Suksma sampun simpang ring nature.com. Versi panylahjah sané kaanggén madué dukungan CSS sané kawatesin. Mangda polih pengalaman sané pinih becik, tiang ngusulang mangda Sameton nganggén versi panylahjah sané anyar (utawi matiang mode kompatibilitas ring Internet Explorer). Tiosan ring punika, mangda prasida terus ngamolihang dukungan, situs puniki nénten pacang nyarengang gaya utawi JavaScript.
Badai debu puniki ngawinang baya sane ageng pisan majeng ring makudang-kudang panegara ring jagate santukan dampaknyane sane ngrusak ring pertanian, kesehatan manusa, jaringan transportasi lan infrastruktur. Punika mawinan, erosi angin kaanggep dados pikobet global. Silih sinunggil pendekatan sane ramah lingkungan anggen ngawatesin erosi angin inggih punika nganggen curah hujan karbonat induksi mikroba (MICP). Nanging, produk sampingan MICP sane madasar antuk degradasi urea, sekadi amonia, nenten becik yaning kakaryanin akeh. Panyelehan puniki nyobyahang kalih formulasi bakteri kalsium format anggen degradasi MICP nenten ngasilang urea lan komprehensif nyandingang kinerjanyane sareng kalih formulasi bakteri kalsium asetat sane nenten ngasilang amonia. Bakteri sane kapinehin inggih punika Basilus subtilis lan Basilus amilolikfasiens. Kapertama, nilai-nilai sane kaoptimalkan saking faktor-faktor sane ngontrol pembentukan CaCO3 katentuang. Tes terowongan angin raris kamargiang ring sampel bukit pasih sané karawat antuk formulasi sané kaoptimalkan, miwah resistensi erosi angin, kecepatan ambang batas stripping, miwah resistensi pemboman pasir kaukur. Alomorf kalsium karbonat (CaCO3) kaevaluasi nganggen mikroskop optik, mikroskop elektron pemindaian (SEM), miwah analisis difraksi sinar-X. Formulasi sane madasar antuk kalsium format mamargi becikan saking formulasi sane madasar antuk asetat ring sajeroning pawentukan kalsium karbonat. Tiosan ring punika, B. subtilis ngasilang kalsium karbonat sane akehan saking B. Mikrograf SEM jelas nyihnayang pengikatan lan pencetakan bakteri aktif lan inaktif ring kalsium karbonat sane kaawinang olih sedimentasi. Makasami rumusan punika prasida ngirangin erosi angin.
Erosi angin sampun sue kauningin pinaka pikobet ageng sane kapanggihin ring wewidangan tuh miwah semi-tuh sekadi Amerika Serikat sisi kelod kauh, Cina sisi kauh, Afrika Sahara, miwah akeh ring Timur Tengah1. Ujan sane kirang ring iklim tuh lan hiper-tuh sampun ngubah akeh wewidangan puniki dados gurun pasih, bukit pasih, lan tanah sane nenten katatenin. Erosi angin sané terus mamargi ngawinang baya ring palemahan ring infrastruktur sekadi jaringan transportasi, lahan pertanian, miwah lahan industri, ngawinang kahanan kauripan sané kaon miwah prabéya sané ageng ring pawangunan kota ring wewidangan puniki2,3,4. Sane mabuat, erosi angin nenten ja wantah mapanglalah ring genah sane mamargi, nanging taler ngawinang pikobet ring kesehatan lan ekonomi ring komunitas sane doh santukan ngangkut partikel antuk angin ka genah sane doh saking sumber5,6.
Pengendalian erosi angin tetep dados pikobet global. Makudang-kudang tata cara stabilisasi tanah kaanggen ngaonang erosi angin. Metode puniki rumasuk bahan sekadi aplikasi toya7, mulsa minyak8, biopolimer5, curah hujan karbonat induksi mikroba (MICP)9,10,11,12 lan curah hujan karbonat induksi enzim (EICP)1. Pembasahan tanah inggih punika metode standar sane kaanggen menekan debu ring tegal. Nanging, panguapannyane sane gelis ngawinang metode puniki efektivitasnyane kawatesin ring genah tuh miwah semi-tuh1. Penerapan senyawa mulsa minyak nincapang kohesi pasir miwah gesekan antarpartikel. Sifat kohesif ipun ngiket butiran pasih sareng-sareng; nanging, mulsa minyak taler ngawetuang pikobet sane lianan; warnannyane sane peteng nincapang penyerapan panas lan ngawinang padem entik-entikan lan mikroorganisme. Bau lan asepnyane prasida ngawinang pikobet ring pernapasan, lan sane pinih utama, biayanyane sane tegeh inggih punika pikobet sane tiosan. Biopolimer inggih punika silih sinunggil metode ramah lingkungan sane wau kaunggahang anggen ngirangin erosi angin; ipun kaekstraksi saking sumber alam sekadi entik-entikan, buron miwah bakteri. Permen karet xanthan, permen karet guar, kitosan miwah permen karet gellan inggih punika biopolimer sane pinih sering kawigunayang ring aplikasi rekayasa5. Nanging, biopolimer sane larut ring toya prasida kilangan kekuatan lan nglebur saking tanah yening keni toya13,14. EICP sampun mabukti dados metode penekanan debu sane efektif antuk makudang-kudang aplikasi minakadi margi sane nenten maaspal, kolam tailing lan lokasi konstruksi. Yadiastun pikolihnyane prasida ngawinang bagi, makudang-kudang kakirangan sane prasida kauratiang, sekadi prabea miwah kirangnyane genah nukleasi (sane prasida ngelisang pawentukan miwah pengendapan kristal CaCO315,16).
