“力學治沙”,讓位於內蒙古阿拉善盟的烏蘭布和沙漠開始呈現出鄉村生態圖景:連片的格桑花搖曳生姿,如茵碧草在風中翻起波浪,熟透的番茄泛著誘人的紅潤,遊客們揮舞著五顏六色的紗巾,擺出各種造型拍照,臨走前還不忘採摘些新鮮的蔬菜瓜果……
“烏蘭布和”,在蒙古語裏是“紅色公牛”的意思,由此可知烏蘭布和沙漠曾經多麼桀驁不馴。2016年,一個來自重慶的科學家團隊走進這片沙漠,試圖用他們最新的科研成果馴服這頭暴虐的“紅色公牛”,讓它成為人類的朋友。
“力學治沙”沙漠變沃土
55歲的張國富家住內蒙古自治區阿拉善左旗巴彥木仁蘇木烏蘭素海嘎查,2017年春節期間,重慶的科研團隊來到嘎查並在此租房,説是要在當地進行治沙試驗。曾經在林業部門治沙站工作20多年的張國富對此特別感興趣,“想看看科學家們到底有啥治沙的新方法。”
“治沙是個體力活,無論是打草方格固沙,還是在沙地種樹,都很耗時耗力。”張國富説起在沙漠裏摸爬滾打多年的經驗,“沙漠就像一個大篩子,你往上面澆水,很快就滲下去了,種些耐旱的植物還行,種莊稼根本不可能。”
重慶交通大學教授、力學專家易志堅卻説“可能”。他帶領團隊在烏蘭布和生態沙産業示範區裏進行的一項“力學治沙”試驗,刷新了張國富的認知。
走進試驗基地,在四週金黃色沙地沙山襯托下,一大片綠洲仿佛一塊鑲嵌在沙漠中的翡翠。生機勃勃的冰草、沙蒿密密地織出綠色地毯,與零星長著植物的示範區原始區域形成鮮明對比。試驗基地不僅種植了狼尾草、蘇丹草、苜蓿、沙打旺等優質牧草,番茄、大蔥、蘿蔔、茄子、馬鈴薯、西瓜等蔬菜瓜果,還種植了高粱、花生、黃豆、蕎麥、枸杞等經濟作物。近100種植物分佈在生態農業示範區、荒漠草原區、多樣性示範區、精細化試驗區等10個區域內,還有幾十隻綿羊和雞、鵝等飼養在其間。
恢復了生態活力的試驗地也吸引了多種昆蟲、鳥類在此“安家”,野兔、狐狸、獾、野貓和青蛙等動物也經常“光顧”。沙漠綠洲景觀更成為一個新晉旅遊景點。據試驗基地工作人員李泉介紹,遊客主要來自距離該地半小時車程的烏海市。李泉説,這周邊原本沒有生態旅遊項目,附近群眾前來遊覽,既是好奇,更是在看“人進沙退”的希望。
“人進沙退”是張國富努力了大半輩子的目標,親眼見到時,他不免感嘆新技術的神奇。因為與傳統治沙方法相比,不僅沙生植物的長勢更茂密,就連莊稼也能種出來了。隨著兒子去試驗基地打工,張國富也漸漸搞清楚了易志堅科研團隊治沙的奧秘。“他們是向沙子中加了一種新發明的材料,能讓沙子像土壤一樣團聚,並且保水保肥。”張國富説,內蒙古有很多從草原退化成沙地的地方,這個技術一旦試驗成熟了,“治沙就不再是難題了!”
事實上,今年已是該科研團隊進駐烏蘭布和沙漠的第三個年頭。最初試驗地只有25畝,隨著試驗順利推進,目前改造種植面積已達6000畝。
在內蒙古阿拉善烏蘭布和沙漠取得初試成功後,該團隊相繼在新疆和田塔克拉瑪幹沙漠、四川阿壩州若爾蓋草原退化沙地進行試驗。至今,三處試驗基地總面積已達10000畝。該團隊還對從島礁運回的海砂成功進行了土壤化改造和種植試驗。
易志堅告訴《瞭望》新聞週刊記者,“力學治沙”技術不僅能固沙,還能通過種植荒漠植物,逐步改善當地生態環境,比傳統治沙方法省時省力;可為拓展草業和糧食生産提供技術儲備,還可以把水資源條件適當的沙地沙漠地區改造成為草場農田。
據內蒙古自治區阿拉善盟烏蘭布和生態沙産業示範區黨工委副書記、管委會副主任田學文介紹,該示範區主要目的就是吸引全國的治沙科技、治沙産業企業來此試驗孵化,易志堅團隊的項目是30多個孵化項目中進展比較順利的一個。“在目前我們接觸的治沙技術中,易志堅團隊的‘力學治沙’理論和技術是一種全新的視角和實踐,很獨特、很獨到,我們願意為這樣的創新團隊提供試驗的平臺和空間。”田學文説。
創新“力學治沙”理論
“力學治沙”是易志堅團隊跨學科創新的重大成果。他們在對顆粒物質力學狀態變化進行研究時發現,土壤顆粒間存在萬向結合約束關係,而沙粒間不具備這種約束,這導致植物在兩種載體上的生長狀態截然不同。
萬向結合約束既有一定的柔性,又有一定的剛性。柔性特徵使土壤保水、保肥和透氣,併為植物根系生長提供彈性空間;剛性特徵則使之能夠“抱住”植物根系,維持植物穩定。易志堅團隊首次在土壤的力學特性與生態屬性之間建立起聯繫,從力學角度解釋了土壤能夠“生生不息”之謎。易志堅説:“如能給沙粒施加這種約束關係,沙漠即可具有土壤的生態力學屬性,在適當水肥條件下就能實現‘點沙成土’。”
