از بازدید شما از nature.com متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می‌کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین تجربه، توصیه می‌کنیم از آخرین نسخه مرورگر استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در Internet Explorer غیرفعال کنید). علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، این سایت شامل استایل‌ها یا جاوا اسکریپت نخواهد بود.
طوفان‌های گرد و غبار به دلیل تأثیر مخرب بر کشاورزی، سلامت انسان، شبکه‌های حمل و نقل و زیرساخت‌ها، تهدیدی جدی برای بسیاری از کشورهای جهان محسوب می‌شوند. در نتیجه، فرسایش بادی یک مشکل جهانی محسوب می‌شود. یکی از رویکردهای سازگار با محیط زیست برای مهار فرسایش بادی، استفاده از رسوب کربنات ناشی از میکروارگانیسم‌ها (MICP) است. با این حال، محصولات جانبی MICP مبتنی بر تجزیه اوره، مانند آمونیاک، در مقادیر زیاد ایده‌آل نیستند. این مطالعه دو فرمولاسیون از باکتری‌های فرمات کلسیم را برای تجزیه MICP بدون تولید اوره ارائه می‌دهد و عملکرد آنها را با دو فرمولاسیون از باکتری‌های استات کلسیم غیر تولیدکننده آمونیاک به طور جامع مقایسه می‌کند. باکتری‌های مورد بررسی Bacillus subtilis و Bacillus amyloliquefaciens هستند. ابتدا مقادیر بهینه عوامل کنترل‌کننده تشکیل CaCO3 تعیین شد. سپس آزمایش‌های تونل باد بر روی نمونه‌های تپه‌های شنی تیمار شده با فرمولاسیون‌های بهینه انجام شد و مقاومت در برابر فرسایش بادی، سرعت آستانه عریان شدن و مقاومت در برابر بمباران شن اندازه‌گیری شد. آلومورف‌های کربنات کلسیم (CaCO3) با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز پراش اشعه ایکس ارزیابی شدند. فرمولاسیون‌های مبتنی بر فرمات کلسیم از نظر تشکیل کربنات کلسیم به طور قابل توجهی بهتر از فرمولاسیون‌های مبتنی بر استات عمل کردند. علاوه بر این، B. subtilis کربنات کلسیم بیشتری نسبت به B. amyloliquefaciens تولید کرد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به وضوح اتصال و نقش‌پذیری باکتری‌های فعال و غیرفعال را بر روی کربنات کلسیم ناشی از رسوب‌گذاری نشان داد. همه فرمولاسیون‌ها فرسایش بادی را به طور قابل توجهی کاهش دادند.
فرسایش بادی مدت‌هاست که به عنوان یک مشکل عمده در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند جنوب غربی ایالات متحده، غرب چین، صحرای آفریقا و بخش عمده‌ای از خاورمیانه شناخته شده است.1 بارندگی کم در آب و هوای خشک و فوق خشک، بخش‌های بزرگی از این مناطق را به بیابان‌ها، تپه‌های شنی و زمین‌های غیرکشت تبدیل کرده است. فرسایش بادی مداوم، تهدیدات زیست‌محیطی را برای زیرساخت‌هایی مانند شبکه‌های حمل و نقل، زمین‌های کشاورزی و زمین‌های صنعتی ایجاد می‌کند و منجر به شرایط نامناسب زندگی و هزینه‌های بالای توسعه شهری در این مناطق می‌شود.2،3،4 نکته مهم این است که فرسایش بادی نه تنها بر مکانی که در آن رخ می‌دهد تأثیر می‌گذارد، بلکه با انتقال ذرات توسط باد به مناطق دور از منبع، باعث مشکلات بهداشتی و اقتصادی در جوامع دورافتاده نیز می‌شود.5،6
کنترل فرسایش بادی همچنان یک مشکل جهانی است. روش‌های مختلفی برای تثبیت خاک برای کنترل فرسایش بادی استفاده می‌شود. این روش‌ها شامل موادی مانند کاربرد آب7، مالچ‌های نفتی8، بیوپلیمرها5، رسوب کربنات ناشی از میکروبی (MICP)9،10،11،12 و رسوب کربنات ناشی از آنزیم (EICP)1 است. مرطوب کردن خاک یک روش استاندارد برای سرکوب گرد و غبار در مزرعه است. با این حال، تبخیر سریع آن باعث می‌شود که این روش در مناطق خشک و نیمه‌خشک کارایی محدودی داشته باشد1. استفاده از ترکیبات مالچ نفتی باعث افزایش چسبندگی ماسه و اصطکاک بین ذرات می‌شود. خاصیت چسبندگی آنها دانه‌های ماسه را به هم می‌چسباند. با این حال، مالچ‌های نفتی مشکلات دیگری نیز ایجاد می‌کنند. رنگ تیره آنها جذب گرما را افزایش می‌دهد و منجر به مرگ گیاهان و میکروارگانیسم‌ها می‌شود. بو و بخار آنها می‌تواند باعث مشکلات تنفسی شود و از همه مهمتر، هزینه بالای آنها یکی دیگر از موانع است. بیوپلیمرها یکی از روش‌های سازگار با محیط زیست هستند که اخیراً برای کاهش فرسایش بادی پیشنهاد شده‌اند. آنها از منابع طبیعی مانند گیاهان، حیوانات و باکتری‌ها استخراج می‌شوند. صمغ زانتان، صمغ گوار، کیتوزان و صمغ ژلان رایج‌ترین بیوپلیمرهای مورد استفاده در کاربردهای مهندسی هستند5. با این حال، بیوپلیمرهای محلول در آب می‌توانند در معرض آب استحکام خود را از دست داده و از خاک شسته شوند13،14. نشان داده شده است که EICP یک روش مؤثر برای سرکوب گرد و غبار برای کاربردهای مختلف از جمله جاده‌های آسفالت نشده، حوضچه‌های باطله و سایت‌های ساختمانی است. اگرچه نتایج آن دلگرم‌کننده است، اما برخی از معایب بالقوه مانند هزینه و عدم وجود مکان‌های هسته‌زایی (که تشکیل و رسوب کریستال‌های CaCO3 را تسریع می‌کند15،16) باید در نظر گرفته شود.