MICP kapertama katlatarang ring panguntat abad kaping 19 olih Murray miwah Irwin (1890) miwah Steinmann (1901) ring panyelehan ipun indik degradasi urea olih mikroorganisme ring segara17. MICP inggih punika proses biologis sane mamargi alami sane nyarengin makudang-kudang aktivitas mikroba lan proses kimia ring dija kalsium karbonat kaendapang olih reaksi ion karbonat saking metabolit mikroba sareng ion kalsium ring lingkungan18,19. MICP sane nyarengin siklus nitrogen sane ngrusak urea (MICP sane ngrusak urea) inggih punika soroh curah hujan karbonat sane pinih sering kalaksanayang olih mikroba, ring dija urease sane kakaryanin olih bakteri ngamargiang katalisis hidrolisis urea20,21,22,23,24,25,6,2.
Ring MICP sané nyarengin siklus karbon oksidasi uyah organik (MICP nénten madaging degradasi urea), bakteri heterotrofik ngawigunayang uyah organik sekadi asetat, laktat, sitrat, suksinat, oksalat, malat miwah glioksilat pinaka sumber energi mangda prasida ngasilang mineral karbonat28. Ring kawentenan kalsium laktat pinaka sumber karbon lan ion kalsium, reaksi kimia pembentukan kalsium karbonat kacihnayang ring persamaan (5).
Ring proses MICP, sel bakteri ngicenin genah nukleasi sane pinih mabuat pisan majeng ring pengendapan kalsium karbonat; permukaan sel bakteri bermuatan negatif lan prasida dados adsorben majeng ring kation divalen sekadi ion kalsium. Antuk nyerap ion kalsium ring sel bakteri, rikala konsentrasi ion karbonat jangkep, kation kalsium miwah anion karbonat bereaksi raris kalsium karbonat kaendapang ring baduur bakteri29,30. Pamarginnyane prasida kacutetang sakadi ring sor puniki31,32:
Kristal kalsium karbonat sane kahasilang olih biogenerasi prasida kakepah dados tiga soroh: kalsit, vaterit, lan aragonit. Pantaraning punika, kalsit miwah vaterit inggih punika alomorf kalsium karbonat sané pinih sering kainduksi olih bakteri33,34. Kalsit inggih punika kalsium karbonat alomorf35 sané pinih stabil ring termodinamis. Yadiastun vaterit sampun kalaporang metastabil, pamuputnyane mauwah dados kalsit36,37. Vaterite inggih punika sane pinih padat saking kristal puniki. Punika kristal heksagonal sane madue kemampuan pengisian pori sane becikan saking kristal kalsium karbonat sane lianan santukan ukurannyane sane agengan38. Kakalih MICP sane kadegradasi urea lan sane nenten kadegradasi urea prasida ngawinang curah hujan vaterit13,39,40,41.
Yadiastun MICP sampun nyihnayang potensi sane majanji ring sajeroning stabilisasi tanah sane bermasalah lan tanah sane mudah keni erosi angin42,43,44,45,46,47,48, silih sinunggil produk sampingan hidrolisis urea inggih punika amonia, sane prasida ngawinang pikobet kesehatan sane ringan ngantos berat manut ring tingkat eksposur49. Efek samping puniki ngawinang kawigunan teknologi khusus puniki kontroversial, napi malih rikalaning area sane ageng perlu karawat, sekadi anggen penekanan debu. Tiosan ring punika, ambun amonia nenten prasida katerima rikala proses punika kamargiang antuk tingkat aplikasi sane tegeh lan volume sane ageng, sane prasida ngawinang aplikabilitas praktisnyane. Yadiastun ring penelitian sane anyar sampun nyihnayang ion amonium prasida katedunang antuk nguwah dados produk sane tiosan sekadi struvit, tata cara puniki nenten prasida ngicalang ion amonium50. Punika mawinan, kantun wenten kabuatang mangda prasida ngalimbakang solusi alternatif sane nenten ngasilang ion amonium. Kawigunan jalur degradasi non-urea majeng ring MICP prasida ngicenin solusi sane becik sane sampun kaon kaeksplorasi ring konteks mitigasi erosi angin. Fattahi miwah sane lianan. nyelehin degradasi MICP sane nenten madaging urea nganggen kalsium asetat lan Basilus megaterium41, selanturnyane Mohebbi dkk. sane kaanggen kalsium asetat lan Basilus amilolikfasiens9. Nanging, panyelehan ipun nenten kasandingang sareng sumber kalsium tiosan miwah bakteri heterotrofik sane pamuputnyane prasida nincapang ketahanan erosi angin. Taler kirangnyane literatur sane nyaihang jalur degradasi bebas urea sareng jalur degradasi urea ring mitigasi erosi angin.
Lianan ring punika, akehan studi erosi angin lan pengendalian debu sampun kalaksanayang ring sampel tanah sane madue permukaan sane rata.1,51,52,53 Nanging, permukaan sane rata kirang lumrah ring alam yening saihang sareng bukit lan lekukan. Punika mawinan bukit pasih dados fitur lanskap sane pinih sering kapanggihin ring wewidangan gurun pasih.
