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我力学家“跨界”治沙,沙漠有望变“土壤”

发布时间:2016-12-02 点击次数:891

  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?#21462;?br />   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?#24615;?#26893;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?#31181;参?#31283;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?#22303;?#22303;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?#31964;?#33258;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。科研团队在当地人认为最难治理的移动沙漠中开辟出25亩试验地。经施工改造的试验地沙体当即固定,并表现出?#24535;?#30340;抗风蚀能力。世?#26469;?#20195;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。“在我们这儿的自然条件下,要辛?#37327;?#33510;种十年的草才能形成藻类结皮,?#30431;?#20204;带来的技术,几个月就实现了我们?#22674;?#24180;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,?#22756;?#20316;物糜子亩产量比当地平均亩产量高出?#23478;?#20493;。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?#23458;?#36827;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?#29575;?#29305;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?#29575;易?#23478;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?#40644;?#30340;一步,应当积极支持。
  中国工程院院士郑?#27604;?#35828;,土壤力学特性是被验证过的已知科学,将其?#31964;?#27835;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?#24230;?#25206;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?#27492;?#26080;毒副作用,但经长期使?#27809;?#21542;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?#38382;?#38388;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,?#32422;?#30456;关基础设施建设成本?#21462;?br />   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?#25442;?#22659;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。

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