點(diǎn)沙成土，將論文寫在祖國(guó)大地上
—— 記“2021最美科技工作者”重慶交通大學(xué)易志堅(jiān)教授

◎ 本刊記者 蔣向利

由中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)推薦的重慶交通大學(xué)副校長(zhǎng)易志堅(jiān)榮獲“2021最美科技工作者”

11月5日，2021最美科技工作者發(fā)布儀式在央視科教頻道播出。10位來自科研生產(chǎn)一線的科技工作者獲得“2021最美科技工作者”稱號(hào)，其中包括重慶交通大學(xué)副校長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師易志堅(jiān)。

“如果有一天，廣袤的沙漠變成綠洲；如果有一天，大地遍布生態(tài)奇跡。人們一定會(huì)記得你大漠里的身影，黃沙百戰(zhàn)穿金甲，不破樓蘭終不還……”這是頒獎(jiǎng)儀式上，主持人獻(xiàn)給易志堅(jiān)教授的頒獎(jiǎng)詞。

易志堅(jiān)，1963年出生，二級(jí)教授、博導(dǎo)，重慶交通大學(xué)副校長(zhǎng)，國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家、國(guó)家“百千萬(wàn)人才工程”第一、二層次人選，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，1988年到重慶交通大學(xué)工作，長(zhǎng)期從事力學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，提出了彈塑性裂紋線場(chǎng)分析方法，發(fā)現(xiàn)顆粒約束決定顆粒物質(zhì)狀態(tài)的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)土壤力學(xué)特性與生態(tài)屬性的關(guān)系，是“沙漠土壤化”理論和技術(shù)的提出者。他與團(tuán)隊(duì)一起，歷時(shí)數(shù)年創(chuàng)造性地研究出“力學(xué)治沙”辦法，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在內(nèi)蒙古、新疆及中東地區(qū)的沙漠、撒哈拉沙漠等國(guó)內(nèi)外不同立地條件下的沙漠打造出1.7萬(wàn)畝生態(tài)綠洲，產(chǎn)生廣泛的影響，并培養(yǎng)出博士和碩士研究生50多名。

突破傳統(tǒng)方法，破解土壤改良“力學(xué)密碼”

土地沙漠化治理，一直是世界級(jí)難題。2008年，易志堅(jiān)開始從力學(xué)角度思索，如何讓沙漠具有土壤的特性，并最終帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種植物黏合劑。

傳統(tǒng)的沙漠改造主要有三種方法：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。

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，他們破解了土壤的“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(wàn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)象結(jié)合約束”的黏合劑。這種黏合劑無(wú)毒無(wú)副作用，在加水與沙子攪拌后，“一盤散沙”就獲得與土壤一樣的生態(tài)—力學(xué)屬性——在加水后變成稀泥，成為流變狀態(tài)，水干了之后變成泥塊，成為固體狀態(tài)——添加植物黏合劑后的沙粒因?yàn)榫邆淞巳f(wàn)向約束力，成為沙子向土壤轉(zhuǎn)換的“密碼”，從而使沙粒具有像土壤一樣保水保肥的能力，成為植物生生不息的載體。

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。

易志堅(jiān)查看內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠土壤化基地向日葵生長(zhǎng)情況

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?yáng)臺(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(guó)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。

不畏挫折，勇將“死亡之?！弊兙G洲

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月～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(wú)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“死亡之海”的地方。科研團(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！

李術(shù)才院士、王建華副會(huì)長(zhǎng)和易志堅(jiān)教授在烏蘭布和沙漠土壤化基地的華萊士瓜地里

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(wàn)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(wàn)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)。

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(wú)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(wú)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。

頒獎(jiǎng)儀式上，現(xiàn)場(chǎng)講解“力學(xué)治沙”原理及效果

“沙漠不是缺水，是存不住水。”在頒獎(jiǎng)儀式現(xiàn)場(chǎng)，易志堅(jiān)為大家通俗地講解了“力學(xué)治沙”的原理和效果：2016年，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的“沙漠土壤化”應(yīng)用試驗(yàn)在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠啟動(dòng)。截至目前，團(tuán)隊(duì)已在烏蘭布和沙漠等多地試驗(yàn)成功。值得一提的是，易志堅(jiān)還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)探索出“生態(tài)+產(chǎn)業(yè)”治理的路子。在“沙漠土壤化”后的基地里，種植出蘿卜、高粱、狼尾草、番茄、茄子等70多種作物。其中，烏蘭布和沙漠種植的蘿卜畝產(chǎn)達(dá)1.3萬(wàn)多公斤，高粱畝產(chǎn)789公斤，均高出全國(guó)平均水平。

“力學(xué)遇見沙漠，是我一生的榮幸?！币字緢?jiān)告訴大家，第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查顯示，全國(guó)耕地面積為19.18億畝。而我國(guó)沙化面積達(dá)25.95億余畝，占整個(gè)國(guó)土面積的18%。如果將“沙漠土壤化”這項(xiàng)技術(shù)用來改造我國(guó)1%的沙化土地，將獲得2600萬(wàn)畝可利用土地。

