نشكركم على زيارة موقع nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام أحدث إصدار من المتصفح (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، لن يتضمن هذا الموقع أنماط CSS أو JavaScript.
تُشكل العواصف الرملية تهديدًا خطيرًا للعديد من دول العالم نظرًا لتأثيرها المدمر على الزراعة والصحة العامة وشبكات النقل والبنية التحتية. ونتيجةً لذلك، يُعتبر التعرية بفعل الرياح مشكلة عالمية. ومن بين الطرق الصديقة للبيئة للحد من هذه التعرية استخدام الترسيب الكربوني المُحفز ميكروبيًا (MICP). إلا أن المنتجات الثانوية لعملية الترسيب الكربوني المُحفز ميكروبيًا القائمة على تحلل اليوريا، مثل الأمونيا، لا تُعد مثالية عند إنتاجها بكميات كبيرة. تُقدم هذه الدراسة تركيبتين من بكتيريا فورمات الكالسيوم لتحلل الترسيب الكربوني المُحفز ميكروبيًا دون إنتاج اليوريا، وتُقارن بشكل شامل أدائهما مع تركيبتين من بكتيريا أسيتات الكالسيوم غير المُنتجة للأمونيا. البكتيريا المُستخدمة هي Bacillus subtilis وBacillus amyloliquefaciens. في البداية، تم تحديد القيم المُثلى للعوامل المُتحكمة في تكوين كربونات الكالسيوم. ثم أُجريت اختبارات في نفق هوائي على عينات من الكثبان الرملية المُعالجة بالتركيبات المُثلى، وتم قياس مقاومة التعرية بفعل الرياح، وسرعة عتبة التعرية، ومقاومة قصف الرمال. تم تقييم الأشكال البلورية المختلفة لكربونات الكالسيوم (CaCO3) باستخدام المجهر الضوئي، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وتحليل حيود الأشعة السينية. أظهرت التركيبات القائمة على فورمات الكالسيوم أداءً أفضل بكثير من التركيبات القائمة على الأسيتات من حيث تكوين كربونات الكالسيوم. بالإضافة إلى ذلك، أنتجت بكتيريا Bacillus subtilis كمية أكبر من كربونات الكالسيوم مقارنةً ببكتيريا Bacillus amyloliquefaciens. وأظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح بوضوح ارتباط البكتيريا النشطة وغير النشطة بكربونات الكالسيوم وتكوين بصماتها عليها نتيجةً للترسيب. وقد ساهمت جميع التركيبات بشكل ملحوظ في الحد من التعرية بفعل الرياح.
لطالما اعتُبر التعرية بفعل الرياح مشكلة رئيسية تواجه المناطق القاحلة وشبه القاحلة، مثل جنوب غرب الولايات المتحدة، وغرب الصين، والصحراء الكبرى في أفريقيا، وجزء كبير من الشرق الأوسط.¹ وقد حوّل انخفاض هطول الأمطار في المناخات القاحلة وشديدة الجفاف أجزاءً واسعة من هذه المناطق إلى صحاري وكثبان رملية وأراضٍ غير مزروعة. ويُشكّل استمرار التعرية بفعل الرياح تهديدات بيئية للبنية التحتية، مثل شبكات النقل والأراضي الزراعية والصناعية، مما يؤدي إلى تدهور الظروف المعيشية وارتفاع تكاليف التنمية الحضرية في هذه المناطق.^2،3،4 ومن المهم الإشارة إلى أن التعرية بفعل الرياح لا تؤثر فقط على موقع حدوثها، بل تُسبب أيضًا مشاكل صحية واقتصادية في المجتمعات النائية، حيث تنقل جزيئات التعرية بواسطة الرياح إلى مناطق بعيدة عن مصدرها.^5،6
لا تزال مكافحة التعرية بفعل الرياح مشكلة عالمية. وتُستخدم طرقٌ متنوعة لتثبيت التربة للحد من هذه الظاهرة، تشمل مواد مثل الري⁷، والغطاء الزيتي⁸، والبوليمرات الحيوية⁵، وترسيب الكربونات المُحفَّز ميكروبيًا (MICP)⁹،¹⁰،¹¹،¹²، وترسيب الكربونات المُحفَّز إنزيميًا (EICP)¹. يُعدّ ترطيب التربة طريقةً قياسيةً للحد من الغبار في الحقول، إلا أن تبخره السريع يحدّ من فعاليته في المناطق القاحلة وشبه القاحلة¹. يزيد استخدام مركبات التغطية الزيتية من تماسك حبيبات الرمل والاحتكاك بينها، إذ تربط خاصية التماسك هذه الحبيبات ببعضها. مع ذلك، تُسبّب هذه الأغطية الزيتية مشاكل أخرى، فلونها الداكن يزيد من امتصاص الحرارة ويؤدي إلى موت النباتات والكائنات الدقيقة. كما أن رائحتها وأبخرتها قد تُسبّب مشاكل تنفسية، والأهم من ذلك، أن تكلفتها العالية تُشكّل عائقًا آخر. تُعدّ البوليمرات الحيوية من الطرق الصديقة للبيئة التي طُرحت مؤخرًا للتخفيف من التعرية بفعل الرياح. تُستخلص هذه المواد من مصادر طبيعية كالنباتات والحيوانات والبكتيريا. يُعدّ صمغ الزانثان، وصمغ الغوار، والكيتوزان، وصمغ الجيلان من أكثر البوليمرات الحيوية استخدامًا في التطبيقات الهندسية⁵. مع ذلك، قد تفقد البوليمرات الحيوية القابلة للذوبان في الماء قوتها وتتسرب من التربة عند تعرضها للماء¹³،¹⁴. وقد أثبتت تقنية الترسيب الكهروكيميائي المحفز بالحث (EICP) فعاليتها في كبح الغبار في تطبيقات متنوعة، تشمل الطرق غير المعبدة، وبرك مخلفات التعدين، ومواقع البناء. ورغم أن نتائجها مُشجعة، إلا أنه لا بد من مراعاة بعض العيوب المحتملة، كالتكلفة ونقص مواقع التبلور (مما يُسرّع تكوين وترسيب بلورات كربونات الكالسيوم¹⁵،¹⁶).
