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力學(xué)專家“跨界”治沙:用“膠水”讓4000畝沙漠變土壤

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 國內(nèi)資訊    發(fā)布時(shí)間:2017年9月28日 11:54    作者:來源:紅星新聞 作者:董冀寧     文章來源:北極星固廢網(wǎng)

航拍鏡頭下,烏蘭布和沙漠一如其他沙漠一樣,遼闊而荒涼。這里是中國八大沙漠之一,面積0.99萬平方公里,年平均降水量僅102毫米。烏蘭布和,蒙語里是紅色公牛的意思。

綠色是忽然間出現(xiàn)在鏡頭中的,沒有任何過渡。區(qū)別于遠(yuǎn)處的沙丘,這里的土地被平整、分割,種上不同的作物,噴灌系統(tǒng)揮灑著象征著生命的水汽?!斑@是到了村莊邊嗎?”你心里正疑惑著。航拍繼續(xù)前行,仍然沒有任何過渡地,沙漠再一次出現(xiàn)在眼前……

這是重慶交通大學(xué)一個(gè)項(xiàng)目組位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟的試驗(yàn)基地,研究的方向是沙漠土壤化。人們的印象中,沙漠中少部分地方能長胡楊林、沙柳,更多的地方甚至只能長些雜草、灌木,可是這里卻種著包括瓜果蔬菜在內(nèi)七十多種作物。

項(xiàng)目成員大多是力學(xué)出身,這是一個(gè)“理工男改變世界”的故事。他們提出的治理方法很簡單:用一種粘合劑,對沙子施加約束力,把沙子“粘起來”。就是這種聽上去有些天方夜譚的想法,讓今年沙漠中多了這片4000畝的“綠洲”, 也讓他們把治沙的方法講到了聯(lián)合國防治荒漠化公約峰會(huì)的講臺上。

沙漠改造原理

讓沙子像土壤一樣具有合適的力學(xué)結(jié)構(gòu)

如果不是接觸到沙漠化這個(gè)課題,趙朝華應(yīng)該在某個(gè)地方給橋梁或道路工程去做受力分析,他是重慶交通大學(xué)的副教授,一位橋梁與隧道工程專業(yè)的博士。但現(xiàn)在,包括他在內(nèi),一個(gè)三十多人的科研團(tuán)隊(duì),正待在烏蘭布和沙漠上。

基地位于烏蘭布和沙漠東側(cè),距離烏海市區(qū)十多公里。受訪者供圖

過去治沙,靠的是一個(gè)個(gè)“工程”,一次次“會(huì)戰(zhàn)”。方法上,要么是大規(guī)模的植樹造林,要么是建防沙墻、草方格沙障。在趙朝華看來,這些都是人們基于經(jīng)驗(yàn)發(fā)明的措施,而沙漠和土壤的根本性質(zhì)差異,則是力學(xué)差異——“不管什么土,土壤微粒之間都有作用力,能夠構(gòu)成一個(gè)整體,而沙子之間是松散的,沒有這種力。”

“我們要做的,就是用一種粘合劑,賦予沙子顆粒這種力?!毖芯繄F(tuán)隊(duì)將這種力稱為萬象結(jié)合約束,簡稱ODI約束,相關(guān)的粘合劑,被稱為約束劑。趙朝華告訴紅星新聞,雖然是他們團(tuán)隊(duì)首次明確提出利用力學(xué)知識來治理沙漠化,但其實(shí)相關(guān)原理早已被無意識的經(jīng)驗(yàn)性的運(yùn)用在許多治沙方法中,“比如沙子和黏土以及一般土壤按比例搭配改善土壤,實(shí)際上就是運(yùn)用的力學(xué)知識?!?/p>

“我們首先是從認(rèn)識土壤開始的,對土壤的生態(tài)力學(xué)屬性的認(rèn)識和揭示是我們向沙變土轉(zhuǎn)變的原理支撐。”研究團(tuán)隊(duì)把土壤的特性歸納為兩條,自修復(fù)和自調(diào)節(jié),“比如說土壤變干后,我們可以敲打他變成土塊,但后頭有水后,他又可以恢復(fù)到最初的狀態(tài),這就叫自修復(fù)。同時(shí),植物根系生長在土壤中,無論土壤顆粒排列怎么改變,土壤的性質(zhì)不改變,土壤顆粒之間能夠始終存在結(jié)合力,這就是自調(diào)節(jié)?!?/p>

傳統(tǒng)意義上認(rèn)為優(yōu)質(zhì)的土壤能夠提供植物生長所需的水、空氣、微生物、有機(jī)質(zhì),但在趙朝華看來,從力學(xué)上講,不如就說土壤具有合適的力學(xué)結(jié)構(gòu)。合適的力學(xué)結(jié)構(gòu),使得這些物質(zhì)能夠留存下來。約束力越大,相應(yīng)的保水保肥的能力越強(qiáng),但同時(shí)透氣性就差,容易積水;反之,約束力越小,透水性越強(qiáng),但同時(shí)保水性則變差。

