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我力学家“跨界”治沙,沙漠有望变“土壤”

来源：转载　类别：行业动态　更新时间：2016-12-02　阅读次

　　今年4月,一个科研团队来到内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠,他们选取了一处风口,进行固沙和种植试验。
　　8月,两个足球场大的试验地郁郁葱葱,玉米、小麦、糜子、土豆、葵花、瓜果蔬菜等70多种植物长势旺盛,开花结果,吸引来很多蛙类、鸟类和昆虫,狐狸、獾、野猫等动物也时常出没其间,给这片绿洲带来更多生机,与四周浩瀚的黄沙形成鲜明对比。
　　很难想到,造出这片“沙漠良田”的科研人员全是沙漠治理的“门外汉”,他们是重庆交通大学副校长易志坚率领的一个力学家团队。他们用一项原创力学理论,让沙具备了土壤的生态-力学属性,从而使之像土壤一样能够承载植物生长。目前,科研团队把这项利用力学原理治沙的技术称为“沙漠土壤化”生态恢复技术。该技术在沙漠实地试验取得成功,引起治沙领域热议。专家认为,力学原理治沙如能进一步通过实践检验,对人类治理沙漠将产生巨大价值。
　　大逆转!“沙漠有望土壤化”
　　“沙漠土壤化”生态恢复技术源自于易志坚团队的原创力学理论——土壤颗粒间存在一种万向约束关系(Omni-directional　Integrative,简称ODI)。万向约束既有一定的柔性,又有一定的刚性,柔性特征使土壤保水、保肥和透气,并为植物根系生长提供弹性空间,刚性特征则使之能够“抱住”植物根系,维持植物稳定。易志坚团队首次在土壤的力学特性与生态属性之间建立起联系,从力学角度解释了土壤能够“生生不息”之谜。易志坚说:“沙粒间不具备万象约束,找到了万象约束,就找到了沙子向土壤转换的密码�！�
　　通过技术实验,科研团队研发出有效的万象约束引入方式——向沙中添加一种改性植物纤维素黏合剂。经过改造,“一盘散沙”就能获得与自然土壤一样的生态-力学属性,在湿润时呈现稀泥般的流变状态,水分蒸发后结成固体状态,两种状态之间可自由转换,并具有较强的存储水分、养分和空气的能力,成为适宜植物生长的载体。
　　易志坚说:“这项技术可以改良甚至人造土壤,实现土壤沙漠化的逆过程,有望将沙漠‘土壤化’。”该技术现已获得15项专利。
　　经过7年理论研究和技术实验后,科研团队开始进行沙漠实地试验�？蒲型哦釉诘钡厝巳衔钅阎卫淼囊贫衬锌俪�25亩试验地。经施工改造的试验地沙体当即固定,并表现出持久的抗风蚀能力。世世代代与沙漠抗争的当地农民薛飞斌告诉记者,具有固沙和护种作用的藻类结皮是判断治沙成效的一项重要参照�！霸谖颐钦舛淖匀惶跫�,要辛辛苦苦种十年的草才能形成藻类结皮,用他们带来的技术,几个月就实现了我们干十年活儿的目标!”薛飞斌激动地说。
　　在固沙效果显著的同时,农作物也获得丰收,谷类作物糜子亩产量比当地平均亩产量高出约一倍。据测算,试验地作物种植与当地土壤种植相比,浇水量相当,施肥量更少,产量更高。
　　易志坚说,该技术的核心材料易生产,施工工艺简单,改造成本约为每亩沙地1500元至2700元。因此,如果进行推广,将产生很大的环境和经济价值。
　　有潜力!“是重要的新思路”
　　王慧是乌兰布和生态沙产业示范区的项目负责人,在治沙一线看到过很多试验项目推进得举步维艰,王慧感叹说:“‘沙漠土壤化’技术完全刷新了几十年来的治沙思路�！�
　　传统的治沙方法通常是先用草方格之类的方法固沙,再种植沙生植物,两三年才能起到减缓沙丘移动速度的效果,变成固定沙丘周期更长,且后续沙子保水能力的形成还需要更为漫长的过程。
　　今年8月,易志坚团队的力学理论发现和“沙漠土壤化”试验成果在中国科学院权威刊物《中国科学》和中国工程院院刊《工程》(英文)发表,引起力学、土壤学、岩土工程和沙漠生态保护等多领域专家广泛讨论。
　　新疆生态与地理研究所研究员李小玉认为,把沙漠快速变成种植植物的“土壤”,同步实现固沙和植被恢复双重目标,是该技术与传统治沙方法的最大区别。
　　国务院参事室特约研究员、世界自然保护联盟主席章新胜与十多名国务院参事室专家前往试验地考察后,认为当前试验成功。章新胜说,从力学角度出发研究解决沙漠植物种植问题是一个重要的新思路,我国科学家迈出了了不起的一步,应当积极支持。
　　中国工程院院士郑颖人说,土壤力学特性是被验证过的已知科学,将其用于治沙这一创新既有理论依据,又有试验成果,需得到重视和进一步投入扶持。
　　待深入!关键问题需谨慎论证
　　与此同时,也有部分专家认为,理论研究和实地试验目前都还处于初级阶段,存在一些不确定因素,科研团队下一步需重点论证几个关键问题。
　　首先是谨慎论证其安全性。所添加的改性植物纤维素黏合剂从当前成分上看虽无毒副作用,但经长期使用会否产生新物质,会否对地下水、动植物和人类产生污染毒害,还需相当长一段时间的观察。
　　第二是核算经济成本。需要明确该技术耗水量大小,能够多大程度保存和利用大气降水,施肥量多少,以及相关基础设施建设成本等。
　　第三是探明技术适用边界。部分沙漠生态治理专家认为,初期试验选址阿拉善盟,属于沙漠边缘地带,因此试验成果不具备十足的说服力。需要论证在沙漠腹地等更为严苛的自然环境下,材料性能是否稳定,能否支持包括微生物在内的完整土壤生态系统。