nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS дэмжлэг хязгаарлагдмал байна. Хамгийн сайн туршлагыг авахын тулд бид танд хөтчийн хамгийн сүүлийн хувилбарыг ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Нэмж дурдахад, тасралтгүй дэмжлэг үзүүлэхийн тулд энэ сайтад хэв маяг эсвэл JavaScript агуулаагүй болно.
Тоос шороон шуурга нь хөдөө аж ахуй, хүний ​​эрүүл мэнд, тээврийн сүлжээ, дэд бүтцэд сөргөөр нөлөөлдөг тул дэлхийн олон оронд ноцтой аюул учруулж байна. Үүний үр дүнд салхины элэгдлийг дэлхийн хэмжээнд тулгамдаж буй асуудал гэж үздэг. Салхины элэгдлийг хязгаарлах байгаль орчинд ээлтэй аргуудын нэг бол бичил биетний өдөөгдсөн карбонатын тунадас (MICP) ашиглах явдал юм. Гэсэн хэдий ч аммиак зэрэг мочевин задралд суурилсан MICP-ийн дайвар бүтээгдэхүүн нь их хэмжээгээр үйлдвэрлэгдэх үед тохиромжтой биш юм. Энэхүү судалгаагаар мочевин үүсгэлгүйгээр MICP-ийг задлах кальцийн форматын бактерийн хоёр найрлагыг танилцуулж, тэдгээрийн гүйцэтгэлийг аммиак үүсгэдэггүй кальцийн ацетатын бактерийн хоёр найрлагтай цогцоор нь харьцуулсан болно. Ажиглаж буй бактериуд нь Bacillus subtilis болон Bacillus amyloliquefaciens юм. Нэгдүгээрт, CaCO3 үүсэхийг хянадаг хүчин зүйлсийн оновчтой утгыг тодорхойлсон. Дараа нь оновчтой найрлагаар боловсруулсан элсэн манхан дээжинд салхин хонгилын туршилт хийж, салхины элэгдэлд тэсвэртэй байдал, хөрс хуулалтын босго хурд, элсний бөмбөгдөлтийн эсэргүүцлийг хэмжсэн. Кальцийн карбонат (CaCO3) алломорфуудыг оптик микроскоп, сканнердах электрон микроскоп (SEM), рентген дифракцийн шинжилгээ ашиглан үнэлсэн. Кальцийн форматад суурилсан найрлага нь кальцийн карбонат үүсэх тал дээр ацетатад суурилсан найрлагаас хамаагүй илүү сайн үзүүлэлттэй байсан. Үүнээс гадна, B. subtilis нь B. amyloliquefaciens-ээс илүү их кальцийн карбонат үүсгэсэн. SEM микрографууд нь тунадасны улмаас кальцийн карбонат дээр идэвхтэй болон идэвхгүй бактериуд холбогдож, хэвлэгдэн үлдэж байгааг тодорхой харуулсан. Бүх найрлага нь салхины элэгдлийг мэдэгдэхүйц бууруулсан.
Салхины элэгдэл нь АНУ-ын баруун өмнөд хэсэг, Хятадын баруун хэсэг, Сахарын Африк, Ойрхи Дорнодын ихэнх хэсэг зэрэг хуурай, хагас хуурай бүс нутгийн тулгамдсан томоохон асуудал гэдгийг эртнээс хүлээн зөвшөөрч ирсэн1. Хуурай, хэт хуурай уур амьсгалтай бүс нутагт хур тунадас бага орох нь эдгээр бүс нутгийн ихэнх хэсгийг цөл, элсэн манхан, тариалангийн бус газар болгон хувиргасан. Салхины элэгдэл үргэлжилсээр байгаа нь тээврийн сүлжээ, хөдөө аж ахуйн газар, үйлдвэрлэлийн газар зэрэг дэд бүтцэд байгаль орчны аюул занал учруулж, эдгээр бүс нутагт амьдрах нөхцөл муу, хот байгуулалтын өндөр өртөгт хүргэдэг2,3,4. Хамгийн чухал нь салхины элэгдэл нь зөвхөн үүссэн байршилд нөлөөлөөд зогсохгүй, эх үүсвэрээс хол газар руу салхиар бөөмсийг зөөвөрлөдөг тул алслагдсан суурин газруудад эрүүл мэнд, эдийн засгийн асуудал үүсгэдэг5,6.
Салхины элэгдлийг хянах нь дэлхий нийтийн асуудал хэвээр байна. Салхины элэгдлийг хянахын тулд хөрсийг тогтворжуулах янз бүрийн аргыг ашигладаг. Эдгээр аргуудад ус түрхэх7, тосны хучлага8, биополимер5, бичил биетний өдөөгдсөн карбонатын тунадасжилт (MICP)9,10,11,12 болон ферментийн өдөөгдсөн карбонатын тунадасжилт (EICP)1 зэрэг материалууд орно. Хөрсийг чийгшүүлэх нь талбайд тоос дарах стандарт арга юм. Гэсэн хэдий ч түүний хурдан ууршилт нь энэ аргыг хуурай болон хагас хуурай бүс нутагт үр нөлөөг хязгаарлагдмал болгодог1. Тосны хучлагын нэгдлүүдийг хэрэглэх нь элсний нэгдэл болон бөөмсийн хоорондын үрэлтийг нэмэгдүүлдэг. Тэдний нэгдмэл шинж чанар нь элсний ширхэгийг хооронд нь холбодог; гэсэн хэдий ч тосны хучлага нь бусад асуудал үүсгэдэг; тэдгээрийн бараан өнгө нь дулаан шингээлтийг нэмэгдүүлж, ургамал, бичил биетний үхэлд хүргэдэг. Тэдний үнэр, утаа нь амьсгалын замын асуудал үүсгэж болзошгүй бөгөөд хамгийн гол нь өндөр өртөг нь бас нэг саад тотгор болдог. Биополимер бол салхины элэгдлийг бууруулах саяхан санал болгосон байгаль орчинд ээлтэй аргуудын нэг юм; тэдгээрийг ургамал, амьтан, бактери зэрэг байгалийн эх үүсвэрээс гаргаж авдаг. Ксантан бохь, гуар бохь, хитозан, геллан бохь нь инженерийн хэрэглээнд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг биополимерууд юм5. Гэсэн хэдий ч усанд уусдаг биополимерууд усанд өртөх үед бат бөх чанараа алдаж, хөрснөөс нэвчиж болно13,14. EICP нь шороон зам, хаягдлын цөөрөм, барилгын талбай зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд тоос дарах үр дүнтэй арга болох нь батлагдсан. Үр дүн нь урам зориг өгч байгаа ч өртөг болон цөм үүсэх цэгүүдийн хомсдол (CaCO3 талстуудын үүсэл, тунадасыг хурдасгадаг15,16) зэрэг зарим болзошгүй сул талуудыг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
MICP-г анх 19-р зууны сүүлчээр Мюррей, Ирвин (1890), Штайнманн (1901) нар далайн бичил биетний мочевины задралыг судлах судалгаандаа тодорхойлсон17. MICP нь бичил биетний янз бүрийн үйл ажиллагаа, химийн процессуудыг хамарсан байгалийн гаралтай биологийн процесс бөгөөд бичил биетний метаболитоос гаргаж авсан карбонатын ионууд хүрээлэн буй орчинд кальцийн ионуудтай урвалд орсноор кальцийн карбонатыг тунадасжуулдаг18,19. Мочевины задралын азотын мөчлөг (мочевины задралын MICP)-тэй холбоотой MICP нь бичил биетний өдөөгдсөн карбонатын тунадасны хамгийн түгээмэл төрөл бөгөөд бактерийн үүсгэсэн уреаза нь мочевины гидролизийг дараах байдлаар катализжуулдаг20,21,22,23,24,25,26,27:
Органик давсны исэлдэлтийн нүүрстөрөгчийн мөчлөгийг хамарсан MICP-д (мочевины задралын төрөлгүй MICP) гетеротроф бактериуд нь ацетат, лактат, цитрат, сукцинат, оксалат, малат, глиоксилат зэрэг органик давсыг карбонатын эрдэс бодис үүсгэх энергийн эх үүсвэр болгон ашигладаг28. Нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болох кальцийн лактат болон кальцийн ионууд байгаа үед кальцийн карбонат үүсэх химийн урвалыг (5) тэгшитгэлд харуулав.
