科学家开发“活沙”技术 助沙漠沙子减慢水分渗透速度

能够旋转细纤维素纤维的细菌，可以将松散的沙漠沙子结合成一种更坚固的材料，该材料的排水速度远比普通沙子慢，尽管目前这项研究仍停留在实验室阶段。阿联酋哈里法大学、瑞士的Empa及苏黎世联邦理工学院的科学家们测试了微生物纤维是否能像植物根系、真菌丝以及微生物分泌物在土壤中一样，将沙粒粘合在一起并改变水在其中的流动方式。

活沙的制造方法

研究团队采用了两种制造“活沙”的方法。第一种方法是直接在沙子中培养微生物，创造所谓的“活沙”，这在排水测试中使透水性降低约六倍。第二种方法则是分别培养薄片状的细菌纤维素，并将其夹在沙层之间，这使透水性降至未处理沙子的约二十八分之一。研究人员使用了能够产生纤维素的细菌Komagataeibacter medellinensis及两种真菌Schizophyllum commune的菌株，所用的沙子来自阿联酋阿莱因附近的沙丘，以及标准化的实验室沙子以进行一些强度测试。

他们在添加微生物和营养溶液之前对沙子进行了消毒。显微镜图像显示，纤维素附着在沙粒表面并连接相邻的沙粒。

Empa的纤维素与木材材料实验室负责人古斯塔夫·尼斯特龙（Gustav Nyström）称这一成果为“一种自然复合材料”。细菌产生的样品更为坚固。在七天内，一根约6厘米（2.4英寸）高的沙柱就能够稳固地从模具中取出并切成小块，这些小块在水中保持完整。虽然真菌样品也能结合沙粒，但更为脆弱，有些在从模具中取出或经过干燥和切割后会破裂。纤维素薄片的作用类似于加强布，能有效分散施加的力量。

在一次施加10千克（22磅）重物的演示中，未处理的沙块比使用纤维素薄片的沙块倒塌得更严重，而长时间培养的薄片通常能提供更坚固的样品，这些薄片也显著降低了水的透过性。

微生物纤维的潜在应用

该团队认为，微生物纤维可为某些用于稳定土壤的合成材料提供可生物降解的替代品，而更强的沙粒连接也可能有助于减少风蚀。实验并未测量尘埃排放。尼斯特龙表示，这种方法使研究人员能够将有机物和水引入沙子中并在某种程度上稳定它。对于纤维在沙粒之间生长的沙子，其持水能力从约20.2%上升至25.5%，这一增幅被科学家称为轻微。三名研究人员已披露申请中的专利。

不过，这项研究仍然处于实验室阶段。微生物在受控条件下获得水分和营养，其生长需要氧气。细菌沙柱的生长并不均匀，顶部的强度远低于底部。实验并未测试作物生长或确定该材料在沙漠条件下的生存时间。相关研究已发表于《碳水化合物聚合物》期刊。

活沙技术的未来潜力与挑战

这项研究展示了微生物纤维素在沙漠环境中的应用潜力，尤其是在减少水分渗透和稳定土壤方面。随着全球气候变化的影响，沙漠化问题日益严重，这项技术提供了一种可持续的解决方案。然而，该技术目前仍处于实验室阶段，缺乏实际应用的数据和长期效果的评估，未来需进一步研究以确保其在自然环境中的有效性和可行性。