力學(xué)治沙從試驗(yàn)田走向產(chǎn)業(yè)化

文｜《小康》·中國(guó)小康網(wǎng)記者 劉彥華

勛章 科技改變世界，烏蘭布和沙漠中盎然的生機(jī)，是這個(gè)綠色神話的締造者、“2021最美科技工作者”重慶交通大學(xué)副校長(zhǎng)易志堅(jiān)及其科研團(tuán)隊(duì)最美的勛章。攝影/寧穎

8月的陽(yáng)光分外刺眼，從烏海市區(qū)出發(fā)，駛過黃河浮橋，一路向西，穿越破敗的村莊、起伏連綿的沙丘，行至穿沙公路盡頭，眼前豁然開朗，漫天黃沙中忽現(xiàn)一片綠洲。

金燦燦的向日葵，豐茂的綠色牧草，累累碩果掛滿枝頭的茄子、辣椒，宛若長(zhǎng)龍的大型平移式噴灌機(jī)……一座望不到邊的現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)映入眼簾，令人驚喜。

北緯39°36′32′′、東經(jīng)106°39′02′′，烏蘭布和“沙漠土壤化”中試科研基地，這里在百度地圖上沒有名字，但它短短幾年時(shí)間沙漠變良田的生態(tài)奇跡卻驚艷了整個(gè)世界。

科技改變世界，沙漠中盎然的生機(jī)，是這個(gè)綠色神話的締造者、“2021最美科技工作者”重慶交通大學(xué)副校長(zhǎng)易志堅(jiān)及其科研團(tuán)隊(duì)最美的勛章。

另辟蹊徑，開啟跨界治沙冒險(xiǎn)之旅

土地沙漠化治理，一直是世界級(jí)難題。有數(shù)據(jù)顯示，目前，遭受全球沙漠化威脅的沙漠面積和其他干旱地區(qū)的土地面積已達(dá)地球陸地面積的41.3%，并且正在以每年5萬～7萬平方公里的速度擴(kuò)張。我國(guó)辛苦治沙幾十年，沙漠化擴(kuò)展勢(shì)頭雖然得到抑制，但沙漠化土地的面積已達(dá)173萬平方公里，占國(guó)土總面積的18.03%，并且另有31萬平方公里的土地呈現(xiàn)出明顯沙漠化的趨勢(shì)。

現(xiàn)行的沙漠治理方法主要有三類：工程治沙、化學(xué)治沙和植物治沙。工程治沙是通過建立草方格沙障和沙柵欄等障礙物來阻止沙子的移動(dòng)；化學(xué)治沙是通過向沙漠表面噴灑乳化瀝青或聚合物乳膠等來固化沙子表層；植物治沙是通過種植沙生植物來修復(fù)沙漠。

這些治沙方法，有利有弊，對(duì)沙化治理有一定效果，但很難大規(guī)模推廣。

易志堅(jiān)，我國(guó)著名的力學(xué)專家，長(zhǎng)期從事力學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，2009年，在研究顆粒物質(zhì)力學(xué)的過程中偶然發(fā)現(xiàn)，顆粒物質(zhì)從離散狀態(tài)向流變狀態(tài)、固體狀態(tài)轉(zhuǎn)換，依靠的是一種萬向約束關(guān)系。

“土壤在濕時(shí)為流變狀態(tài)，在干時(shí)為固體狀態(tài)，并且可以在這兩種狀態(tài)之間穩(wěn)定轉(zhuǎn)換。土壤的這種力學(xué)特性賦予了其自修復(fù)和自調(diào)節(jié)這兩大生態(tài)力學(xué)屬性，使其能夠保持生生不息的生態(tài)循環(huán)并成為植物理想載體。而沙子和土壤的區(qū)別在于，沙子通常處于離散狀態(tài)，其顆粒之間的約束為接觸約束?！蓖ㄟ^進(jìn)一步研究，易志堅(jiān)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在沙子顆粒中加入適當(dāng)黏度的水溶性物質(zhì)并均勻混合后，沙子顆粒間將形成具有“萬向性”和“可恢復(fù)性”的萬向結(jié)合約束（ODI）約束，沙子也將從離散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯儬顟B(tài)，類似濕土。當(dāng)添加的水溶性物質(zhì)中的水分蒸發(fā)后，ODI約束將轉(zhuǎn)化為固結(jié)約束，沙子將轉(zhuǎn)變成固體狀態(tài)，類似干土。

在此理論基礎(chǔ)上，易志堅(jiān)首創(chuàng)提出沙漠“土壤化”的技術(shù)路徑，通過在土壤的力學(xué)特性與生態(tài)屬性之間建立起聯(lián)系，從力學(xué)角度解釋了土壤“生生不息”之謎。

“土壤的功能是作為植物生長(zhǎng)的載體，沙子‘土壤化’的性質(zhì)可以通過種植植物來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！本o接著，為驗(yàn)證自己的研究，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)在重慶交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開啟了為期3年的種植試驗(yàn)，陽(yáng)臺(tái)、屋頂、戶外種植地到處都可以看到他們的身影。為了模擬沙漠沙層滲透條件，他們?cè)谠囼?yàn)地面依次鋪設(shè)了20～30厘米厚的碎石層、15～25厘米厚的未作任何處理的普通河沙以及10～20厘米厚的“土壤化”改性土。