MICP اولین بار در اواخر قرن نوزدهم توسط موری و ایروین (1890) و استاینمن (1901) در مطالعه آنها در مورد تجزیه اوره توسط میکروارگانیسم‌های دریایی توصیف شد17. MICP یک فرآیند بیولوژیکی طبیعی است که شامل انواع فعالیت‌های میکروبی و فرآیندهای شیمیایی است که در آن کربنات کلسیم با واکنش یون‌های کربنات از متابولیت‌های میکروبی با یون‌های کلسیم در محیط رسوب می‌کند18،19. MICP شامل چرخه نیتروژن تجزیه‌کننده اوره (MICP تجزیه‌کننده اوره) رایج‌ترین نوع رسوب کربنات ناشی از میکروبی است که در آن اوره‌آز تولید شده توسط باکتری‌ها، هیدرولیز اوره را به شرح زیر کاتالیز می‌کند20،21،22،23،24،25،26،27:
در MICP که شامل چرخه کربن اکسیداسیون نمک آلی (MICP بدون تخریب اوره) است، باکتری‌های هتروتروف از نمک‌های آلی مانند استات، لاکتات، سیترات، سوکسینات، اگزالات، مالات و گلی‌اکسیلات به عنوان منابع انرژی برای تولید کانی‌های کربناته استفاده می‌کنند. در حضور لاکتات کلسیم به عنوان منبع کربن و یون‌های کلسیم، واکنش شیمیایی تشکیل کربنات کلسیم در معادله (5) نشان داده شده است.
در فرآیند MICP، سلول‌های باکتریایی مکان‌های هسته‌زایی را فراهم می‌کنند که به ویژه برای رسوب کربنات کلسیم مهم هستند؛ سطح سلول باکتریایی دارای بار منفی است و می‌تواند به عنوان جاذب کاتیون‌های دو ظرفیتی مانند یون‌های کلسیم عمل کند. با جذب یون‌های کلسیم روی سلول‌های باکتریایی، هنگامی که غلظت یون کربنات کافی باشد، کاتیون‌های کلسیم و آنیون‌های کربنات واکنش می‌دهند و کربنات کلسیم روی سطح باکتری رسوب می‌کند29،30. این فرآیند را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد31،32:
کریستال‌های کربنات کلسیم زیستی را می‌توان به سه نوع تقسیم کرد: کلسیت، واتریت و آراگونیت. در میان آنها، کلسیت و واتریت رایج‌ترین آلومورف‌های کربنات کلسیم القا شده توسط باکتری هستند33،34. کلسیت پایدارترین آلومورف کربنات کلسیم از نظر ترمودینامیکی است35. اگرچه گزارش شده است که واتریت نیمه پایدار است، اما در نهایت به کلسیت تبدیل می‌شود36،37. واتریت متراکم‌ترین این کریستال‌ها است. این یک کریستال شش ضلعی است که به دلیل اندازه بزرگترش، توانایی پر کردن منافذ بهتری نسبت به سایر کریستال‌های کربنات کلسیم دارد38. هم MICP تخریب شده با اوره و هم MICP تخریب نشده با اوره می‌توانند منجر به رسوب واتریت شوند13،39،40،41.
اگرچه MICP پتانسیل امیدوارکننده‌ای در تثبیت خاک‌های مشکل‌ساز و خاک‌های مستعد فرسایش بادی نشان داده است42،43،44،45،46،47،48، یکی از محصولات جانبی هیدرولیز اوره، آمونیاک است که بسته به میزان مواجهه می‌تواند باعث مشکلات خفیف تا شدید سلامتی شود49. این عارضه جانبی، استفاده از این فناوری خاص را بحث‌برانگیز می‌کند، به‌ویژه هنگامی که مناطق وسیعی نیاز به تصفیه دارند، مانند سرکوب گرد و غبار. علاوه بر این، بوی آمونیاک هنگامی که این فرآیند با سرعت و حجم زیاد انجام می‌شود، غیرقابل تحمل است که ممکن است بر کاربرد عملی آن تأثیر بگذارد. اگرچه مطالعات اخیر نشان داده‌اند که یون‌های آمونیوم را می‌توان با تبدیل آنها به محصولات دیگری مانند استروویت کاهش داد، اما این روش‌ها یون‌های آمونیوم را به‌طور کامل حذف نمی‌کنند50. بنابراین، هنوز نیاز به بررسی راه‌حل‌های جایگزین که یون‌های آمونیوم تولید نمی‌کنند، وجود دارد. استفاده از مسیرهای تخریب غیر اوره برای MICP ممکن است یک راه‌حل بالقوه ارائه دهد که در زمینه کاهش فرسایش بادی به‌طور ضعیفی بررسی شده است. فتاحی و همکاران. تخریب MICP بدون اوره را با استفاده از استات کلسیم و باسیلوس مگاتریوم41 بررسی کردند، در حالی که محبی و همکارانش از استات کلسیم و باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس9 استفاده کردند. با این حال، مطالعه آنها با سایر منابع کلسیم و باکتری‌های هتروتروف که در نهایت می‌توانند مقاومت در برابر فرسایش بادی را بهبود بخشند، مقایسه نشده است. همچنین کمبود منابع علمی در مقایسه مسیرهای تخریب بدون اوره با مسیرهای تخریب اوره در کاهش فرسایش بادی وجود دارد.
علاوه بر این، بیشتر مطالعات فرسایش بادی و کنترل گرد و غبار بر روی نمونه‌های خاک با سطوح صاف انجام شده است.1،51،52،53 با این حال، سطوح صاف در طبیعت کمتر از تپه‌ها و فرورفتگی‌ها رایج هستند. به همین دلیل است که تپه‌های شنی رایج‌ترین ویژگی چشم‌انداز در مناطق بیابانی هستند.