Mangda prasida nanganin kakirangan sane sampun kabaosang ring ajeng, tetilikan puniki matetujon mangda prasida nyobyahang set anyar agen bakteri sane ngasilang non-amonia. Antuk tetujon punika, iraga mapikayun indik jalur MICP sane ngrusak non-urea. Efisiensi kalih sumber kalsium (kalsium format lan kalsium asetat) sane kaselehin. Sakadi sane sampun kauningin olih pangawi, curah hujan karbonat nganggen kalih sumber kalsium lan kombinasi bakteri (inggih punika kalsium format-Bacillus subtilis lan kalsium format-Bacillus amyloliquefaciens) durung kaselehin ring tetilikan sadurungnyane. Pilihan bakteri puniki kadasarin antuk enzim sané kamedalang sané ngawinang oksidasi kalsium format miwah kalsium asetat mangda prasida ngwentuk curah hujan karbonat mikroba. Iraga ngaryanin studi eksperimental sane jangkep anggen manggihang faktor-faktor sane optimal sekadi pH, soroh bakteri lan sumber kalsium lan konsentrasinyane, rasio bakteri sareng larutan sumber kalsium lan galah penyembuhan. Pamuputnyane, efektivitas set agen bakteri puniki ring sajeroning menekan erosi angin malarapan antuk curah hujan kalsium karbonat kaselehin antuk ngamargiang serangkaian tes terowongan angin ring bukit pasih anggen nentuang magnitudo erosi angin, kecepatan penembusan ambang batas lan ketahanan bombardment angin microeg measure, lan ( analisis difraksi (XRD) miwah mikroskop elektron pemindaian (SEM)) taler kamargiang.
Produksi kalsium karbonat punika ngamerluang ion kalsium miwah ion karbonat. Ion kalsium prasida kapolihang saking makudang-kudang sumber kalsium minakadi kalsium klorida, kalsium hidroksida, lan susu bubuk skim54,55. Ion karbonat prasida kakaryanin antuk makudang-kudang metode mikroba sekadi hidrolisis urea miwah oksidasi aerobik utawi anaerobik bahan organik56. Ring tetilikan puniki, ion karbonat kapolihang saking reaksi oksidasi format lan asetat. Lianan ring punika, iraga nganggen uyah kalsium format lan asetat anggen ngasilang kalsium karbonat murni, dadosnyane wantah CO2 lan H2O sane kapolihang pinaka produk sampingan. Ring proses puniki, wantah asiki zat sane mawiguna dados sumber kalsium lan sumber karbonat, lan nenten wenten amonia sane kaasilang. Ceciren punika sane ngawinang sumber kalsium lan metode produksi karbonat sane iraga anggep dahat majanji.
Reaksi sane anut saking kalsium format lan kalsium asetat sane ngawentuk kalsium karbonat kacihnayang ring rumus (7)-(14). Rumus (7)-(11) nyihnayang kalsium format larut ring toya ngawentuk asam formik utawi format. Larutan punika mawinan dados sumber ion kalsium lan hidroksida bebas (rumus 8 lan 9). Pinaka pikolih saking oksidasi asam formik, atom karbon ring asam formik kauwah dados karbondioksida (rumus 10). Kalsium karbonat pamuputnyane kawentuk (rumus 11 lan 12).
Asapunika taler kalsium karbonat kawentuk saking kalsium asetat (persamaan 13-15), sajabaning asam asetat utawi asetat kawentuk gumanti asam formik.
Tan wenten enzim, asetat lan format nenten prasida kaoksidasi ring suhu kamar. FDH (format dehidrogenase) lan CoA (koenzim A) ngamargiang katalisis oksidasi format lan asetat mangda prasida ngawentuk karbondioksida, soang-soang (Pers. 16, 17) 57, 58, 59. Makudang-kudang bakteri prasida ngasilang enzim puniki, lan subbakteris CCPT nasimet #1204 (Koleksi Budaya Jenis Persia), taler kaloktah pinaka NCIMB #13061 (Koleksi Internasional Bakteri, Ragi, Fag, Plasmid, Bibit Entik-entikan miwah Budaya Jaringan Sel Entik-entikan) miwah Bacillus amiloliquefaciens (PTCC #1732 puniki), Bakteri puniki kapanakang ring media sane madaging pepton daging (5 g/L) lan ekstrak daging (3 g/L), sane kawastanin kaldu nutrisi (NBR) (105443 Merck).
Dadosnyane, petang formulasi sane kasiagayang anggen nginduksi presipitasi kalsium karbonat nganggen kalih sumber kalsium lan kalih bakteri: kalsium format lan Basilus subtilis (FS), kalsium format lan Basilus amiloliquefaciens (FA), kalsium asetat lan Basilus subtilis (AS), lan amilolik wajah (AA) sane wenten.
Ring pahan kapertama desain eksperimental, tes kamargiang anggen nentuang kombinasi sane pinih becik sane pacang ngamolihang produksi kalsium karbonat sane maksimal. Santukan sampel tanah madaging kalsium karbonat, seperangkat tes evaluasi awal kakaryanin mangda prasida ngukur CaCO3 sane kaasilang olih kombinasi sane mabinayan antuk akurat, lan campuran media kultur lan larutan sumber kalsium kaevaluasi. Antuk soang-soang kombinasi sumber kalsium miwah larutan bakteri sane sampun kategesang ring ajeng (FS, FA, AS, miwah AA), faktor optimasi (konsentrasi sumber kalsium, galah pengawetan, konsentrasi larutan bakteri sane kaukur antuk kepadatan optik larutan (OD), sumber kalsium ring rasio tes win terowongan bakteri, miwah pH) kasurat miwah kawigunayang ring perawatan bagian-bagian.
Antuk soang-soang kombinasi, 150 percobaan kalaksanayang anggen malajahin efek curah hujan CaCO3 lan ngevaluasi makudang-kudang faktor, inggih punika konsentrasi sumber kalsium, galah pengawetan, nilai OD bakteri, rasio sumber kalsium majeng ring larutan bakteri lan pH rikala oksidasi aerobik bahan organik1 (T). Kisaran pH anggen proses sane kaoptimalkan kapilih manut kurva pertumbuhan Bacillus subtilis lan Bacillus amyloliquefaciens mangda prasida ngamolihang pertumbuhan sane gelis. Indike punika katlatarang salanturnyane ring paletan Pikolih.