MICP процесст бактерийн эсүүд нь кальцийн карбонатын тунадасжилтад онцгой чухал үүрэг гүйцэтгэдэг цөм үүсэх цэгүүдийг өгдөг; бактерийн эсийн гадаргуу нь сөрөг цэнэгтэй бөгөөд кальцийн ион зэрэг хоёр валенттай катионуудын адсорбент болж чаддаг. Карбонатын ионы концентраци хангалттай байх үед кальцийн катионууд ба карбонатын анионууд урвалд орж, кальцийн карбонат нь бактерийн гадаргуу дээр тунадасждаг29,30. Энэ процессыг дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэж болно31,32:
Био үүсгэсэн кальцийн карбонатын талстуудыг кальцит, ватерит, арагонит гэсэн гурван төрөлд хувааж болно. Тэдгээрийн дотроос кальцит ба ватерит нь бактерийн нөлөөгөөр хамгийн түгээмэл үүсдэг кальцийн карбонатын алломорфууд юм33,34. Кальцит бол термодинамикийн хувьд хамгийн тогтвортой кальцийн карбонатын алломорф юм35. Ватерит нь метастазтай гэж мэдээлсэн боловч эцэст нь кальцит болж хувирдаг36,37. Ватерит бол эдгээр талстуудаас хамгийн нягт нь юм. Энэ нь том хэмжээтэй тул бусад кальцийн карбонатын талстуудаас нүх сүвийг дүүргэх чадвар сайтай зургаан өнцөгт талст юм38. Мочевиноор задарсан болон мочевиноор задараагүй MICP хоёулаа ватеритын тунадасжилтад хүргэдэг13,39,40,41.
Хэдийгээр MICP нь асуудалтай хөрс болон салхины элэгдэлд өртөмтгий хөрсийг тогтворжуулах ирээдүйтэй боломжийг харуулсан боловч42,43,44,45,46,47,48 мочевины гидролизийн дайвар бүтээгдэхүүний нэг нь аммиак бөгөөд энэ нь өртөлтийн түвшингээс хамааран хөнгөнөөс хүнд хэлбэрийн эрүүл мэндийн асуудал үүсгэж болзошгүй49. Энэхүү гаж нөлөө нь энэхүү технологийг ашиглахыг маргаантай болгодог, ялангуяа тоос дарах гэх мэт том талбайг боловсруулах шаардлагатай үед. Нэмж дурдахад, уг процессыг өндөр хэрэглээний хурд, их хэмжээгээр хийх үед аммиакийн үнэр тэсвэрлэхийн аргагүй бөгөөд энэ нь түүний практик хэрэглээнд нөлөөлж болзошгүй юм. Сүүлийн үеийн судалгаагаар аммонийн ионуудыг струвит гэх мэт бусад бүтээгдэхүүн болгон хувиргаснаар бууруулж болохыг харуулсан боловч эдгээр аргууд нь аммонийн ионуудыг бүрэн арилгадаггүй50. Тиймээс аммонийн ион үүсгэдэггүй өөр шийдлүүдийг судлах шаардлагатай хэвээр байна. MICP-ийн мочевины бус задралын замыг ашиглах нь салхины элэгдлийг бууруулах хүрээнд муу судлагдсан боломжит шийдлийг өгч магадгүй юм. Фаттахи нар. Мочебби нар кальцийн ацетат болон Bacillus megaterium41 ашиглан мочевингүй MICP-ийн задралыг судалсан бол Мохебби нар кальцийн ацетат болон Bacillus amyloliquefaciens9-ийг ашигласан. Гэсэн хэдий ч тэдний судалгааг салхины элэгдлийн эсэргүүцлийг сайжруулж чадах бусад кальцийн эх үүсвэр болон гетеротрофик бактериудтай харьцуулаагүй болно. Мөн салхины элэгдлийг бууруулахад мочевингүй задралын замыг мочевин задралын замтай харьцуулсан судалгааны материал дутмаг байна.
Үүнээс гадна, салхины элэгдэл болон тоосны хяналтын ихэнх судалгааг тэгш гадаргуутай хөрсний дээжинд хийсэн.1,51,52,53 Гэсэн хэдий ч тэгш гадаргуу нь толгод, хотгороос байгальд бага түгээмэл байдаг. Тийм ч учраас элсэн манхан нь цөлийн бүс нутагт хамгийн түгээмэл ландшафтын онцлог шинж чанар юм.
