點沙成土！力學(xué)家勇闖“無人之地”跨界治沙創(chuàng)奇跡

2021年8月1日，易志堅在內(nèi)蒙古烏蘭布和“沙漠土壤化”試驗基地的葵花種植地塊查看和記錄葵花長勢。（受訪者供圖）

新華每日電訊記者 谷訓(xùn)

2021年底，58歲的力學(xué)家易志堅獲得了一個新的榮譽——“2021最美科技工作者”。一向看淡榮譽的他十分看重這個獎項，他說，這是對他和科研團隊勇闖“無人之地”13年難得的一次公開肯定，是對這一路走來所有質(zhì)疑和否定的回應(yīng)，更是對科學(xué)家們敢于跨界、勇于創(chuàng)新的鼓勵。

一切，要從2016年悄然誕生的一片沙漠綠洲說起。

“門外漢”跨界治沙創(chuàng)奇跡

“烏蘭布和”，在蒙語里是“紅色公牛”的意思。這里在西漢還是沃野千里，唐宋時期明顯沙化，“沙深三尺、馬不能行”，而今已是一片寸草不生的流動沙漠。2016年4月，重慶交通大學(xué)教授易志堅帶領(lǐng)科研團隊走進內(nèi)蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠，8月，浩瀚黃沙中出現(xiàn)了一個有兩個足球場大的綠洲，分外耀眼。在一片郁郁蔥蔥、瓜果飄香中，千年來桀驁的“紅色公牛”第一次在人類面前表現(xiàn)出馴服。

然而沒有人想得到，讓沙漠在短時間內(nèi)變綠洲的，是一群與生態(tài)、植物、土壤、治沙等專業(yè)毫不沾邊的力學(xué)家。

2009年，易志堅在研究顆粒物質(zhì)力學(xué)的過程中發(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。“當(dāng)時我就聯(lián)想到，土壤和沙子之間的區(qū)別就是有沒有這種約束關(guān)系。”易志堅說，“當(dāng)我想到這個發(fā)現(xiàn)可以把沙改造成土，就激動得睡不著覺！”

在進一步的研究中，易志堅團隊提出了一項原創(chuàng)力學(xué)原理，土壤顆粒間存在一種萬向結(jié)合約束關(guān)系(Omni-directional　Integrative約束，簡稱ODI約束)。萬向結(jié)合約束下的土壤顆粒體，既有一定的柔性，保水、保肥和透氣，并為植物根系生長提供彈性空間，又有一定的剛性，使之能夠“抱住”植物根系，維持植物穩(wěn)定。易志堅團隊首次在土壤的力學(xué)特性與生態(tài)屬性之間建立起聯(lián)系，從力學(xué)角度解釋了土壤能夠“生生不息”之謎。

手握“點沙成土”的科學(xué)理論“密碼”，易志堅放下了他所有的力學(xué)研究，一心撲到“沙漠土壤化”試驗上。2013年，科研團隊研發(fā)出一種植物纖維素黏合劑。在沙子中混合適量的黏合劑和水，“一盤散沙”就能獲得與自然土壤一樣的生態(tài)-力學(xué)屬性：在濕潤時呈現(xiàn)稀泥般的流變狀態(tài)，水分蒸發(fā)后結(jié)成固體狀態(tài)，兩種狀態(tài)之間可自由轉(zhuǎn)換，并具有較強的存儲水分、養(yǎng)分和空氣的能力，成為適宜植物生長的載體。該技術(shù)現(xiàn)已獲得7項國際發(fā)明專利和18項國內(nèi)發(fā)明專利。

從2016年起至今，“沙漠土壤化”技術(shù)在多種嚴酷自然條件下進行實地試驗。內(nèi)蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠、新疆和田塔克拉瑪干沙漠、四川若爾蓋修復(fù)沙化草原、西沙島礁、西藏拉薩市郊沙化帶、撒哈拉沙漠中石油尼日爾油田基地，在總面積達17000畝的沙漠沙地上，“沙漠土壤化”技術(shù)生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)業(yè)種植試驗都取得了成功。

