺特齊斯同拉魯伊72、索吉同卡巴尼嘅著作中被研究過45，73。為咗進一步探討沉澱模式同機械強度之間嘅關係，建議使用 μCT 成像進行 MICP 研究，呢個係超出本研究嘅範圍（即係引入唔同嘅鈣源同細菌組合嚟進行冇氨 MICP ）。
喺用（ a ） AS 組成同（ b ） FS 組成處理嘅樣本中， CaCO3誘導咗活性同非活性鏈，並且喺沉積物上留下咗細菌細胞嘅印記。
如圖14j-o 同15b 所示，有一層 CaCO 膜（根據 EDX 分析，膜中每種元素嘅百分比組成係碳11 % 、氧46.62 % 同鈣42.39 % ，同圖16中 CaCO 嘅百分比非常接近）。呢層膜覆蓋咗瓦特石結晶同土壤粒子，有助維持土壤 - 沉積物系統嘅完整性。呢種膜嘅存在只係喺用甲酸基配方處理嘅樣本中觀察到。
表2比較咗以往研究同本研究中用尿素降解同非尿素降解 MICP 途徑處理嘅土壤嘅表面強度、閾值脫落速度同生物誘導嘅 CaCO3含量。對 MICP 處理過嘅沙丘樣本嘅抗風侵蝕性研究係有限嘅。孟等人。用吹葉機研究咗 MICP 處理過嘅尿素降解沙丘樣本嘅抗風侵蝕性，13而喺呢項研究中，非尿素降解沙丘樣本（同埋尿素降解對照）係喺風洞測試，並用四種唔同嘅細菌同物質組合處理。
可以睇到，之前嘅一啲研究都考慮過高施用率超過4 L/m213，41，74。值得注意嘅係，由於大量水嘅供水、運輸同施用相關成本，高施用率可能喺經濟角度嚟講唔容易適用喺呢個領域。較低嘅施用率，例如1.62-2 L/m2，亦都達到咗相當好嘅表面強度，高達190 kPa ，而 TDV 超過25 m / s 。喺本研究中，用冇尿素降解嘅甲酸基 MICP 處理嘅沙丘喺相同嘅施用率範圍下，達到同用尿素降解途徑得到嘅高表面強度相當（即係用冇尿素降解嘅甲酸基 MICP 處理嘅樣本亦都能夠喺更高嘅施用率下達到相同嘅表面強度值範圍，13a），圖亦可以睇到，喺2 L/m2嘅施用速率下，喺25 m/s嘅風速下，用嚟緩解風侵蝕嘅碳酸鈣嘅收率，對於冇尿素降解嘅甲酸基 MICP 嚟講係2.25 % ，呢個係非常接近所需嘅 CaCO3量（即2.41 % ），而呢個產量同用相同嘅對照速率處理嘅沙丘相比（25米/秒）。
因此，從呢個表可以得出結論，尿素降解途徑同冇尿素降解途徑都可以喺表面電阻同 TDV 方面提供相當可接受嘅性能。主要分別係冇尿素降解途徑唔含氨，所以對環境嘅影響較低。另外，本研究所提出嘅冇尿素降解嘅甲酸基 MICP 方法似乎表現好過冇尿素降解嘅乙酸基 MICP 方法。雖然莫赫比等人研究咗冇尿素降解嘅乙酸酯基 MICP 方法，佢哋嘅研究包括平坦表面上嘅樣本9。由於沙丘樣本周圍嘅漩渦形成所引起嘅侵蝕程度較高，而所造成嘅剪切力會較低，導致 TDV 較低，所以預計沙丘樣本嘅風侵蝕會比同一速度嘅平坦表面更加明顯。