Langkah-langkah ring sor puniki kaanggen nyiagayang sampel ring fase optimasi. Larutan MICP kapertama kakaryanin antuk nyesuaiang pH pangawit media kultur lan salanturnyane ka autoklaf ring suhu 121 °C salami 15 menit. Galur raris kainokulasi ring aliran udara laminar lan kapertahanin ring inkubator sane magejeran ring suhu 30 °C lan 180 rpm. Risampune OD bakteri punika ngantos ring tingkat sane kaaptiang, punika kacampur sareng larutan sumber kalsium ring proporsi sane kaaptiang (Gambar 1a). Larutan MICP kaicenin mangda prasida bereaksi lan ngajegang ring inkubator sane kagebug ring 220 rpm lan 30 °C salami galah sane prasida nyujur nilai target. CaCO3 sane kaendapang kapisahin sesampun sentrifugasi ring 6000 g salami 5 menit lan salanturnyane kakering ring suhu 40 °C anggen nyiagayang sampel sane kaanggen tes kalsimeter (Gambar 1b). Penurunan CaCO3 selanturnyane kaukur nganggen kalsimeter Bernard, ring dija bubuk CaCO3 bereaksi sareng HCl 1,0 N (ASTM-D4373-02) ngasilang CO2, lan volume gas puniki pinaka ukuran kadar CaCO3 (Gambar 1c). Anggen nguwah volume CO2 dados kadar CaCO3, kurva kalibrasi kapolihang antuk ngumbah bubuk CaCO3 murni antuk 1 N HCl lan ngaplotnyane majeng ring CO2 sane maevolusi. Morfologi lan kemurnian bubuk CaCO3 sane kaendapang kaselehin nganggen pencitraan SEM lan analisis XRD. Mikroskop optik antuk pembesaran 1000 kawigunayang anggen malajahin pawentukan kalsium karbonat ring wawidangan bakteri, fase kalsium karbonat sane kawentuk, miwah aktivitas bakteri.
Cekungan Dejegh inggih punika genah sane sampun kaloktah sane banget kaerosi ring Provinsi Fars Iran sisi kelod kauh, lan para peneliti mupulang sampel tanah sane kaerosi angin saking wewidangan punika. Sampel sane kaambil saking permukaan tanah sane kaanggen ring tetilikan. Tes indikator ring sampel tanah nyihnayang tanah punika tanah pasih sane kasorohang kaon antuk endut lan kaklasifikasiang dados SP-SM manut Sistem Klasifikasi Tanah Terpadu (USC) (Gambar 2a). Analisis XRD nyihnayang tanah Dejegh utamanyane kawangun antuk kalsit lan kuarsa (Gambar 2b). Tiosan ring punika, analisis EDX nyihnayang unsur-unsur sane lianan sekadi Al, K, lan Fe taler wenten ring proporsi sane alitan.
Anggen nyiagayang bukit pasih laboratorium anggen nguji erosi angin, tanah punika karemuk saking tegeh 170 mm nglintangin corong diameter 10 mm nuju permukaan sane kukuh, ngasilang bukit pasih khas sane tegehnyane 60 mm lan diameternyane 210 mm. Ring alam, pasih sané pinih andap kapadetannyané kawentuk olih proses aeolian. Punika taler, sampel sane kasiagayang nganggen prosedur ring ajeng madue kepadatan relatif sane pinih andap, γ = 14,14 kN/m3, ngawentuk kerucut pasir sane kagenahang ring permukaan horizontal antuk sudut istirahat kirang langkung 29,7 °.
Larutan MICP sane optimal sane kapolihang ring pahan sadurungnyane kasemprot ring lereng bukit pasih antuk tingkat aplikasi 1, 2 lan 3 lm-2 lan selanturnyane sampel kasimpen ring inkubator ring suhu 30 °C (Gambar 3) salami 9 rahina (inggih punika galah pengawetan terowongan sane optimal) lan selanturnyane kamedalang antuk win te.
Antuk soang-soang perlakuan, petang spesimen sampun kasiagayang, asiki anggen ngukur kadar kalsium karbonat lan kekuatan permukaan nganggen penetrometer, lan tiga spesimen sane masisa kaanggen tes erosi ring tiga kecepatan sane mabinayan. Ring tes terowongan angin, jumlah erosi katentuang ring kecepatan angin sane mabinayan, lan selanturnyane kecepatan pecah ambang antuk soang-soang spesimen perlakuan katentuang nganggen plot jumlah erosi lawan kecepatan angin. Tiosan ring tes erosi angin, spesimen sane karawat kalaksanayang bom pasir (inggih punika, percobaan meloncat). Kalih spesimen tambahan kasiagayang antuk tetujon puniki antuk tingkat aplikasi 2 miwah 3 L m−2. Tes pemboman pasir mamargi 15 menit antuk fluks 120 gm−1, sane wenten ring kisaran nilai sane kapilih ring studi sadurungnyane60,61,62. Jarak horizontal pantaraning nozzle abrasif lan dasar bukit pasih inggih punika 800 mm, magenah 100 mm ring baduur dasar terowongan. Posisi puniki kaatur mangda meh-mehan samian partikel pasih sane meloncat punika runtuh ring bukit pasih.
Tes terowongan angin kamargiang ring terowongan angin terbuka sane panjangnyane 8 m, linggahnyane 0,4 m lan tegehnyane 1 m (Gambar 4a). Terowongan angin puniki kakaryanin saking lembaran baja galvanis lan prasida ngasilang kecepatan angin sane ngantos 25 m/s. Lianan ring punika, konverter frekuensi kaanggen nyesuaiang frekuensi kipas angin lan saka kidik nincapang frekuensi mangda ngamolihang kecepatan angin sane kaaptiang. Gambar 4b nyihnayang diagram skematis bukit pasir sane kaerosi olih angin lan profil kecepatan angin sane kaukur ring terowongan angin.