برای غلبه بر کاستی‌های ذکر شده در بالا، این مطالعه با هدف معرفی مجموعه‌ای جدید از عوامل باکتریایی غیر تولیدکننده آمونیاک انجام شد. برای این منظور، مسیرهای MICP غیر تجزیه‌کننده اوره را در نظر گرفتیم. کارایی دو منبع کلسیم (فرمات کلسیم و استات کلسیم) بررسی شد. تا آنجا که نویسندگان می‌دانند، رسوب کربنات با استفاده از دو ترکیب منبع کلسیم و باکتری (یعنی فرمات کلسیم-Bacillus subtilis و فرمات کلسیم-Bacillus amyloliquefaciens) در مطالعات قبلی بررسی نشده است. انتخاب این باکتری‌ها بر اساس آنزیم‌هایی بود که تولید می‌کنند و اکسیداسیون فرمات کلسیم و استات کلسیم را برای تشکیل رسوب کربنات میکروبی کاتالیز می‌کنند. ما یک مطالعه تجربی کامل برای یافتن عوامل بهینه مانند pH، انواع باکتری‌ها و منابع کلسیم و غلظت آنها، نسبت باکتری به محلول منبع کلسیم و زمان عمل‌آوری طراحی کردیم. در نهایت، اثربخشی این مجموعه از عوامل باکتریایی در سرکوب فرسایش بادی از طریق رسوب کربنات کلسیم با انجام یک سری آزمایش تونل باد بر روی تپه‌های شنی برای تعیین شدت فرسایش بادی، سرعت آستانه شکست و مقاومت بمباران بادی شن و ماسه بررسی شد و اندازه‌گیری‌های نفوذسنج و مطالعات ریزساختاری (مانند آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)) نیز انجام شد.
تولید کربنات کلسیم به یون‌های کلسیم و یون‌های کربنات نیاز دارد. یون‌های کلسیم را می‌توان از منابع مختلف کلسیم مانند کلرید کلسیم، هیدروکسید کلسیم و پودر شیر بدون چربی به دست آورد54،55. یون‌های کربنات را می‌توان با روش‌های مختلف میکروبی مانند هیدرولیز اوره و اکسیداسیون هوازی یا بی‌هوازی مواد آلی تولید کرد56. در این مطالعه، یون‌های کربنات از واکنش اکسیداسیون فرمات و استات به دست آمدند. علاوه بر این، ما از نمک‌های کلسیم فرمات و استات برای تولید کربنات کلسیم خالص استفاده کردیم، بنابراین فقط CO2 و H2O به عنوان محصولات جانبی به دست آمدند. در این فرآیند، فقط یک ماده به عنوان منبع کلسیم و منبع کربنات عمل می‌کند و هیچ آمونیاکی تولید نمی‌شود. این ویژگی‌ها، روش تولید منبع کلسیم و کربنات را که ما بسیار امیدوارکننده می‌دانیم، بسیار امیدوارکننده می‌کند.
واکنش‌های مربوط به فرمات کلسیم و استات کلسیم برای تشکیل کربنات کلسیم در فرمول‌های (7) تا (14) نشان داده شده است. فرمول‌های (7) تا (11) نشان می‌دهند که فرمات کلسیم در آب حل می‌شود و اسید فرمیک یا فرمات تشکیل می‌دهد. بنابراین، محلول منبع یون‌های کلسیم و هیدروکسید آزاد است (فرمول‌های 8 و 9). در نتیجه اکسیداسیون اسید فرمیک، اتم‌های کربن موجود در اسید فرمیک به دی اکسید کربن تبدیل می‌شوند (فرمول 10). در نهایت کربنات کلسیم تشکیل می‌شود (فرمول‌های 11 و 12).
به طور مشابه، کربنات کلسیم از استات کلسیم تشکیل می‌شود (معادلات ۱۳-۱۵)، با این تفاوت که به جای اسید فرمیک، اسید استیک یا استات تشکیل می‌شود.
بدون حضور آنزیم‌ها، استات و فرمات نمی‌توانند در دمای اتاق اکسید شوند. FDH (فرمات دهیدروژناز) و CoA (کوآنزیم A) به ترتیب اکسیداسیون فرمات و استات را برای تشکیل دی اکسید کربن کاتالیز می‌کنند (معادلات 16، 17) 57، 58، 59. باکتری‌های مختلفی قادر به تولید این آنزیم‌ها هستند و باکتری‌های هتروتروف، یعنی Bacillus subtilis (PTCC #1204 (مجموعه کشت نوع فارسی)، که با نام NCIMB #13061 (مجموعه بین‌المللی باکتری‌ها، مخمر، فاژ، پلاسمیدها، دانه‌های گیاهی و کشت بافت سلولی گیاهی) نیز شناخته می‌شود) و Bacillus amyloliquefaciens (PTCC #1732، NCIMB #12077)، در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند. این باکتری‌ها در محیطی حاوی پپتون گوشت (5 گرم در لیتر) و عصاره گوشت (3 گرم در لیتر) به نام محیط کشت نوترینت براث (NBR) (105443 Merck) کشت داده شدند.
بنابراین، چهار فرمولاسیون برای القای رسوب کربنات کلسیم با استفاده از دو منبع کلسیم و دو باکتری تهیه شد: فرمات کلسیم و باسیلوس سوبتیلیس (FS)، فرمات کلسیم و باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس (FA)، استات کلسیم و باسیلوس سوبتیلیس (AS) و استات کلسیم و باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس (AA).
در بخش اول طرح آزمایش، آزمایش‌هایی برای تعیین ترکیب بهینه‌ای که حداکثر تولید کربنات کلسیم را به دست می‌آورد، انجام شد. از آنجایی که نمونه‌های خاک حاوی کربنات کلسیم بودند، مجموعه‌ای از آزمایش‌های ارزیابی اولیه برای اندازه‌گیری دقیق CaCO3 تولید شده توسط ترکیب‌های مختلف طراحی شد و مخلوط‌های محیط کشت و محلول‌های منبع کلسیم ارزیابی شدند. برای هر ترکیب از منبع کلسیم و محلول باکتری که در بالا تعریف شد (FS، FA، AS و AA)، عوامل بهینه‌سازی (غلظت منبع کلسیم، زمان عمل‌آوری، غلظت محلول باکتری اندازه‌گیری شده توسط چگالی نوری محلول (OD)، نسبت منبع کلسیم به محلول باکتری و pH) استخراج و در آزمایش‌های تونل باد تصفیه تپه‌های شنی که در بخش‌های بعدی توضیح داده شده است، استفاده شدند.
برای هر ترکیب، ۱۵۰ آزمایش برای بررسی تأثیر رسوب CaCO3 و ارزیابی عوامل مختلف، یعنی غلظت منبع کلسیم، زمان عمل‌آوری، مقدار OD باکتری، نسبت منبع کلسیم به محلول باکتری و pH در طول اکسیداسیون هوازی مواد آلی انجام شد (جدول ۱). محدوده pH برای فرآیند بهینه بر اساس منحنی‌های رشد Bacillus subtilis و Bacillus amyloliquefaciens انتخاب شد تا رشد سریع‌تری حاصل شود. این موضوع با جزئیات بیشتر در بخش نتایج توضیح داده شده است.
