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申博最近网址导航,力学专家“跨界”治沙:用“胶水”让4000亩沙漠变土壤

发布于:2020-01-11 12:41:03 点击:1655

申博最近网址导航,力学专家“跨界”治沙:用“胶水”让4000亩沙漠变土壤

申博最近网址导航,航拍镜头下,乌兰布和沙漠一如其他沙漠一样,辽阔而荒凉。这里是中国八大沙漠之一,面积0.99万平方公里,年平均降水量仅102毫米。乌兰布和,蒙语里是红色公牛的意思。

绿色是忽然间出现在镜头中的,没有任何过渡。区别于远处的沙丘,这里的土地被平整、分割,种上不同的作物,喷灌系统挥洒着象征着生命的水汽。“这是到了村庄边吗?”你心里正疑惑着。航拍继续前行,仍然没有任何过渡地,沙漠再一次出现在眼前……

这是重庆交通大学一个项目组位于内蒙古自治区阿拉善盟的试验基地,研究的方向是沙漠土壤化。人们的印象中,沙漠中少部分地方能长胡杨林、沙柳,更多的地方甚至只能长些杂草、灌木,可是这里却种着包括瓜果蔬菜在内七十多种作物。

项目成员大多是力学出身,这是一个“理工男改变世界”的故事。他们提出的治理方法很简单:用一种粘合剂,对沙子施加约束力,把沙子“粘起来”。就是这种听上去有些天方夜谭的想法,让今年沙漠中多了这片4000亩的“绿洲”, 也让他们把治沙的方法讲到了联合国防治荒漠化公约峰会的讲台上。

沙漠改造原理

让沙子像土壤一样具有合适的力学结构

如果不是接触到沙漠化这个课题,赵朝华应该在某个地方给桥梁或道路工程去做受力分析,他是重庆交通大学的副教授,一位桥梁与隧道工程专业的博士。但现在,包括他在内,一个三十多人的科研团队,正待在乌兰布和沙漠上。

▲基地位于乌兰布和沙漠东侧,距离乌海市区十多公里。受访者供图

过去治沙,靠的是一个个“工程”,一次次“会战”。方法上,要么是大规模的植树造林,要么是建防沙墙、草方格沙障。在赵朝华看来,这些都是人们基于经验发明的措施,而沙漠和土壤的根本性质差异,则是力学差异——“不管什么土,土壤微粒之间都有作用力,能够构成一个整体,而沙子之间是松散的,没有这种力。”

“我们要做的,就是用一种粘合剂,赋予沙子颗粒这种力。”研究团队将这种力称为万象结合约束,简称odi约束,相关的粘合剂,被称为约束剂。赵朝华告诉红星新闻,虽然是他们团队首次明确提出利用力学知识来治理沙漠化,但其实相关原理早已被无意识的经验性的运用在许多治沙方法中,“比如沙子和黏土以及一般土壤按比例搭配改善土壤,实际上就是运用的力学知识。”

“我们首先是从认识土壤开始的,对土壤的生态力学属性的认识和揭示是我们向沙变土转变的原理支撑。”研究团队把土壤的特性归纳为两条,自修复和自调节,“比如说土壤变干后,我们可以敲打他变成土块,但后头有水后,他又可以恢复到最初的状态,这就叫自修复。同时,植物根系生长在土壤中,无论土壤颗粒排列怎么改变,土壤的性质不改变,土壤颗粒之间能够始终存在结合力,这就是自调节。”

传统意义上认为优质的土壤能够提供植物生长所需的水、空气、微生物、有机质,但在赵朝华看来,从力学上讲,不如就说土壤具有合适的力学结构。合适的力学结构,使得这些物质能够留存下来。约束力越大,相应的保水保肥的能力越强,但同时透气性就差,容易积水;反之,约束力越小,透水性越强,但同时保水性则变差。

在他看来,假如能拥有合适的力学结构,沙子便同样可以拥有土壤的特性。赵朝华说,改造后的沙地上有些作物,比土地上产量更高,“就是因为改造后的沙地力学结构更好,而且是可控的。这就意味着有更合适作物的水、空气和肥料比例。”

粘合剂研发是关键

沙子加“淘米水”变“泥巴”,正尝试零补水试验田

合适的粘合剂是关键,赵朝华说,从2009年到今天,除了试验规模不断扩大,团队最主要的精力都放在粘合剂的研发上,“要无毒环保、耐水性强,成本还不能太高。”

现在的粘合剂是几种植物纤维的提取物,用赵朝华的话说“成本不高、极好获得,而且一次改造,一劳永逸。”在他发给红星新闻的视频中,一堆沙子加入像淘米水一样的粘合剂,搅拌几下后,便获得了类似泥巴的质感。

▲添加完约束剂之后,沙子获得了泥土的质感,可以被塑形了。受访者供图

在与普通沙地的对比实验中,一桶水浇到普通沙地上后迅速下渗;而同样的水,浇到改造后的沙地上,则能形成一层积水,下渗缓慢。研究团队表示,这表示土壤具有了水肥保持的能力。为了证明这一点,他们甚至专门搞了一块水田,用来种水稻。

当时选择在乌兰布和开辟试验基地,赵朝华说,是“挑了块难啃的骨头”,这里的沙丘移动速度快,风也大。在育苗阶段,刚长出来的秧苗一度遭到沙尘暴“血洗”,他说,这样能更好地检验技术的普适性。

“目前适应更严苛自然条件的作物我们也在实验,比如我们尝试种一种牧草,就只靠自然降水,明年应该就能看到结果。”赵朝华说,目前基地所使用的水源包括地下水与不远处的黄河水,在当前条件下,河流附近以及地下水充足的沙漠都满足改造条件。

项目已申请专利

每亩成本2000到5000元,下一步将考虑大规模推广

根据专利审查网站的检索结果,赵朝华的团队已经为该项目申请了数个发明专利。

他告诉红星新闻,下一步这项技术即将进行商业化的推广。按照规划,他们明年应该会继续扩大种植到一万亩,同时,为其他试验田选点的工作也会提上日程。“用来改造土地和播种的农机具都已经研发好了,完全是配合商业化种植来的。”

作物生长状况良好,以往沙漠中成片长这种大叶植物几乎是不可能的。受访者供图

乌兰布和沙产业示范区产业局局长张虎生曾数度造访这个基地,提起它也是赞不绝口,“可以说这个团队远远超出了我们的预期。”在他看来,未来治理沙漠,将越来越走向科技治沙、产业治沙的方向,在园区内,也还有利用藻类治沙等其他几个技术团队。

张虎生最关心的是未来大规模推广时的成本问题,对此,赵朝华说,根据今年的统计结果,大概每亩2000到5000元,“一次改造,永久有效。”

某种意义上,我国沙漠化已经改变了过去 “治理速度赶不上沙漠化速度”的局面。根据中国荒漠化监测中心最新发布的统计数据,我国沙化土地面积由上世纪末年均扩展3436平方公里变为目前的年均缩减1980平方公里,沙化土地面积10年间“减少”了三个多上海的面积。

“这种改造对于土壤只是第一步,未来伴随着植物根系越来越发达,有机质越来越多,整片土地就会像一只大网,牢牢固定在大地上。”赵朝华畅想着未来发展的远景,“看来老本行还要再放几年。”

2017年7月24日0:09,几乎夏天最热的日子里,他在朋友圈发了张机场的照片,写着“回到火星。”

红星新闻实习记者丨董冀宁

编辑丨冯玲玲