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重庆交大课题组实现“沙子土壤化”

时间:2020-01-21

4000亩沙漠成田亮

重庆交通大学课题组实现“沙土”作者:记者张国胜高平

采取三维平面防沙措施后第三次播种。信息图片

重庆交通大学副校长易志坚教授领导的研究小组,通过7年的力学原理研究和应用,成功实现了“沙土”。在内蒙古自治区阿拉善盟乌兰布和沙漠试验基地,该研究小组在2016年的一次小规模试验中成功地“改造”了一片约25亩的绿洲。今年,研究小组在试验基地完成了约4000亩沙漠的土壤和绿化工作。

易志坚是力学专家。他介绍说,土壤湿时处于流变状态,干时处于固态,土壤总是可以在两种机械状态之间稳定地转换。易志坚带领研究小组研究了实现土壤这种稳定转化的原理,发现土壤呈现流变状态还是固态取决于土壤颗粒之间的约束。潮湿土壤颗粒之间存在ODI约束。这种约束不仅能产生压力和剪切力,还能产生张力和力矩,还能产生随动自由度。ODI约束具有通用和可恢复的属性。当土壤颗粒之间存在这样的限制时,任何两个颗粒都可以在任何方向上接触和结合(通用),任何两个颗粒在分离后都可以复合(可回收),因此潮湿的土壤处于流变状态。当土壤中的水分蒸发时,土壤从流变状态变为固态。“土壤潮湿时的流变状态和干燥时的固体状态本质上是颗粒中ODI约束和固结约束之间的转换。”易志坚说:“正是这种力学性质赋予土壤生态学和力学两大属性,即‘自我修复’和‘自我调节’。”这种属性的丧失将导致土壤退化。土壤退化的两种极端形式是土壤硬化和土壤荒漠化。

研究小组在实验室实验中发现了一种植物纤维混合物。用这种纤维混合物对砂引入ODI约束,可以使砂不再处于分散状态,从而实现“砂的成土”。研究组还通过调整ODI约束的强度获得了不同性质的“土壤”,从而证明了沙子一旦获得了土壤的上述力学性质,它将具有与土壤相同的生态力学性质,也具有很强的蓄水、营养和空气的能力,从而成为植物生长的理想载体。

自2013年以来,研究组进行了为期5年的“沙土”和大田种植试验,模拟沙漠沙层的入渗条件,通过“沙土”获得“沙土”,并在其上种植水稻、玉米、甘薯等多种植物。在2014年和2015年,研究小组比较了在实验地点种植的玉米、甘薯、马铃薯、萝卜和油菜与在附近自然土壤中种植的相同作物。结果表明,试验地的产量明显高于种植在附近天然土壤中的作物。其中,生长在土壤中的块茎或块根植物如马铃薯、甘薯和萝卜的大小和产量都比天然土壤增加了50%以上。此外,随着重复种植和收获,“土壤”砂的团聚体结构越来越接近天然土壤,具有越来越稳定的生态力学性能。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》杂志均公布了研究结果。

内蒙古自治区乌兰布和沙漠年平均降雨量只有102毫米,风蚀严重。这是我国最难控制的沙漠之一。2016年初,研究小组以阿拉善盟出风口约25亩沙漠为试验场地,在“沙土”后种植了约50种植物,最终实际种植了70多种植物,绝大多数植物生长良好。藻类结皮也在“土壤”之后的沙层中形成,吸引了大量的动物,如蝴蝶、蚊子、蚂蚁、鸟类、老鼠、青蛙和蟾蜍,偶尔还有狐狸和獾。在试验地点附近的三个非“沙土”沙漠中进行了对比种植试验。结果表明,虽然采用了相同的播种、浇水和施肥方法,但由于不能做到这一点,这种植物非常稀少

试点植物中生长良好的草以及西瓜、玉米、高粱和向日葵等作物引起了附近村民的极大兴趣。乌兰苏海嘎查村主任张国福说:“他们在今年第一个月的14号开始工作,并说他们将制作‘沙土’。当时,这片沙漠和外面一模一样。谁能相信呢?我在这里已经30到40年了。沙子什么时候会变成土壤?你不是在吹牛吗?我看着他们这么做。才过了几个月,沙漠真的变成了绿洲!”

乌兰布和沙产业示范区管理委员会工业发展局局长张胡绳说,重庆交通大学的研究小组已经成功地把长黄沙变成了今天的绿洲。样品送检和测试结果也表明,“沙土”后的土地各项指标完全符合绿色生态标准。张胡绳认为,“沙之土”应该是沙漠生态管理的里程碑技术。

易志坚说,今年在乌兰布和沙漠进行的试点测试遇到了三次沙尘暴。五月底的第一次播种和六月中旬的第二次播种都失败了,因为沙尘暴杀死了所有的幼苗。6月底第三次播种时,研究组采取草幕平面保护、高程保护等防砂措施,确保播种和植株生长。研究小组还通过种植油蒿和草木樨等荒漠草,杨树、沙枣、山桃、枸杞和梭梭等乔木和灌木,以及甘草、葱和茴香等中草药,建设了几个荒漠草原。九月初,沙漠草原已经发芽并变绿。预计明年在极低灌溉条件下,生态将得到恢复。

责任编辑:优雅

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