مراحل زیر برای آماده‌سازی نمونه‌ها برای مرحله بهینه‌سازی انجام شد. محلول MICP ابتدا با تنظیم pH اولیه محیط کشت تهیه و سپس به مدت 15 دقیقه در دمای 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو شد. سپس سویه در جریان هوای آرام تلقیح و در انکوباتور شیکردار با دمای 30 درجه سانتیگراد و سرعت 180 دور در دقیقه نگهداری شد. هنگامی که OD باکتری به سطح مورد نظر رسید، با محلول منبع کلسیم به نسبت مورد نظر مخلوط شد (شکل 1a). محلول MICP اجازه داده شد تا در انکوباتور شیکردار با سرعت 220 دور در دقیقه و دمای 30 درجه سانتیگراد واکنش داده و به مدت زمانی که به مقدار هدف رسید، جامد شود. CaCO3 رسوب شده پس از سانتریفیوژ با سرعت 6000 گرم به مدت 5 دقیقه جدا شد و سپس در دمای 40 درجه سانتیگراد خشک شد تا نمونه‌ها برای آزمایش کلسیم‌متر آماده شوند (شکل 1b). سپس میزان رسوب CaCO3 با استفاده از یک کلسی‌متر برنارد اندازه‌گیری شد، که در آن پودر CaCO3 با HCl 1.0 نرمال (ASTM-D4373-02) واکنش می‌دهد تا CO2 تولید کند و حجم این گاز معیاری برای سنجش محتوای CaCO3 است (شکل 1c). برای تبدیل حجم CO2 به محتوای CaCO3، یک منحنی کالیبراسیون با شستن پودر CaCO3 خالص با HCl 1 نرمال و رسم آن در برابر CO2 آزاد شده ایجاد شد. مورفولوژی و خلوص پودر CaCO3 رسوب شده با استفاده از تصویربرداری SEM و آنالیز XRD بررسی شد. از یک میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی 1000 برای مطالعه تشکیل کربنات کلسیم در اطراف باکتری‌ها، فاز کربنات کلسیم تشکیل شده و فعالیت باکتری‌ها استفاده شد.
حوضه آبریز دژق، منطقه‌ای شناخته‌شده با فرسایش شدید در جنوب غربی استان فارس ایران است و محققان نمونه‌های خاک فرسایش‌یافته توسط باد را از این منطقه جمع‌آوری کردند. نمونه‌ها برای مطالعه از سطح خاک گرفته شدند. آزمایش‌های شاخص روی نمونه‌های خاک نشان داد که خاک، خاک شنی با جورشدگی ضعیف و حاوی سیلت است و طبق سیستم طبقه‌بندی یکپارچه خاک (USC) در رده SP-SM طبقه‌بندی می‌شود (شکل 2a). تجزیه و تحلیل XRD نشان داد که خاک دژق عمدتاً از کلسیت و کوارتز تشکیل شده است (شکل 2b). علاوه بر این، تجزیه و تحلیل EDX نشان داد که عناصر دیگری مانند Al، K و Fe نیز در نسبت‌های کمتری وجود دارند.
برای آماده‌سازی تپه‌های شنی آزمایشگاهی برای آزمایش فرسایش بادی، خاک از ارتفاع ۱۷۰ میلی‌متر از طریق قیفی به قطر ۱۰ میلی‌متر تا سطح سفتی خرد شد که منجر به ایجاد یک تپه شنی معمولی با ارتفاع ۶۰ میلی‌متر و قطر ۲۱۰ میلی‌متر شد. در طبیعت، تپه‌های شنی با کمترین چگالی توسط فرآیندهای بادی تشکیل می‌شوند. به طور مشابه، نمونه تهیه شده با استفاده از روش فوق کمترین چگالی نسبی، γ = ۱۴.۱۴ کیلونیوتن بر متر مکعب، را داشت که یک مخروط شنی را تشکیل می‌داد که روی یک سطح افقی با زاویه سکون تقریباً ۲۹.۷ درجه رسوب کرده بود.
محلول بهینه MICP که در بخش قبل به دست آمد، با نرخ‌های کاربرد ۱، ۲ و ۳ لیتر بر متر مربع بر روی شیب تپه شنی اسپری شد و سپس نمونه‌ها به مدت ۹ روز (یعنی زمان عمل‌آوری بهینه) در انکوباتور با دمای ۳۰ درجه سانتیگراد (شکل ۳) نگهداری شدند و سپس برای آزمایش تونل باد خارج شدند.
برای هر تیمار، چهار نمونه تهیه شد، یکی برای اندازه‌گیری محتوای کربنات کلسیم و مقاومت سطح با استفاده از نفوذسنج، و سه نمونه باقی‌مانده برای آزمایش‌های فرسایش در سه سرعت مختلف استفاده شدند. در آزمایش‌های تونل باد، میزان فرسایش در سرعت‌های مختلف باد تعیین شد و سپس سرعت آستانه شکست برای هر نمونه تیمار با استفاده از نمودار میزان فرسایش در مقابل سرعت باد تعیین شد. علاوه بر آزمایش‌های فرسایش بادی، نمونه‌های تیمار شده تحت بمباران شن (یعنی آزمایش‌های پرش) قرار گرفتند. دو نمونه اضافی برای این منظور با نرخ‌های کاربرد 2 و 3 لیتر بر متر مربع تهیه شدند. آزمایش بمباران شن 15 دقیقه با شار 120 گرم بر متر مربع طول کشید، که در محدوده مقادیر انتخاب شده در مطالعات قبلی60،61،62 است. فاصله افقی بین نازل ساینده و پایه تپه شنی 800 میلی‌متر بود که 100 میلی‌متر بالاتر از کف تونل قرار داشت. این موقعیت به گونه‌ای تنظیم شده بود که تقریباً تمام ذرات شن جهنده روی تپه شنی سقوط کنند.
آزمایش تونل باد در یک تونل باد روباز با طول 8 متر، عرض 0.4 متر و ارتفاع 1 متر انجام شد (شکل 4a). تونل باد از ورق‌های فولادی گالوانیزه ساخته شده است و می‌تواند سرعت باد تا 25 متر بر ثانیه را ایجاد کند. علاوه بر این، از یک مبدل فرکانس برای تنظیم فرکانس فن و افزایش تدریجی فرکانس برای دستیابی به سرعت باد هدف استفاده می‌شود. شکل 4b نمودار شماتیک تپه‌های شنی فرسایش یافته توسط باد و پروفیل سرعت باد اندازه‌گیری شده در تونل باد را نشان می‌دهد.
