由重慶交通大學副校長易誌堅教授領銜的課題組經過7年研究，運用力學原理成功實現“沙子土壤化”。在位於內蒙古自治區阿拉善盟烏蘭布和沙漠的試驗基地，課題組繼2016年在小試中成功“變”出一片25畝左右的綠洲後，今年又完成了中試基地內約4000畝沙漠的土壤化和綠化。
內蒙古烏蘭布和沙漠，沙漠中的試驗地綠意盎然
易誌堅是一位力學專家。他介紹，土壤濕潤時為流變狀態、幹結時為固體狀態，土壤總是能夠在這兩種力學狀態之間穩定轉換。易誌堅帶領課題組研究土壤實現這種穩定轉換的原理，發現土壤呈現流變狀態還是固體狀態是由土壤顆粒之間的約束決定。濕潤土壤顆粒之間存在ODI約束，這種約束既能夠產生壓力和剪力，又能夠產生拉力和力矩，還能夠產生隨動自由度，而ODI約束具有萬向性和可恢複性。當土壤顆粒之間存在這種約束的時候，任意兩個顆粒之間能夠在任何方向接觸而結合（萬向性），分離後任意兩個顆粒之間還能夠再結合（可恢複性），所以濕潤土壤處於流變狀態。當土壤中的水分蒸發後，土壤便由流變狀態轉為固體狀態。
試驗地裏長出的向日葵已經成熟，研究團隊的趙朝華博士興奮地摘下一顆葵花籽細細品味
“土壤濕潤時的流變狀態和幹結時的固體狀態，本質上是ODI約束和固結約束在其顆粒之間的轉換。”易誌堅說，“正是這一力學特性賦予了土壤生態—力學兩大屬性，也就是‘自修複’和‘自調節’的屬性。”這一屬性的喪失將導致土壤退化，土壤退化的兩種極端形式就是土壤板結和土壤沙化。
易誌堅教授與科研人員一起在試驗地裏記錄分析樹木的生長情況
課題組在室內實驗中找到了一種從植物中提出的纖維合劑，利用這種纖維合劑給沙子引入ODI約束，能夠使沙子不再處於分散狀態，從而實現“沙子土壤化”。課題組還通過調節ODI約束的強度獲得不同性質的“土壤”，從而證明沙子一旦獲得了土壤的上述力學性能，就將具有與土壤相同的生態—力學屬性，同樣擁有很強的存儲水分、養分和空氣的能力，成為植物生長的理想載體。
加入黏合劑的沙很快變成可以蓄水的“土”
課題組從2013年起進行了長達5年的“沙子土壤化”及野外種植試驗，模擬沙漠沙層滲透條件，通過“沙子土壤化”得到“沙變土”，再在上麵種植稻穀、玉米、紅薯和其他多種植物。2014年和2015年，課題組將試驗地種植的玉米、紅薯、土豆、蘿卜、油菜與附近自然土壤裏的同種莊家進行比較，結果試驗地的產量均明顯高於附近自然土壤種植的莊稼。其中，土豆、紅薯和蘿卜等土中生長塊莖或塊根植物的個頭和產量，均比自然土壤提高50%以上。而且隨著反複的種植和收割，“土壤化”後沙子的團粒結構越來越接近自然土壤，具有越來越穩定的生態-力學屬性。中國科學院主辦的《中國科學》雜誌和中國工程院主辦的《工程》雜誌，都發布了這一研究成果。
內蒙古烏蘭布和沙漠，沙漠中的試驗地綠意盎然
內蒙古自治區境內的烏蘭布和沙漠年均降雨量隻有102毫米左右而且風蝕嚴重，是我國最難治理的沙漠之一。2016年年初，課題組將阿拉善盟一片處於風口的約25畝沙漠作為試驗地，經過“沙子土壤化”後種植了大約50種植物，最後實際長出了70多種植物，絕大多數植物長勢都很好。“土壤化”後的沙層中還結出了藻類結皮，並吸引來了大量蝴蝶、蚊子、螞蟻、鳥、老鼠、青蛙和蟾蜍等動物，偶爾還有狐狸和獾等光顧。在試驗地附近3塊未經“沙子土壤化”的沙漠中進行對比種植試驗，結果表明盡管采用完全相同的播種、澆水和施肥方法，也因無法抵抗風蝕而導致植物十分稀少。
試驗地裏長出的大蔥又白又嫩
2017年，課題組在距離烏海市區10公裏的烏蘭布和沙漠東側建立東西長12公裏、南北寬800米的中試基地。經過“沙子土壤化”後，種植了約4000畝玉米和瓜果蔬菜、中草藥、草、喬木灌木等約80種植物。對比研究發現，基地生長的植物，根係比其他區域的同類植物更發達。牧草中的狼尾草和苜蓿長得尤其好，狼尾草最高超過3米，估計每畝產量不低於10噸，按目前價格每畝產值超過4000元。
沙漠試驗區生長的農作物
中試基地內長勢良好的牧草和西瓜、玉米、高粱、向日葵等農作物，引起了附近村民的極大興趣。烏蘭蘇海嘎查村村主任張國富說：“他們今年正月十四過來開工，說要搞‘沙子土壤化’。當時這片沙漠和外麵完全一樣，誰能相信這個事？我在這兒三四十年，沙子什麽時候能變成土了？不是瞎吹牛嗎？我就盯著他們做。這才幾個月啊，真把沙漠變成綠洲了！”
烏蘭布和沙產業示範區管委會產業發展局局長張虎生說，重慶交通大學課題組成功將昔日的漫漫黃沙變成了今天的滿眼綠洲，送樣檢測結果也表明，“沙子土壤化”後的土地，各項指標都完全符合綠色生態標準。張虎生認為，“沙子土壤化”應該是一項對沙漠生態治理具有裏程碑意義的技術。
采取立體和平麵防沙措施後第三次播種
內容來源：《光明日報》9月15日
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