Дээр дурдсан дутагдлыг арилгахын тулд энэхүү судалгаа нь аммиак үүсгэдэггүй бактерийн шинэ багцыг нэвтрүүлэх зорилготой байв. Энэ зорилгоор бид мочевин задалдаггүй MICP замыг авч үзсэн. Кальцийн хоёр эх үүсвэрийн (кальцийн формат ба кальцийн ацетат) үр ашгийг судалсан. Зохиогчдын мэдэж байгаагаар кальцийн хоёр эх үүсвэр ба бактерийн хослолыг (жишээ нь кальцийн формат-Bacillus subtilis ба кальцийн формат-Bacillus amyloliquefaciens) ашиглан карбонатын тунадасжуулалтыг өмнөх судалгаануудад судлаагүй болно. Эдгээр бактерийн сонголтыг кальцийн формат ба кальцийн ацетатын исэлдэлтийг хурдасгаж, бичил биетний карбонатын тунадас үүсгэдэг ферментүүд дээр үндэслэсэн. Бид рН, бактерийн төрөл ба кальцийн эх үүсвэр ба тэдгээрийн концентраци, бактери ба кальцийн эх үүсвэрийн уусмалын харьцаа, хатуурах хугацаа зэрэг оновчтой хүчин зүйлсийг олохын тулд нарийвчилсан туршилтын судалгааг боловсруулсан. Эцэст нь, кальцийн карбонатын хур тунадасаар дамжин салхины элэгдлийг дарангуйлах энэхүү бактерийн бодисын үр нөлөөг элсэн манхан дээр салхины хонгилын цуврал туршилт хийж, салхины элэгдлийн хэмжээ, босго тасрах хурд, элсний салхины бөмбөгдөлтийн эсэргүүцлийг тодорхойлж, пенетрометрийн хэмжилт болон бичил бүтцийн судалгаа (жишээ нь, рентген дифракцийн (XRD) шинжилгээ болон сканнердах электрон микроскоп (SEM))-ийг хийсэн.
Кальцийн карбонат үйлдвэрлэхэд кальцийн ион болон карбонатын ион шаардлагатай. Кальцийн ионуудыг кальцийн хлорид, кальцийн гидроксид, тослоггүй сүүний нунтаг зэрэг янз бүрийн кальцийн эх үүсвэрээс гаргаж авч болно54,55. Карбонат ионуудыг мочевин гидролиз, органик бодисын аэробик эсвэл агааргүй исэлдэлт зэрэг янз бүрийн бичил биетний аргаар гаргаж авч болно56. Энэхүү судалгаанд карбонатын ионуудыг формат ба ацетатын исэлдэлтийн урвалаас гаргаж авсан. Нэмж дурдахад бид цэвэр кальцийн карбонат үйлдвэрлэхийн тулд формат ба ацетатын кальцийн давсыг ашигласан тул зөвхөн CO2 болон H2O-г дайвар бүтээгдэхүүн болгон авсан. Энэ процесст зөвхөн нэг бодис нь кальцийн эх үүсвэр болон карбонатын эх үүсвэр болж үйлчилдэг бөгөөд аммиак үүсгэдэггүй. Эдгээр шинж чанарууд нь бидний авч үзсэн кальцийн эх үүсвэр болон карбонатын үйлдвэрлэлийн аргыг маш ирээдүйтэй болгож байна.
Кальцийн формат ба кальцийн ацетатын кальцийн карбонат үүсгэх харгалзах урвалыг (7)-(14) томъёонд үзүүлэв. (7)-(11) томъёо нь кальцийн формат нь усанд уусч, шоргоолжны хүчил эсвэл формат үүсгэдэг болохыг харуулж байна. Тиймээс уусмал нь чөлөөт кальци ба гидроксидын ионуудын эх үүсвэр болдог (8 ба 9-р томъёо). Шоргоолжны хүчлийн исэлдэлтийн үр дүнд шоргоолжны хүчлийн нүүрстөрөгчийн атомууд нүүрстөрөгчийн давхар исэл болж хувирдаг (10-р томъёо). Кальцийн карбонат эцэст нь үүсдэг (11 ба 12-р томъёо).
Үүнтэй адил кальцийн карбонат нь кальцийн ацетатаас үүсдэг (13-15-р тэгшитгэл), гэхдээ шоргоолжны хүчлийн оронд цууны хүчил эсвэл ацетат үүсдэг.
Фермент байхгүй бол ацетат ба форматыг өрөөний температурт исэлдүүлэх боломжгүй. FDH (форматдегидрогеназа) ба CoA (коэнзим А) нь формат ба ацетатын исэлдэлтийг катализжуулж, нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэдэг (Тэгшитгэл 16, 17) 57, 58, 59). Төрөл бүрийн бактериуд эдгээр ферментийг үйлдвэрлэх чадвартай бөгөөд энэхүү судалгаанд гетеротрофик бактериуд болох Bacillus subtilis (PTCC #1204 (Персийн төрлийн өсгөврийн цуглуулга), мөн NCIMB #13061 (Бактери, мөөгөнцөр, фаг, плазмид, ургамлын үр, ургамлын эсийн эдийн өсгөврийн олон улсын цуглуулга) гэгддэг) ба Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732, NCIMB #12077)-ийг ашигласан. Эдгээр бактерийг махны пептон (5 г/л) ба махны ханд (3 г/л) агуулсан тэжээллэг шөл (NBR) (105443 Merck) гэж нэрлэгддэг орчинд өсгөвөрлөв.
Тиймээс кальцийн хоёр эх үүсвэр болон хоёр бактерийг ашиглан кальцийн карбонатын тунадасжилтыг өдөөх дөрвөн найрлагыг бэлтгэсэн: кальцийн формат ба Bacillus subtilis (FS), кальцийн формат ба Bacillus amyloliquefaciens (FA), кальцийн ацетат ба Bacillus subtilis (AS), мөн кальцийн ацетат ба Bacillus amyloliquefaciens (AA).
Туршилтын дизайны эхний хэсэгт кальцийн карбонатын хамгийн их үйлдвэрлэлтийг хангах оновчтой хослолыг тодорхойлох туршилтуудыг хийсэн. Хөрсний дээжинд кальцийн карбонат агуулагдсан тул янз бүрийн хослолоор үүссэн CaCO3-ийг нарийн хэмжих урьдчилсан үнэлгээний туршилтын багцыг боловсруулж, өсгөврийн орчин болон кальцийн эх үүсвэрийн уусмалын холимгийг үнэлсэн. Дээр тодорхойлсон кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн уусмалын хослол бүрийн хувьд (FS, FA, AS, болон AA) оновчлолын хүчин зүйлсийг (кальцийн эх үүсвэрийн концентраци, хатуурах хугацаа, уусмалын оптик нягтрал (OD)-аар хэмжсэн бактерийн уусмалын концентраци, кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн уусмалын харьцаа, рН) гаргаж авч, дараах хэсгүүдэд тайлбарласан элсэн манхан цэвэрлэх салхин хонгилын туршилтад ашигласан.
Нэгдэл бүрийн хувьд CaCO3 тунадасны нөлөөг судлах, кальцийн эх үүсвэрийн концентраци, хатуурах хугацаа, бактерийн OD утга, кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн уусмалын харьцаа, органик бодисын аэроб исэлдэлтийн үед рН зэрэг янз бүрийн хүчин зүйлсийг үнэлэх зорилгоор 150 туршилт явуулсан (Хүснэгт 1). Илүү хурдан өсөлтийг хангахын тулд оновчтой процессын рН-ийн хүрээг Bacillus subtilis болон Bacillus amyloliquefaciens-ийн өсөлтийн муруй дээр үндэслэн сонгосон. Үүнийг Үр дүнгийн хэсэгт илүү дэлгэрэнгүй тайлбарласан болно.