در نهایت، برای مقایسه نتایج فرمولاسیون MICP غیراورالیتیک پیشنهادی در این مطالعه با نتایج آزمایش کنترل MICP اوره آلیتیک، نمونه‌های تپه شنی نیز تهیه و با محلول بیولوژیکی حاوی اوره، کلرید کلسیم و Sporosarcina pasteurii (از آنجا که Sporosarcina pasteurii توانایی قابل توجهی در تولید اوره‌آز دارد63) تیمار شدند. چگالی نوری محلول باکتریایی 1.5 و غلظت اوره و کلرید کلسیم 1 مولار بود (بر اساس مقادیر توصیه شده در مطالعات قبلی36،64،65 انتخاب شدند). محیط کشت شامل محیط کشت مغذی (8 گرم در لیتر) و اوره (20 گرم در لیتر) بود. محلول باکتریایی روی سطح تپه شنی اسپری شد و به مدت 24 ساعت برای اتصال باکتری‌ها باقی ماند. پس از 24 ساعت اتصال، یک محلول سیمانی (کلرید کلسیم و اوره) اسپری شد. آزمایش کنترل MICP اوره آلیتیک از این پس به عنوان UMC نامیده می‌شود. میزان کربنات کلسیم نمونه‌های خاک تیمار شده با اوره و غیر اوره با شستشو طبق روش پیشنهادی چوی و همکاران به دست آمد.66
شکل 5 منحنی رشد باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس و باسیلوس سوبتیلیس را در محیط کشت (محلول غذایی) با محدوده pH اولیه 5 تا 10 نشان می‌دهد. همانطور که در شکل مشخص است، باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس و باسیلوس سوبتیلیس به ترتیب در pH 6-8 و 7-9 رشد سریع‌تری داشتند. بنابراین، این محدوده pH در مرحله بهینه‌سازی اتخاذ شد.
منحنی‌های رشد (الف) باسیلوس آمیلولیکوئیفاسینس و (ب) باسیلوس سوبتیلیس در مقادیر pH اولیه مختلف محیط کشت.
شکل 6 میزان دی اکسید کربن تولید شده در آهک سنج برنارد را نشان می‌دهد که نشان دهنده کربنات کلسیم رسوب شده (CaCO3) است. از آنجایی که یک عامل در هر ترکیب ثابت و عوامل دیگر متغیر بودند، هر نقطه روی این نمودارها مربوط به حداکثر حجم دی اکسید کربن در آن مجموعه آزمایش‌ها است. همانطور که در شکل نشان داده شده است، با افزایش غلظت منبع کلسیم، تولید کربنات کلسیم افزایش یافت. بنابراین، غلظت منبع کلسیم مستقیماً بر تولید کربنات کلسیم تأثیر می‌گذارد. از آنجایی که منبع کلسیم و منبع کربن یکسان هستند (یعنی فرمات کلسیم و استات کلسیم)، هرچه یون‌های کلسیم بیشتری آزاد شوند، کربنات کلسیم بیشتری تشکیل می‌شود (شکل 6a). در فرمولاسیون‌های AS و AA، تولید کربنات کلسیم با افزایش زمان عمل‌آوری همچنان افزایش یافت تا اینکه مقدار رسوب پس از 9 روز تقریباً بدون تغییر ماند. در فرمولاسیون FA، سرعت تشکیل کربنات کلسیم هنگامی که زمان عمل‌آوری از 6 روز فراتر رفت، کاهش یافت. در مقایسه با سایر فرمولاسیون‌ها، فرمولاسیون FS پس از 3 روز سرعت تشکیل کربنات کلسیم نسبتاً پایینی را نشان داد (شکل 6b). در فرمولاسیون‌های FA و FS، 70٪ و 87٪ از کل تولید کربنات کلسیم پس از سه روز به دست آمد، در حالی که در فرمولاسیون‌های AA و AS، این نسبت به ترتیب تنها حدود 46٪ و 45٪ بود. این نشان می‌دهد که فرمولاسیون مبتنی بر اسید فرمیک در مرحله اولیه در مقایسه با فرمولاسیون مبتنی بر استات، نرخ تشکیل CaCO3 بالاتری دارد. با این حال، سرعت تشکیل با افزایش زمان عمل‌آوری کاهش می‌یابد. از شکل 6c می‌توان نتیجه گرفت که حتی در غلظت‌های باکتریایی بالاتر از OD1، سهم قابل توجهی در تشکیل کربنات کلسیم وجود ندارد.
تغییر در حجم CO2 (و محتوای CaCO3 مربوطه) که توسط کلسیم‌سنج برنارد به عنوان تابعی از (الف) غلظت منبع کلسیم، (ب) زمان گیرش، (ج) OD، (د) pH اولیه، (ه) نسبت منبع کلسیم به محلول باکتریایی (برای هر فرمولاسیون)؛ و (و) حداکثر مقدار کربنات کلسیم تولید شده برای هر ترکیبی از منبع کلسیم و باکتری اندازه‌گیری می‌شود.
با توجه به تأثیر pH اولیه محیط کشت، شکل 6d نشان می‌دهد که برای FA و FS، تولید CaCO3 در pH 7 به حداکثر مقدار خود رسید. این مشاهده با مطالعات قبلی مبنی بر اینکه آنزیم‌های FDH در pH 7-6.7 پایدارترین هستند، سازگار است. با این حال، برای AA و AS، رسوب CaCO3 هنگامی که pH از 7 فراتر می‌رود، افزایش می‌یابد. مطالعات قبلی همچنین نشان داد که محدوده pH بهینه برای فعالیت آنزیم CoA از 8 تا 9.2-6.8 است. با توجه به اینکه محدوده pH بهینه برای فعالیت آنزیم CoA و رشد B. amyloliquefaciens به ترتیب (8-9.2) و (6-8) است (شکل 5a)، انتظار می‌رود pH بهینه فرمولاسیون AA 8 باشد و دو محدوده pH با هم همپوشانی دارند. این واقعیت توسط آزمایش‌ها، همانطور که در شکل 6d نشان داده شده است، تأیید شد. از آنجایی که pH بهینه برای رشد B. subtilis 7-9 است (شکل 5b) و pH بهینه برای فعالیت آنزیم CoA 8-9.2 است، انتظار می‌رود حداکثر بازده رسوب CaCO3 در محدوده pH 8-9 باشد که توسط شکل 6d تأیید شده است (یعنی pH بهینه رسوب 9 است). نتایج نشان داده شده در شکل 6e نشان می‌دهد که نسبت بهینه محلول منبع کلسیم به محلول باکتریایی برای هر دو محلول استات و فرمات 1 است. برای مقایسه، عملکرد فرمولاسیون‌های مختلف (یعنی AA، AS، FA و FS) بر اساس حداکثر تولید CaCO3 تحت شرایط مختلف (یعنی غلظت منبع کلسیم، زمان عمل‌آوری، OD، نسبت منبع کلسیم به محلول باکتریایی و pH اولیه) ارزیابی شد. در میان فرمولاسیون‌های مورد مطالعه، فرمولاسیون FS بیشترین تولید CaCO3 را داشت که تقریباً سه برابر فرمولاسیون AA بود (شکل 6f). چهار آزمایش کنترل بدون باکتری برای هر دو منبع کلسیم انجام شد و پس از 30 روز هیچ رسوب CaCO3 مشاهده نشد.