2009年,易志堅科研團隊開始對這項發現進行技術試驗,研發出一種有效的萬向約束引入方式——向沙中添加一種改性植物纖維素黏合劑,加水後混入沙子中,以此創造沙粒間的約束關係。經過改造,“一盤散沙”就能獲得與自然土壤一樣的生態-力學屬性:在濕潤時呈現稀泥般的流變狀態,水分蒸發後結成固體狀態,兩種狀態之間可自由轉換,並具有較強的存儲水分、養分和空氣的能力,成為適宜植物生長的載體。
易志堅説:“這項技術可以改良甚至‘人造’土壤,有望實現土壤沙漠化的逆過程,將沙漠‘土壤化’。”該技術現已獲得17項國家發明專利和2項國際專利。
最初的小面積試驗就在重慶交通大學實驗室和校園附近房前屋頂進行,之後通過3年小規模田間連續試驗,技術趨於成熟。2016年,易志堅團隊走出校園,開始在內蒙古自治區阿拉善盟烏蘭布和沙漠進行沙漠改造和持續種植試驗,解決了應用中的環保性和耐久性兩個重要問題。
隨著黏合劑的不斷改良,效果越發顯著。試驗地中,原本的流動沙丘已具有自然土壤特性,瓜果、蔬菜、牧草、樹木長勢旺盛。
2017年的數據表明,與當地農田中傳統種植相比,試驗地多數作物根系更發達,莖葉生物量更多。試驗地的高粱、麻子,其根系生物量比普通地發達6倍以上,部分農作物增産效果明顯。試驗地番茄畝産達到1.4萬斤,高粱畝産達到1200斤,西瓜畝産達到8000斤。試驗地還探索出了適宜的規模化灌溉方法,大多數植物種類畝均用水不到400噸,低於當地節水灌溉定額550噸,更低於當地農田畝均超過800噸的用水量。更為可喜的是,科研團隊專門留下的一塊無灌溉試驗地中,2017年8月栽種的沙蒿、沙打旺等今年順利發芽,生長良好。
當地有關部門高度重視並持續對黏合劑的環保性問題進行關注。田學文説:“從目前的土壤監測報告來看,被改造後的沙漠沒有發現異常。我們會對土壤環境、農業種植耗水量,以及‘力學治沙’成本控制等問題進行跟蹤關注。”
記者採訪發現,易志堅科研團隊把土壤力學特徵應用於治沙實踐,屬全球首創,是治沙思路的重大創新。目前,部分專家學者有一些不同聲音,但三年上萬畝沙漠實地試驗正在持續驗證“力學治沙”的有效性、安全性和穩定性。
易志堅表示,“力學治沙”是從跨學科的視角對土壤進行認識和利用的一項原創性成果,“我們會廣泛聽取意見,繼續以嚴謹的態度進行科學試驗,讓科學原理和事實説話。”
沙漠地區國家的期盼
“力學治沙”消息一經傳出,就受到沙漠地區國家廣泛關注。阿聯酋、沙烏地阿拉伯、巴基斯坦、澳大利亞等20多個國家紛紛與易志堅團隊聯繫,希望開展合作。
上世紀50年代以來,海灣地區的阿拉伯各國一直把農業産業化作為追求目標,但進展緩慢。當了解到“力學治沙”技術後,阿聯酋高級官員多次到重慶商談合作事宜,希望用這項技術把該國沙漠改造為沃土,實現農業生産自給自足,並改善生態環境。
幾經談判協商,2018年7月3日,易志堅團隊受邀與阿聯酋一家公司合作。根據協議,科研團隊在該國首都阿布扎比10平方千米的沙漠上進行土壤化試驗,並試種各種草類、蔬菜和灌木。
阿聯酋氣候變化與環境部部長薩尼·澤尤迪在接受媒體採訪時表示,非常期待這項技術能夠在阿聯酋的土地上取得成功,項目的應用將對提升阿聯酋糧食安全産生積極影響,成為阿聯酋未來發展的重要選擇之一。
易志堅説:“我們計劃2020年在阿布扎比試驗達到10平方千米,然後再針對阿布扎比的生態修復和農産品市場需求,進行規模化推廣應用。”
阿聯酋國土面積8.36萬平方千米,其中阿布扎比面積6.73萬平方千米,阿布扎比85%的土地為沙漠、超過80%的農産品需要進口。
“這種能夠將大片沙漠改造成沃土和綠洲的技術是我們夢寐以求的,我們期待在阿聯酋採用這樣的技術。”薩尼·澤尤迪説。
路透社、阿聯酋通訊社、《阿拉伯商業週刊》《中東資訊》等媒體對雙方的合作給予了積極評價。路透社評論説,這是中國“一帶一路”倡議下中阿政府間經濟合作的重要項目,“此次雙方合作將使阿聯酋在沙漠化防治和農産品生産中受益匪淺。”
重慶交通大學黨委書記李天安表示,阿布扎比的項目將進一步驗證“力學治沙”技術在極端氣候條件下是否有助於農牧業發展,如果試驗成功,將探索出一條服務“一帶一路”的綠色發展之路,共同推進人類生態文明建設。
記者了解到,易志堅科研團隊下一步攻堅重點是試驗種植更多種類的植物,對耗水量耗肥量進行精細測定和科學修正,進一步摸清沙漠土壤化改造的科學規律。