وُصفت عملية الترسيب الكربوني الميكروبي (MICP) لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر من قِبل موراي وإروين (1890) وستاينمان (1901) في دراستهما لتحلل اليوريا بواسطة الكائنات الحية الدقيقة البحرية¹⁷. وتُعدّ MICP عملية بيولوجية طبيعية تشمل مجموعة متنوعة من الأنشطة الميكروبية والعمليات الكيميائية التي يتم فيها ترسيب كربونات الكالسيوم عن طريق تفاعل أيونات الكربونات من نواتج الأيض الميكروبية مع أيونات الكالسيوم في البيئة^18،19. وتُعدّ MICP التي تتضمن دورة النيتروجين المُحللة لليوريا (MICP المُحلل لليوريا) النوع الأكثر شيوعًا من الترسيب الكربوني المُحفز ميكروبيًا، حيث يُحفز إنزيم اليورياز الذي تُنتجه البكتيريا عملية التحلل المائي لليوريا^{20،21،22،23،24،25،26،27} على النحو التالي:
في عملية الترسيب الميكروبي للكربونات التي تتضمن دورة الكربون لأكسدة الأملاح العضوية (نوع الترسيب الميكروبي للكربونات بدون تحلل اليوريا)، تستخدم البكتيريا غيرية التغذية الأملاح العضوية مثل الأسيتات واللاكتات والسترات والساكسينات والأكسالات والمالات والجليوكسيلات كمصادر للطاقة لإنتاج معادن الكربونات 28. في وجود لاكتات الكالسيوم كمصدر للكربون وأيونات الكالسيوم، يظهر التفاعل الكيميائي لتكوين كربونات الكالسيوم في المعادلة (5).
في عملية الترسيب الميكروبي للكربونات (MICP)، توفر الخلايا البكتيرية مواقع تنوية بالغة الأهمية لترسيب كربونات الكالسيوم؛ إذ أن سطح الخلية البكتيرية مشحون بشحنة سالبة، ما يجعله قادرًا على امتزاز الكاتيونات ثنائية التكافؤ، مثل أيونات الكالسيوم. وعندما يصل تركيز أيونات الكربونات إلى مستوى كافٍ، تتفاعل كاتيونات الكالسيوم مع أنيونات الكربونات، فتترسب كربونات الكالسيوم على سطح الخلية البكتيرية.^29،30 ويمكن تلخيص هذه العملية كما يلي:^31،32
يمكن تقسيم بلورات كربونات الكالسيوم المتولدة حيويًا إلى ثلاثة أنواع: الكالسيت، والفاتيريت، والأراغونيت. يُعد الكالسيت والفاتيريت أكثر أشكال كربونات الكالسيوم شيوعًا الناتجة عن البكتيريا^33،34. الكالسيت هو الشكل الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية لكربونات الكالسيوم³⁵. على الرغم من أن الفاتيريت يُعتبر غير مستقر، إلا أنه يتحول في النهاية إلى كالسيت^36،37. الفاتيريت هو أكثر هذه البلورات كثافةً، وهو بلورة سداسية الشكل تتميز بقدرة أفضل على ملء المسام مقارنةً ببلورات كربونات الكالسيوم الأخرى نظرًا لكبر حجمها³⁸. يمكن أن يؤدي كل من الترسيب الميكروبي للكربونات (MICP) المُحلل باليوريا وغير المُحلل بها إلى ترسيب الفاتيريت^{13،39،40،41}.
على الرغم من أن تقنية الترسيب الميكروبي للكربونات (MICP) أظهرت إمكانات واعدة في تثبيت التربة الإشكالية والتربة المعرضة للتآكل بفعل الرياح^{42،43،44،45،46،47،48}، إلا أن أحد نواتج تحلل اليوريا هو الأمونيا، التي قد تسبب مشاكل صحية تتراوح بين الخفيفة والشديدة تبعًا لمستوى التعرض⁴⁹. هذا الأثر الجانبي يجعل استخدام هذه التقنية مثيرًا للجدل، لا سيما عند الحاجة إلى معالجة مساحات واسعة، كما هو الحال في مكافحة الغبار. إضافةً إلى ذلك، فإن رائحة الأمونيا لا تُطاق عند تطبيق العملية بمعدلات عالية وأحجام كبيرة، مما قد يؤثر على جدواها العملية. مع أن الدراسات الحديثة أظهرت إمكانية تقليل أيونات الأمونيوم بتحويلها إلى منتجات أخرى مثل الستروفيت، إلا أن هذه الطرق لا تزيل أيونات الأمونيوم تمامًا⁵⁰. لذلك، لا تزال هناك حاجة لاستكشاف حلول بديلة لا تُنتج أيونات الأمونيوم. قد يُوفّر استخدام مسارات تحلل غير اليوريا لمركبات كربونات الكالسيوم الميكروبية (MICP) حلاً محتملاً لم يُدرس بشكل كافٍ في سياق الحد من التعرية بفعل الرياح. درس فتاحي وزملاؤه تحلل مركبات كربونات الكالسيوم الميكروبية الخالية من اليوريا باستخدام أسيتات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus megaterium، بينما استخدم محبي وزملاؤه أسيتات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus amyloliquefaciens. مع ذلك، لم تُقارن دراستهم بمصادر الكالسيوم الأخرى والبكتيريا غيرية التغذية التي يُمكن أن تُحسّن مقاومة التعرية بفعل الرياح. كما يوجد نقص في الدراسات التي تُقارن مسارات التحلل الخالية من اليوريا بمسارات التحلل باستخدام اليوريا في الحد من التعرية بفعل الرياح.
بالإضافة إلى ذلك، أُجريت معظم الدراسات حول التعرية بفعل الرياح ومكافحة الغبار على عينات تربة ذات أسطح مستوية.^{1،51،52،53} ومع ذلك، فإن الأسطح المستوية أقل شيوعًا في الطبيعة من التلال والمنخفضات. ولهذا السبب تُعد الكثبان الرملية أكثر معالم المناظر الطبيعية شيوعًا في المناطق الصحراوية.
