我中心在微生物治理黄土侵蚀方面取得新进展

        黄土广泛分布于世界各地，约占世界陆地面积的10%。由于黄土具有孔隙度高、透水性大、强度低、湿陷性显著等不良工程地质性质，在特殊的地理和气候条件下，黄土极易发生侵蚀，水土流失问题极其严重（图1），特别是黄土高原地区，其每年水土流失量达到2000-2500 t·km^-2，对区域生态环境及经济社会可持续发展带来深远的负面影响。相当长一段时间以来，黄土地区的水土保持一直是各部门的工作重点，也是学术界的一大挑战。提高表面黄土的抗侵蚀能力是黄土地区水土保持的关键，传统的方法主要包括植树种草、化学改性和工程防护三种，但这些方法往往存在周期长、污染大、成本高等问题。

图1 黄土地区的水土流失问题

        为此，我中心硕士生程瑶佳针对黄土侵蚀问题提出了一种全新的基于自然的解决方案，即采用微生物矿化作用（MICP）对黄土表面进行改性来达到有效提高黄土抗侵蚀能力的目的。他们采用喷洒的方法在黄土中培植一种脲酶菌，该菌种通过一系列的生物化学反应，能在土体孔隙中生成碳酸钙晶体（CaCO₃），对土颗粒进行快速胶结，提高土体的力学性质，从而显著增强表面黄土抗雨蚀能力。试验结果表明，经过3个周期的MICP处理后，在模拟极端暴雨条件下，黄土试样最终累积的土体流失量减少了200倍，而经过5个周期处理的黄土几乎没有土体损失（图2）。

图2 微生物改性处理后黄土边坡模型的抗雨蚀效果

        本研究有望为缓解黄土表面侵蚀，防治黄土地区的水土流失和地质灾害提供一种新的绿色可持续的技术思路。相关研究成果近期以“Application of Microbial Induced Carbonate Precipitation for Loess Surface Erosion Control”为题，发表在工程地质领域顶级期刊Engineering Geology上(https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106387)，论文第一作者为我中心硕士生程瑶佳，唐朝生教授和泮晓华助理教授为该论文的共同通讯作者。论文研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013795221003987