Дээжийг оновчлолын үе шатанд бэлтгэхийн тулд дараах алхмуудыг ашигласан. MICP уусмалыг эхлээд өсгөврийн орчны анхны рН-ийг тохируулж бэлтгэж, дараа нь 121 °C-д 15 минутын турш автоклавт хийсэн. Дараа нь омгийг ламинар агаарын урсгалд тарьж, 30 °C болон 180 эрг/мин-д сэгсрэгч инкубаторт хадгалсан. Бактерийн OD хүссэн түвшинд хүрсний дараа кальцийн эх үүсвэрийн уусмалтай хүссэн харьцаагаар хольсон (Зураг 1a). MICP уусмалыг 220 эрг/мин болон 30 °C-д сэгсрэгч инкубаторт урвалд орж, хатууруулахыг зөвшөөрсөн бөгөөд энэ хугацаанд зорилтот утгад хүрсэн. Тунадассан CaCO3-ийг 6000 г-д 5 минутын турш центрифугээр ялгаж, дараа нь 40 °C-д хатааж, дээжийг кальциметрийн туршилтад бэлтгэсэн (Зураг 1b). Дараа нь CaCO3-ийн тунадасыг Бернард кальциметр ашиглан хэмжсэн бөгөөд CaCO3 нунтаг нь 1.0 N HCl (ASTM-D4373-02)-тай урвалд орж CO2 үүсгэдэг бөгөөд энэ хийн эзэлхүүн нь CaCO3-ийн агууламжийн хэмжүүр юм (Зураг 1c). CO2-ийн эзэлхүүнийг CaCO3-ийн агууламж болгон хувиргахын тулд цэвэр CaCO3 нунтагыг 1 N HCl-ээр угааж, ялгарсан CO2-той харьцуулан тохируулгын муруй үүсгэсэн. Тунадасжсан CaCO3 нунтагны морфологи ба цэвэр байдлыг SEM дүрслэл болон рентген шинжилгээ ашиглан судалсан. 1000 томруулалттай оптик микроскоп ашиглан бактерийн эргэн тойронд кальцийн карбонат үүсэх, үүссэн кальцийн карбонатын үе шат, бактерийн идэвхжилийг судалсан.
Дежегийн сав газар нь Ираны баруун өмнөд Фарс мужид элэгдэлд орсон гэдгээрээ алдартай бүс нутаг бөгөөд судлаачид тус газраас салхины нөлөөгөөр элэгдсэн хөрсний дээжийг цуглуулсан. Судалгаанд зориулж хөрсний гадаргуугаас дээж авсан. Хөрсний дээж дээрх индикаторын шинжилгээгээр хөрс нь шаварлаг, муу ангилагдсан элсэрхэг хөрс бөгөөд Хөрсний Нэгдсэн Ангиллын Систем (USC)-ийн дагуу SP-SM гэж ангилагдсан болохыг харуулсан (Зураг 2a). XRD шинжилгээгээр Дежегийн хөрс нь голчлон кальцит болон кварцаас бүрддэг болохыг харуулсан (Зураг 2b). Үүнээс гадна EDX шинжилгээгээр Al, K, Fe зэрэг бусад элементүүд бага хэмжээгээр агуулагдаж байгааг харуулсан.
Лабораторийн элсэн манханыг салхины элэгдлийн шинжилгээнд бэлтгэхийн тулд хөрсийг 170 мм-ийн өндрөөс 10 мм-ийн диаметртэй юүлүүрээр дамжуулан хатуу гадаргуу хүртэл буталж, улмаар 60 мм өндөр, 210 мм диаметртэй ердийн элсэн манхан үүссэн. Байгальд хамгийн бага нягтралтай элсэн манхан нь эолын процессоор үүсдэг. Үүнтэй адилаар дээрх аргыг ашиглан бэлтгэсэн дээж нь хамгийн бага харьцангуй нягтралтай буюу γ = 14.14 кН/м³ байсан бөгөөд ойролцоогоор 29.7°-ийн налуу өнцөгтэй хэвтээ гадаргуу дээр хуримтлагдсан элсний конус үүсгэсэн.
Өмнөх хэсэгт олж авсан оновчтой MICP уусмалыг элсэн манхан налуу дээр 1, 2, 3 лм-2 хэрэглээний хурдаар шүршиж, дараа нь дээжийг 30 °C (Зураг 3) температурт инкубаторт 9 хоног (өөрөөр хэлбэл хамгийн оновчтой хатуурах хугацаа) хадгалж, дараа нь салхин хонгилын туршилтад зориулж гаргаж авсан.
Боловсруулалт бүрийн хувьд дөрвөн дээж бэлтгэсэн бөгөөд нэг нь пенетрометр ашиглан кальцийн карбонатын агууламж болон гадаргуугийн бат бөх чанарыг хэмжихэд зориулагдсан бөгөөд үлдсэн гурван дээжийг гурван өөр хурдтай элэгдлийн туршилтанд ашигласан. Салхин хонгилын туршилтанд элэгдлийн хэмжээг салхины өөр өөр хурдаар тодорхойлж, дараа нь боловсруулсан дээж бүрийн босго хугарлын хурдыг элэгдлийн хэмжээ ба салхины хурдны график ашиглан тодорхойлсон. Салхины элэгдлийн туршилтаас гадна боловсруулсан дээжийг элсний бөмбөгдөлтөд (өөрөөр хэлбэл үсрэх туршилт) хамруулсан. Үүний тулд 2 ба 3 л м−2 хэрэглээний хурдаар хоёр нэмэлт дээж бэлтгэсэн. Элсний бөмбөгдөлтийн туршилт нь өмнөх судалгаануудад сонгосон утгын хүрээнд байгаа 120 гм−1 урсгалтай 15 минут үргэлжилсэн60,61,62. Зүлгүүрийн цорго болон элсэн манхан суурийн хоорондох хэвтээ зай нь хонгилын ёроолоос 100 мм-ийн өндөрт байрлах 800 мм байв. Энэ байрлалыг бараг бүх үсрэх элсний хэсгүүд элсэн манхан дээр унахаар тохируулсан.
Салхин хонгилын туршилтыг 8 м урт, 0.4 м өргөн, 1 м өндөртэй задгай салхин хонгилд хийсэн (Зураг 4a). Салхин хонгил нь цайрдсан ган хуудаснаас бүрдсэн бөгөөд 25 м/с хүртэл салхины хурд үүсгэх боломжтой. Үүнээс гадна, давтамжийн хөрвүүлэгчийг ашиглан сэнсний давтамжийг тохируулж, зорилтот салхины хурдыг авахын тулд давтамжийг аажмаар нэмэгдүүлдэг. Зураг 4b-д салхинд элэгдсэн элсэн манхан болон салхин хонгилд хэмжсэн салхины хурдны профайлын бүдүүвч диаграммыг харуулав.
