點(diǎn)沙成土！力學(xué)家勇闖“無(wú)人之地”跨界治沙創(chuàng)奇跡

2021年8月1日，易志堅(jiān)在內(nèi)蒙古烏蘭布和“沙漠土壤化”試驗(yàn)基地的葵花種植地塊查看和記錄葵花長(zhǎng)勢(shì)。（受訪(fǎng)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(jiān)獲得了一個(gè)新的榮譽(yù)——“2021最美科技工作者”。一向看淡榮譽(yù)的他十分看重這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，他說(shuō)，這是對(duì)他和科研團(tuán)隊(duì)勇闖“無(wú)人之地”13年難得的一次公開(kāi)肯定，是對(duì)這一路走來(lái)所有質(zhì)疑和否定的回應(yīng)，更是對(duì)科學(xué)家們敢于跨界、勇于創(chuàng)新的鼓勵(lì)。

一切，要從2016年悄然誕生的一片沙漠綠洲說(shuō)起。

“門(mén)外漢”跨界治沙創(chuàng)奇跡

“烏蘭布和”，在蒙語(yǔ)里是“紅色公牛”的意思。這里在西漢還是沃野千里，唐宋時(shí)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(dòng)沙漠。2016年4月，重慶交通大學(xué)教授易志堅(jiān)帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)走進(jìn)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(gè)有兩個(gè)足球場(chǎng)大的綠洲，分外耀眼。在一片郁郁蔥蔥、瓜果飄香中，千年來(lái)桀驁的“紅色公牛”第一次在人類(lèi)面前表現(xiàn)出馴服。

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

2009年，易志堅(jiān)在研究顆粒物質(zhì)力學(xué)的過(guò)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(wàn)向約束關(guān)系。“當(dāng)時(shí)我就聯(lián)想到，土壤和沙子之間的區(qū)別就是有沒(méi)有這種約束關(guān)系。”易志堅(jiān)說(shuō)，“當(dāng)我想到這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以把沙改造成土，就激動(dòng)得睡不著覺(jué)！”

在進(jìn)一步的研究中，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)原創(chuàng)力學(xué)原理，土壤顆粒間存在一種萬(wàn)向結(jié)合約束關(guān)系(Omni-directional　Integrative約束，簡(jiǎn)稱(chēng)ODI約束)。萬(wàn)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(zhǎng)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(jiān)團(tuán)隊(duì)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(diǎn)沙成土”的科學(xué)理論“密碼”，易志堅(jiān)放下了他所有的力學(xué)研究，一心撲到“沙漠土壤化”試驗(yàn)上。2013年，科研團(tuán)隊(duì)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(pán)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(rùn)時(shí)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(qiáng)的存儲(chǔ)水分、養(yǎng)分和空氣的能力，成為適宜植物生長(zhǎng)的載體。該技術(shù)現(xiàn)已獲得7項(xiàng)國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利和18項(xiàng)國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利。

從2016年起至今，“沙漠土壤化”技術(shù)在多種嚴(yán)酷自然條件下進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。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(dá)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(yàn)都取得了成功。

受質(zhì)疑，堅(jiān)持用事實(shí)說(shuō)話(huà)

沙漠是無(wú)人之地，而易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)跨界創(chuàng)立的理論和技術(shù)也是沒(méi)有前人研究過(guò)的“無(wú)人區(qū)”。“一個(gè)原創(chuàng)科學(xué)成果誕生時(shí)，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(yù)后，易志堅(jiān)對(duì)媒體記者表示他只堅(jiān)持用事實(shí)說(shuō)話(huà)。

2016年，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)向?qū)W術(shù)界公開(kāi)了他們的理論創(chuàng)新和初試成果，引發(fā)一些爭(zhēng)議。少數(shù)來(lái)自沙漠治理、土壤領(lǐng)域的專(zhuān)家表示并不看好該技術(shù)。此后兩年，團(tuán)隊(duì)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(yàn)面積，中試成功。少數(shù)專(zhuān)家仍然質(zhì)疑該技術(shù)的真?zhèn)?、存在價(jià)值，甚至懷疑這項(xiàng)技術(shù)可能帶來(lái)“危害”。

新技術(shù)在現(xiàn)行理論中找不到支撐，會(huì)不會(huì)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(zhǎng)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(méi)有污染？改造成本會(huì)不會(huì)很高，是否具備推廣價(jià)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(huì)不會(huì)是一種破壞生態(tài)的行為？

面對(duì)相關(guān)質(zhì)疑乃至否定，易志堅(jiān)始終堅(jiān)信他們的科研方向是正確的。實(shí)地試驗(yàn)6年來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)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(yàn)數(shù)據(jù)表明，“沙漠土壤化”試驗(yàn)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(shí)澆水，后期無(wú)須灌溉。