Pamuputnyane, anggen nyaihang pikolih rumusan MICP non-urealitik sane kaunggahang ring tetilikan puniki sareng pikolih tes kontrol MICP urealitik, sampel bukit pasih taler kasiagayang lan karawat antuk larutan biologis sane madaging urea, kalsium klorida lan Sporosarcina pasteurii (sawireh Sporosarcina madue produbilitas signifikan). Kepadatan optik larutan bakteri inggih punika 1,5, lan konsentrasi urea lan kalsium klorida inggih punika 1 M (kapilih madasar antuk nilai sane sampun kaanjurang ring tetilikan sadurungnyane36,64,65). Media kultur sane kaanggen inggih punika kaldu nutrisi (8 g/L) lan urea (20 g/L). Larutan bakteri punika kasemprot ring permukaan bukit pasih lan kagenahang salami 24 jam mangda bakteri prasida neket. Sesampune 24 jam nempel, larutan semen (kalsium klorida lan urea) kasemprot. Tes kontrol MICP urealitik salanturnyane kasengguh UMC. Kandungan kalsium karbonat ring sampel tanah sane karawat antuk urealitik lan non-urealitik kapolihang antuk ngumbah manut tata cara sane kaunggahang olih Choi dkk.66.
Gambar 5 nyihnayang kurva pertumbuhan Basil amilolikfasiens lan Basil subtilis ring media kultur (larutan nutrisi) antuk pH awal kisaran 5 ngantos 10. Sekadi sane kacihnayang ring gambar, Basil amilolikfasien lan Basil subtilis respektif, tumbuh gelisan ring pH-6. Punika mawinan, rentang pH puniki kaambil ring tahap optimasi.
Kurva pertumbuhan (a) Basilus amilolikfasiens lan (b) Basilus subtilis ring nilai pH awal sane mabinayan saking media nutrisi.
Gambar 6 nyihnayang akehnyane karbondioksida sane kaasilang ring limemeter Bernard, sane ngangganin endapan kalsium karbonat (CaCO3). Santukan asiki faktor tetep ring soang-soang kombinasi miwah faktor tiosan mabinayan, soang-soang titik ring grafik puniki manut sareng volume maksimum karbondioksida ring makudang-kudang percobaan punika. Sekadi sane kacihnayang ring gambar, rikala konsentrasi sumber kalsium sayan nincap, produksi kalsium karbonat sayan nincap. Punika mawinan, konsentrasi sumber kalsium langsung mapangaruh ring produksi kalsium karbonat. Santukan sumber kalsium lan sumber karbon pateh (inggih punika, kalsium format lan kalsium asetat), sayan akeh ion kalsium sane kalepas, sayan akeh kalsium karbonat sane kawentuk (Gambar 6a). Ring formulasi AS lan AA, produksi kalsium karbonat terus nincap antuk nincapnyane galah pengawetan kantos jumlah endapan meh-mehan nenten berubah sesampun 9 rahina. Ring formulasi FA, laju pembentukan kalsium karbonat sayan rered ritatkala galah pengeringan nglintangin 6 rahina. Yening saihang sareng formulasi sane lianan, formulasi FS nyihnayang tingkat pembentukan kalsium karbonat sane relatif rendah sesampun 3 rahina (Gambar 6b). Ring formulasi FA lan FS, 70% lan 87% saking total produksi kalsium karbonat kapolihang sesampun tigang rahina, nanging ring formulasi AA lan AS, proporsi puniki wantah sawatara 46% lan 45%, soang-soang. Puniki nyihnayang formulasi sane madasar antuk asam formik madue tingkat pembentukan CaCO3 sane tegehan ring tahap awal yening saihang sareng formulasi sane madasar antuk asetat. Nanging, pamargin pembentukan sayan ngalonang antuk nincapnyane galah ngawetuang. Prasida kacingak saking Gambar 6c yadiastun ring konsentrasi bakteri sane wenten ring baduur OD1, nenten wenten kontribusi sane signifikan ring pembentukan kalsium karbonat.
Pauwahan volume CO2 (lan kandungan CaCO3 sane anut) sane kaukur antuk kalsimeter Bernard pinaka fungsi saking (a) konsentrasi sumber kalsium, (b) galah pengaturan, (c) OD, (d) pH awal, (e) rasio sumber kalsium sareng larutan bakteri (ring soang-soang formulasi); lan (f) jumlah maksimum kalsium karbonat sane kaasilang antuk soang-soang kombinasi sumber kalsium lan bakteri.
