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我力學家“跨界”治沙,沙漠有望變“土壤”

來源：轉載　類別：行業動態　更新時間：2016-12-02　閱讀次

　　今年4月,一個科研團隊來到內蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠,他們選取了一處風口,進行固沙和種植試驗。
　　8月,兩個足球場大的試驗地郁郁蔥蔥,玉米、小麥、糜子、土豆、葵花、瓜果蔬菜等70多種植物長勢旺盛,開花結果,吸引來很多蛙類、鳥類和昆蟲,狐貍、獾、野貓等動物也時常出沒其間,給這片綠洲帶來更多生機,與四周浩瀚的黃沙形成鮮明對比。
　　很難想到,造出這片“沙漠良田”的科研人員全是沙漠治理的“門外漢”,他們是重慶交通大學副校長易志堅率領的一個力學家團隊。他們用一項原創力學理論,讓沙具備了土壤的生態-力學屬性,從而使之像土壤一樣能夠承載植物生長。目前,科研團隊把這項利用力學原理治沙的技術稱為“沙漠土壤化”生態恢復技術。該技術在沙漠實地試驗取得成功,引起治沙領域熱議。專家認為,力學原理治沙如能進一步通過實踐檢驗,對人類治理沙漠將產生巨大價值。
　　大逆轉!“沙漠有望土壤化”
　　“沙漠土壤化”生態恢復技術源自于易志堅團隊的原創力學理論——土壤顆粒間存在一種萬向約束關系(Omni-directional　Integrative,簡稱ODI)。萬向約束既有一定的柔性,又有一定的剛性,柔性特征使土壤保水、保肥和透氣,并為植物根系生長提供彈性空間,剛性特征則使之能夠“抱住”植物根系,維持植物穩定。易志堅團隊首次在土壤的力學特性與生態屬性之間建立起聯系,從力學角度解釋了土壤能夠“生生不息”之謎。易志堅說:“沙粒間不具備萬象約束,找到了萬象約束,就找到了沙子向土壤轉換的密碼。”
　　通過技術實驗,科研團隊研發出有效的萬象約束引入方式——向沙中添加一種改性植物纖維素黏合劑。經過改造,“一盤散沙”就能獲得與自然土壤一樣的生態-力學屬性,在濕潤時呈現稀泥般的流變狀態,水分蒸發后結成固體狀態,兩種狀態之間可自由轉換,并具有較強的存儲水分、養分和空氣的能力,成為適宜植物生長的載體。
　　易志堅說:“這項技術可以改良甚至人造土壤,實現土壤沙漠化的逆過程,有望將沙漠‘土壤化’。”該技術現已獲得15項專利。
　　經過7年理論研究和技術實驗后,科研團隊開始進行沙漠實地試驗。科研團隊在當地人認為最難治理的移動沙漠中開辟出25畝試驗地。經施工改造的試驗地沙體當即固定,并表現出持久的抗風蝕能力。世世代代與沙漠抗爭的當地農民薛飛斌告訴記者,具有固沙和護種作用的藻類結皮是判斷治沙成效的一項重要參照。“在我們這兒的自然條件下,要辛辛苦苦種十年的草才能形成藻類結皮,用他們帶來的技術,幾個月就實現了我們干十年活兒的目標!”薛飛斌激動地說。
　　在固沙效果顯著的同時,農作物也獲得豐收,谷類作物糜子畝產量比當地平均畝產量高出約一倍。據測算,試驗地作物種植與當地土壤種植相比,澆水量相當,施肥量更少,產量更高。
　　易志堅說,該技術的核心材料易生產,施工工藝簡單,改造成本約為每畝沙地1500元至2700元。因此,如果進行推廣,將產生很大的環境和經濟價值。
　　有潛力!“是重要的新思路”
　　王慧是烏蘭布和生態沙產業示范區的項目負責人,在治沙一線看到過很多試驗項目推進得舉步維艱,王慧感嘆說:“‘沙漠土壤化’技術完全刷新了幾十年來的治沙思路。”
　　傳統的治沙方法通常是先用草方格之類的方法固沙,再種植沙生植物,兩三年才能起到減緩沙丘移動速度的效果,變成固定沙丘周期更長,且后續沙子保水能力的形成還需要更為漫長的過程。
　　今年8月,易志堅團隊的力學理論發現和“沙漠土壤化”試驗成果在中國科學院權威刊物《中國科學》和中國工程院院刊《工程》(英文)發表,引起力學、土壤學、巖土工程和沙漠生態保護等多領域專家廣泛討論。
　　新疆生態與地理研究所研究員李小玉認為,把沙漠快速變成種植植物的“土壤”,同步實現固沙和植被恢復雙重目標,是該技術與傳統治沙方法的最大區別。
　　國務院參事室特約研究員、世界自然保護聯盟主席章新勝與十多名國務院參事室專家前往試驗地考察后,認為當前試驗成功。章新勝說,從力學角度出發研究解決沙漠植物種植問題是一個重要的新思路,我國科學家邁出了了不起的一步,應當積極支持。
　　中國工程院院士鄭穎人說,土壤力學特性是被驗證過的已知科學,將其用于治沙這一創新既有理論依據,又有試驗成果,需得到重視和進一步投入扶持。
　　待深入!關鍵問題需謹慎論證
　　與此同時,也有部分專家認為,理論研究和實地試驗目前都還處于初級階段,存在一些不確定因素,科研團隊下一步需重點論證幾個關鍵問題。
　　首先是謹慎論證其安全性。所添加的改性植物纖維素黏合劑從當前成分上看雖無毒副作用,但經長期使用會否產生新物質,會否對地下水、動植物和人類產生污染毒害,還需相當長一段時間的觀察。
　　第二是核算經濟成本。需要明確該技術耗水量大小,能夠多大程度保存和利用大氣降水,施肥量多少,以及相關基礎設施建設成本等。
　　第三是探明技術適用邊界。部分沙漠生態治理專家認為,初期試驗選址阿拉善盟,屬于沙漠邊緣地帶,因此試驗成果不具備十足的說服力。需要論證在沙漠腹地等更為嚴苛的自然環境下,材料性能是否穩定,能否支持包括微生物在內的完整土壤生態系統。