科學家們正積極尋求更環保、永續的固沙方法，以應對日益嚴重的土地沙漠化和海岸侵蝕問題。近期，一項研究聚焦於利用微生物誘導碳酸鈣沉澱（Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP）技術，也就是俗稱的「生物水泥」，探索特定菌株在強化沙粒凝聚力方面的潛力。該研究特別關注兩種常見的土壤細菌：
尿素分解型芽孢桿菌 (Bacillus sp.) 和鏈黴菌 (Streptomyces sp.)。
生物水泥的原理與優勢
生物水泥的原理是利用微生物的代謝活動，促使環境中的鈣離子與碳酸根離子結合，形成碳酸鈣沉澱。這些沉澱物就像水泥一樣，可以填充沙粒之間的空隙，將鬆散的沙粒膠結在一起，從而提高土壤的強度和穩定性。相較於傳統的水泥固沙方法，生物水泥具有多項優勢：
環境友好：
生物水泥的生產過程不需要高溫煅燒，因此可以大幅降低二氧化碳排放，減少對環境的影響。
成本效益：
某些微生物可以利用農業廢棄物或工業副產品作為營養來源，降低生產成本。
原位修復：
生物水泥可以直接在現場進行應用，無需大規模的土方工程，減少對生態環境的干擾。
Bacillus 與 Streptomyces 的固沙潛力
研究人員發現，特定的 Bacillus 和 Streptomyces 菌株具有高效的尿素分解能力。尿素分解是 MICP 過程中的關鍵步驟，因為尿素分解會產生碳酸根離子，進而與鈣離子結合形成碳酸鈣。實驗結果顯示，在適當的條件下，這些菌株可以有效地在沙粒表面沉澱碳酸鈣，顯著提高沙粒的抗剪強度和抗壓強度。
具體而言，研究人員透過控制培養基的成分、pH 值、溫度和菌株濃度等參數，優化了生物水泥的生產條件。他們發現，在特定的條件下，經過生物水泥處理的沙樣，其抗剪強度可以提高數倍，甚至數十倍。此外，研究還發現，不同的菌株對不同粒徑的沙粒具有不同的固沙效果。例如，某些菌株更適合用於固結細沙，而另一些菌株則更適合用於固結粗沙。
面臨的挑戰與未來展望
儘管生物水泥技術具有巨大的潛力，但在實際應用中仍然面臨一些挑戰：
菌株的選擇：
不同地區的土壤環境差異很大，需要篩選出適合當地環境的優良菌株。
培養基的優化：
需要開發出成本低廉、易於獲取的培養基，以降低生產成本。
沉澱的均勻性：
如何確保碳酸鈣沉澱均勻分佈在沙粒之間，提高固沙效果，是一個重要的研究方向。
長期穩定性：
需要評估生物水泥的長期穩定性，確保其在自然環境中能夠長期發揮作用。
未來，隨著研究的深入，生物水泥技術有望在以下領域得到廣泛應用：
土地沙漠化治理：
利用生物水泥固結流動沙丘，防止土地沙漠化蔓延。
海岸侵蝕防護：
利用生物水泥加固海岸線，減緩海浪對海岸的侵蝕。
地基加固：
利用生物水泥提高地基的承載力，防止建築物沉降。
文物保護：
利用生物水泥修復古建築和文物，延長其使用壽命。
總結與研判
總體而言，利用尿素分解型 Bacillus 和 Streptomyces 菌株進行生物水泥固沙具有良好的應用前景。研究數據表明，這些菌株能夠有效地提高沙粒的凝聚力，為解決土地沙漠化和海岸侵蝕等問題提供了一種可行的解決方案。然而，要將生物水泥技術推向大規模應用，仍需要克服一些技術和經濟上的挑戰。未來的研究方向應該集中在菌株的篩選、培養基的優化、沉澱的均勻性和長期穩定性等方面。隨著技術的進步和成本的降低，生物水泥有望成為一種重要的環境友好型固沙方法，為人類社會的可持續發展做出貢獻。
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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: March 13, 2026