力學治沙從試驗田走向產業化

文｜《小康》·中國小康網記者 劉彥華

勛章 科技改變世界，烏蘭布和沙漠中盎然的生機，是這個綠色神話的締造者、“2021最美科技工作者”重慶交通大學副校長易志堅及其科研團隊最美的勛章。攝影/寧穎

8月的陽光分外刺眼，從烏海市區出發，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，宛若長龍的大型平移式噴灌機……一座望不到邊的現代化農場映入眼簾，令人驚喜。

北緯39°36′32′′、東經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，但它短短幾年時間沙漠變良田的生態奇跡卻驚艷了整個世界。

科技改變世界，沙漠中盎然的生機，是這個綠色神話的締造者、“2021最美科技工作者”重慶交通大學副校長易志堅及其科研團隊最美的勛章。

另辟蹊徑，開啟跨界治沙冒險之旅

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

現行的沙漠治理方法主要有三類：工程治沙、化學治沙和植物治沙。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；化學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沙漠。

這些治沙方法，有利有弊，對沙化治理有一定效果，但很難大規模推廣。

易志堅，我國著名的力學專家，長期從事力學基礎理論和應用研究，2009年，在研究顆粒物質力學的過程中偶然發現，顆粒物質從離散狀態向流變狀態、固體狀態轉換，依靠的是一種萬向約束關系。

“土壤在濕時為流變狀態，在干時為固體狀態，并且可以在這兩種狀態之間穩定轉換。土壤的這種力學特性賦予了其自修復和自調節這兩大生態力學屬性，使其能夠保持生生不息的生態循環并成為植物理想載體。而沙子和土壤的區別在于，沙子通常處于離散狀態，其顆粒之間的約束為接觸約束。”通過進一步研究，易志堅發現，當在沙子顆粒中加入適當黏度的水溶性物質并均勻混合后，沙子顆粒間將形成具有“萬向性”和“可恢復性”的萬向結合約束（ODI）約束，沙子也將從離散狀態轉變為流變狀態，類似濕土。當添加的水溶性物質中的水分蒸發后，ODI約束將轉化為固結約束，沙子將轉變成固體狀態，類似干土。

在此理論基礎上，易志堅首創提出沙漠“土壤化”的技術路徑，通過在土壤的力學特性與生態屬性之間建立起聯系，從力學角度解釋了土壤“生生不息”之謎。

“土壤的功能是作為植物生長的載體，沙子‘土壤化’的性質可以通過種植植物來進行實驗驗證。”緊接著，為驗證自己的研究，易志堅團隊在重慶交通大學實驗室開啟了為期3年的種植試驗，陽臺、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，他們在試驗地面依次鋪設了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，長勢喜人。易志堅信心倍增，“種植試驗充分驗證了‘土壤化’的沙子是植物生長的理想載體，且其生態力學屬性能夠長期保持”。

不懈奮戰，站上產業化新起點

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“沙漠‘土壤化’就是使沙漠表層的沙子‘土壤化’，其科學實質是使沙漠表層的沙子獲得土壤的力學特性和生態屬性。從原理上講，沙漠‘土壤化’是沙漠化的逆過程，具有實現人類沙漠變綠洲夢想、改善沙漠地區生態環境、最終造福人類的潛力。”作為一個科學命題，沙漠“土壤化”可行性必須經過沙漠實地實踐檢驗。

易志堅，我國著名力學專家，首創提出沙漠“土壤化”的技術路徑，通過在土壤的力學特性與生態屬性之間建立起聯系，從力學角度解釋了土壤“生生不息”之謎。

2016年，易志堅帶領團隊走出實驗室，在蒼茫大漠里開啟了新一輪的戰斗。

易志堅一開始就將目標定在最難治理的沙漠上，在選址時便提出了三條要求：要寸草不生；要有適當的水資源；不要有人干擾。

于是，風沙肆虐、桀驁不馴的烏蘭布和沙漠成為了他們的試驗場。

2016年25畝沙漠“土壤化”改造并試種成功。2017年2月，“一萬畝”試驗地前期勘測；3月，大型機械開進沙漠，蓄水池、公路等基礎設施建好；4月，進入萬畝試驗地“土壤化”施工階段，研究團隊在數千畝的沙漠上鋪設混合材料；6月，第四次試種取得成功；2018年，科研團隊在內蒙古、新疆、四川若爾蓋、廈門海島等地同時開展試驗示范……

“現在的情況就是，團隊已在烏蘭布和沙漠等多地試驗成功，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達到1.3萬多公斤，高粱畝產789公斤，均高出全國平均水平。”

作為一項“從0到1”的原創性突破性成果，力學治沙從理論提出到實踐驗證，一路走來，常伴隨著質疑。不過，易志堅及其團隊從未動搖，一心用實際效果證明自己。也正是這份強大的精神力量和科學理念，引導著他們在科研領域取得巨大突破。據易志堅介紹，與常規沙漠治理方法相比，沙漠“土壤化”技術具有成本低廉、節水明顯、環保安全、推廣快的特點，離水源較近或有充足地下水的沙漠都可以實現“土壤化”。“土壤化”成本每畝不高于5000元，遠低于內地土壤復墾動輒數萬元的成本。而且，一次添加長久有效，長出的植物根系腐爛了之后，又會成為新的約束，形成生態的良性循環。

事實勝于雄辯，試驗結果有力地打破了質疑聲。

2021年9月18日，中國產學研合作促進會組織評價委員會在內蒙古烏海市召開“沙漠土壤化關鍵技術與生態治理示范工程”成果評價會。經過3個多小時的質詢和討論，最后，評價委員會的專家們一致認為：“‘沙漠土壤化’是一項原創性、突破性成果，其經濟、社會、生態效益明顯，對國家生態安全、糧食安全等具有重要意義，為全球沙漠治理提供了借鑒，成果達到國際領先水平。”

同年，易志堅也因此被中央宣傳部、中國科協、科技部、中國科學院、中國工程院、國防科工局6部門共同授予了2021年“最美科技工作者”榮譽稱號。

產業化應用是科研發展的落腳點。2022年，易志堅及其團隊站在了新的起點—走向產業化。“經過6年中試試驗，技術已經較為成熟。在前期打造‘沙之約’產業化探索的基礎上，今年我們項目將正式進入產業化，不僅防沙治沙恢復生態，而且要為當地帶來經濟效益。”易志堅介紹稱，目前新簽項目覆蓋內蒙古和新疆等地的沙漠和戈壁共計13萬畝。今年團隊已在內蒙古鄂爾多斯市杭錦旗庫布其沙漠、新疆若羌等地的沙漠和戈壁改造了約3000畝，進行產業示范基地建設。