تصاویر میکروسکوپ نوری از تمام فرمولاسیون‌ها نشان داد که واتریت فاز اصلی تشکیل کربنات کلسیم است (شکل 7). کریستال‌های واتریت کروی شکل بودند69،70،71. مشخص شد که کربنات کلسیم روی سلول‌های باکتریایی رسوب می‌کند زیرا سطح سلول‌های باکتریایی دارای بار منفی است و می‌تواند به عنوان جاذب کاتیون‌های دو ظرفیتی عمل کند. با در نظر گرفتن فرمولاسیون FS به عنوان مثال در این مطالعه، پس از 24 ساعت، کربنات کلسیم روی برخی از سلول‌های باکتریایی شروع به تشکیل کرد (شکل 7a) و پس از 48 ساعت، تعداد سلول‌های باکتریایی پوشش داده شده با کربنات کلسیم به طور قابل توجهی افزایش یافت. علاوه بر این، همانطور که در شکل 7b نشان داده شده است، ذرات واتریت نیز قابل تشخیص بودند. در نهایت، پس از 72 ساعت، به نظر می‌رسید تعداد زیادی از باکتری‌ها توسط کریستال‌های واتریت متصل شده‌اند و تعداد ذرات واتریت به طور قابل توجهی افزایش یافته است (شکل 7c).
مشاهدات میکروسکوپ نوری از رسوب CaCO3 در ترکیبات FS در طول زمان: (الف) 24، (ب) 48 و (ج) 72 ساعت.
برای بررسی بیشتر مورفولوژی فاز رسوب‌شده، آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) و SEM پودرها انجام شد. طیف‌های XRD (شکل 8a) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) (شکل‌های 8b و 8c) وجود کریستال‌های واتریت را تأیید کردند، زیرا شکلی شبیه کاهو داشتند و تطابقی بین پیک‌های واتریت و پیک‌های رسوب مشاهده شد.
(الف) مقایسه طیف‌های پراش پرتو ایکس CaCO3 تشکیل‌شده و واتریت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (SEM) واتریت به ترتیب در بزرگنمایی (ب) 1 کیلوهرتز و (ج) 5.27 کیلوهرتز.
نتایج آزمایش‌های تونل باد در شکل‌های 9a و 9b نشان داده شده است. از شکل 9a می‌توان دریافت که سرعت آستانه فرسایش (TDV) ماسه تصفیه نشده حدود 4.32 متر بر ثانیه است. در نرخ کاربرد 1 لیتر بر متر مربع (شکل 9a)، شیب خطوط نرخ هدررفت خاک برای بخش‌های FA، FS، AA و UMC تقریباً مشابه با تپه شنی تصفیه نشده است. این نشان می‌دهد که عملیات در این نرخ کاربرد بی‌اثر است و به محض اینکه سرعت باد از TDV بیشتر شود، پوسته نازک خاک از بین می‌رود و نرخ فرسایش تپه شنی مشابه تپه شنی تصفیه نشده می‌شود. شیب فرسایش بخش AS نیز کمتر از سایر بخش‌های با محور طولی پایین‌تر (یعنی TDV) است (شکل 9a). فلش‌ها در شکل 9b نشان می‌دهند که در حداکثر سرعت باد 25 متر بر ثانیه، هیچ فرسایشی در تپه‌های شنی تصفیه شده با نرخ‌های کاربرد 2 و 3 لیتر بر متر مربع رخ نداده است. به عبارت دیگر، برای تپه‌های شنی FS، FA، AS و UMC، تپه‌های شنی در نرخ‌های کاربرد ۲ و ۳ لیتر بر متر مربع نسبت به حداکثر سرعت باد (یعنی ۲۵ متر بر ثانیه) در برابر فرسایش بادی ناشی از رسوب CaCO³ مقاوم‌تر بودند. بنابراین، مقدار TDV 25 متر بر ثانیه که در این آزمایش‌ها به دست آمده، حد پایین نرخ‌های کاربرد نشان داده شده در شکل ۹b است، به جز مورد AA، که TDV تقریباً برابر با حداکثر سرعت تونل باد است.
آزمایش فرسایش بادی (الف) کاهش وزن در مقابل سرعت باد (میزان مصرف ۱ لیتر بر متر مربع)، (ب) سرعت جدا شدن آستانه در مقابل میزان مصرف و فرمولاسیون (CA برای استات کلسیم، CF برای فرمات کلسیم).
شکل 10 فرسایش سطحی تپه‌های شنی تیمار شده با فرمولاسیون‌ها و نرخ‌های مختلف پس از آزمایش بمباران شنی را نشان می‌دهد و نتایج کمی در شکل 11 نشان داده شده است. مورد تیمار نشده نشان داده نشده است زیرا هیچ مقاومتی نشان نداد و در طول آزمایش بمباران شنی کاملاً فرسایش یافت (از دست دادن جرم کل). از شکل 11 مشخص است که نمونه تیمار شده با ترکیب زیستی AA، 83.5٪ از وزن خود را با نرخ کاربرد 2 لیتر بر متر مربع از دست داد، در حالی که سایر نمونه‌ها کمتر از 30٪ فرسایش را در طول فرآیند بمباران شنی نشان دادند. هنگامی که نرخ کاربرد به 3 لیتر بر متر مربع افزایش یافت، تمام نمونه‌های تیمار شده کمتر از 25٪ از وزن خود را از دست دادند. در هر دو نرخ کاربرد، FS ترکیبی بهترین مقاومت را در برابر بمباران شنی نشان داد. حداکثر و حداقل مقاومت در برابر بمباران در نمونه‌های تیمار شده با FS و AA را می‌توان به حداکثر و حداقل رسوب CaCO3 آنها نسبت داد (شکل 6f).
