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点沙成土!力学家勇闯“无人之地”跨界治沙创奇迹

来源:新华每日电讯
2022-01-05 08:40:09

  原标题:点沙成土!力学家勇闯“无人之地”跨界治沙创奇迹

  新华每日电讯记者谷训

  2021年底,58岁的力学家易志坚获得了一个新的荣誉——“2021最美科技工作者”。一向看淡荣誉的他十分看重这个奖项,他说,这是对他和科研团队勇闯“无人之地”13年难得的一次公开肯定,是对这一路走来所有质疑和否定的回应,更是对科学家们敢于跨界、勇于创新的鼓励。

2021年8月1日,易志坚在内蒙古乌兰布和“沙漠土壤化”试验基地的葵花种植地块查看和记录葵花长势。(受访者供图)

  一切,要从2016年悄然诞生的一片沙漠绿洲说起。

  “门外汉”跨界治沙创奇迹

  “乌兰布和”,在蒙语里是“红色公牛”的意思。这里在西汉还是沃野千里,唐宋时期明显沙化,“沙深三尺、马不能行”,而今已是一片寸草不生的流动沙漠。2016年4月,重庆交通大学教授易志坚带领科研团队走进内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠,8月,浩瀚黄沙中出现了一个有两个足球场大的绿洲,分外耀眼。在一片郁郁葱葱、瓜果飘香中,千年来桀骜的“红色公牛”第一次在人类面前表现出驯服。

  然而没有人想得到,让沙漠在短时间内变绿洲的,是一群与生态、植物、土壤、治沙等专业毫不沾边的力学家。

  2009年,易志坚在研究颗粒物质力学的过程中发现,颗粒物质从离散状态向流变状态、固体状态转换,依靠的是一种万向约束关系。“当时我就联想到,土壤和沙子之间的区别就是有没有这种约束关系。”易志坚说,“当我想到这个发现可以把沙改造成土,就激动得睡不着觉!”

  在进一步的研究中,易志坚团队提出了一项原创力学原理,土壤颗粒间存在一种万向结合约束关系(Omni-directional Integrative约束,简称ODI约束)。万向结合约束下的土壤颗粒体,既有一定的柔性,保水、保肥和透气,并为植物根系生长提供弹性空间,又有一定的刚性,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。

  手握“点沙成土”的科学理论“密码”,易志坚放下了他所有的力学研究,一心扑到“沙漠土壤化”试验上。2013年,科研团队研发出一种植物纤维素黏合剂。在沙子中混合适量的黏合剂和水,“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。该技术现已获得7项国际发明专利和18项国内发明专利。

  从2016年起至今,“沙漠土壤化”技术在多种严酷自然条件下进行实地试验。内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠、新疆和田塔克拉玛干沙漠、四川若尔盖修复沙化草原、西沙岛礁、西藏拉萨市郊沙化带、撒哈拉沙漠中石油尼日尔油田基地,在总面积达17000亩的沙漠沙地上,“沙漠土壤化”技术生态恢复和农业种植试验都取得了成功。

  受质疑,坚持用事实说话

  沙漠是无人之地,而易志坚团队跨界创立的理论和技术也是没有前人研究过的“无人区”。“一个原创科学成果诞生时,受到人们关注甚至质疑是正常的。”获得“最美科技工作者”荣誉后,易志坚对媒体记者表示他只坚持用事实说话。

  2016年,易志坚团队向学术界公开了他们的理论创新和初试成果,引发一些争议。少数来自沙漠治理、土壤领域的专家表示并不看好该技术。此后两年,团队在内蒙古乌兰布和沙漠和新疆塔克拉玛干沙漠扩大试验面积,中试成功。少数专家仍然质疑该技术的真伪、存在价值,甚至怀疑这项技术可能带来“危害”。

  新技术在现行理论中找不到支撑,会不会是“伪科学”?沙漠常年干旱,是不是不需要黏合剂,只要浇够水就能长植物?“沙漠土壤化”改造后的土地种植作物仍然需要浇水,是否不适用于本就缺水的沙漠?添加的材料有没有污染?改造成本会不会很高,是否具备推广价值?沙漠是地球自然生态的组成部分之一,把沙漠全部变成绿洲会不会是一种破坏生态的行为?