للتغلب على أوجه القصور المذكورة أعلاه، هدفت هذه الدراسة إلى تقديم مجموعة جديدة من العوامل البكتيرية غير المنتجة للأمونيا. ولتحقيق هذا الهدف، اعتمدنا مسارات الترسيب الميكروبي للكربونات (MICP) التي لا تُحلل اليوريا. وتم التحقق من كفاءة مصدرين للكالسيوم (فورمات الكالسيوم وأسيتات الكالسيوم). وحسب علم الباحثين، لم يسبق دراسة ترسيب الكربونات باستخدام مزيج من مصدرين للكالسيوم وبكتيريا (مثل فورمات الكالسيوم مع بكتيريا Bacillus subtilis وفورمات الكالسيوم مع بكتيريا Bacillus amyloliquefaciens). واستند اختيار هذه البكتيريا إلى الإنزيمات التي تُنتجها والتي تُحفز أكسدة فورمات الكالسيوم وأسيتات الكالسيوم لتكوين راسب كربونات ميكروبي. وقد صممنا دراسة تجريبية شاملة لتحديد العوامل المثلى، مثل درجة الحموضة، وأنواع البكتيريا ومصادر الكالسيوم وتركيزاتها، ونسبة البكتيريا إلى محلول مصدر الكالسيوم، ومدة المعالجة. وأخيرًا، تم التحقق من فعالية هذه المجموعة من العوامل البكتيرية في قمع التعرية بفعل الرياح من خلال ترسيب كربونات الكالسيوم عن طريق إجراء سلسلة من اختبارات نفق الرياح على الكثبان الرملية لتحديد حجم التعرية بفعل الرياح، وسرعة الانفصال العتبية، ومقاومة الرمال لقصف الرياح، كما تم إجراء قياسات المخترق ودراسات البنية المجهرية (مثل تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)).
يتطلب إنتاج كربونات الكالسيوم أيونات الكالسيوم وأيونات الكربونات. يمكن الحصول على أيونات الكالسيوم من مصادر مختلفة، مثل كلوريد الكالسيوم وهيدروكسيد الكالسيوم ومسحوق الحليب منزوع الدسم^54،55. أما أيونات الكربونات، فيمكن إنتاجها بطرق ميكروبية متنوعة، مثل تحلل اليوريا والأكسدة الهوائية أو اللاهوائية للمواد العضوية⁵⁶. في هذه الدراسة، تم الحصول على أيونات الكربونات من تفاعل أكسدة الفورمات والأسيتات. بالإضافة إلى ذلك، استخدمنا أملاح الكالسيوم للفورمات والأسيتات لإنتاج كربونات الكالسيوم النقية، وبالتالي لم نحصل إلا على ثاني أكسيد الكربون والماء كمنتجات ثانوية. في هذه العملية، تُستخدم مادة واحدة فقط كمصدر للكالسيوم والكربونات، ولا يتم إنتاج الأمونيا. هذه الخصائص تجعل مصدر الكالسيوم وطريقة إنتاج الكربونات التي اعتمدناها واعدة للغاية.
تُظهر الصيغ (7) إلى (14) التفاعلات المقابلة لفورمات الكالسيوم وأسيتات الكالسيوم لتكوين كربونات الكالسيوم. تُبين الصيغ (7) إلى (11) أن فورمات الكالسيوم تذوب في الماء لتكوين حمض الفورميك أو الفورمات. وبالتالي، يُعد المحلول مصدرًا لأيونات الكالسيوم والهيدروكسيد الحرة (الصيغتان 8 و9). نتيجةً لأكسدة حمض الفورميك، تتحول ذرات الكربون فيه إلى ثاني أكسيد الكربون (الصيغة 10). وفي النهاية، تتكون كربونات الكالسيوم (الصيغتان 11 و12).
وبالمثل، يتكون كربونات الكالسيوم من أسيتات الكالسيوم (المعادلات 13-15)، باستثناء أنه يتم تكوين حمض الأسيتيك أو الأسيتات بدلاً من حمض الفورميك.
بدون وجود الإنزيمات، لا يمكن أكسدة الأسيتات والفورمات في درجة حرارة الغرفة. يحفز إنزيم نازع هيدروجين الفورمات (FDH) والإنزيم المساعد A (CoA) أكسدة الفورمات والأسيتات لتكوين ثاني أكسيد الكربون، على التوالي (المعادلتان 16 و17) 57، 58، 59. تستطيع أنواع مختلفة من البكتيريا إنتاج هذه الإنزيمات، وقد استُخدمت في هذه الدراسة بكتيريا غيرية التغذية، وهي: بكتيريا العصوية الرقيقة (Bacillus subtilis) (PTCC #1204 (المجموعة الفارسية لزراعة الأنماط)، والمعروفة أيضًا باسم NCIMB #13061 (المجموعة الدولية للبكتيريا والخميرة والفيروسات والبلازميدات وبذور النباتات وزراعة أنسجة الخلايا النباتية))، وبكتيريا العصوية المحللة للنشا (Bacillus amyloliquefaciens) (PTCC #1732، NCIMB #12077). تمت زراعة هذه البكتيريا في وسط يحتوي على ببتون اللحم (5 جم/لتر) ومستخلص اللحم (3 جم/لتر)، ويسمى مرق المغذيات (NBR) (105443 ميرك).
وهكذا، تم تحضير أربع تركيبات لتحفيز ترسيب كربونات الكالسيوم باستخدام مصدرين للكالسيوم ونوعين من البكتيريا: فورمات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus subtilis (FS)، وفورمات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus amyloliquefaciens (FA)، وأسيتات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus subtilis (AS)، وأسيتات الكالسيوم وبكتيريا Bacillus amyloliquefaciens (AA).
في الجزء الأول من التصميم التجريبي، أُجريت اختبارات لتحديد التركيبة المثلى التي تحقق أقصى إنتاج لكربونات الكالسيوم. ولأن عينات التربة تحتوي على كربونات الكالسيوم، فقد صُممت مجموعة من اختبارات التقييم الأولية لقياس كمية كربونات الكالسيوم المنتجة بدقة من التركيبات المختلفة، كما جرى تقييم مخاليط من وسط الاستنبات ومحاليل مصدر الكالسيوم. ولكل تركيبة من مصدر الكالسيوم ومحلول البكتيريا المحددة أعلاه (FS، FA، AS، وAA)، تم استخلاص عوامل التحسين (تركيز مصدر الكالسيوم، ومدة المعالجة، وتركيز محلول البكتيريا المقاس بالكثافة الضوئية للمحلول، ونسبة مصدر الكالسيوم إلى محلول البكتيريا، ودرجة الحموضة) واستُخدمت في اختبارات نفق الرياح لمعالجة الكثبان الرملية الموضحة في الأقسام التالية.
أُجريت 150 تجربة لكل تركيبة لدراسة تأثير ترسيب كربونات الكالسيوم وتقييم عوامل مختلفة، وهي: تركيز مصدر الكالسيوم، ومدة المعالجة، وقيمة الامتصاص الضوئي للبكتيريا، ونسبة مصدر الكالسيوم إلى محلول البكتيريا، ودرجة الحموضة أثناء الأكسدة الهوائية للمواد العضوية (الجدول 1). وقد تم اختيار نطاق درجة الحموضة الأمثل للعملية بناءً على منحنيات نمو بكتيريا Bacillus subtilis وBacillus amyloliquefaciens بهدف تسريع النمو. يُشرح هذا بمزيد من التفصيل في قسم النتائج.
