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4000亩沙漠成良田 重庆交大实现“沙子土壤化”

http://www.huanbohainews.com.cn 2017-09-15 9:48 来源: 光明日报

4000亩沙漠成良田

重庆交大课题组实现“沙子土壤化”

  由重庆交通大学副校长易志坚教授领衔的课题组经过7年研究,运用力学原理成功实现“沙子土壤化”。在位于内蒙古自治区阿拉善盟乌兰布和沙漠的试验基地,课题组继2016年在小试中成功“变”出一片25亩左右的绿洲后,今年又完成了中试基地内约4000亩沙漠的土壤化和绿化。

  易志坚是一位力学专家。他介绍,土壤湿润时为流变状态、干结时为固体状态,土壤总是能够在这两种力学状态之间稳定转换。易志坚带领课题组研究土壤实现这种稳定转换的原理,发现土壤呈现流变状态还是固体状态是由土壤颗粒之间的约束决定。湿润土壤颗粒之间存在ODI约束,这种约束既能够产生压力和剪力,又能够产生拉力和力矩,还能够产生随动自由度,而ODI约束具有万向性和可恢复性。当土壤颗粒之间存在这种约束的时候,任意两个颗粒之间能够在任何方向接触而结合(万向性),分离后任意两个颗粒之间还能够再结合(可恢复性),所以湿润土壤处于流变状态。当土壤中的水分蒸发后,土壤便由流变状态转为固体状态。“土壤湿润时的流变状态和干结时的固体状态,本质上是ODI约束和固结约束在其颗粒之间的转换。”易志坚说,“正是这一力学特性赋予了土壤生态—力学两大属性,也就是‘自修复’和‘自调节’的属性。”这一属性的丧失将导致土壤退化,土壤退化的两种极端形式就是土壤板结和土壤沙化。

  课题组在室内实验中找到了一种从植物中提出的纤维合剂,利用这种纤维合剂给沙子引入ODI约束,能够使沙子不再处于分散状态,从而实现“沙子土壤化”。课题组还通过调节ODI约束的强度获得不同性质的“土壤”,从而证明沙子一旦获得了土壤的上述力学性能,就将具有与土壤相同的生态—力学属性,同样拥有很强的存储水分、养分和空气的能力,成为植物生长的理想载体。

  课题组从2013年起进行了长达5年的“沙子土壤化”及野外种植试验,模拟沙漠沙层渗透条件,通过“沙子土壤化”得到“沙变土”,再在上面种植稻谷、玉米、红薯和其他多种植物。2014年和2015年,课题组将试验地种植的玉米、红薯、土豆、萝卜、油菜与附近自然土壤里的同种庄家进行比较,结果试验地的产量均明显高于附近自然土壤种植的庄稼。其中,土豆、红薯和萝卜等土中生长块茎或块根植物的个头和产量,均比自然土壤提高50%以上。而且随着反复的种植和收割,“土壤化”后沙子的团粒结构越来越接近自然土壤,具有越来越稳定的生态-力学属性。中国科学院主办的《中国科学》杂志和中国工程院主办的《工程》杂志,都发布了这一研究成果。

  内蒙古自治区境内的乌兰布和沙漠年均降雨量只有102毫米左右而且风蚀严重,是我国最难治理的沙漠之一。2016年年初,课题组将阿拉善盟一片处于风口的约25亩沙漠作为试验地,经过“沙子土壤化”后种植了大约50种植物,最后实际长出了70多种植物,绝大多数植物长势都很好。“土壤化”后的沙层中还结出了藻类结皮,并吸引来了大量蝴蝶、蚊子、蚂蚁、鸟、老鼠、青蛙和蟾蜍等动物,偶尔还有狐狸和獾等光顾。在试验地附近3块未经“沙子土壤化”的沙漠中进行对比种植试验,结果表明尽管采用完全相同的播种、浇水和施肥方法,也因无法抵抗风蚀而导致植物十分稀少。

  2017年,课题组在距离乌海市区10公里的乌兰布和沙漠东侧建立东西长12公里、南北宽800米的中试基地。经过“沙子土壤化”后,种植了约4000亩玉米和瓜果蔬菜、中草药、草、乔木灌木等约80种植物。对比研究发现,基地生长的植物,根系比其他区域的同类植物更发达。牧草中的狼尾草和苜蓿长得尤其好,狼尾草最高超过3米,估计每亩产量不低于10吨,按目前价格每亩产值超过4000元。

  中试基地内长势良好的牧草和西瓜、玉米、高粱、向日葵等农作物,引起了附近村民的极大兴趣。乌兰苏海嘎查村村主任张国富说:“他们今年正月十四过来开工,说要搞‘沙子土壤化’。当时这片沙漠和外面完全一样,谁能相信这个事?我在这儿三四十年,沙子什么时候能变成土了?不是瞎吹牛吗?我就盯着他们做。这才几个月啊,真把沙漠变成绿洲了!”

  乌兰布和沙产业示范区管委会产业发展局局长张虎生说,重庆交通大学课题组成功将昔日的漫漫黄沙变成了今天的满眼绿洲,送样检测结果也表明,“沙子土壤化”后的土地,各项指标都完全符合绿色生态标准。张虎生认为,“沙子土壤化”应该是一项对沙漠生态治理具有里程碑意义的技术。

  易志坚介绍,今年在乌兰布和沙漠的中试遭遇了3次沙尘暴。5月底的第一次播种和6月中旬的第二次播种,均因沙尘暴导致幼苗全部死亡而失败。6月底第三次播种时,课题组采用草帘平面防护和立面防护等防风沙措施,保证了播种和植物生长。课题组还通过种植沙蒿、草木犀等荒漠草,杨树、沙枣、山桃、枸杞、梭梭等乔灌木,甘草、沙葱、小茴香等中草药,构造了几块荒漠草原。9月上旬,荒漠草原已经发芽变绿,预计明年可以在极低灌溉量下恢复生态。

  (本报记者 张国圣 高平)

编辑 张凌
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