生物聚合物（黄原胶）长期环境条件下修复疏水砂侵蚀性的机理与应用研究

针对野火后疏水性土壤易引发泥石流的问题，研究人员通过黄原胶（X.G.）生物聚合物改良技术，系统探究了不同砂土类型、坡度及降雨强度下的侵蚀控制效果。实验表明，3% X.G.混合层经24小时固化后显著降低侵蚀，而环境暴露试验验证了其长期稳定性。该研究为生态友好型边坡修复提供了新策略，兼具成本效益与工程适用性。

　　

野火频发导致土壤疏水性增强，进而引发暴雨后的泥石流灾害，已成为全球性生态与工程挑战。传统修复方法如覆盖 mulch（覆盖物）成本高昂且难以适用于陡峭地形，而生物聚合物改良技术因其环境友好性和可操作性备受关注。加州大学圣地亚哥分校的研究团队在《Biogeotechnics》发表论文，首次系统评估了黄原胶（Xanthan gum, X.G.）在不同环境条件下对疏水砂土的长期修复效果。

研究采用室内模拟降雨与环境暴露双轨实验。通过定制降雨系统模拟15-50 mm/hr强度暴雨，结合6个月自然暴露（包含9次实际降雨事件），分析三种砂土（粗/中/细）在10°-30°坡面的侵蚀响应。关键技术包括：1）接触角测量（sessile drop法）量化疏水性；2）双槽平行流域设计对比处理/未处理边坡；3）X.G.-砂混合层固化工艺（16.5%含水率，24小时固化）。

3.1 降雨模拟实验

• 表面形态演化：固化X.G.层形成颗粒间"玻璃状"键合（图2a），但持续降雨会引发脊状变形（图2b-e）。未固化0.5% X.G.混合层在50 mm/hr降雨下出现灾难性侵蚀（表4）。
• 侵蚀控制效能：3% X.G.固化层使细砂侵蚀量从325.26 mg/cm²降至0.95 mg/cm²（25°坡），粗砂表现最优（图3）。

3.2 环境暴露实验

• 长期稳定性：0.5% X.G.初期加剧侵蚀（RE3-5），而3%固化层在RE8降低细砂侵蚀71%（图6a）。
• 环境干扰：浣熊活动与未干燥的X.G.层（RE9）导致二次侵蚀（图5d），揭示施工时机的重要性。

结论与意义
研究证实X.G.固化技术可将疏水砂土侵蚀降低2个数量级，成本仅为传统 mulch 的50%。创新性提出"预混-喷洒-固化"工艺，但强调需根据砂土类型（粗砂最优）、坡度（>20°需3% X.G.）和气候（干燥周期>7天）优化方案。该成果为野火后应急修复提供了可无人机施作的绿色解决方案，被作者命名为"生物地工装甲（Bio-geoarmor）"。

（注：全文数据均来自原文，未出现引用标识；专业术语如X.G.、RE₈等保留原文格式；作者单位名称按约定处理）