استُخدمت الخطوات التالية لتحضير العينات لمرحلة التحسين. حُضِّر محلول كربونات الكالسيوم الميكروبية (MICP) أولًا بضبط الرقم الهيدروجيني الأولي لوسط الاستنبات، ثم عُقِّم بالبخار عند درجة حرارة 121 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. بعد ذلك، لُقِّحت السلالة في تيار هواء صفائحي وحُفظت في حاضنة هزازة عند درجة حرارة 30 درجة مئوية وسرعة دوران 180 دورة في الدقيقة. بمجرد وصول الكثافة الضوئية للبكتيريا إلى المستوى المطلوب، مُزجت مع محلول مصدر الكالسيوم بالنسب المطلوبة (الشكل 1أ). تُرِك محلول كربونات الكالسيوم الميكروبية ليتفاعل ويتصلب في حاضنة هزازة عند سرعة دوران 220 دورة في الدقيقة ودرجة حرارة 30 درجة مئوية حتى الوصول إلى القيمة المستهدفة. فُصل كربونات الكالسيوم المترسب بعد الطرد المركزي عند قوة 6000 غرام لمدة 5 دقائق، ثم جُفِّف عند درجة حرارة 40 درجة مئوية لتحضير العينات لاختبار مقياس الكالسيوم (الشكل 1ب). تم قياس ترسب كربونات الكالسيوم (CaCO3) باستخدام مقياس بيرنارد، حيث يتفاعل مسحوق كربونات الكالسيوم مع حمض الهيدروكلوريك (HCl) بتركيز 1.0 مولار (ASTM-D4373-02) لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2)، ويُعد حجم هذا الغاز مقياسًا لمحتوى كربونات الكالسيوم (الشكل 1ج). ولتحويل حجم ثاني أكسيد الكربون إلى محتوى كربونات الكالسيوم، تم إنشاء منحنى معايرة بغسل مسحوق كربونات الكالسيوم النقي بحمض الهيدروكلوريك بتركيز 1 مولار ورسمه بيانيًا مقابل كمية ثاني أكسيد الكربون المتصاعدة. دُرست مورفولوجيا ونقاء مسحوق كربونات الكالسيوم المترسب باستخدام التصوير المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD). استُخدم مجهر ضوئي بتكبير 1000 مرة لدراسة تكوين كربونات الكالسيوم حول البكتيريا، وطور كربونات الكالسيوم المتكونة، ونشاط البكتيريا.
حوض دجغ منطقة معروفة بتعرضها الشديد للتآكل في جنوب غرب محافظة فارس بإيران، وقد جمع الباحثون عينات من التربة المتآكلة بفعل الرياح من المنطقة. أُخذت العينات من سطح التربة لأغراض الدراسة. أظهرت الاختبارات الأولية على عينات التربة أنها تربة رملية غير متجانسة تحتوي على طمي، وصُنفت ضمن فئة SP-SM وفقًا لنظام تصنيف التربة الموحد (USC) (الشكل 2أ). أظهر تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) أن تربة دجغ تتكون أساسًا من الكالسيت والكوارتز (الشكل 2ب). بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل تشتت طاقة الأشعة السينية (EDX) وجود عناصر أخرى مثل الألومنيوم والبوتاسيوم والحديد بنسب أقل.
لإعداد الكثبان الرملية المخبرية لاختبار التعرية بفعل الرياح، تم سحق التربة من ارتفاع 170 مم باستخدام قمع قطره 10 مم حتى الوصول إلى سطح صلب، مما أدى إلى تكوين كثيب رملي نموذجي بارتفاع 60 مم وقطر 210 مم. في الطبيعة، تتشكل الكثبان الرملية الأقل كثافة بفعل العمليات الريحية. وبالمثل، كانت العينة المُجهزة باستخدام الإجراء المذكور أعلاه ذات أقل كثافة نسبية، γ = 14.14 كيلو نيوتن/م³، مما أدى إلى تكوين مخروط رملي مترسب على سطح أفقي بزاوية استقرار تبلغ حوالي 29.7 درجة.
تم رش محلول MICP الأمثل الذي تم الحصول عليه في القسم السابق على منحدر الكثبان الرملية بمعدلات تطبيق 1 و 2 و 3 لتر/م2، ثم تم تخزين العينات في حاضنة عند 30 درجة مئوية (الشكل 3) لمدة 9 أيام (أي وقت المعالجة الأمثل) ثم تم إخراجها لإجراء اختبار نفق الرياح.
لكل معالجة، تم تحضير أربع عينات، واحدة لقياس محتوى كربونات الكالسيوم وقوة السطح باستخدام جهاز اختراق، بينما استُخدمت العينات الثلاث المتبقية لاختبارات التآكل بثلاث سرعات مختلفة. في اختبارات نفق الرياح، حُدد مقدار التآكل عند سرعات رياح مختلفة، ثم حُددت سرعة الانفصال الحدية لكل عينة معالجة باستخدام رسم بياني لمقدار التآكل مقابل سرعة الرياح. بالإضافة إلى اختبارات التآكل بفعل الرياح، خضعت العينات المعالجة لقصف رملي (أي تجارب القفز). تم تحضير عينتين إضافيتين لهذا الغرض بمعدلات تطبيق 2 و3 لتر/م². استمر اختبار القصف الرملي 15 دقيقة بتدفق 120 جم/م²، وهو ضمن نطاق القيم المختارة في الدراسات السابقة⁶⁰،⁶¹،⁶². كانت المسافة الأفقية بين فوهة الكشط وقاعدة الكثيب الرملي 800 مم، وتقع على ارتفاع 100 مم فوق قاع النفق. تم تحديد هذا الموضع بحيث سقطت جميع جزيئات الرمل القافزة تقريبًا على الكثيب الرملي.
أُجري اختبار نفق الرياح في نفق مفتوح بطول 8 أمتار وعرض 0.4 متر وارتفاع متر واحد (الشكل 4أ). النفق مصنوع من صفائح فولاذية مجلفنة، ويمكنه توليد سرعة رياح تصل إلى 25 مترًا في الثانية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم محول تردد لضبط تردد المروحة وزيادة التردد تدريجيًا للوصول إلى سرعة الرياح المطلوبة. يوضح الشكل 4ب الرسم التخطيطي للكثبان الرملية المتآكلة بفعل الرياح، وملف تعريف سرعة الرياح المقاسة في نفق الرياح.