受質(zhì)疑，堅持用事實說話

沙漠是無人之地，而易志堅團隊跨界創(chuàng)立的理論和技術(shù)也是沒有前人研究過的“無人區(qū)”。“一個原創(chuàng)科學(xué)成果誕生時，受到人們關(guān)注甚至質(zhì)疑是正常的。”獲得“最美科技工作者”榮譽后，易志堅對媒體記者表示他只堅持用事實說話。

2016年，易志堅團隊向?qū)W術(shù)界公開了他們的理論創(chuàng)新和初試成果，引發(fā)一些爭議。少數(shù)來自沙漠治理、土壤領(lǐng)域的專家表示并不看好該技術(shù)。此后兩年，團隊在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠和新疆塔克拉瑪干沙漠?dāng)U大試驗面積，中試成功。少數(shù)專家仍然質(zhì)疑該技術(shù)的真?zhèn)巍⒋嬖趦r值，甚至懷疑這項技術(shù)可能帶來“危害”。

新技術(shù)在現(xiàn)行理論中找不到支撐，會不會是“偽科學(xué)”？沙漠常年干旱，是不是不需要黏合劑，只要澆夠水就能長植物？“沙漠土壤化”改造后的土地種植作物仍然需要澆水，是否不適用于本就缺水的沙漠？添加的材料有沒有污染？改造成本會不會很高，是否具備推廣價值？沙漠是地球自然生態(tài)的組成部分之一，把沙漠全部變成綠洲會不會是一種破壞生態(tài)的行為？

面對相關(guān)質(zhì)疑乃至否定，易志堅始終堅信他們的科研方向是正確的。實地試驗6年來，科研團隊收集了很多數(shù)據(jù)，用以回應(yīng)種種質(zhì)疑。

用水方面，內(nèi)蒙古和新疆試驗數(shù)據(jù)表明，“沙漠土壤化”試驗地農(nóng)作物耗水量低于當(dāng)?shù)剞r(nóng)田節(jié)水灌溉定額。若是在沙漠地區(qū)種植耐旱植物，或在若爾蓋草原沙化區(qū)和拉薩市郊沙化帶等降雨量正常的地區(qū)，則只需在改造后播種時澆水，后期無須灌溉。

環(huán)保方面，經(jīng)權(quán)威機構(gòu)多次檢測表明，添加材料不含任何有毒有害物質(zhì)；“土體”、水體和大氣環(huán)境全部符合國家綠色食品產(chǎn)地認證標準；農(nóng)產(chǎn)品安全無污染。

成本方面，若用于農(nóng)業(yè)種植，改造成本約為1500元至3000元／畝，若只是生態(tài)恢復(fù)成本則更低，且一次改造長久有效。傳統(tǒng)的草方格治沙成本雖為1000余元／畝，但4到5年后就會風(fēng)蝕腐爛，甚至腐爛前就被流沙覆蓋，因此需重復(fù)投入固沙成本，且無經(jīng)濟效益。

不僅如此，“沙漠土壤化”技術(shù)還具有易施工、作物產(chǎn)量高、固碳效益好、生物多樣性恢復(fù)效果顯現(xiàn)等特點。從早期就開始專注該技術(shù)的新疆生態(tài)與地理研究所研究員李小玉認為，把沙漠快速變成種植植物的“土壤”，同步實現(xiàn)固沙和植被恢復(fù)雙重目標，是該技術(shù)與草方格固沙、化學(xué)固沙、工程固沙、培育沙生植物等傳統(tǒng)治沙方法的最大區(qū)別。因此綜合考慮成本和收益，“沙漠土壤化”技術(shù)的性價比高于傳統(tǒng)治沙方法。

關(guān)于沒有現(xiàn)行理論支撐的問題，2021年9月18日，中國產(chǎn)學(xué)研合作促進會組織評價委員會，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”成果評價會，肯定了這是一項原創(chuàng)性、突破性成果。與會專家認為，找不到現(xiàn)行理論支撐正是其原創(chuàng)性、突破性的表現(xiàn)，而不應(yīng)該成為對其的限制。

