要約:
世界的な土地の砂漠化の進行と農地の継続的な減少という課題に直面して、スイスとアラブ首長国連邦の研究チームは、砂を「生きた」ものにするという創造的な解決策を提案しました。この研究はスイス連邦材料科学研究所（Empa）とアブダビのハリファ大学が共同で実施した。研究者らは、特定の微生物を導入することで、もともと不毛で緩んでいて農業生産にはほぼ不向きだった砂漠の砂を、水を保持し、浸食に抵抗し、植物の成長を助けることができる新しいマトリックスに変えることができると期待している。研究チームはこの技術を「リビングサンド」と呼んでいます。
UAE の国土の 90% 以上は砂漠に覆われており、農業生産に利用できる土地は総面積の 5% 未満です。現在、同国は必要な食料の約10～15％しか生産できず、残りは輸入に大きく依存している。研究者らは、この問題は中東に特有のものではないと指摘している。地球規模の気候変動、森林劣化、土地の過剰利用により、ますます多くの地域が土地劣化と砂漠化という同様の課題に直面しています。
伝統的な砂地は農業栽培には適していません。砂粒同士が安定した構造を形成することが難しく、土壌は風や水の浸食を受けやすくなります。同時に、砂には有機栄養素が不足しており、微生物や植物の成長を長期間維持することができません。さらに深刻なのは、砂粒の隙間から水がすぐに浸透してしまい、灌漑効率が極端に低下してしまうことです。
これらの問題に対処するために、研究チームは砂環境に特定の細菌と真菌を導入しました。これらの微生物は、生体高分子と呼ばれる天然の長鎖分子を分泌し、さらにマイクロファイバーの大きなネットワークを形成することができます。これらの繊維は天然の接着剤のように砂粒の間に散在し、元々独立していた砂粒を結合して、より安定した全体構造を形成します。
研究責任者によれば、これは材料科学の観点から見ると、実際には砂粒と生体繊維からなる天然の複合材料を作成することに相当するとのこと。顕微鏡画像によると、微生物によって生成された繊維のネットワークが個々の砂粒を包み込んで結合し、緩い砂に前例のない構造強度を与えていることがわかります。
その効果を検証するために、研究者らは実験室の砂サンプルとアブダビの実際の砂丘から採取した砂サンプルをテストに使用しました。その結果、バクテリアで処理したサンプルの機械的強度は大幅に向上し、耐侵食性は通常の砂よりもはるかに高いことがわかりました。
さらに重要なことに、保水性能も大幅に向上しました。実験データによると、バクテリアで処理した砂では水の浸透速度が約6分の1に減少することがわかりました。これは、他の方法ではすぐに排水されてしまう灌漑用水が基質内に長く留まり、将来の植物の成長のための条件を作り出すことができることを意味します。
研究チームは 2 番目の改良も開発しました。彼らは、ナノセルロースを生成するバクテリアを使用してバイオファイバーの極薄層を作成し、これらの材料を砂の層と交互に組み合わせて布地のような構造を作成しました。最初のオプションと比較して、この層構造は砂の安定性と保水能力をさらに向上させることができます。
テスト結果では、ナノセルロースの層状構造を採用した後、水の浸透速度が驚くべき 28 分の 1 に低下することが示されています。通常の砂に比べて、保水能力が大幅に向上しています。しかし研究者らは、この方法の現在の製造サイクルは長く、効率をさらに改善する余地がまだあるとも指摘した。
微生物の増殖自体にも栄養源が必要です。この点に関して、研究チームは解決が難しい障害はないと考えています。なぜなら、細菌や菌類が必要とする炭素源と糖は、農業廃棄物や有機廃棄物に含まれる利用可能な成分から直接得られるため、比較的低コストのリサイクル モデルを形成できるからです。
研究者らは、「生きた砂」はまだ砂漠を耕地に変える第一歩にすぎないと強調しています。主な目標は、すぐに完全な農地を作ることではなく、まず砂に水分を保持し、より多くの微生物の増殖をサポートする能力を備えることです。安定した微生物生態系が形成されたら、さらに植物やその他の有機物を導入して、土壌の質を徐々に改善することができます。
世界中で土地劣化の問題に直面する地域が増える中、天然微生物を利用して砂漠を変えるこの新しい技術が広く注目を集めています。大規模な農業利用までにはまだ距離があるが、研究チームは、砂に「生命」を注入することで、将来、砂漠地帯に新たな農業開発の可能性が生まれる可能性があると考えている。
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