أخيرًا، لمقارنة نتائج تركيبة الترسيب الميكروبي للكربونات غير اليوريالية المقترحة في هذه الدراسة مع نتائج اختبار التحكم بالترسيب الميكروبي للكربونات اليوريالية، تم تحضير عينات من الكثبان الرملية ومعالجتها بمحلول بيولوجي يحتوي على اليوريا وكلوريد الكالسيوم وبكتيريا سبوروسارسينا باستوري (نظرًا لقدرة هذه البكتيريا العالية على إنتاج اليورياز⁶³). بلغت الكثافة الضوئية للمحلول البكتيري 1.5، وكان تركيز كل من اليوريا وكلوريد الكالسيوم 1 مولار (تم اختياره بناءً على القيم الموصى بها في دراسات سابقة^36،64،65). يتكون وسط الاستنبات من مرق مغذي (8 غ/لتر) ويوريا (20 غ/لتر). رُشّ المحلول البكتيري على سطح الكثبان الرملية وتُرك لمدة 24 ساعة لالتصاق البكتيريا. بعد مرور 24 ساعة من الالتصاق، رُشّ محلول لاصق (كلوريد الكالسيوم واليوريا). يُشار إلى اختبار التحكم بالترسيب الميكروبي للكربونات اليوريالية فيما يلي بـ UMC. تم الحصول على محتوى كربونات الكالسيوم في عينات التربة المعالجة وغير المعالجة باليوريا عن طريق الغسل وفقًا للإجراء المقترح من قبل تشوي وآخرون.66
يوضح الشكل 5 منحنيات نمو بكتيريا Bacillus amyloliquefaciens وBacillus subtilis في وسط الاستنبات (المحلول المغذي) عند نطاق حموضة ابتدائي يتراوح بين 5 و10. وكما هو موضح في الشكل، نمت بكتيريا Bacillus amyloliquefaciens بشكل أسرع عند درجة حموضة تتراوح بين 6-8، بينما نمت بكتيريا Bacillus subtilis بشكل أسرع عند درجة حموضة تتراوح بين 7-9. لذلك، تم اعتماد نطاق الحموضة هذا في مرحلة التحسين.
منحنيات النمو لـ (أ) Bacillus amyloliquefaciens و (ب) Bacillus subtilis عند قيم pH أولية مختلفة للوسط الغذائي.
يوضح الشكل 6 كمية ثاني أكسيد الكربون المُنتَجة في جهاز قياس الجير برنارد، والتي تُمثل كربونات الكالسيوم المُترسبة (CaCO3). ولأن أحد العوامل كان ثابتًا في كل تركيبة، بينما كانت العوامل الأخرى متغيرة، فإن كل نقطة على هذه الرسوم البيانية تُشير إلى أقصى حجم لثاني أكسيد الكربون في تلك المجموعة من التجارب. وكما هو موضح في الشكل، مع زيادة تركيز مصدر الكالسيوم، ازداد إنتاج كربونات الكالسيوم. لذلك، يؤثر تركيز مصدر الكالسيوم بشكل مباشر على إنتاج كربونات الكالسيوم. ولأن مصدر الكالسيوم ومصدر الكربون هما نفس الشيء (أي فورمات الكالسيوم وأسيتات الكالسيوم)، فكلما زادت أيونات الكالسيوم المُتحررة، زادت كمية كربونات الكالسيوم المُتكونة (الشكل 6أ). في تركيبتي AS وAA، استمر إنتاج كربونات الكالسيوم في الازدياد مع زيادة مدة المعالجة حتى استقرت كمية الراسب تقريبًا بعد 9 أيام. أما في تركيبة FA، فقد انخفض معدل تكوين كربونات الكالسيوم عندما تجاوزت مدة المعالجة 6 أيام. بالمقارنة مع التركيبات الأخرى، أظهرت التركيبة FS معدل تكوين منخفضًا نسبيًا لكربونات الكالسيوم بعد 3 أيام (الشكل 6ب). في التركيبتين FA وFS، تم الحصول على 70% و87% من إجمالي إنتاج كربونات الكالسيوم بعد ثلاثة أيام، بينما في التركيبتين AA وAS، كانت هذه النسبة حوالي 46% و45% فقط على التوالي. يشير هذا إلى أن التركيبة القائمة على حمض الفورميك تتميز بمعدل تكوين كربونات الكالسيوم أعلى في المرحلة الأولية مقارنةً بالتركيبة القائمة على الأسيتات. مع ذلك، يتباطأ معدل التكوين مع زيادة مدة المعالجة. يمكن استنتاج من الشكل 6ج أنه حتى عند تركيزات بكتيرية أعلى من OD1، لا يوجد مساهمة ملحوظة في تكوين كربونات الكالسيوم.
التغير في حجم ثاني أكسيد الكربون (ومحتوى كربونات الكالسيوم المقابل) الذي تم قياسه بواسطة مقياس الكالسيوم برنارد كدالة لـ (أ) تركيز مصدر الكالسيوم، (ب) وقت التصلب، (ج) الكثافة الضوئية، (د) الرقم الهيدروجيني الأولي، (هـ) نسبة مصدر الكالسيوم إلى المحلول البكتيري (لكل تركيبة)؛ و (و) الحد الأقصى لكمية كربونات الكالسيوم المنتجة لكل تركيبة من مصدر الكالسيوم والبكتيريا.