環(huán)保方面，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)多次檢測(cè)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(guó)家綠色食品產(chǎn)地認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；農(nóng)產(chǎn)品安全無(wú)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(zhǎng)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(huì)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(wú)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。從早期就開(kāi)始專(zhuān)注該技術(shù)的新疆生態(tài)與地理研究所研究員李小玉認(rèn)為，把沙漠快速變成種植植物的“土壤”，同步實(shí)現(xiàn)固沙和植被恢復(fù)雙重目標(biāo)，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?xún)r(jià)比高于傳統(tǒng)治沙方法。

關(guān)于沒(méi)有現(xiàn)行理論支撐的問(wèn)題，2021年9月18日，中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)組織評(píng)價(jià)委員會(huì)，在內(nèi)蒙古烏海市召開(kāi)“沙漠土壤化關(guān)鍵技術(shù)與生態(tài)治理示范工程”成果評(píng)價(jià)會(huì)，肯定了這是一項(xiàng)原創(chuàng)性、突破性成果。與會(huì)專(zhuān)家認(rèn)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(duì)其的限制。

關(guān)于沙漠寸草不生的“癥結(jié)”是缺水還是難儲(chǔ)水，曾經(jīng)在林業(yè)部門(mén)治沙站工作20多年的內(nèi)蒙古阿拉善左旗人張國(guó)富說(shuō)：“沙漠就像一個(gè)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(jiān)認(rèn)為，人們對(duì)沙漠缺水的問(wèn)題存在一些片面解讀。其實(shí)，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(jiān)說(shuō)，“沙漠土壤化”技術(shù)解決的是沙子難儲(chǔ)水的問(wèn)題，換個(gè)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(jiān)介紹，荒漠化被稱(chēng)為地球癌癥，是人類(lèi)面臨的重大生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)荒漠化公約一直致力于荒漠化防治和生態(tài)恢復(fù)，我國(guó)一直十分重視荒漠化防治工作。易志堅(jiān)說(shuō)，這項(xiàng)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(kāi)一扇新窗

隨著近年來(lái)實(shí)地試驗(yàn)連續(xù)開(kāi)展，易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)聽(tīng)到的質(zhì)疑聲音逐漸減少，肯定和支持越來(lái)越多。這一跨界創(chuàng)新的科技成果吸引了各領(lǐng)域?qū)＜仪皝?lái)考察，他們認(rèn)為該理論技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，對(duì)我國(guó)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(dòng)。”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(píng)價(jià)會(huì)上，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織黑土聯(lián)盟首任主席、國(guó)際農(nóng)業(yè)教育科學(xué)院院士韓貴清動(dòng)情地說(shuō)，他在黑龍江研究黑土幾十年，對(duì)土地充滿(mǎn)感情，如今看到沙漠也能作“良田”，“不管別的專(zhuān)家怎么說(shuō)，作為農(nóng)學(xué)專(zhuān)家，我對(duì)這個(gè)顛覆性創(chuàng)新是大力支持的。”

深圳國(guó)家基因庫(kù)主任王韌曾任國(guó)際糧農(nóng)組織（FAO）助理總干事，多年從事國(guó)際農(nóng)業(yè)科技管理工作。他說(shuō)，“沙漠土壤化”技術(shù)如同打開(kāi)了一扇嶄新的窗戶(hù)，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(gè)方向深入研究下去，將在治理沙漠生態(tài)、開(kāi)發(fā)后備農(nóng)業(yè)資源、增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)韌性、實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)等方面發(fā)揮重要價(jià)值。

“專(zhuān)家談理論，我們看效果。”感觸最深的是一線(xiàn)工作者和基層干部。正在建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備林項(xiàng)目的林業(yè)工作者劉成說(shuō)，基于現(xiàn)實(shí)、展望未來(lái)，希望在現(xiàn)有的大面積農(nóng)作物種植試驗(yàn)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(jì)價(jià)值。

最先引進(jìn)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(shuō)：“我認(rèn)為這項(xiàng)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(hù)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?jǐn)_。

易志堅(jiān)生活在山清水秀的重慶，長(zhǎng)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(yuǎn)與沙漠無(wú)關(guān)。他說(shuō)：“力學(xué)遇見(jiàn)沙漠，是我一生的榮幸。”我國(guó)國(guó)土沙化面積達(dá)25.95億畝，占整個(gè)國(guó)土面積的18%。易志堅(jiān)這位“半路出家”的治沙人有一個(gè)小小的設(shè)想，那就是利用自己的技術(shù)成果改造我國(guó)1%的沙化地，換來(lái)2600萬(wàn)畝可利用土地。等那一天來(lái)臨，力學(xué)遇見(jiàn)沙漠或是一個(gè)時(shí)代的榮幸。