“点沙成土”，重庆这名教授是如何让沙漠变绿洲的？

编者按：近年来，土地沙漠化已成为最严重的生态问题之一，根据国家林业局统计数据，截至2014年，我国沙化土地面积达172.12万平方公里，占国土面积的17.93%；另有明显沙化趋势的土地面积30.03万平方公里，占国土面积的3.12%。而长期以来，对于沙害治理，传统方法收效不大。

针对这一问题，重庆交通大学教授、副校长易志坚的科研团队经过多年研究，利用土壤颗粒间存在一种特定的力学约束尝试进行沙漠土壤化生态恢复，让沙子获得土壤性质。目前，该研究已在内蒙古实地试验取得成功，其成果已分别以英文在中国科学院《中国科学》和中国工程院院刊《工程》发表。

易志坚，男，1963年生，重庆交通大学教授、博士生导师，长期从事力学、道路、桥梁、材料等教学科研。

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黑科技

非典型团队找到“点沙成土”力学密码

Q

易志坚

土壤研究通常有两个分支，一个是从土壤学和植物的角度，一个是从岩土工程的角度。而前者往往在研究土壤时避开力学，而后者又避开它的生态性质。而事实上，我们生活在引力场中，万事万物都避不开力学。

正如大家所知，我本人包括团队成员原本都从事断裂力学、材料、桥梁、道路方面的研究。但在研究材料的过程中，我发现土壤就是一种很神奇的材料。它在含水时处于流变状态（可揉捏成不同形状），而干燥的时候处于固体状态（形状难以改变）。通常固体损坏之后难以修复，但土壤可以从固体状态转换到流变状态，这就赋予了它自修复能力。例如固体状态的土壤形态受到破坏，只需要加水使它成为流变状态，土壤就可进行自修复，还原形态。

同时，土壤还有一种自调节属性，通过改变内部颗粒排列顺序进行自我形态的调节，从而让植物进入自身并不断生长。正是土壤的自修复和自调节特性，给予了它生生不息的能力，所以我们认为土壤的力学特性赋予了土壤独特的生态-力学属性。而这种自修复和自调节的生态-力学属性若遭到破坏，往往就出现两个极端的退化形式，一种是土壤板结，另一种就是土壤沙化。

经过研究我们发现，正常土壤无论是流变状态还是固体状态，土壤颗粒之间都存在约束，能够成形、成团，原因在于正常土壤中任何两个颗粒从任何方向都能够结合，我们称之为万象结合约束（简称ODI约束），也就是这种约束是保证土壤自修复和自调节的条件。而土壤沙化，根本原因就是失去了ODI约束，处于一种离散状态，丧失了自修复和自调节的能力，若要将沙子变成土壤，就需要重新赋予它ODI约束，我们的研究从原理上讲就是实现这个过程。

易志坚

赋予沙子ODI约束，沙子就具有了土壤的力学特性和生态属性，这一过程并不复杂，2009年我的团队提出了沙变土的原理，经过一年多时间的研究实验，已经能成功地改变土壤力学特性和生态属性，实现“沙变土”。不过，我们想要做到的是让土壤有持续性、耐久性，同时要无毒无污染，这就需要持续的研究实验。而最根本的就是进行植物种植实验来验证是否能在其中生长植物，甚至能否让其较自然土壤更好地生长植物。通过给沙子颗粒之间加入植物粘合剂，在3年房前屋顶的种植实验基础上，2013年课题组开辟了两块试验地进行实验。通过长时间的植物种植实验和技术改进，目前已经能够一次性“沙变土”，并让其长久地保持土壤的生态-力学特性，同时，在这些土壤上能够相当好地生长植物，并形成和自然界十分接近的生态环境，这项技术现已获得了15项发明专利授权。

治沙害

沙漠变绿洲，为沙害治理提供新思路

Q

重庆日报：沙漠化是我国目前最严重的环境问题之一，根据相关部门的统计，沙化土壤已占国土总面积的5分之一左右，由此引发的沙尘暴的灾害天气让多个城市深受其害，虽然政府投入大量人力物力治理沙害，包括建设防风固沙林带、人工降雨等多种措施，但目前看来还未有实质性的进展。你的研究能给予沙害提供怎样的思路？据了解，你带领的科研团队已在沙漠地区进行了实地实验，实际效果如何？

易志坚

因为沙漠的沙子、沙丘是可移动的，所以治理沙害要首先要做到的就是将流沙固定，防止其移动。据我们了解，目前传统的方法主要有三种，其一是工程方法，最为著名和常用的是“草方格沙障”，也就是用正方形的麦草墙来固定沙土，通常在沙漠公路两旁使用较多，但缺点是在风沙过大的地方收效甚微。第二种是化学方法，即通过在沙表面喷洒固沙剂，将沙体表面固化来防止沙子流动；第三种则是大家熟知的植物方法，例如种植沙生植物，并采用滴灌技术保持土地水分，这对沙化治理有一定的效果，但由于沙子本身难以生长植物，其成本极高难以大规模推广。

总的来说，现有的技术大多从外在条件上对沙害进行干预，而我们则采用了和传统方法不同的思路，从内在改变沙漠的特性让其获得土壤的性质，不仅能固定沙土，有效地抑制沙害。同时能在土壤上种植植物，改变当地的生态环境。

几个月前，我们在内蒙古阿拉善地区已经进行面积为25亩的种植实验。试验地选择了风沙较大，气候比较极端的区域，目前效果非常好，已成功生长了70多种各类植物，且植物生长情况良好，甚至超过了当地沙漠周边区域的自然植物长势。同时，试验地所在区域已逐渐形成了有植物、昆虫、动物在内的小型生态圈。

低成本

每亩整治成本不足3000元

易志坚

我们的科研团队提出了沙漠土壤化的命题，并通过实践得到了验证，而大规模应用和推广治理沙漠需要一个整体的规划和论证，这是受到自然条件、社会条件、经济条件等多种因素影响的综合工程，需要进一步论证。目前，我们还没有看到国内外有类似的技术，所以我们的技术可以为沙漠化治理提供更多的可能性，该研究方向也为其他土壤退化形式（如盐碱地）的治理等给予一定的启发。

从成本上说，“沙变土”技术实现成本并不高，我们现在已经能够实现大规模施工，用类似“旋耕机”的设备进行机械操作，1亩地的改造材料和旋耕施工成本（不包括种植植物的肥料以及改造地形的费用）大约在1500元到2700元左右。粗略计算这样的成本并不算高（比如重庆地区土地开垦费在每亩10000元以上），从沙漠获得土壤的经济、生态和社会价值衡量，沙漠土壤生态恢复完全具备可行性。

另外，实现该技术需要一定的水源支持，所以在经济条件和水源条件充足的地带开始进行推广是必要条件。沙漠水资源大致有几个来源，第一是河流，在我国，仅黄河流经的沙漠地区就长达几百公里，周边具备治理所需水源条件。同时，沙漠有大量地下水，例如在乌兰布和沙漠中，地下水储量足有57亿立方之多，同样可以作为沙漠治理的水源条件。此外，沙漠中还存在大量的沙漠湖泊，也可以作为治理水源条件。

而从人的角度来说，我们在内蒙古的实验得到了当地政府的极大支持，也切实地感受到了当地人对于改变沙漠状况迫切需求。我认为至少我们能够争取政府以及社会的支持，首先治理沙害，然后逐渐“要回”近几十年沙漠化的土壤，一定程度改善其带来的不良影响。

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