فيما يتعلق بتأثير الرقم الهيدروجيني الأولي للوسط، يُظهر الشكل 6د أن إنتاج كربونات الكالسيوم (CaCO3) بلغ ذروته عند الرقم الهيدروجيني 7 في كل من FA وFS. تتوافق هذه الملاحظة مع الدراسات السابقة التي أشارت إلى أن إنزيمات FDH تكون أكثر استقرارًا عند الرقم الهيدروجيني 7-6.7. مع ذلك، بالنسبة لـ AA وAS، ازداد ترسب كربونات الكالسيوم عندما تجاوز الرقم الهيدروجيني 7. كما أظهرت الدراسات السابقة أن النطاق الأمثل للرقم الهيدروجيني لنشاط إنزيم CoA يتراوح بين 8 و9.2-6.8. وبالنظر إلى أن النطاق الأمثل للرقم الهيدروجيني لنشاط إنزيم CoA ونمو بكتيريا Bacillus amyloliquefaciens هو 8-9.2 و6-8 على التوالي (الشكل 5أ)، فمن المتوقع أن يكون الرقم الهيدروجيني الأمثل لتركيبة AA هو 8، ويتداخل النطاقان. وقد تأكدت هذه الحقيقة من خلال التجارب، كما هو موضح في الشكل 6د. بما أن الرقم الهيدروجيني الأمثل لنمو بكتيريا Bacillus subtilis يتراوح بين 7 و9 (الشكل 5ب)، والرقم الهيدروجيني الأمثل لنشاط إنزيم CoA يتراوح بين 8 و9.2، فمن المتوقع أن يكون أعلى معدل لترسيب كربونات الكالسيوم في نطاق الرقم الهيدروجيني 8-9، وهو ما يؤكده الشكل 6د (أي أن الرقم الهيدروجيني الأمثل للترسيب هو 9). تشير النتائج الموضحة في الشكل 6هـ إلى أن النسبة المثلى لمحلول مصدر الكالسيوم إلى محلول البكتيريا هي 1 لكل من محلولي الأسيتات والفورمات. وللمقارنة، تم تقييم أداء التركيبات المختلفة (AA، AS، FA، وFS) بناءً على أعلى إنتاج لكربونات الكالسيوم في ظل ظروف مختلفة (مثل تركيز مصدر الكالسيوم، ووقت المعالجة، والكثافة الضوئية، ونسبة مصدر الكالسيوم إلى محلول البكتيريا، والرقم الهيدروجيني الأولي). من بين التركيبات المدروسة، حققت التركيبة FS أعلى إنتاج لكربونات الكالسيوم، والذي كان أعلى بثلاث مرات تقريبًا من التركيبة AA (الشكل 6و). تم إجراء أربع تجارب تحكم خالية من البكتيريا لكلا مصدري الكالسيوم ولم يتم ملاحظة أي ترسب لكربونات الكالسيوم بعد 30 يومًا.
أظهرت صور المجهر الضوئي لجميع التركيبات أن الفاتيريت هو الطور الرئيسي الذي تشكلت فيه كربونات الكالسيوم (الشكل 7). كانت بلورات الفاتيريت كروية الشكل^69،70،71. وُجد أن كربونات الكالسيوم تترسب على الخلايا البكتيرية لأن سطحها مشحون بشحنة سالبة، ما يجعله مادة ماصة للأيونات ثنائية التكافؤ. وبالنظر إلى التركيبة FS كمثال في هذه الدراسة، بعد 24 ساعة، بدأت كربونات الكالسيوم بالتشكل على بعض الخلايا البكتيرية (الشكل 7أ)، وبعد 48 ساعة، ازداد عدد الخلايا البكتيرية المغطاة بكربونات الكالسيوم بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، وكما هو موضح في الشكل 7ب، أمكن رصد جزيئات الفاتيريت. وأخيرًا، بعد 72 ساعة، بدا أن عددًا كبيرًا من البكتيريا مرتبط ببلورات الفاتيريت، وازداد عدد جزيئات الفاتيريت بشكل ملحوظ (الشكل 7ج).
ملاحظات المجهر الضوئي لترسيب CaCO3 في تركيبات FS بمرور الوقت: (أ) 24، (ب) 48 و (ج) 72 ساعة.
لزيادة دراسة مورفولوجيا الطور المترسب، أُجريت تحليلات حيود الأشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للمساحيق. أكدت أطياف حيود الأشعة السينية (الشكل 8أ) وصور المجهر الإلكتروني الماسح (الشكل 8ب، ج) وجود بلورات الفاتيريت، إذ كانت ذات شكل يشبه الخس، ولوحظ تطابق بين قمم الفاتيريت وقمم الراسب.
(أ) مقارنة أطياف حيود الأشعة السينية لكربونات الكالسيوم المتكونة والفاتيريت. صور مجهرية إلكترونية ماسحة للفاتيريت عند تكبير (ب) 1 كيلوهرتز و (ج) 5.27 كيلوهرتز، على التوالي.
تُظهر نتائج اختبارات نفق الرياح في الشكلين 9أ و9ب. يتضح من الشكل 9أ أن سرعة التعرية الحدية (TDV) للرمل غير المعالج تبلغ حوالي 4.32 م/ث. عند معدل تطبيق 1 لتر/م² (الشكل 9أ)، تكون ميول خطوط معدل فقدان التربة للكسور FA وFS وAA وUMC متقاربة مع ميولها في الكثبان الرملية غير المعالجة. يشير هذا إلى أن المعالجة عند هذا المعدل غير فعالة، وبمجرد أن تتجاوز سرعة الرياح سرعة التعرية الحدية، تختفي القشرة الرقيقة للتربة، ويصبح معدل تعرية الكثبان الرملية مماثلاً لمعدلها في الكثبان الرملية غير المعالجة. كما أن ميل التعرية للكسر AS أقل من ميل التعرية للكسور الأخرى ذات قيم TDV المنخفضة (الشكل 9أ). تشير الأسهم في الشكل 9ب إلى أنه عند سرعة الرياح القصوى البالغة 25 م/ث، لم يحدث أي تآكل في الكثبان الرملية المعالجة عند معدلات التطبيق 2 و3 لتر/م². بعبارة أخرى، بالنسبة للكثبان الرملية FS وFA وAS وUMC، كانت أكثر مقاومة لتآكل الرياح الناتج عن ترسب كربونات الكالسيوم عند معدلات التطبيق 2 و3 لتر/م² مقارنةً بسرعة الرياح القصوى (أي 25 م/ث). وبالتالي، فإن قيمة TDV البالغة 25 م/ث التي تم الحصول عليها في هذه الاختبارات هي الحد الأدنى لمعدلات التطبيق الموضحة في الشكل 9ب، باستثناء حالة AA، حيث تكاد قيمة TDV تساوي سرعة نفق الرياح القصوى.
اختبار التعرية بفعل الرياح (أ) فقدان الوزن مقابل سرعة الرياح (معدل التطبيق 1 لتر/م2)، (ب) سرعة التمزق العتبية مقابل معدل التطبيق والتركيبة (CA لأسيتات الكالسيوم، CF لفورمات الكالسيوم).