نتایج بمباران تپه‌های شنی با ترکیبات مختلف در دبی‌های ۲ و ۳ لیتر بر متر مربع (فلش‌ها جهت باد و ضربدرها جهت باد عمود بر صفحه رسم را نشان می‌دهند).
همانطور که در شکل ۱۲ نشان داده شده است، با افزایش میزان مصرف از ۱ لیتر بر متر مربع به ۳ لیتر بر متر مربع، میزان کربنات کلسیم در تمام فرمول‌ها افزایش یافت. علاوه بر این، در تمام میزان مصرف، فرمولی که بیشترین میزان کربنات کلسیم را داشت، FS و پس از آن FA و UMC بودند. این نشان می‌دهد که این فرمول‌ها ممکن است مقاومت سطحی بالاتری داشته باشند.
شکل ۱۳a تغییر در مقاومت سطحی نمونه‌های خاک تیمار نشده، کنترل شده و تیمار شده را که با آزمایش نفوذسنج اندازه‌گیری شده‌اند، نشان می‌دهد. از این شکل، مشخص است که مقاومت سطحی فرمولاسیون‌های UMC، AS، FA و FS با افزایش میزان کاربرد به طور قابل توجهی افزایش یافته است. با این حال، افزایش مقاومت سطحی در فرمولاسیون AA نسبتاً کم بود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، فرمولاسیون‌های FA و FS از MICP بدون تخریب اوره، نفوذپذیری سطحی بهتری در مقایسه با MICP تخریب شده با اوره دارند. شکل ۱۳b تغییر در TDV را با مقاومت سطح خاک نشان می‌دهد. از این شکل، به وضوح مشخص است که برای تپه‌های شنی با مقاومت سطحی بیشتر از ۱۰۰ کیلوپاسکال، سرعت آستانه فرسایش از ۲۵ متر بر ثانیه فراتر خواهد رفت. از آنجایی که مقاومت سطحی درجا را می‌توان به راحتی با نفوذسنج اندازه‌گیری کرد، این دانش می‌تواند به تخمین TDV در غیاب آزمایش تونل باد کمک کند و در نتیجه به عنوان یک شاخص کنترل کیفیت برای کاربردهای میدانی عمل کند.
نتایج SEM در شکل 14 نشان داده شده است. شکل‌های 14a-b ذرات بزرگ‌شده نمونه خاک تیمار نشده را نشان می‌دهند که به وضوح نشان می‌دهد که این نمونه چسبنده است و هیچ پیوند یا سیمانی شدن طبیعی ندارد. شکل 14c تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نمونه کنترل تیمار شده با MICP تخریب‌شده با اوره را نشان می‌دهد. این تصویر وجود رسوبات CaCO3 را به عنوان پلی‌مورف‌های کلسیت نشان می‌دهد. همانطور که در شکل‌های 14d-o نشان داده شده است، CaCO3 رسوب‌شده ذرات را به هم متصل می‌کند. کریستال‌های کروی واتریت نیز در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری قابل شناسایی هستند. نتایج این مطالعه و مطالعات قبلی نشان می‌دهد که پیوندهای CaCO3 تشکیل‌شده به عنوان پلی‌مورف‌های واتریت می‌توانند استحکام مکانیکی معقولی را نیز فراهم کنند. نتایج ما نشان می‌دهد که مقاومت سطحی به 350 کیلوپاسکال افزایش می‌یابد و سرعت جداسازی آستانه از 4.32 به بیش از 25 متر بر ثانیه افزایش می‌یابد. این نتیجه با نتایج مطالعات قبلی سازگار است که نشان می‌دهد ماتریس CaCO3 رسوب‌شده با MICP، واتریت است که دارای مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر فرسایش بادی معقولی است13،40 و می‌تواند مقاومت در برابر فرسایش بادی معقولی را حتی پس از 180 روز قرار گرفتن در معرض شرایط محیطی میدانی حفظ کند13.
(الف، ب) تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از خاک تیمار نشده، (ج) کنترل تخریب اوره با MICP، (df) نمونه‌های تیمار شده با AA، (gi) نمونه‌های تیمار شده با AS، (jl) نمونه‌های تیمار شده با FA، و (mo) نمونه‌های تیمار شده با FS با نرخ کاربرد 3 لیتر بر متر مربع در بزرگنمایی‌های مختلف.
شکل 14d-f نشان می‌دهد که پس از عملیات حرارتی با ترکیبات AA، کربنات کلسیم روی سطح و بین دانه‌های شن رسوب کرد، در حالی که برخی از دانه‌های شن بدون پوشش نیز مشاهده شدند. برای اجزای AS، اگرچه مقدار CaCO3 تشکیل شده به طور قابل توجهی افزایش نیافت (شکل 6f)، اما میزان تماس بین دانه‌های شن ناشی از CaCO3 در مقایسه با ترکیبات AA به طور قابل توجهی افزایش یافت (شکل 14g-i).
از شکل‌های 14j-l و 14m-o مشخص است که استفاده از فرمات کلسیم به عنوان منبع کلسیم منجر به افزایش بیشتر رسوب CaCO3 در مقایسه با ترکیب AS می‌شود، که با اندازه‌گیری‌های کلسیم متر در شکل 6f سازگار است. به نظر می‌رسد این CaCO3 اضافی عمدتاً روی ذرات شن رسوب می‌کند و لزوماً کیفیت تماس را بهبود نمی‌بخشد. این رفتار مشاهده شده قبلی را تأیید می‌کند: علیرغم تفاوت در میزان رسوب CaCO3 (شکل 6f)، سه فرمولاسیون (AS، FA و FS) از نظر عملکرد ضد باد (باد) (شکل 11) و مقاومت سطحی (شکل 13a) تفاوت قابل توجهی ندارند.
