變沙漠為綠地的新方法：點(diǎn)沙成土

沈羨云

土地沙漠化的問題，在全世界都是一個(gè)不容忽視的難題。目前全世界陸地總面積大約有1.49億平方千米，而沙漠面積就占了20%，大約有3000萬平方千米。沙漠不斷地與人類搶奪生存空間，它不停地吞噬周圍的綠洲，并且以每年幾萬平方千米的速度擴(kuò)大。如果任其蔓延，地球只會(huì)僅存海洋與沙漠，不再有綠洲。因此，如何有效治理沙漠化、將沙漠變綠洲一直是全球性的難題。

傳統(tǒng)的沙漠改造方法

傳統(tǒng)的沙漠改造主要有3種方法：第一種是工程方法，最著名和常用的是“草方格沙障”，也就是用正方形的麥草墻來固定沙土，通常用于沙漠公路兩旁，缺點(diǎn)是在風(fēng)沙過大的地方收效甚微；第二種是化學(xué)方法，即在沙表面噴灑固沙劑，將沙體表面固化來防止沙子流動(dòng)；第三種則是大家熟知的植物方法，例如種植沙生植物，并采用滴灌技術(shù)來保持土地水分，這對(duì)沙化治理有一定的效果，但由于沙體中植物難以生長(zhǎng)，其成本極高，難以大規(guī)模推廣。

“點(diǎn)沙成土”的原理

于是，人們想如果能夠“點(diǎn)沙成土”就好了?，F(xiàn)在，這種幻想被重慶交通大學(xué)易志堅(jiān)教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了，他們找到了破解土壤的“力學(xué)密碼”。他們仔細(xì)地分析了土壤的力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)土壤具有兩種力學(xué)狀態(tài)：干時(shí)是固體狀態(tài)，濕時(shí)是流變狀態(tài)，并且這兩種狀態(tài)能夠相互轉(zhuǎn)化。由于土壤的這兩種特性，使得土壤有自修復(fù)和自調(diào)節(jié)兩種功能：自修復(fù)就是土壤在干時(shí)的固體狀態(tài)下開裂破壞，吸收水分后能夠變?yōu)榱髯儬顟B(tài)，從而可以修復(fù)破壞的土壤。它是穩(wěn)定、持久的，是使土壤生生不息的前提。自調(diào)節(jié)即土壤顆粒排列的改變不會(huì)破壞土壤的性質(zhì)，也就是土壤隨便怎么捏合，其性質(zhì)不變，只有這樣，土壤才能讓植物生長(zhǎng)在其中，并以“溫柔”的力保住植物，成為植物的理想載體。接著，他們探討了土壤出現(xiàn)這種形式的原因。他們認(rèn)為這是因?yàn)橥寥烙小叭f象結(jié)合約束”的特性，即土壤中任何兩個(gè)顆粒從任何方向都能夠結(jié)合，從而使得土壤擁有自修復(fù)和自調(diào)節(jié)的生態(tài)力學(xué)特性。正是這種約束使土壤施以溫和的力“抱住”植物根系，維持植物穩(wěn)定，并且能夠保水、保肥和透氣。但是，沙粒間不具備這種約束，所以表現(xiàn)為一盤散沙。于是，他們想如果讓沙粒間有了這種“萬象結(jié)合約束”，沙漠土壤化就有可能實(shí)現(xiàn)。

在此理論基礎(chǔ)上，2009年易教授首次提出沙變土的原理。要想將沙變成土壤，就需要給沙子“萬象結(jié)合約束”。于是易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)集中力量尋找可以產(chǎn)生“萬象結(jié)合約束”的黏合劑。最終，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們從植物中提取了一種植物纖維黏合劑。將一桶水澆到普通沙地上后，水會(huì)迅速下滲；而將這種黏合劑混合到沙子中，再加入同樣規(guī)模的水，2分鐘左右，原先金黃色的沙子就變成了深褐色，摸上去很有黏性，手握住并不會(huì)散掉?；旌虾玫摹巴痢眹梢粋€(gè)凹坑倒入水后，水也不流失。