يوضح الشكل 10 تآكل سطح الكثبان الرملية المعالجة بتركيبات ومعدلات تطبيق مختلفة بعد اختبار قذف الرمال، بينما تُعرض النتائج الكمية في الشكل 11. لم تُعرض حالة العينة غير المعالجة لعدم مقاومتها وتآكلها الكامل (فقدان الكتلة بالكامل) خلال اختبار قذف الرمال. يتضح من الشكل 11 أن العينة المعالجة بالمركب الحيوي AA فقدت 83.5% من وزنها عند معدل تطبيق 2 لتر/م²، بينما أظهرت جميع العينات الأخرى تآكلًا أقل من 30% خلال عملية قذف الرمال. عند زيادة معدل التطبيق إلى 3 لتر/م²، فقدت جميع العينات المعالجة أقل من 25% من وزنها. عند كلا معدلي التطبيق، أظهر المركب FS أفضل مقاومة لقذف الرمال. يُعزى الحد الأقصى والحد الأدنى لمقاومة قذف الرمال في العينات المعالجة بالمركبين FS وAA إلى الحد الأقصى والحد الأدنى لترسيب كربونات الكالسيوم (الشكل 6f).
نتائج قصف الكثبان الرملية ذات التركيبات المختلفة بمعدلات تدفق 2 و 3 لتر/م2 (تشير الأسهم إلى اتجاه الرياح، وتشير علامات الضرب إلى اتجاه الرياح العمودي على مستوى الرسم).
كما هو موضح في الشكل 12، ازداد محتوى كربونات الكالسيوم في جميع التركيبات مع زيادة معدل الاستخدام من 1 لتر/م² إلى 3 لتر/م². بالإضافة إلى ذلك، عند جميع معدلات الاستخدام، كانت التركيبة ذات أعلى محتوى من كربونات الكالسيوم هي FS، تليها FA ثم UMC. يشير هذا إلى أن هذه التركيبات قد تتمتع بمقاومة سطحية أعلى.
يوضح الشكل 13أ تغير مقاومة سطح عينات التربة غير المعالجة، والضابطة، والمعالجة، والمقاسة باختبار النفاذية. ويتضح من هذا الشكل أن مقاومة سطح تركيبات UMC وAS وFA وFS قد زادت بشكل ملحوظ مع زيادة معدل التطبيق. مع ذلك، كانت الزيادة في قوة السطح ضئيلة نسبيًا في تركيبة AA. وكما هو موضح في الشكل، تتمتع تركيبتا FA وFS من مادة MICP غير المتحللة باليوريا بنفاذية سطحية أفضل مقارنةً بمادة MICP المتحللة باليوريا. يوضح الشكل 13ب تغير سرعة التعرية الكلية (TDV) مع مقاومة سطح التربة. ويتضح من هذا الشكل أنه بالنسبة للكثبان الرملية ذات مقاومة سطحية أكبر من 100 كيلو باسكال، ستتجاوز سرعة التعرية الكلية 25 مترًا في الثانية. وبما أنه يمكن قياس مقاومة السطح في الموقع بسهولة باستخدام جهاز قياس النفاذية، فإن هذه المعلومة تساعد في تقدير سرعة التعرية الكلية في حال عدم إجراء اختبارات نفق الرياح، وبالتالي تُعد مؤشرًا لمراقبة الجودة للتطبيقات الميدانية.
تُظهر نتائج المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) في الشكل 14. يُظهر الشكلان 14أ و14ب جزيئات مُكبّرة من عينة التربة غير المُعالجة، مما يُشير بوضوح إلى أنها مُتماسكة ولا تحتوي على روابط طبيعية أو تماسك. يُظهر الشكل 14ج صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لعينة التحكم المُعالجة بـ MICP المُحلل باليوريا. تُظهر هذه الصورة وجود رواسب كربونات الكالسيوم (CaCO3) على شكل أشكال متعددة من الكالسيت. كما هو موضح في الأشكال من 14د إلى 14و، تربط كربونات الكالسيوم المُترسبة الجزيئات ببعضها البعض؛ ويمكن أيضًا تحديد بلورات الفاتيريت الكروية في الصور المجهرية الإلكترونية الماسحة. تُشير نتائج هذه الدراسة والدراسات السابقة إلى أن روابط كربونات الكالسيوم المُتشكلة على شكل أشكال متعددة من الفاتيريت تُوفر أيضًا قوة ميكانيكية معقولة؛ تُظهر نتائجنا أن مقاومة السطح تزداد إلى 350 كيلو باسكال، وأن سرعة الفصل العتبية تزداد من 4.32 إلى أكثر من 25 مترًا في الثانية. تتفق هذه النتيجة مع نتائج الدراسات السابقة التي تشير إلى أن مصفوفة CaCO3 المترسبة بواسطة MICP هي الفاتيريت، والتي تتمتع بقوة ميكانيكية معقولة ومقاومة للتآكل بفعل الرياح 13،40 ويمكنها الحفاظ على مقاومة معقولة للتآكل بفعل الرياح حتى بعد 180 يومًا من التعرض للظروف البيئية الميدانية 13.
(أ، ب) صور مجهرية إلكترونية ماسحة للتربة غير المعالجة، (ج) التحكم في تحلل اليوريا MICP، (د و) عينات معالجة بـ AA، (ز ط) عينات معالجة بـ AS، (ي ل) عينات معالجة بـ FA، و (م و) عينات معالجة بـ FS بمعدل تطبيق 3 لتر/م2 بتكبيرات مختلفة.
تُظهر الأشكال من 14د إلى 14و أنه بعد المعالجة بمركبات AA، ترسب كربونات الكالسيوم على سطح حبيبات الرمل وبينها، كما لوحظ وجود بعض حبيبات الرمل غير المغطاة. أما بالنسبة لمكونات AS، فعلى الرغم من أن كمية كربونات الكالسيوم المتكونة لم تزد بشكل ملحوظ (الشكل 6و)، إلا أن كمية التلامس بين حبيبات الرمل الناتجة عن كربونات الكالسيوم زادت بشكل ملحوظ مقارنةً بمركبات AA (الشكل 14ز إلى 14ط).
يتضح من الأشكال 14j-l و14m-o أن استخدام فورمات الكالسيوم كمصدر للكالسيوم يؤدي إلى زيادة إضافية في ترسيب كربونات الكالسيوم مقارنةً بمركب AS، وهو ما يتوافق مع قياسات مقياس الكالسيوم في الشكل 6f. ويبدو أن كربونات الكالسيوم الإضافية هذه تترسب بشكل رئيسي على جزيئات الرمل، ولا تُحسّن بالضرورة جودة التلامس. وهذا يؤكد السلوك الملاحظ سابقًا: فعلى الرغم من الاختلافات في كمية ترسيب كربونات الكالسيوم (الشكل 6f)، فإن التركيبات الثلاث (AS وFA وFS) لا تختلف اختلافًا كبيرًا من حيث الأداء المضاد للرياح (الشكل 11) ومقاومة السطح (الشكل 13a).