Ngeninin indik efek pH awal media, Gambar 6d nyihnayang yening antuk FA lan FS, produksi CaCO3 ngantos nilai maksimum ring pH 7. Panyelehan puniki konsisten sareng studi sadurungnyane yening enzim FDH pinih stabil ring pH 7-6,7. Nanging, majeng ring AA lan AS, curah hujan CaCO3 nincap ritatkala pH nglintangin 7. Studi sadurungnyane taler nyihnayang indik rentang pH sane optimal majeng ring aktivitas enzim CoA inggih punika saking 8 ngantos 9,2-6,8. Mapaiketan sareng rentang pH sane pinih becik anggen aktivitas enzim CoA lan pertumbuhan B. amyloliquefaciens inggih punika (8-9,2) lan (6-8), soang-soang (Gambar 5a), pH sane pinih becik saking formulasi AA kaaptiang dados 8, lan kalih rentang pH punika tumpang tindih. Kasujatian punika kacumpuin antuk percobaan, sakadi sane kacihnayang ring Gambar 6d. Santukan pH sane optimal antuk pertumbuhan B. subtilis inggih punika 7-9 (Gambar 5b) lan pH sane optimal antuk aktivitas enzim CoA inggih punika 8-9,2, hasil curah hujan CaCO3 maksimum kaaptiang wenten ring kisaran pH 8-9, sane kacumpuin olih Gambar 6d (inggih punika, pH curah hujan sane optimal inggih punika 9). Pikolih sane kasinahang ring Gambar 6e nyihnayang rasio optimal larutan sumber kalsium sareng larutan bakteri inggih punika 1 antuk larutan asetat lan format. Pinaka perbandingan, kinerja formulasi sane mabinayan (inggih punika, AA, AS, FA, lan FS) kaevaluasi madasar antuk produksi CaCO3 maksimum ring kondisi sane mabinayan (inggih punika, konsentrasi sumber kalsium, galah pengawetan, OD, rasio sumber kalsium majeng ring larutan bakteri, lan pH awal). Pantaraning formulasi sane kaselehin, formulasi FS madue produksi CaCO3 sane pinih ageng, sane kirang langkung tigang kalih saking formulasi AA (Gambar 6f). Petang percobaan kontrol bebas bakteri kamargiang antuk kalih sumber kalsium lan nenten wenten curah hujan CaCO3 sane katitenin sesampun 30 rahina.
Gambar mikroskop optik saking makasami formulasi nyihnayang vaterit inggih punika fase utama ring dija kalsium karbonat kawentuk (Gambar 7). Kristal vaterit mawentuk bola69,70,71. Kapanggihin kalsium karbonat ngendap ring sel bakteri santukan permukaan sel bakteri madaging muatan negatif taler prasida dados adsorben ring kation divalen. Ngambil formulasi FS pinaka imba ring tetilikan puniki, risampune 24 jam, kalsium karbonat ngawit kawentuk ring makudang-kudang sel bakteri (Gambar 7a), lan risampune 48 jam, akeh sel bakteri sane kalapisin antuk kalsium karbonat nincap pisan. Lianan ring punika, sakadi sane kacihnayang ring Gambar 7b, partikel vaterit taler prasida kadeteksi. Pamuputnyane, risampune 72 jam, akeh bakteri sane kacingak kaiket olih kristal vaterit, lan akeh partikel vaterit sayan nincap (Gambar 7c).
Panyelehan mikroskop optik curah hujan CaCO3 ring komposisi FS saking galah ka galah: (a) 24, (b) 48 lan (c) 72 h.
Mangda prasida nyelehin salanturnyane morfologi fase endapan, difraksi sinar-X (XRD) lan analisis SEM bubuk-bubuk punika kamargiang. Spektrum XRD (Gambar 8a) lan mikrograf SEM (Gambar 8b, c) nyantenang kawentenan kristal vaterit, santukan madue wangun sekadi selada lan korespondensi pantaraning puncak vaterit lan puncak endapan sane katitenin.
(a) Perbandingan spektrum difraksi sinar-X CaCO3 sane kawentuk lan vaterit. Mikrograf SEM vaterit ring (b) 1 kHz lan (c) pembesaran 5,27 kHz, soang-soang.
Pikolih tes terowongan angin punika kacihnayang ring Gambar 9a, b. Prasida kacingak saking Gambar 9a yening kecepatan erosi ambang batas (TDV) pasih sane nenten karawat inggih punika sawatara 4,32 m/s. Ring tingkat aplikasi 1 l/m2 (Gambar 9a), lereng garis tingkat kehilangan tanah antuk fraksi FA, FS, AA lan UMC kirang langkung pateh sareng ring bukit pasih sane nenten karawat. Indike puniki nyihnayang indik perawatan ring tingkat aplikasi puniki nenten efektif lan digelis kecepatan angin nglintangin TDV, kerak tanah tipis punika ical lan tingkat erosi bukit pasih pateh sareng bukit pasih sane nenten karawat. Lereng erosi fraksi AS taler andap saking fraksi sane lianan antuk absis sane andap (inggih punika TDV) (Gambar 9a). Panah ring Gambar 9b nyihnayang yening ring kecepatan angin maksimum 25 m/s, nenten wenten erosi sane wenten ring bukit pasih sane karawat antuk tingkat aplikasi 2 lan 3 l/m2. Tegesnyane, majeng ring FS, FA, AS lan UMC, bukit pasih punika pinih tahan ring erosi angin sane kaawinang olih pengendapan CaCO3 ring tingkat aplikasi 2 lan 3 l/m2 bandingang ring kecepatan angin maksimum (inggih punika 25 m/s). Dadosnyane, nilai TDV 25 m/s sane kapolihang ring tes puniki inggih punika wates sor antuk tingkat aplikasi sane kasinahang ring Gambar 9b, sajabaning kasus AA, ring dija TDVnyane meh-mehan pateh sareng kecepatan terowongan angin maksimum.
Tes erosi angin (a) Penurunan berat badan lawan kecepatan angin (tingkat aplikasi 1 l/m2), (b) Kecepatan tear-off ambang lawan tingkat aplikasi lan formulasi (CA antuk kalsium asetat, CF antuk kalsium format).