在他看來,假如能擁有合適的力學(xué)結(jié)構(gòu),沙子便同樣可以擁有土壤的特性。趙朝華說,改造后的沙地上有些作物,比土地上產(chǎn)量更高,“就是因?yàn)楦脑旌蟮纳车亓W(xué)結(jié)構(gòu)更好,而且是可控的。這就意味著有更合適作物的水、空氣和肥料比例?!?/p>

粘合劑研發(fā)是關(guān)鍵

沙子加“淘米水”變“泥巴”,正嘗試零補(bǔ)水試驗(yàn)田

合適的粘合劑是關(guān)鍵,趙朝華說,從2009年到今天,除了試驗(yàn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,團(tuán)隊(duì)最主要的精力都放在粘合劑的研發(fā)上,“要無毒環(huán)保、耐水性強(qiáng),成本還不能太高?!?/p>

現(xiàn)在的粘合劑是幾種植物纖維的提取物,用趙朝華的話說“成本不高、極好獲得,而且一次改造,一勞永逸?!痹谒l(fā)給紅星新聞的視頻中,一堆沙子加入像淘米水一樣的粘合劑,攪拌幾下后,便獲得了類似泥巴的質(zhì)感。

添加完約束劑之后,沙子獲得了泥土的質(zhì)感,可以被塑形了。受訪者供圖

在與普通沙地的對比實(shí)驗(yàn)中,一桶水澆到普通沙地上后迅速下滲;而同樣的水,澆到改造后的沙地上,則能形成一層積水,下滲緩慢。研究團(tuán)隊(duì)表示,這表示土壤具有了水肥保持的能力。為了證明這一點(diǎn),他們甚至專門搞了一塊水田,用來種水稻。

當(dāng)時(shí)選擇在烏蘭布和開辟試驗(yàn)基地,趙朝華說,是“挑了塊難啃的骨頭”,這里的沙丘移動(dòng)速度快,風(fēng)也大。在育苗階段,剛長出來的秧苗一度遭到沙塵暴“血洗”,他說,這樣能更好地檢驗(yàn)技術(shù)的普適性。

“目前適應(yīng)更嚴(yán)苛自然條件的作物我們也在實(shí)驗(yàn),比如我們嘗試種一種牧草,就只靠自然降水,明年應(yīng)該就能看到結(jié)果?!壁w朝華說,目前基地所使用的水源包括地下水與不遠(yuǎn)處的黃河水,在當(dāng)前條件下,河流附近以及地下水充足的沙漠都滿足改造條件。

項(xiàng)目已申請專利

每畝成本2000到5000元,下一步將考慮大規(guī)模推廣

根據(jù)專利審查網(wǎng)站的檢索結(jié)果,趙朝華的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為該項(xiàng)目申請了數(shù)個(gè)發(fā)明專利。

他告訴紅星新聞,下一步這項(xiàng)技術(shù)即將進(jìn)行商業(yè)化的推廣。按照規(guī)劃,他們明年應(yīng)該會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大種植到一萬畝,同時(shí),為其他試驗(yàn)田選點(diǎn)的工作也會(huì)提上日程?!坝脕砀脑焱恋睾筒シN的農(nóng)機(jī)具都已經(jīng)研發(fā)好了,完全是配合商業(yè)化種植來的?!?/p>

作物生長狀況良好,以往沙漠中成片長這種大葉植物幾乎是不可能的。受訪者供圖

烏蘭布和沙產(chǎn)業(yè)示范區(qū)產(chǎn)業(yè)局局長張虎生曾數(shù)度造訪這個(gè)基地,提起它也是贊不絕口,“可以說這個(gè)團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的預(yù)期?!痹谒磥恚磥碇卫砩衬?,將越來越走向科技治沙、產(chǎn)業(yè)治沙的方向,在園區(qū)內(nèi),也還有利用藻類治沙等其他幾個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

張虎生最關(guān)心的是未來大規(guī)模推廣時(shí)的成本問題,對此,趙朝華說,根據(jù)今年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,大概每畝2000到5000元,“一次改造,永久有效。”

某種意義上,我國沙漠化已經(jīng)改變了過去 “治理速度趕不上沙漠化速度”的局面。根據(jù)中國荒漠化監(jiān)測中心最新發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國沙化土地面積由上世紀(jì)末年均擴(kuò)展3436平方公里變?yōu)槟壳暗哪昃s減1980平方公里,沙化土地面積10年間“減少”了三個(gè)多上海的面積。

“這種改造對于土壤只是第一步,未來伴隨著植物根系越來越發(fā)達(dá),有機(jī)質(zhì)越來越多,整片土地就會(huì)像一只大網(wǎng),牢牢固定在大地上?!壁w朝華暢想著未來發(fā)展的遠(yuǎn)景,“看來老本行還要再放幾年?!?/p>

2017年7月24日0:09,幾乎夏天最熱的日子里,他在朋友圈發(fā)了張機(jī)場的照片,寫著“回到火星。


來源:紅星新聞  作者:董冀寧 

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