Эцэст нь, энэхүү судалгаанд санал болгосон уреалитик бус MICP найрлагын үр дүнг уреалитик MICP хяналтын тестийн үр дүнтэй харьцуулахын тулд элсэн манхан дээжийг мөн бэлтгэж, мочевин, кальцийн хлорид болон Sporosarcina pasteurii агуулсан биологийн уусмалаар боловсруулсан (Sporosarcina pasteurii нь уреаза үүсгэх чадвартай тул63). Бактерийн уусмалын оптик нягтрал 1.5, мочевин болон кальцийн хлоридын концентраци 1 М байсан (өмнөх судалгаануудад санал болгосон утгуудад үндэслэн сонгосон36,64,65). Өсгөврийн орчин нь шим тэжээлийн шөл (8 г/л) болон мочевин (20 г/л)-ээс бүрдсэн. Бактерийн уусмалыг элсэн манхан гадаргуу дээр шүршиж, бактерийг бэхлэхийн тулд 24 цагийн турш үлдээсэн. 24 цагийн бэхэлсний дараа цементлэх уусмал (кальцийн хлорид ба мочевин) шүршсэн. Уреалитик MICP хяналтын тестийг цаашид UMC гэж нэрлэнэ. Уреалитик болон уреалитик бус аргаар боловсруулсан хөрсний дээжийн кальцийн карбонатын агууламжийг Чой болон бусад хүмүүсийн санал болгосон журмын дагуу угааж гарган авсан.66
Зураг 5-т анхны рН-ийн хэмжээ 5-10 байх өсгөврийн орчин (шим тэжээлийн уусмал) дахь Bacillus amyloliquefaciens болон Bacillus subtilis-ийн өсөлтийн муруйг харуулав. Зурагт үзүүлсэнчлэн, Bacillus amyloliquefaciens болон Bacillus subtilis нь рН-ийн хэмжээ 6-8 ба 7-9 үед тус тус илүү хурдан өссөн. Тиймээс энэ рН-ийн хүрээг оновчлолын үе шатанд ашигласан.
Шим тэжээлийн орчны өөр өөр анхны рН утга дахь (a) Bacillus amyloliquefaciens болон (b) Bacillus subtilis-ийн өсөлтийн муруй.
Зураг 6-д Бернард лимметрт үүссэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэмжээг харуулав. Энэ нь тунадасжсан кальцийн карбонат (CaCO3)-ийг илэрхийлнэ. Нэг хүчин зүйл нь хослол бүрт тогтмол байсан бөгөөд бусад хүчин зүйлүүд нь харилцан адилгүй байсан тул эдгээр график дээрх цэг бүр нь тухайн туршилтын багц дахь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хамгийн их эзэлхүүнтэй тохирч байна. Зурагт үзүүлсэнчлэн кальцийн эх үүсвэрийн концентраци нэмэгдэхийн хэрээр кальцийн карбонатын үйлдвэрлэл нэмэгдсэн. Тиймээс кальцийн эх үүсвэрийн концентраци нь кальцийн карбонатын үйлдвэрлэлд шууд нөлөөлдөг. Кальцийн эх үүсвэр ба нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр нь ижил байдаг тул (жишээ нь, кальцийн формат ба кальцийн ацетат) кальцийн ионууд их ялгарах тусам кальцийн карбонат их үүсдэг (Зураг 6a). AS болон AA найрлагад кальцийн карбонатын үйлдвэрлэл 9 хоногийн дараа тунадасны хэмжээ бараг өөрчлөгдөөгүй болтол хатуурах хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр үргэлжилсээр байв. FA найрлагад хатуурах хугацаа 6 хоногоос хэтэрсэн үед кальцийн карбонатын үүсэх хурд буурсан. Бусад найрлагатай харьцуулахад FS найрлага нь 3 хоногийн дараа кальцийн карбонатын үүсэх хурд харьцангуй бага байгааг харуулсан (Зураг 6b). FA болон FS найрлагад кальцийн карбонатын нийт үйлдвэрлэлийн 70% ба 87%-ийг гурван өдрийн дараа гаргаж авсан бол AA болон AS найрлагад энэ хувь тус тус 46% ба 45% орчим байв. Энэ нь шоргоолжны хүчилд суурилсан найрлага нь ацетатад суурилсан найрлагатай харьцуулахад эхний шатанд CaCO3 үүсэх хурд өндөр байгааг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч хатуурах хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр үүсэх хурд удааширдаг. Зураг 6c-аас харахад OD1-ээс дээш бактерийн концентрацид ч кальцийн карбонат үүсэхэд мэдэгдэхүйц хувь нэмэр оруулдаггүй гэж дүгнэж болно.
Бернард кальциметрээр хэмжсэн CO2 эзэлхүүний өөрчлөлт (болон харгалзах CaCO3 агууламж)-ыг (a) кальцийн эх үүсвэрийн концентраци, (b) тогтох хугацаа, (c) OD, (d) анхны рН, (e) кальцийн эх үүсвэрийн бактерийн уусмалд харьцуулсан харьцаа (нэмэлт найрлага бүрийн хувьд); болон (f) кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн хослол бүрийн хувьд үүссэн кальцийн карбонатын хамгийн их хэмжээ зэргээс хамааруулан тодорхойлно.