“點(diǎn)沙成土”的種植試驗(yàn)

2010年，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)初步實(shí)現(xiàn)“沙變土”。隨后在重慶交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展為期3年的種植試驗(yàn)。首先他們?cè)陉柵_(tái)、屋頂進(jìn)行了小范圍的試驗(yàn)。初見成效后，在交大校園附近開始了更大規(guī)模的試驗(yàn)：找來一塊地，先在地面上鋪30厘米厚的碎石，再在碎石上鋪30厘米左右的建筑沙，然后覆蓋10～20厘米、加入不同黏合劑形成的土壤化沙子，在上面種植了玉米、紅薯、蘿卜、油菜。結(jié)果是成效顯著，植物長(zhǎng)勢(shì)喜人。

經(jīng)過幾年試驗(yàn)，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)覺得技術(shù)已經(jīng)基本成熟，決定進(jìn)行實(shí)地沙漠土壤化生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)。2016年4月，他們?cè)趦?nèi)蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠進(jìn)行了25畝田的試驗(yàn)。這里因年均降雨量很少，而且風(fēng)蝕嚴(yán)重，是我國最難治理的沙漠之一。易教授一開始就將目標(biāo)定在最難治理的沙漠上。當(dāng)他們將植物纖維黏合劑加入沙體中后，沙子當(dāng)即固定，并表現(xiàn)出持久的抗風(fēng)蝕能力。試驗(yàn)地種植了玉米、小麥、向日葵、觀賞草等70多種植物，結(jié)果長(zhǎng)勢(shì)旺盛，并開花結(jié)果。蛙類、鳥類和許多昆蟲在兩個(gè)足球場(chǎng)大的沙漠綠洲中安了家，狐貍、獾、野貓也不時(shí)光顧其中，沙漠實(shí)地試驗(yàn)取得成功。

2017年開始，研究團(tuán)隊(duì)在烏蘭布和沙漠開展4000畝的種植試驗(yàn)。4月，當(dāng)易志堅(jiān)教授帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)來到這里的時(shí)候，四周荒涼得連一株枯死的植物也沒有，除了沙還是沙?？蒲袌F(tuán)隊(duì)在這里采用了大規(guī)模機(jī)械化的種植方法，將約束材料撒布在沙漠表面，加入適量的水，用旋耕機(jī)進(jìn)行旋耕，多旋耕幾遍，使其均勻，幾天后就開始種植。一個(gè)旋耕機(jī)一天大概可以耕作幾十畝。但是，工作不是一帆風(fēng)順的。4～6月，他們進(jìn)行了3次播種試驗(yàn)，都以失敗告終，不是大風(fēng)將剛出生的幼苗連腰吹斷，就是沙子把幼苗全部淹沒。后來，科研人員發(fā)明了一床“小被子”，用薄薄的一層谷草蓋在小苗上，既透氣又防風(fēng)沙，小苗們才得以成長(zhǎng)。8月下旬，試驗(yàn)基地長(zhǎng)成一片寬約800米、綿延近4千米的綠洲，約70多種植物長(zhǎng)勢(shì)良好，高粱、苜蓿等作物豐收，西瓜、茄子、西紅柿等瓜果蔬菜產(chǎn)量高、口感好。由于植物長(zhǎng)勢(shì)太好，結(jié)出很多瓜果，吸引了狐貍、兔子、老鼠來基地覓食，工作人員不得不想盡辦法滅鼠。更厲害的是，科研團(tuán)隊(duì)專門留下了一塊無灌溉的試驗(yàn)地。2017年8月種植的沙蒿、沙打旺，2018年都順利發(fā)芽存活，生長(zhǎng)出來了。這意味著基地的生態(tài)得到了有效恢復(fù)，在沒有人工灌溉的條件下，耐旱的植物仍然能夠存活。如今的內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠試驗(yàn)地已綠意盎然，沙漠已變?yōu)榫G色牧場(chǎng)，向日葵競(jìng)相綻放、自由生長(zhǎng)，這片美不勝收的花海，已成荒涼沙漠里最美的風(fēng)景線。內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠試驗(yàn)基地成功后，治沙團(tuán)隊(duì)又將目光瞄準(zhǔn)了塔克拉瑪干沙漠，這個(gè)被稱為“死亡之?！钡牡胤健？蒲袌F(tuán)隊(duì)來到塔克拉瑪干沙漠，進(jìn)行200畝沙田的試驗(yàn)。短短兩個(gè)月，200畝寸草不生的沙漠變成了一片綠地，農(nóng)作物和牧草茁壯生長(zhǎng)，試驗(yàn)成功了！

