由重慶交通大學副校長易志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”。在位于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畝左右的綠洲后，今年又完成了中試基地內約4000畝沙漠的土壤化和綠化。
易志堅是一位力學專家。他介紹，土壤濕潤時為流變狀態、干結時為固體狀態，土壤總是能夠在這兩種力學狀態之間穩定轉換。易志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復性。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)，分離后任意兩個顆粒之間還能夠再結合(可恢復性)，所以濕潤土壤處于流變狀態。當土壤中的水分蒸發后，土壤便由流變狀態轉為固體狀態。“土壤濕潤時的流變狀態和干結時的固體狀態，本質上是ODI約束和固結約束在其顆粒之間的轉換。”易志堅說，“正是這一力學特性賦予了土壤生態—力學兩大屬性，也就是‘自修復’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。
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，能夠使沙子不再處于分散狀態，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。
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”，再在上面種植稻谷、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里的同種莊家進行比較，結果試驗地的產量均明顯高于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。而且隨著反復的種植和收割，“土壤化”后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》雜志和中國工程院主辦的《工程》雜志，都發布了這一研究成果。
內蒙古自治區境內的烏蘭布和沙漠年均降雨量只有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于風口的約25畝沙漠作為試驗地，經過“沙子土壤化”后種植了大約50種植物，最后實際長出了70多種植物，絕大多數植物長勢都很好。“土壤化”后的沙層中還結出了藻類結皮，并吸引來了大量蝴蝶、蚊子、螞蟻、鳥、老鼠、青蛙和蟾蜍等動物，偶爾還有狐貍和獾等光顧。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。
2017年，課題組在距離烏海市區10公里的烏蘭布和沙漠東側建立東西長12公里、南北寬800米的中試基地。經過“沙子土壤化”后，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，根系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，估計每畝產量不低于10噸，按目前價格每畝產值超過4000元。
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’。當時這片沙漠和外面完全一樣，誰能相信這個事？我在這兒三四十年，沙子什么時候能變成土了？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！”
烏蘭布和沙產業示范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”后的土地，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里程碑意義的技術。
易志堅介紹，今年在烏蘭布和沙漠的中試遭遇了3次沙塵暴。5月底的第一次播種和6月中旬的第二次播種，均因沙塵暴導致幼苗全部死亡而失敗。6月底第三次播種時，課題組采用草簾平面防護和立面防護等防風沙措施，保證了播種和植物生長。課題組還通過種植沙蒿、草木犀等荒漠草，楊樹、沙棗、山桃、枸杞、梭梭等喬灌木，甘草、沙蔥、小茴香等中草藥，構造了幾塊荒漠草原。9月上旬，荒漠草原已經發芽變綠，預計明年可以在極低灌溉量下恢復生態。（光明日報記者 張國圣 高平）
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