Орчны анхны рН-ийн нөлөөллийн тухайд Зураг 6d-д FA болон FS-ийн хувьд CaCO3 үйлдвэрлэл нь рН 7-д хамгийн их утгад хүрсэн болохыг харуулж байна. Энэхүү ажиглалт нь FDH ферментүүд рН 7-6.7-д хамгийн тогтвортой байдаг гэсэн өмнөх судалгаануудтай нийцэж байна. Гэсэн хэдий ч AA болон AS-ийн хувьд рН 7-оос хэтэрсэн үед CaCO3 тунадас нэмэгдсэн. Өмнөх судалгаанууд нь CoA ферментийн идэвхжилийн оновчтой рН-ийн хүрээ 8-аас 9.2-6.8 хүртэл байгааг харуулсан. CoA ферментийн идэвхжил ба B. amyloliquefaciens-ийн өсөлтийн оновчтой рН-ийн хүрээ нь тус тус (8-9.2) ба (6-8) байгааг харгалзан үзвэл (Зураг 5a), AA найрлагын оновчтой рН нь 8 байх төлөвтэй бөгөөд хоёр рН-ийн хүрээ давхцаж байна. Зураг 6d-д үзүүлсэнчлэн энэ баримтыг туршилтаар баталгаажуулсан. B. subtilis өсөлтийн оновчтой рН нь 7-9 (Зураг 5b) ба CoA ферментийн идэвхжилийн оновчтой рН нь 8-9.2 тул CaCO3 тунадасны хамгийн их гарц нь 8-9 рН-ийн хүрээнд байх төлөвтэй байгаа бөгөөд үүнийг Зураг 6d-ээр баталгаажуулсан болно (өөрөөр хэлбэл тунадасны хамгийн оновчтой рН нь 9). Зураг 6e-д үзүүлсэн үр дүнгээс харахад ацетат ба форматын уусмалын аль алиных нь хувьд кальцийн эх үүсвэрийн уусмал ба бактерийн уусмалын оновчтой харьцаа 1 байна. Харьцуулбал, янз бүрийн найрлага (жишээ нь AA, AS, FA, FS)-ийн гүйцэтгэлийг янз бүрийн нөхцөлд (жишээ нь кальцийн эх үүсвэрийн концентраци, хатуурах хугацаа, OD, кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн уусмалын харьцаа, анхны рН) хамгийн их CaCO3 үйлдвэрлэл дээр үндэслэн үнэлсэн. Судалсан найрлагаас FS найрлага нь хамгийн өндөр CaCO3 үйлдвэрлэлтэй байсан бөгөөд энэ нь AA найрлагаас ойролцоогоор гурав дахин их байв (Зураг 6f). Кальцийн эх үүсвэрийн аль алинд нь бактеригүй дөрвөн хяналтын туршилт хийсэн бөгөөд 30 хоногийн дараа CaCO3 тунадасжилт ажиглагдаагүй.
Бүх найрлагын оптик микроскопын зургуудаас харахад ватерит нь кальцийн карбонат үүссэн гол үе шат болохыг харуулсан (Зураг 7). Ватеритын талстууд нь бөмбөрцөг хэлбэртэй байсан69,70,71. Кальцийн карбонат нь бактерийн эсүүд дээр тунадасждаг болохыг тогтоожээ, учир нь бактерийн эсийн гадаргуу нь сөрөг цэнэгтэй бөгөөд хоёр валенттай катионуудын адсорбент болж чаддаг. Энэхүү судалгаанд FS найрлагыг жишээ болгон авч үзвэл 24 цагийн дараа зарим бактерийн эсүүд дээр кальцийн карбонат үүсч эхэлсэн (Зураг 7a), 48 цагийн дараа кальцийн карбонатаар бүрсэн бактерийн эсийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн. Үүнээс гадна, Зураг 7b-д үзүүлсэнчлэн ватеритын хэсгүүдийг мөн илрүүлж болно. Эцэст нь 72 цагийн дараа олон тооны бактери ватеритын талстуудтай холбогдсон бололтой бөгөөд ватеритын хэсгүүдийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн (Зураг 7c).
FS найрлага дахь CaCO3 тунадасны оптик микроскопын ажиглалт: (a) 24, (b) 48 ба (c) 72 цагийн хугацаанд.
Тунадасжсан фазын морфологийг цаашид судлахын тулд нунтаг бодисын рентген дифракц (XRD) болон SEM шинжилгээг хийсэн. XRD спектр (Зураг 8a) болон SEM микрографууд (Зураг 8b, c) нь ватерит талстууд байгааг баталсан, учир нь тэдгээр нь шанцай хэлбэртэй байсан бөгөөд ватерит оргилууд болон тунадасжсан оргилуудын хоорондын хамаарал ажиглагдсан.
(a) Үүссэн CaCO3 ба ватеритын рентген дифракцийн спектрүүдийг харьцуулах. Ватеритын SEM микрографууд (b) 1 кГц ба (c) 5.27 кГц томруулалтаар тус тус авсан.
Салхин хонгилын туршилтын үр дүнг Зураг 9a, b-д үзүүлэв. Зураг 9a-аас харахад боловсруулаагүй элсний босго элэгдлийн хурд (TDV) нь ойролцоогоор 4.32 м/с байна. 1 л/м² хэрэглээний хурдтай үед (Зураг 9a) FA, FS, AA болон UMC фракцуудын хөрсний алдагдлын хурдны шугамын налуу нь боловсруулаагүй элсэн манхантай ойролцоогоор ижил байна. Энэ нь энэхүү хэрэглээний хурдаар боловсруулалт үр дүнгүй бөгөөд салхины хурд TDV-ээс хэтэрмэгц нимгэн хөрсний царцдас алга болж, элсэн манханы элэгдлийн хурд нь боловсруулаагүй элсэн манхантай ижил байгааг харуулж байна. AS фракцийн элэгдлийн налуу нь абсцисса багатай (өөрөөр хэлбэл TDV) бусад фракцуудаас бага байна (Зураг 9a). Зураг 9b-д байгаа сумнууд нь 25 м/с салхины хамгийн их хурдтай үед 2 ба 3 л/м² хэрэглээний хурдтай үед боловсруулсан элсэн манханд элэгдэл гараагүй болохыг харуулж байна. Өөрөөр хэлбэл, FS, FA, AS болон UMC-ийн хувьд элсэн манхан нь салхины хамгийн их хурдтай (өөрөөр хэлбэл 25 м/с) харьцуулахад 2 ба 3 л/м² хэрэглээний хурдтай үед CaCO³ тунадаснаас үүдэлтэй салхины элэгдэлд илүү тэсвэртэй байсан. Тиймээс эдгээр туршилтаар олж авсан TDV-ийн 25 м/с утга нь Зураг 9b-д үзүүлсэн хэрэглээний хурдны доод хязгаар бөгөөд TDV нь салхин хонгилын хамгийн их хурдтай бараг тэнцүү байдаг AA-ийн тохиолдлоос бусад тохиолдолд юм.
Салхины элэгдлийн туршилт (a) Жингийн алдагдал ба салхины хурд (түрхэлтийн хурд 1 л/м2), (b) Босго урагдах хурд ба түрхэлтийн хурд ба найрлага (кальцийн ацетатын хувьд CA, кальцийн форматын хувьд CF).
Зураг 10-т элсний бөмбөгдөлтийн туршилтын дараа өөр өөр найрлагаар боловсруулсан элсэн манханы гадаргуугийн элэгдэл, хэрэглээний түвшинг харуулсан бөгөөд тоон үр дүнг Зураг 11-д үзүүлэв. Боловсруулаагүй тохиолдлыг харуулаагүй болно, учир нь элсний бөмбөгдөлтийн туршилтын явцад эсэргүүцэл үзүүлээгүй бөгөөд бүрэн элэгдсэн (нийт массын алдагдал) байна. Зураг 11-ээс харахад AA бионайрлагаар боловсруулсан дээж нь 2 л/м2 хэрэглээний түвшинд жингийнхээ 83.5%-ийг алдсан бол бусад бүх дээжүүд элсний бөмбөгдөлтийн явцад 30%-иас бага элэгдэл үзүүлсэн нь тодорхой байна. Хэрэглээний түвшинг 3 л/м2 болгон нэмэгдүүлэхэд боловсруулсан бүх дээж жингийнхээ 25%-иас бага алдсан. Хэрэглээний хоёр түвшинд FS нэгдэл нь элсний бөмбөгдөлтөд хамгийн сайн тэсвэртэй байсан. FS болон AA боловсруулсан дээжийн хамгийн их ба хамгийн бага бөмбөгдөлтийн эсэргүүцлийг тэдгээрийн хамгийн их ба хамгийн бага CaCO3 тунадасжилттай холбон тайлбарлаж болно (Зураг 6f).