2018年，科研團(tuán)隊(duì)在內(nèi)蒙古、新疆、四川若爾蓋、廈門海島等地同時(shí)開展試驗(yàn)示范。內(nèi)蒙古試驗(yàn)基地進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)探索，種植面積近3000畝，其中2000畝種植高粱，1000畝種植了西紅柿、西瓜、蘿卜、辣椒、土豆、茄子等果蔬?，F(xiàn)在，采集的果蔬產(chǎn)品進(jìn)入超市，開始銷售。2018年，科研團(tuán)隊(duì)在新疆和田塔克拉瑪干沙漠種出了3000畝高粱和牧草，喜獲豐收。種植的成功，也為當(dāng)?shù)貛斫?jīng)濟(jì)效益。2019年，科研團(tuán)隊(duì)在塔克拉瑪干沙漠將種植面積擴(kuò)大到2萬畝。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，再通過兩三年的擴(kuò)大試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)探索，為項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化推廣打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

通過試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)性得到驗(yàn)證，與常規(guī)沙漠治理方法相比，該技術(shù)具有成本低廉、節(jié)水明顯、環(huán)保安全、推廣快的特點(diǎn)，離水源較近或有充足地下水的沙漠都可以實(shí)現(xiàn)“沙變土”。土壤化成本在2000～5000元/畝，低于內(nèi)地土壤復(fù)墾動(dòng)輒數(shù)萬元的成本。而且，一次添加長(zhǎng)久有效，這是因?yàn)轲ず蟿┍旧砭陀心途眯?，且長(zhǎng)出的植物根系腐爛了之后，又成為新的約束，形成生態(tài)的良性循環(huán)。

“點(diǎn)沙成土”能否把所有沙漠變成綠地

有了沙漠土壤化原理和方法，是不是就可以把所有的沙漠變成綠地？并不是這樣，要在改良的沙土上種植植物，還有兩個(gè)問題要解決。第一個(gè)問題是這項(xiàng)技術(shù)改變沙土的物理黏合力，無法改變土壤本身的肥力，所以在第一次耕作時(shí)需人工施加水肥。第二個(gè)問題是缺水。沙漠土壤化改造一定要用水，因?yàn)樯衬娌蛔∷?。不少沙漠本身也有水資源，就可以利用那里的水資源。試驗(yàn)地點(diǎn)是否有水，的確已經(jīng)成為其擴(kuò)大種植面積的制約條件。易志堅(jiān)也說：沙漠土壤化是一項(xiàng)復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程，需要充分的科學(xué)論證和滿足必要的條件，如滿足灌溉要求的水等。他還表示，該項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)在于遏制沙漠化的趨勢(shì)，改善沙漠化的土壤，如果效果好，可以在經(jīng)濟(jì)條件、水資源狀況、生態(tài)平衡等多方面考慮的基礎(chǔ)上進(jìn)行推廣。但是，無論如何，此項(xiàng)技術(shù)是治沙思路的重大創(chuàng)新，有望成為沙漠變綠洲的一種重要手段。