به منظور تجسم بهتر سلول‌های باکتریایی پوشش داده شده با CaCO3 و اثر باکتری بر روی کریستال‌های رسوب شده، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) با بزرگنمایی بالا گرفته شد و نتایج در شکل 15 نشان داده شده است. همانطور که نشان داده شده است، کربنات کلسیم بر روی سلول‌های باکتریایی رسوب می‌کند و هسته‌های مورد نیاز برای رسوب در آنجا را فراهم می‌کند. این شکل همچنین پیوندهای فعال و غیرفعال ناشی از CaCO3 را نشان می‌دهد. می‌توان نتیجه گرفت که هرگونه افزایش در پیوندهای غیرفعال لزوماً منجر به بهبود بیشتر در رفتار مکانیکی نمی‌شود. بنابراین، افزایش رسوب CaCO3 لزوماً منجر به افزایش استحکام مکانیکی نمی‌شود و الگوی رسوب نقش مهمی ایفا می‌کند. این نکته همچنین در آثار Terzis و Laloui72 و Soghi و Al-Kabani45،73 مورد مطالعه قرار گرفته است. برای بررسی بیشتر رابطه بین الگوی رسوب و استحکام مکانیکی، مطالعات MICP با استفاده از تصویربرداری µCT توصیه می‌شود که خارج از محدوده این مطالعه است (یعنی معرفی ترکیبات مختلف منبع کلسیم و باکتری برای MICP بدون آمونیاک).
CaCO3 پیوندهای فعال و غیرفعال را در نمونه‌های تیمار شده با (الف) ترکیب AS و (ب) ترکیب FS القا کرد و ردی از سلول‌های باکتریایی را روی رسوب باقی گذاشت.
همانطور که در شکل‌های 14j-o و 15b نشان داده شده است، یک لایه نازک CaCO3 وجود دارد (طبق آنالیز EDX، درصد ترکیب هر عنصر در لایه نازک کربن 11٪، اکسیژن 46.62٪ و کلسیم 42.39٪ است که بسیار نزدیک به درصد CaCO3 در شکل 16 است). این لایه نازک، کریستال‌های واتریت و ذرات خاک را می‌پوشاند و به حفظ یکپارچگی سیستم خاک-رسوب کمک می‌کند. وجود این لایه نازک فقط در نمونه‌های تیمار شده با فرمولاسیون مبتنی بر فرمات مشاهده شد.
جدول 2 مقاومت سطحی، سرعت جدایش آستانه و محتوای CaCO3 زیستی القا شده در خاک‌های تیمار شده با مسیرهای MICP تجزیه‌کننده اوره و غیر تجزیه‌کننده اوره را در مطالعات قبلی و این مطالعه مقایسه می‌کند. مطالعات در مورد مقاومت در برابر فرسایش بادی نمونه‌های تپه‌های شنی تیمار شده با MICP محدود است. منگ و همکارانش مقاومت در برابر فرسایش بادی نمونه‌های تپه‌های شنی تجزیه‌کننده اوره تیمار شده با MICP را با استفاده از دمنده برگ بررسی کردند،13 در حالی که در این مطالعه، نمونه‌های تپه‌های شنی غیر تجزیه‌کننده اوره (و همچنین نمونه‌های کنترل تجزیه‌کننده اوره) در یک تونل باد آزمایش و با چهار ترکیب مختلف از باکتری‌ها و مواد تیمار شدند.
همانطور که مشاهده می‌شود، برخی از مطالعات قبلی، نرخ‌های بالای کاربرد بیش از 4 لیتر بر متر مربع را در نظر گرفته‌اند. شایان ذکر است که نرخ‌های بالای کاربرد ممکن است از نظر اقتصادی به دلیل هزینه‌های مرتبط با تأمین آب، حمل و نقل و کاربرد حجم زیادی از آب، به راحتی در مزرعه قابل اجرا نباشند. نرخ‌های پایین‌تر کاربرد مانند 1.62-2 لیتر بر متر مربع نیز به مقاومت سطحی نسبتاً خوبی تا 190 کیلو پاسکال و TDV بیش از 25 متر بر ثانیه دست یافتند. در مطالعه حاضر، تپه‌های شنی تیمار شده با MICP مبتنی بر فرمات بدون تخریب اوره، به مقاومت سطحی بالایی دست یافتند که با مقاومت‌های سطحی به‌دست‌آمده با مسیر تخریب اوره در همان محدوده نرخ‌های کاربرد قابل مقایسه بود (یعنی نمونه‌های تیمار شده با MICP مبتنی بر فرمات بدون تخریب اوره نیز توانستند به همان محدوده مقادیر مقاومت سطحی که توسط منگ و همکاران، 13، شکل 13a گزارش شده است، در نرخ‌های کاربرد بالاتر دست یابند). همچنین می‌توان مشاهده کرد که با نرخ کاربرد ۲ لیتر بر متر مربع، بازده کربنات کلسیم برای کاهش فرسایش بادی در سرعت باد ۲۵ متر بر ثانیه، برای MICP مبتنی بر فرمات بدون تخریب اوره، ۲.۲۵٪ بود که در مقایسه با تپه‌های شنی تیمار شده با MICP کنترل با تخریب اوره در همان نرخ کاربرد و همان سرعت باد (۲۵ متر بر ثانیه)، بسیار نزدیک به مقدار مورد نیاز CaCO3 (یعنی ۲.۴۱٪) است.
بنابراین، می‌توان از این جدول نتیجه گرفت که هم مسیر تخریب اوره و هم مسیر تخریب بدون اوره می‌توانند عملکرد کاملاً قابل قبولی را از نظر مقاومت سطحی و TDV ارائه دهند. تفاوت اصلی این است که مسیر تخریب بدون اوره حاوی آمونیاک نیست و بنابراین تأثیر زیست‌محیطی کمتری دارد. علاوه بر این، به نظر می‌رسد روش MICP مبتنی بر فرمات بدون تخریب اوره که در این مطالعه پیشنهاد شده است، عملکرد بهتری نسبت به روش MICP مبتنی بر استات بدون تخریب اوره دارد. اگرچه محبی و همکارانش روش MICP مبتنی بر استات بدون تخریب اوره را مطالعه کردند، اما مطالعه آنها شامل نمونه‌هایی روی سطوح صاف بود9. با توجه به درجه بالاتر فرسایش ناشی از تشکیل گرداب در اطراف نمونه‌های تپه‌های شنی و برش حاصل از آن، که منجر به TDV پایین‌تر می‌شود، انتظار می‌رود فرسایش بادی نمونه‌های تپه‌های شنی نسبت به سطوح صاف با سرعت یکسان، آشکارتر باشد.