玉米、紅薯、土豆、蘿卜各種植物輪作，長(zhǎng)勢(shì)喜人。易志堅(jiān)信心倍增，“種植試驗(yàn)充分驗(yàn)證了‘土壤化’的沙子是植物生長(zhǎng)的理想載體，且其生態(tài)力學(xué)屬性能夠長(zhǎng)期保持”。

不懈奮戰(zhàn)，站上產(chǎn)業(yè)化新起點(diǎn)

掃碼觀看視頻訪談

“沙漠‘土壤化’就是使沙漠表層的沙子‘土壤化’，其科學(xué)實(shí)質(zhì)是使沙漠表層的沙子獲得土壤的力學(xué)特性和生態(tài)屬性。從原理上講，沙漠‘土壤化’是沙漠化的逆過程，具有實(shí)現(xiàn)人類沙漠變綠洲夢(mèng)想、改善沙漠地區(qū)生態(tài)環(huán)境、最終造福人類的潛力。”作為一個(gè)科學(xué)命題，沙漠“土壤化”可行性必須經(jīng)過沙漠實(shí)地實(shí)踐檢驗(yàn)。

易志堅(jiān)，我國(guó)著名力學(xué)專家，首創(chuàng)提出沙漠“土壤化”的技術(shù)路徑，通過在土壤的力學(xué)特性與生態(tài)屬性之間建立起聯(lián)系，從力學(xué)角度解釋了土壤“生生不息”之謎。

2016年，易志堅(jiān)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走出實(shí)驗(yàn)室，在蒼茫大漠里開啟了新一輪的戰(zhàn)斗。

易志堅(jiān)一開始就將目標(biāo)定在最難治理的沙漠上，在選址時(shí)便提出了三條要求：要寸草不生；要有適當(dāng)?shù)乃Y源；不要有人干擾。

于是，風(fēng)沙肆虐、桀驁不馴的烏蘭布和沙漠成為了他們的試驗(yàn)場(chǎng)。

2016年25畝沙漠“土壤化”改造并試種成功。2017年2月，“一萬畝”試驗(yàn)地前期勘測(cè)；3月，大型機(jī)械開進(jìn)沙漠，蓄水池、公路等基礎(chǔ)設(shè)施建好；4月，進(jìn)入萬畝試驗(yàn)地“土壤化”施工階段，研究團(tuán)隊(duì)在數(shù)千畝的沙漠上鋪設(shè)混合材料；6月，第四次試種取得成功；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……

“現(xiàn)在的情況就是，團(tuán)隊(duì)已在烏蘭布和沙漠等多地試驗(yàn)成功，種植出蘿卜、高粱、狼尾草、番茄、茄子等20多種作物。其中，烏蘭布和沙漠種植的蘿卜畝產(chǎn)達(dá)到1.3萬多公斤，高粱畝產(chǎn)789公斤，均高出全國(guó)平均水平?！?/p>

作為一項(xiàng)“從0到1”的原創(chuàng)性突破性成果，力學(xué)治沙從理論提出到實(shí)踐驗(yàn)證，一路走來，常伴隨著質(zhì)疑。不過，易志堅(jiān)及其團(tuán)隊(duì)從未動(dòng)搖，一心用實(shí)際效果證明自己。也正是這份強(qiáng)大的精神力量和科學(xué)理念，引導(dǎo)著他們?cè)诳蒲蓄I(lǐng)域取得巨大突破。據(jù)易志堅(jiān)介紹，與常規(guī)沙漠治理方法相比，沙漠“土壤化”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)“土壤化”?！巴寥阑背杀久慨€不高于5000元，遠(yuǎn)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，長(zhǎng)出的植物根系腐爛了之后，又會(huì)成為新的約束，形成生態(tài)的良性循環(huán)。

事實(shí)勝于雄辯，試驗(yàn)結(jié)果有力地打破了質(zhì)疑聲。

2021年9月18日，中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)組織評(píng)價(jià)委員會(huì)在內(nèi)蒙古烏海市召開“沙漠土壤化關(guān)鍵技術(shù)與生態(tài)治理示范工程”成果評(píng)價(jià)會(huì)。經(jīng)過3個(gè)多小時(shí)的質(zhì)詢和討論，最后，評(píng)價(jià)委員會(huì)的專家們一致認(rèn)為：“‘沙漠土壤化’是一項(xiàng)原創(chuàng)性、突破性成果，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益明顯，對(duì)國(guó)家生態(tài)安全、糧食安全等具有重要意義，為全球沙漠治理提供了借鑒，成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！?/p>

同年，易志堅(jiān)也因此被中央宣傳部、中國(guó)科協(xié)、科技部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院、國(guó)防科工局6部門共同授予了2021年“最美科技工作者”榮譽(yù)稱號(hào)。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是科研發(fā)展的落腳點(diǎn)。2022年，易志堅(jiān)及其團(tuán)隊(duì)站在了新的起點(diǎn)—走向產(chǎn)業(yè)化?！敖?jīng)過6年中試試驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)較為成熟。在前期打造‘沙之約’產(chǎn)業(yè)化探索的基礎(chǔ)上，今年我們項(xiàng)目將正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，不僅防沙治沙恢復(fù)生態(tài)，而且要為當(dāng)?shù)貛斫?jīng)濟(jì)效益?！币字緢?jiān)介紹稱，目前新簽項(xiàng)目覆蓋內(nèi)蒙古和新疆等地的沙漠和戈壁共計(jì)13萬畝。今年團(tuán)隊(duì)已在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市杭錦旗庫(kù)布其沙漠、新疆若羌等地的沙漠和戈壁改造了約3000畝，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)示范基地建設(shè)。