2 ба 3 л/м2 урсгалын хурдтайгаар янз бүрийн найрлагатай элсэн манханг бөмбөгдсөн үр дүн (сумнууд нь салхины чиглэлийг, хөндлөн огтлолууд нь зургийн хавтгайд перпендикуляр салхины чиглэлийг заана).
Зураг 12-т үзүүлсэнчлэн, хэрэглээний хурд 1 л/м²-ээс 3 л/м² болж нэмэгдэхийн хэрээр бүх томъёоны кальцийн карбонатын агууламж нэмэгдсэн байна. Үүнээс гадна, бүх хэрэглээний хурдаар кальцийн карбонатын хамгийн өндөр агууламжтай томъёо нь FS, дараа нь FA болон UMC байв. Энэ нь эдгээр томъёо нь гадаргуугийн эсэргүүцэл өндөр байж болохыг харуулж байна.
Зураг 13a-д пермеаметрийн туршилтаар хэмжсэн боловсруулаагүй, хяналтын болон боловсруулсан хөрсний дээжийн гадаргуугийн эсэргүүцлийн өөрчлөлтийг харуулав. Энэ зурагнаас харахад UMC, AS, FA, FS найрлага дахь гадаргуугийн эсэргүүцэл нь хэрэглээний хурд нэмэгдэхийн хэрээр мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн нь харагдаж байна. Гэсэн хэдий ч AA найрлага дахь гадаргуугийн бат бэхийн өсөлт харьцангуй бага байв. Зурагт үзүүлсэнчлэн, мочевиноор задардаггүй MICP-ийн FA болон FS найрлага нь мочевиноор задардаг MICP-тэй харьцуулахад гадаргуугийн нэвчилт сайтай байдаг. Зураг 13b-д хөрсний гадаргуугийн эсэргүүцэлтэй TDV-ийн өөрчлөлтийг харуулав. Энэ зурагнаас харахад 100 кПа-аас дээш гадаргуугийн эсэргүүцэлтэй элсэн манхны хувьд босго хуулах хурд 25 м/с-ээс хэтрэх нь тодорхой байна. Газар дээрх гадаргуугийн эсэргүүцлийг пермеаметрээр хялбархан хэмжиж болох тул энэхүү мэдлэг нь салхин хонгилын туршилт байхгүй үед TDV-ийг тооцоолоход тусалж, улмаар хээрийн хэрэглээнд чанарын хяналтын үзүүлэлт болж өгдөг.
SEM-ийн үр дүнг Зураг 14-т үзүүлэв. Зураг 14a-b нь боловсруулаагүй хөрсний дээжийн томорсон хэсгүүдийг харуулсан бөгөөд энэ нь нягт бөгөөд байгалийн холбоо, цементжилтгүй болохыг тодорхой харуулж байна. Зураг 14c нь мочевиноор задарсан MICP-ээр боловсруулсан хяналтын дээжийн SEM микрографийг харуулж байна. Энэ зураг нь CaCO3 тунадас нь кальцитын полиморф хэлбэрээр байгааг харуулж байна. Зураг 14d-o-д үзүүлсэнчлэн тунадасжсан CaCO3 нь хэсгүүдийг хооронд нь холбодог; бөмбөрцөг ватерит талстуудыг SEM микрографаас мөн тодорхойлж болно. Энэхүү судалгааны болон өмнөх судалгааны үр дүнгээс харахад ватерит полиморф хэлбэрээр үүссэн CaCO3 холбоо нь мөн боломжийн механик бат бөх чанарыг өгч чадна; бидний үр дүнгээс харахад гадаргуугийн эсэргүүцэл 350 кПа хүртэл нэмэгдэж, босго тусгаарлах хурд 4.32-оос 25 м/с-ээс дээш болж нэмэгддэг. Энэ үр дүн нь MICP-ээр тунадасжуулсан CaCO3-ийн матриц нь ватерит бөгөөд механик бат бэх, салхины элэгдэлд тэсвэртэй13,40 бөгөөд хээрийн орчны нөхцөлд 180 хоног өртсөний дараа ч салхины элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг зохих түвшинд байлгаж чаддаг гэсэн өмнөх судалгааны үр дүнтэй нийцэж байна13.
(a, b) Боловсруулаагүй хөрсний SEM микрограф, (c) MICP мочевин задралын хяналт, (df) AA-аар боловсруулсан дээж, (gi) AS-аар боловсруулсан дээж, (jl) FA-аар боловсруулсан дээж, (mo) FS-ээр боловсруулсан дээжийг 3 л/м2 хэрэглээний хурдаар өөр өөр томруулалтаар авсан.
Зураг 14d-f-д AA нэгдлүүдээр боловсруулсны дараа кальцийн карбонат нь гадаргуу дээр болон элсний ширхэгүүдийн хооронд тунадасжсан бол зарим бүрээгүй элсний ширхэгүүд ажиглагдсан болохыг харуулж байна. AS бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд үүссэн CaCO3-ийн хэмжээ мэдэгдэхүйц нэмэгдээгүй ч (Зураг 6f), CaCO3-ийн улмаас үүссэн элсний ширхэгүүдийн хоорондох холбоо барих хэмжээ AA нэгдлүүдтэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн байна (Зураг 14g-i).
Зураг 14j-l болон 14m-o-оос харахад кальцийн форматыг кальцийн эх үүсвэр болгон ашиглах нь AS нэгдэлтэй харьцуулахад CaCO3 тунадасжилтыг цаашид нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг нь тодорхой бөгөөд энэ нь Зураг 6f-д үзүүлсэн кальцийн хэмжилттэй тохирч байна. Энэхүү нэмэлт CaCO3 нь голчлон элсний хэсгүүд дээр тунадасжсан мэт харагдаж байгаа бөгөөд холбоо барих чанарыг заавал сайжруулдаггүй. Энэ нь өмнө нь ажиглагдсан зан төлөвийг баталж байна: CaCO3 тунадасны хэмжээний ялгаа байгаа хэдий ч (Зураг 6f), гурван найрлага (AS, FA болон FS) нь эолын эсрэг (салхи) гүйцэтгэл (Зураг 11) болон гадаргуугийн эсэргүүцлийн хувьд мэдэгдэхүйц ялгаатай биш (Зураг 13a).