  面对相关质疑乃至否定,易志坚始终坚信他们的科研方向是正确的。实地试验6年来,科研团队收集了很多数据,用以回应种种质疑。

  用水方面,内蒙古和新疆试验数据表明,“沙漠土壤化”试验地农作物耗水量低于当地农田节水灌溉定额。若是在沙漠地区种植耐旱植物,或在若尔盖草原沙化区和拉萨市郊沙化带等降雨量正常的地区,则只需在改造后播种时浇水,后期无须灌溉。

  环保方面,经权威机构多次检测表明,添加材料不含任何有毒有害物质;“土体”、水体和大气环境全部符合国家绿色食品产地认证标准;农产品安全无污染。

  成本方面,若用于农业种植,改造成本约为1500元至3000元/亩,若只是生态恢复成本则更低,且一次改造长久有效。传统的草方格治沙成本虽为1000余元/亩,但4到5年后就会风蚀腐烂,甚至腐烂前就被流沙覆盖,因此需重复投入固沙成本,且无经济效益。

  不仅如此,“沙漠土壤化”技术还具有易施工、作物产量高、固碳效益好、生物多样性恢复效果显现等特点。从早期就开始专注该技术的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,是该技术与草方格固沙、化学固沙、工程固沙、培育沙生植物等传统治沙方法的最大区别。因此综合考虑成本和收益,“沙漠土壤化”技术的性价比高于传统治沙方法。

  关于没有现行理论支撑的问题,2021年9月18日,中国产学研合作促进会组织评价委员会,在内蒙古乌海市召开“沙漠土壤化关键技术与生态治理示范工程”成果评价会,肯定了这是一项原创性、突破性成果。与会专家认为,找不到现行理论支撑正是其原创性、突破性的表现,而不应该成为对其的限制。

  关于沙漠寸草不生的“症结”是缺水还是难储水,曾经在林业部门治沙站工作20多年的内蒙古阿拉善左旗人张国富说:“沙漠就像一个大筛子,你往上面浇水,很快就渗下去了,种些耐旱的植物还行,种庄稼根本不可能。”易志坚认为,人们对沙漠缺水的问题存在一些片面解读。其实,沙漠地区的自然土壤,如河套平原,也同样干旱少雨,当地种植农作物同样需要灌溉。“那么为什么在‘沙漠土壤化’地里用更少的灌溉量、产出更多的植物,却要受到苛责?”易志坚说,“沙漠土壤化”技术解决的是沙子难储水的问题,换个角度看,也是在探索一种土地与水资源的合理利用方式。

  关于改造沙漠是不是破坏自然生态,易志坚介绍,荒漠化被称为地球癌症,是人类面临的重大生态环境问题,联合国荒漠化公约一直致力于荒漠化防治和生态恢复,我国一直十分重视荒漠化防治工作。易志坚说,这项技术的研发目的并不是为了改造所有沙漠,技术成熟后将如何应用当由政府层面统筹规划。

  新技术打开一扇新窗

  随着近年来实地试验连续开展,易志坚团队听到的质疑声音逐渐减少,肯定和支持越来越多。这一跨界创新的科技成果吸引了各领域专家前来考察,他们认为该理论技术达到了国际领先水平,对我国生态安全、粮食安全等具有重大的战略意义,为全球沙漠治理提供借鉴。

  “看到沙漠里种出了高产的粮食,我感到震撼和感动。”在“沙漠土壤化关键技术与生态治理示范工程”成果评价会上,联合国粮农组织黑土联盟首任主席、国际农业教育科学院院士韩贵清动情地说,他在黑龙江研究黑土几十年,对土地充满感情,如今看到沙漠也能作“良田”,“不管别的专家怎么说,作为农学专家,我对这个颠覆性创新是大力支持的。”

  深圳国家基因库主任王韧曾任国际粮农组织(FAO)助理总干事,多年从事国际农业科技管理工作。他说,“沙漠土壤化”技术如同打开了一扇崭新的窗户,为科学家们提出了全新的科学命题和研究方向,即沙漠区域农牧体系建设,沿着这个方向深入研究下去,将在治理沙漠生态、开发后备农业资源、增强生态系统韧性、实现“碳中和”目标等方面发挥重要价值。

  “专家谈理论,我们看效果。”感触最深的是一线工作者和基层干部。正在建设国家战略储备林项目的林业工作者刘成说,基于现实、展望未来,希望在现有的大面积农作物种植试验中增加林业板块,让“沙漠土壤化”技术早日接入成熟的林业产业体系,创造更大的生态和经济价值。

  最先引进该技术落地的内蒙古阿拉善盟发改委主任罗志铁说:“我认为这项技术可以作为‘统筹山水林田湖草沙系统治理’中治沙的抓手。”可以应用到“乌贺原生态屏障工程”和黄河流域生态保护和高质量发展上,守卫黄河和广阔的中原大地免受风沙侵扰。

  易志坚生活在山清水秀的重庆,长期从事着力学基础理论和应用研究,或许沿着老路走下去,他永远与沙漠无关。他说:“力学遇见沙漠,是我一生的荣幸。”我国国土沙化面积达25.95亿亩,占整个国土面积的18%。易志坚这位“半路出家”的治沙人有一个小小的设想,那就是利用自己的技术成果改造我国1%的沙化地,换来2600万亩可利用土地。等那一天来临,力学遇见沙漠或是一个时代的荣幸。

责任编辑:朱一丹

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