Gambar 10 nyihnayang erosi permukaan bukit pasir sane karawat antuk formulasi lan tingkat aplikasi sane matiosan sesampun uji pemboman pasir lan pikolih kuantitatif kasinahang ring Gambar 11. Kasus sane nenten karawat nenten kasinahang santukan nenten nyihnayang resistensi lan sampun jangkep kaerosi (total mass loss) rikala uji pemboman pasir. Kacingak saking Gambar 11 yening sampel sane karawat antuk biokomposisi AA kilangan 83,5% bobotnyane ring tingkat aplikasi 2 l/m2 sedengkan makasami sampel sane lianan nyihnayang erosi kirang saking 30% rikala proses pemboman pasir. Rikalaning tingkat aplikasi katincapang dados 3 l/m2, makasami sampel sane karawat kirang saking 25% saking bobotnyane. Ring kalih tingkat aplikasi, senyawa FS nyihnayang ketahanan sane pinih becik majeng ring pemboman pasir. Resistensi pemboman maksimum lan minimal ring sampel sane karawat FS lan AA prasida kaiket sareng curah hujan CaCO3 maksimum lan minimalnyane (Gambar 6f).
Pikolih pemboman pasih sane komposisinyane mabinayan antuk laju aliran 2 lan 3 l/m2 (panah nyihnayang arah angin, silang nyihnayang arah angin sane tegak lurus ring widang gambar).
Sekadi sane kacihnayang ring Gambar 12, kadar kalsium karbonat ring makasami rumus nincap rikala tingkat aplikasi nincap saking 1 L/m2 ngantos 3 L/m2. Tiosan ring punika, ring makasami tingkat aplikasi, rumus sane madue kandungan kalsium karbonat pinih akeh inggih punika FS, kalanturang antuk FA lan UMC. Puniki nyinahang yéning rumus-rumus puniki minab madué resistensi permukaan sané tegehan.
Gambar 13a nyihnayang pauwahan daya tahan permukaan sampel tanah sane nenten karawat, kontrol lan karawat sane kaukur antuk tes permeameter. Saking gambar punika, kacihnayang indik daya tahan permukaan formulasi UMC, AS, FA lan FS nincap pisan antuk nincapnyane tingkat aplikasi. Nanging, panincapan kekuatan permukaan relatif alit ring rumusan AA. Sekadi sane kacihnayang ring gambar, formulasi FA lan FS MICP sane nenten kadegradasi urea madue permeabilitas permukaan sane becikan yening saihang sareng MICP sane kadegradasi urea. Gambar 13b nyihnayang pauwahan TDV antuk daya tahan permukaan tanah. Saking gambar puniki, sampun sinah mabukti yening antuk bukit pasih sane madue daya tahan permukaan sane agengan saking 100 kPa, kecepatan stripping ambang batas pacang nglintangin 25 m/s. Santukan resistensi permukaan in situ prasida dangan kaukur antuk permeameter, kaweruhan puniki prasida ngwantu ngirangin TDV ring nenten wentennyane uji terowongan angin, antuk punika mawiguna dados indikator kontrol kualitas antuk aplikasi lapangan.
Pikolih SEM kacihnayang ring Gambar 14. Gambar 14a-b nyihnayang partikel-partikel sane kagedeang saking sampel tanah sane nenten karawat, sane jelas nyihnayang kohesif lan nenten madue ikatan alami utawi sementasi. Gambar 14c nyihnayang mikrograf SEM saking sampel kontrol sane karawat antuk MICP sane kadegradasi urea. Gambar puniki nyihnayang kawentenan endapan CaCO3 pinaka polimorf kalsit. Sekadi sane kacihnayang ring Gambar 14d-o, CaCO3 sane kaendapang punika ngiket partikel-partikel punika; kristal vaterit bola taler prasida kaidentifikasi ring mikrograf SEM. Pikolih saking tetilikan puniki lan tetilikan sadurungnyane nyihnayang ikatan CaCO3 sane kawentuk dados polimorf vaterit taler prasida ngicenin kekuatan mekanis sane masuk akal; pikolih iraga nyihnayang indik daya tahan permukaan nincap dados 350 kPa lan kecepatan pemisahan ambang nincap saking 4,32 dados langkungan saking 25 m/s. Pikolih puniki manut sareng pikolih tetilikan sadurungnyane indik matriks CaCO3 sane kaendapang olih MICP inggih punika vaterit, sane madue kekuatan mekanis sane masuk akal lan ketahanan erosi angin13,40 lan prasida ngajegang ketahanan erosi angin sane masuk akal yadiastun sampun 180 rahina kapanggihin ring kondisi lingkungan lapangan13.
(a, b) Mikrograf SEM tanah sane nenten karawat, (c) Kontrol degradasi urea MICP, (df) sampel sane karawat antuk AA, (gi) sampel sane karawat antuk AS, (jl) sampel sane karawat antuk FA, lan (mo) sampel sane karawat antuk FS antuk tingkat aplikasi 3 L/m2 ring pembesaran sane mabinayan.
Gambar 14d-f nyihnayang sesampun kaperlakuang antuk senyawa AA, kalsium karbonat kaendapang ring permukaan lan pantaraning butiran pasih, nanging makudang-kudang butiran pasir sane nenten malapis taler katitenin. Antuk komponen AS, yadiastun akeh CaCO3 sane kawentuk nenten nincap signifikan (Gambar 6f), akeh kontak pantaraning butiran pasir sane kaawinang olih CaCO3 nincap signifikan yening saihang sareng senyawa AA (Gambar 14g-i).
Saking Gambar 14j-l lan 14m-o sampun sinah yening kawigunan kalsium format pinaka sumber kalsium ngawinang nincapnyane curah hujan CaCO3 salanturnyane yening saihang sareng senyawa AS, sane konsisten sareng pangukuran kalsium meter ring Gambar 6f. CaCO3 tambahan puniki kacingak utamanyane kagenahang ring partikel pasir lan nenten pastika nincapang kualitas kontak. Indike puniki ngukuhang parilaksana sane sampun katitenin sadurungnyane: yadiastun wenten pabinayan ring akehnyane curah hujan CaCO3 (Gambar 6f), tetiga rumusan (AS, FA lan FS) nenten mabinayan signifikan ring sajeroning kinerja anti-eolian (angin) (Gambar 11) lan daya tahan permukaan (Gambar 13a).