關(guān)于沙漠寸草不生的“癥結(jié)”是缺水還是難儲水，曾經(jīng)在林業(yè)部門治沙站工作20多年的內(nèi)蒙古阿拉善左旗人張國富說：“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。”易志堅認為，人們對沙漠缺水的問題存在一些片面解讀。其實，沙漠地區(qū)的自然土壤，如河套平原，也同樣干旱少雨，當(dāng)?shù)胤N植農(nóng)作物同樣需要灌溉。“那么為什么在‘沙漠土壤化’地里用更少的灌溉量、產(chǎn)出更多的植物，卻要受到苛責(zé)？”易志堅說，“沙漠土壤化”技術(shù)解決的是沙子難儲水的問題，換個角度看，也是在探索一種土地與水資源的合理利用方式。

關(guān)于改造沙漠是不是破壞自然生態(tài)，易志堅介紹，荒漠化被稱為地球癌癥，是人類面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題，聯(lián)合國荒漠化公約一直致力于荒漠化防治和生態(tài)恢復(fù)，我國一直十分重視荒漠化防治工作。易志堅說，這項技術(shù)的研發(fā)目的并不是為了改造所有沙漠，技術(shù)成熟后將如何應(yīng)用當(dāng)由政府層面統(tǒng)籌規(guī)劃。

新技術(shù)打開一扇新窗

隨著近年來實地試驗連續(xù)開展，易志堅團隊聽到的質(zhì)疑聲音逐漸減少，肯定和支持越來越多。這一跨界創(chuàng)新的科技成果吸引了各領(lǐng)域?qū)＜仪皝砜疾?，他們認為該理論技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平，對我國生態(tài)安全、糧食安全等具有重大的戰(zhàn)略意義，為全球沙漠治理提供借鑒。

“看到沙漠里種出了高產(chǎn)的糧食，我感到震撼和感動。”在“沙漠土壤化關(guān)鍵技術(shù)與生態(tài)治理示范工程”成果評價會上，聯(lián)合國糧農(nóng)組織黑土聯(lián)盟首任主席、國際農(nóng)業(yè)教育科學(xué)院院士韓貴清動情地說，他在黑龍江研究黑土幾十年，對土地充滿感情，如今看到沙漠也能作“良田”，“不管別的專家怎么說，作為農(nóng)學(xué)專家，我對這個顛覆性創(chuàng)新是大力支持的。”

深圳國家基因庫主任王韌曾任國際糧農(nóng)組織（FAO）助理總干事，多年從事國際農(nóng)業(yè)科技管理工作。他說，“沙漠土壤化”技術(shù)如同打開了一扇嶄新的窗戶，為科學(xué)家們提出了全新的科學(xué)命題和研究方向，即沙漠區(qū)域農(nóng)牧體系建設(shè)，沿著這個方向深入研究下去，將在治理沙漠生態(tài)、開發(fā)后備農(nóng)業(yè)資源、增強生態(tài)系統(tǒng)韌性、實現(xiàn)“碳中和”目標等方面發(fā)揮重要價值。

“專家談理論，我們看效果。”感觸最深的是一線工作者和基層干部。正在建設(shè)國家戰(zhàn)略儲備林項目的林業(yè)工作者劉成說，基于現(xiàn)實、展望未來，希望在現(xiàn)有的大面積農(nóng)作物種植試驗中增加林業(yè)板塊，讓“沙漠土壤化”技術(shù)早日接入成熟的林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，創(chuàng)造更大的生態(tài)和經(jīng)濟價值。

最先引進該技術(shù)落地的內(nèi)蒙古阿拉善盟發(fā)改委主任羅志鐵說：“我認為這項技術(shù)可以作為‘統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理’中治沙的抓手。”可以應(yīng)用到“烏賀原生態(tài)屏障工程”和黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上，守衛(wèi)黃河和廣闊的中原大地免受風(fēng)沙侵擾。

易志堅生活在山清水秀的重慶，長期從事著力學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，或許沿著老路走下去，他永遠與沙漠無關(guān)。他說：“力學(xué)遇見沙漠，是我一生的榮幸。”我國國土沙化面積達25.95億畝，占整個國土面積的18%。易志堅這位“半路出家”的治沙人有一個小小的設(shè)想，那就是利用自己的技術(shù)成果改造我國1%的沙化地，換來2600萬畝可利用土地。等那一天來臨，力學(xué)遇見沙漠或是一個時代的榮幸。