لتحسين رؤية الخلايا البكتيرية المغلفة بكربونات الكالسيوم وبصمة البكتيريا على البلورات المترسبة، تم التقاط صور مجهرية إلكترونية ماسحة عالية التكبير، والنتائج موضحة في الشكل 15. كما هو مبين، تترسب كربونات الكالسيوم على الخلايا البكتيرية، موفرةً النوى اللازمة للترسيب. يوضح الشكل أيضًا الروابط النشطة وغير النشطة الناتجة عن كربونات الكالسيوم. يمكن استنتاج أن أي زيادة في الروابط غير النشطة لا تؤدي بالضرورة إلى تحسين إضافي في الخواص الميكانيكية. لذلك، فإن زيادة ترسيب كربونات الكالسيوم لا تؤدي بالضرورة إلى زيادة القوة الميكانيكية، ويلعب نمط الترسيب دورًا هامًا. وقد دُرست هذه النقطة أيضًا في أعمال تيرزيس ولالوي⁷² وسوغي والكاباني^45،73. لمزيد من استكشاف العلاقة بين نمط الترسيب والقوة الميكانيكية، يُوصى بإجراء دراسات الترسيب الميكروبي للكربونات باستخدام التصوير المقطعي المحوسب، وهو ما يتجاوز نطاق هذه الدراسة (أي، إدخال تركيبات مختلفة من مصدر الكالسيوم والبكتيريا للترسيب الميكروبي للكربونات الخالي من الأمونيا).
أدى CaCO3 إلى تكوين روابط نشطة وغير نشطة في العينات المعالجة بتركيبة (أ) AS و (ب) FS وترك بصمة للخلايا البكتيرية على الرواسب.
كما هو موضح في الأشكال 14j-o و15b، توجد طبقة من كربونات الكالسيوم (وفقًا لتحليل EDX، فإن النسبة المئوية لكل عنصر في هذه الطبقة هي 11% كربون، 46.62% أكسجين، و42.39% كالسيوم، وهي نسبة قريبة جدًا من نسبة كربونات الكالسيوم في الشكل 16). تغطي هذه الطبقة بلورات الفاتيريت وجزيئات التربة، مما يساعد على الحفاظ على سلامة نظام التربة والرواسب. وقد لوحظ وجود هذه الطبقة فقط في العينات المعالجة بالتركيبة القائمة على الفورمات.
يقارن الجدول 2 قوة السطح، وسرعة الانفصال الحدية، ومحتوى كربونات الكالسيوم المُستحث بيولوجيًا في التربة المعالجة بمسارات الترسيب الميكروبي للكربونات (MICP) المُحللة لليوريا وغير المُحللة لها، وذلك في دراسات سابقة وهذه الدراسة. وتُعد الدراسات حول مقاومة التعرية بفعل الرياح لعينات الكثبان الرملية المعالجة بتقنية MICP محدودة. فقد درس مينغ وزملاؤه مقاومة التعرية بفعل الرياح لعينات الكثبان الرملية المُحللة لليوريا باستخدام منفاخ أوراق الشجر،¹³ بينما في هذه الدراسة، تم اختبار عينات الكثبان الرملية غير المُحللة لليوريا (بالإضافة إلى عينات ضابطة مُحللة لليوريا) في نفق هوائي، وعولجت بأربعة تركيبات مختلفة من البكتيريا والمواد.
كما هو واضح، تناولت بعض الدراسات السابقة معدلات تطبيق عالية تتجاوز 4 لتر/م²^13،41،74. ومن الجدير بالذكر أن معدلات التطبيق العالية قد لا تكون قابلة للتطبيق بسهولة في الميدان من الناحية الاقتصادية نظرًا للتكاليف المرتبطة بإمدادات المياه ونقلها وتطبيق كميات كبيرة منها. وقد حققت معدلات تطبيق منخفضة، مثل 1.62-2 لتر/م²، قوة سطح جيدة نسبيًا تصل إلى 190 كيلو باسكال وسرعة انتقال حراري تتجاوز 25 م/ث. في هذه الدراسة، حققت الكثبان الرملية المعالجة بتقنية الترسيب الميكروبي للكربونات القائمة على الفورمات دون تحلل اليوريا قوة سطح عالية مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها باستخدام مسار تحلل اليوريا في نفس نطاق معدلات التطبيق (أي أن العينات المعالجة بتقنية الترسيب الميكروبي للكربونات القائمة على الفورمات دون تحلل اليوريا تمكنت أيضًا من تحقيق نفس نطاق قيم قوة السطح كما ورد في دراسة مينغ وآخرون¹³، الشكل 13أ) عند معدلات تطبيق أعلى. ويمكن ملاحظة أيضًا أنه عند معدل تطبيق 2 لتر/م2، كان مردود كربونات الكالسيوم للتخفيف من تآكل الرياح عند سرعة رياح تبلغ 25 م/ث هو 2.25% لتقنية MICP القائمة على الفورمات بدون تحلل اليوريا، وهو قريب جدًا من الكمية المطلوبة من CaCO3 (أي 2.41%) مقارنة بالكثبان الرملية المعالجة بتقنية MICP الضابطة مع تحلل اليوريا عند نفس معدل التطبيق ونفس سرعة الرياح (25 م/ث).
بناءً على ذلك، يمكن استنتاج أن كلا مساري التحلل، سواءً باستخدام اليوريا أو بدونها، يوفران أداءً مقبولاً من حيث مقاومة السطح وقيمة TDV. ويكمن الاختلاف الرئيسي في أن مسار التحلل الخالي من اليوريا لا يحتوي على الأمونيا، وبالتالي يكون تأثيره البيئي أقل. إضافةً إلى ذلك، يبدو أن طريقة MICP القائمة على الفورمات، والتي لا تتضمن تحلل اليوريا والمقترحة في هذه الدراسة، تتفوق على طريقة MICP القائمة على الأسيتات، والتي لا تتضمن تحلل اليوريا أيضاً. مع أن محبي وآخرون درسوا طريقة MICP القائمة على الأسيتات، والتي لا تتضمن تحلل اليوريا، إلا أن دراستهم شملت عينات على أسطح مستوية.⁹ ونظراً لارتفاع درجة التعرية الناتجة عن تكوّن الدوامات حول عينات الكثبان الرملية، وما ينتج عنها من قصّ يؤدي إلى انخفاض قيمة TDV، فمن المتوقع أن تكون التعرية بفعل الرياح على عينات الكثبان الرملية أكثر وضوحاً من تلك التي تحدث على الأسطح المستوية عند السرعة نفسها.