CaCO3 бүрсэн бактерийн эсүүд болон тунадасжсан талстууд дээрх бактерийн ул мөрийг илүү сайн дүрслэхийн тулд өндөр томруулалтын SEM микрографийг авсан бөгөөд үр дүнг Зураг 15-д үзүүлэв. Зурагт үзүүлсэнчлэн кальцийн карбонат нь бактерийн эсүүд дээр тунадасжиж, тэнд тунадасжихад шаардлагатай цөмийг өгдөг. Зураг дээр мөн CaCO3-аар өдөөгдсөн идэвхтэй ба идэвхгүй холбоосуудыг дүрсэлсэн болно. Идэвхгүй холбоос нэмэгдэх нь механик зан төлөвийг цаашид сайжруулахад хүргэдэггүй гэж дүгнэж болно. Тиймээс CaCO3 тунадас нэмэгдэх нь механик бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэггүй бөгөөд тунадасны хэв маяг чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ зүйлийг Терзис, Лалоуи72, Соги, Аль-Кабани45,73 нарын бүтээлүүдэд мөн судалсан. Хур тунадасны хэв маяг ба механик бат бөхийн хоорондын хамаарлыг цаашид судлахын тулд µCT дүрслэлийг ашиглан MICP судалгааг хийхийг зөвлөж байна, энэ нь энэхүү судалгааны хүрээнээс гадуур юм (өөрөөр хэлбэл аммиакгүй MICP-ийн кальцийн эх үүсвэр ба бактерийн өөр өөр хослолыг нэвтрүүлэх).
CaCO3 нь (a) AS найрлага болон (b) FS найрлагаар боловсруулсан дээжинд идэвхтэй ба идэвхгүй холбоог үүсгэж, тунадас дээр бактерийн эсийн ул мөр үлдээсэн.
Зураг 14j-o болон 15b-д үзүүлсэнчлэн CaCO хальс байдаг (EDX шинжилгээний дагуу хальсан дахь элемент бүрийн хувийн найрлага нь нүүрстөрөгч 11%, хүчилтөрөгч 46.62%, кальци 42.39% бөгөөд энэ нь Зураг 16-д байгаа CaCO-ийн хувийн хэмжээтэй маш ойролцоо байна). Энэхүү хальс нь ватерит талстууд болон хөрсний хэсгүүдийг бүрхэж, хөрс-тунадасны системийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахад тусалдаг. Энэ хальсны илрэл нь зөвхөн форматад суурилсан найрлагаар боловсруулсан дээжинд ажиглагдсан.
Хүснэгт 2-т өмнөх судалгаанууд болон энэхүү судалгаанд мочевин задалдаг болон мочевин задалдаггүй MICP замуудаар боловсруулсан хөрсний гадаргуугийн бат бэх, босго салгах хурд, биологийн өдөөгдсөн CaCO3 агууламжийг харьцуулсан болно. MICP-ээр боловсруулсан элсэн манхан дээжийн салхины элэгдэлд тэсвэртэй байдлын судалгаа хязгаарлагдмал байна. Менг нар навч үлээгч ашиглан MICP-ээр боловсруулсан мочевин задалдаг элсэн манхан дээжийн салхины элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг судалсан бол13 энэхүү судалгаанд мочевин задалдаггүй элсэн манхан дээжийг (мөн мочевин задалдаг хяналтын дээжийг) салхин хонгилд туршиж, бактери ба бодисын дөрвөн өөр хослолоор боловсруулсан.
Өмнөх зарим судалгаагаар 4 л/м2-оос давсан өндөр хэрэглээний түвшинг авч үзсэн бөгөөд 13,41,74 байна. Усны хангамж, тээвэрлэлт, их хэмжээний усыг хэрэглэхтэй холбоотой зардлын улмаас өндөр хэрэглээний түвшинг эдийн засгийн үүднээс авч үзвэл хээрийн нөхцөлд хэрэглэхэд хялбар биш байж болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй. 1.62-2 л/м2 гэх мэт бага хэрэглээний түвшин нь 190 кПа хүртэлх гадаргуугийн бат бэх, TDV нь 25 м/с-ээс давсан харьцангуй сайн гадаргуугийн бат бэхийг бий болгосон. Одоогийн судалгаанд мочевин задралгүйгээр форматад суурилсан MICP-ээр боловсруулсан элсэн манхан нь ижил хэрэглээний түвшинд мочевин задралын замаар олж авсантай харьцуулах боломжтой өндөр гадаргуугийн бат бэхийг бий болгосон (өөрөөр хэлбэл мочевин задралгүйгээр форматад суурилсан MICP-ээр боловсруулсан дээжүүд нь Менг нар, 13, Зураг 13a-ийн мэдээлснээр ижил гадаргуугийн бат бэхийн утгыг бий болгож чадсан). Мөн 2 л/м2 хэрэглээний хурдаар, мочевин задралгүй форматад суурилсан MICP-ийн хувьд 25 м/с салхины хурдтай үед салхины элэгдлийг бууруулах кальцийн карбонатын гарц 2.25% байсан нь ижил хэрэглээний хурд болон ижил салхины хурдтай (25 м/с) мочевин задралтай хяналтын MICP-ээр боловсруулсан элсэн манхантай харьцуулахад шаардлагатай CaCO3 хэмжээтэй (өөрөөр хэлбэл 2.41%) маш ойрхон байгааг харж болно.
Тиймээс энэ хүснэгтээс харахад мочевин задрах зам болон мочевингүй задрах зам хоёулаа гадаргуугийн эсэргүүцэл болон TDV-ийн хувьд нэлээд хүлээн зөвшөөрөгдөхүйц гүйцэтгэлийг хангаж чадна гэж дүгнэж болно. Гол ялгаа нь мочевингүй задрах зам нь аммиак агуулаагүй тул байгаль орчинд бага нөлөө үзүүлдэг. Нэмж дурдахад, энэхүү судалгаанд санал болгосон мочевин задралгүй форматад суурилсан MICP арга нь мочевин задралгүй ацетатад суурилсан MICP аргаас илүү сайн ажилладаг бололтой. Мохебби нар мочевин задралгүй ацетатад суурилсан MICP аргыг судалсан боловч тэдний судалгаанд хавтгай гадаргуу дээрх дээжүүд багтсан9. Манхан дээжийн эргэн тойронд хуйлрал үүссэнээс үүдэлтэй элэгдлийн түвшин өндөр бөгөөд үүний үр дүнд TDV бага байдаг тул манхан дээжийн салхины элэгдэл нь ижил хурдтай үед хавтгай гадаргуугаас илүү тодорхой байх төлөвтэй байна.