全球气候变化影响，极端干旱气候频发。据不完全统计，干旱影响范围覆盖了全球41%的土地，直接威胁超过20亿人的日常用水供给和食品安全，且发生的频率、持续时间和强度均呈现出逐年递增的趋势。此外，在干旱气候作用下，地表浅层土体水分蒸发明显加剧，土体含水率显著降低，进而引发土地沙漠化、土壤盐碱化、土体龟裂、地面沉降等自然灾害（图1）。因此，抑制土体水分蒸发对维持土体内部含水率稳定，预防干旱气候引发的各类土体灾害具有十分重要的意义。传统的减少土体水分蒸发的方法主要为向土中添加保水性改良材料和在土体表面铺设覆盖层，这两种方法虽然均能对土体水分蒸发起到较好的抑制效果，但仍存在着污染环境、影响植被生长和耐久性差等缺点。
图1干旱气候引发的土体灾害
为此，太阳官网唐朝生教授课题组针对干旱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）对地表土体进行改性来达到有效调控干旱气候对土体水分蒸发的影响。研究结果表明， MICP能显著提升土体的持水能力，抑制土体内水分的蒸发速率，对缓解干旱气候作用具有良好的效果。研究发现，MICP的抗旱机制主要体现三个方面：微生物矿化产物（碳酸钙晶体）在土体表面形成致密壳层，阻碍内部水分向蒸发面迁移；微生物矿化产物充填修复土体表层裂隙，阻断了土体内水分的蒸发路径；微生物矿化产物胶结土颗粒，填充孔隙，增强土体持水能力，进而增加土体水分的蒸发抗力。
图2 MICP抑制土体水分蒸发机理示意图
本研究有望为减轻干旱和半干旱地区土体水分蒸发，防治干旱气候引发的土体灾害及生态环境问题提供一种绿色可持续的调控措施。相关研究成果近期以“Potential Drought Mitigation through Microbial Induced Calcite Precipitation-MICP”为题，发表于水科学领域顶级期刊Water Resources Research上（https://doi.org/10.1029/2020WR029434），论文第一作者为太阳官网博士生刘博，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。
论文下载链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020WR029434
Bo Liu, Chao-Sheng Tang*, Xiao-Hua Pan*, Cheng Zhu, Yao-Jia Cheng, Jin-Jian Xu, Bin Shi. Potential Drought Mitigation through Microbial Induced Calcite Precipitation‐MICP.Water Resources Research, 2021, https://doi.org/10.1029/2020WR029434