易志堅(jiān)教授榮獲“2021最美科技工作者”稱號(hào)，引發(fā)團(tuán)隊(duì)成員和高校教師點(diǎn)贊?！罢麄€(gè)基地就跟過節(jié)一樣！”易老師的博士生、內(nèi)蒙古“沙漠土壤化”基地成員李亞在電話里告訴記者，基地的團(tuán)隊(duì)成員、附近村莊的群眾圍在電視前收看了頒獎(jiǎng)典禮，“大家都從心里感到驕傲，為項(xiàng)目得到更多人的認(rèn)可而開心。易老師十年如一日的辛勞付出，也激勵(lì)著團(tuán)隊(duì)每一個(gè)人前進(jìn)?！?/p>

重慶交通大學(xué)黨委書記李天安在微信上向易志堅(jiān)教授送去一首《夢(mèng)想成真》的英文歌。他表示，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)用力學(xué)破譯“點(diǎn)沙成土”密碼，為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)貢獻(xiàn)了重慶智慧，為全球沙漠治理提供了嶄新方案。他希望重慶交大全體科技工作者心懷“國(guó)之大者”，勇攀科技高峰，為加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)作出新的更大貢獻(xiàn)。

創(chuàng)新是最好榜樣，科研成果在產(chǎn)學(xué)研各界引發(fā)強(qiáng)烈反響

“讓貧瘠的沙漠變得生機(jī)盎然，這是真正的‘大國(guó)重器’”“作為一名高校教師，要在報(bào)效祖國(guó)、服務(wù)人民中實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值”“科技立則民族立，科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)。要爭(zhēng)做高水平科技自立自強(qiáng)的排頭兵”……在獲悉易志堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)的事跡后，重慶大學(xué)、重慶理工大學(xué)、重慶科技學(xué)院等高校，西部（重慶）科學(xué)城的科研工作者，以及產(chǎn)學(xué)研各界的專家學(xué)者們紛紛發(fā)出贊嘆，表示要以“最美科技工作者”為榜樣，為建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)力量。

中國(guó)工程院院士、山東大學(xué)教授李術(shù)才談到，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目對(duì)研究隧道建設(shè)和地下水滲透也有啟發(fā)。他說，我是做巖土、隧道、地下水研究的，交大團(tuán)隊(duì)用植物黏合劑讓沙子像土壤一樣具備萬(wàn)向約束力，讓水的滲透很緩慢，這對(duì)我的研究也有啟發(fā)。這個(gè)項(xiàng)目是交叉學(xué)科的創(chuàng)新，包含力學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)等。項(xiàng)目在科學(xué)價(jià)值、生態(tài)效益等方面都有很大意義，要做好理論和數(shù)據(jù)分析及宣傳，多爭(zhēng)取國(guó)家支持，以便更好地推動(dòng)進(jìn)一步研究和推動(dòng)成果轉(zhuǎn)化。

中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)執(zhí)行副會(huì)長(zhǎng)王建華對(duì)易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目成果也表示由衷的贊許。他說，這是“從0到1”的突破性成果，是一項(xiàng)跨界融合、“從0到1”的原創(chuàng)性成果，不僅對(duì)國(guó)家生態(tài)安全、糧食安全等具有重要意義，也為全球沙漠治理提供了借鑒。他表示，目前，該成果需要從創(chuàng)新鏈轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)鏈，再向應(yīng)用鏈轉(zhuǎn)化，要充分發(fā)揮“政產(chǎn)學(xué)研金”的協(xié)同作用，建立政府支持、市場(chǎng)主導(dǎo)、金融支撐、企業(yè)主體的政產(chǎn)學(xué)研用一體化的創(chuàng)新生態(tài)體系，通過科學(xué)家和企業(yè)家的深度融合，讓這項(xiàng)科技成果為建設(shè)美好的生態(tài)家園作出貢獻(xiàn)。

華大集團(tuán)董事、深圳國(guó)家基因庫(kù)主任王韌表示，交大沙漠土壤化項(xiàng)目在沙漠實(shí)現(xiàn)了多種作物的大面積豐產(chǎn)，提供了新的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)修復(fù)方式，為建設(shè)新的沙漠區(qū)域農(nóng)牧體系打下了基礎(chǔ)；對(duì)土壤微生物群落的演化，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)也有非常重要的作用。華大集團(tuán)擬與交大合力共建“沙漠生態(tài)重建”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，雙方可共同申請(qǐng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，設(shè)立大型公共研究平臺(tái)支撐研究院，建設(shè)新的沙漠生態(tài)力學(xué)研究學(xué)院和學(xué)科，輸出專項(xiàng)人才。

國(guó)際農(nóng)業(yè)教育科學(xué)院院士、聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織國(guó)際黑土聯(lián)盟首任主席韓貴清聽聞易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)的科研成果后，很受感動(dòng)。他表示，我作為一名農(nóng)業(yè)專家，鼎力支持這個(gè)項(xiàng)目。農(nóng)業(yè)的根本出路在科技，易志堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)用“感情、熱情、激情、癡情”四情做好了這件事。對(duì)這個(gè)具有顛覆性的創(chuàng)新成果，要加大支持和推廣力度，讓農(nóng)科教結(jié)合，為中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

看！烏蘭布和沙漠土壤化基地種出來的大蘿卜