Mangda prasida becik memvisualisasikan sel bakteri sane malapis CaCO3 lan jejak bakteri ring kristal sane kaendapang, kaambil mikrograf SEM pembesaran tinggi lan pikolihnyane kasinahang ring Gambar 15. Sekadi sane kasinahang, kalsium karbonat endap ring sel bakteri lan ngicenin inti sane kabuatang ring. Gambar punika taler nyihnayang paiketan aktif miwah inaktif sané kamedalang olih CaCO3. Prasida kacingak yening sakancan panincapan paiketan sane nenten aktif nenten ja pastika ngawinang nincapnyane parilaksana mekanis salanturnyane. Punika mawinan, nincapnyane curah hujan CaCO3 nenten pastika ngawinang kekuatan mekanis sane tegehan lan pola curah hujan madue peran sane mabuat. Unteng puniki taler sampun kaplajahin ring karya-karya Terzis lan Laloui72 lan Soghi lan Al-Kabani45,73. Mangda prasida nglimbakang malih paiketan pola curah hujan lan kekuatan mekanis, studi MICP nganggen pencitraan μCT kaaptiang, sane nglintangin lingkup studi puniki (inggih punika, ngenalang kombinasi sumber kalsium lan bakteri sane mabinayan antuk MICP bebas amonia).
CaCO3 ngawinang ikatan aktif miwah inaktif ring sampel sané karawat antuk (a) komposisi AS miwah (b) komposisi FS miwah ninggalin jejak sel bakteri ring sedimen.
Sekadi sane kacihnayang ring Gambar 14j-o lan 15b, wenten film CaCO (manut analisis EDX, persentase komposisi soang-soang elemen ring film inggih punika karbon 11%, oksigen 46,62% lan kalsium 42,39%, sane nampek pisan sareng persentase CaCO ring Gambar 16). Film puniki nglikubin kristal vaterite lan partikel tanah, ngawantu nyaga integritas sistem tanah-sedimen. Kawentenan film puniki wantah katitenin ring sampel sane karawat antuk rumusan berbasis format.
Tabel 2 nyaihang kekuatan permukaan, kecepatan detasemen ambang batas, lan kadar CaCO3 bioinduksi tanah sane karawat antuk jalur MICP sane ngrusak urea lan sane nenten ngrusak urea ring tetilikan sadurungnyane lan tetilikan puniki. Studi indik ketahanan erosi angin saking sampel bukit pasih sane karawat antuk MICP kawatesin. Meng miwah sane lianan. nyelehin ketahanan erosi angin saking sampel bukit pasih sane ngrusak urea sane karawat antuk MICP nganggen leaf blower,13 nanging ring tetilikan puniki, sampel bukit pasih sane nenten ngrusak urea (taler kontrol sane ngrusak urea) kauji ring terowongan angin lan karawat antuk petang kombinasi substansi bakteri sane mabinayan lan.
Sakadi sane sampun kacingak, makudang-kudang penelitian sadurungnyane sampun mapikayun indik tingkat aplikasi sane tegeh lintangan saking 4 L/m213,41,74. Patut kauratiang yening tingkat aplikasi sane tegeh minab nenten dangan kaanggen ring lapangan saking sudut pandang ekonomi santukan biaya sane mapaiketan sareng pasokan toya, transportasi lan aplikasi volume toya sane ageng. Tingkat aplikasi sane lebih rendah sekadi 1,62-2 L/m2 taler ngamolihang kekuatan permukaan sane cukup becik ngantos 190 kPa lan TDV sane nglintangin 25 m/s. Ring tetilikan sane mangkin, bukit pasih sane karawat antuk MICP berbasis format tanpa degradasi urea ngamolihang kekuatan permukaan sane tegeh sane setara sareng sane kapolihang antuk jalur degradasi urea ring kisaran tingkat aplikasi sane pateh (inggih punika, sampel sane karawat antuk MICP berbasis format tanpa degradasi urea taler prasida sakadi sane sampun kalaporang olih Meng dkk., 13, Gambar 13a) ring tingkat aplikasi sane tegehan. Taler prasida kacingak yening ring tingkat aplikasi 2 L/m2, hasil kalsium karbonat anggen mitigasi erosi angin ring kecepatan angin 25 m/s inggih punika 2,25% antuk MICP berbasis format tanpa degradasi urea, sane nampek pisan sareng jumlah kontrol duCO3 sane kabuatang sareng%) theMI2. degradasi urea ring kecepatan aplikasi sane pateh lan kecepatan angin sane pateh (25 m/s).
Dadosnyane, prasida kacingak saking tabel puniki yening jalur degradasi urea lan jalur degradasi bebas urea prasida ngicenin kinerja sane cukup prasida katerima ring sajeroning resistensi permukaan lan TDV. Pabinayan sane utama inggih punika jalur degradasi bebas urea nenten madaging amonia lan mawinan punika madue dampak lingkungan sane lebih rendah. Lianan ring punika, metode MICP berbasis format tanpa degradasi urea sane kaunggahang ring tetilikan puniki kacingak madue kinerja sane becikan saking metode MICP berbasis asetat tanpa degradasi urea. Yadiastun Mohebbi dkk. melajahin metode MICP berbasis asetat tanpa degradasi urea, studi ipun ngranjing sampel ring permukaan sane rata9. Santukan tingkat erosi sane tegehan sane kaawinang olih pembentukan eddy ring sekitar sampel bukit pasih lan geser sane kaasilang, sane ngasilang TDV sane lebih rendah, erosi angin sampel bukit pasih kaaptiang lebih jelas yening saihang sareng permukaan datar antuk kecepatan sane pateh.