華僑網 科技教育 沙漠能变成土壤吗?这项研究有必要向大家介绍 | 科技袁人

沙漠能变成土壤吗?这项研究有必要向大家介绍 | 科技袁人

关注风云之声

提升思维层次

导读

大规模的沙漠治理必须建立在科学且严格的生态评估基础上,可优先选择水资源丰富地区进行逐步推广。

视频链接:

抖音视频:

douyin.com/video/707298

本视频发布于2022年3月9日,点赞量已达3.7万

true

编辑

精彩呈现:

true

编辑

沙漠能变成土壤吗?最近,我看到中国工程院院刊的一篇文章(沙漠能变成土壤吗?丨中国工程院院刊),作者是重庆交通大学易志坚教授等人,谈的就是这个问题。其实我记得2017年这项研究就引发过热议(guancha.cn/industry-sci),当时有不少反对意见,例如说沙漠真正缺的是水而不是土。不过这次发的新文章有不少内容可以看出考虑了反对意见,而且毕竟治理沙漠的问题非常重要,所以我觉得有必要向大家介绍一下。

true

编辑

true

编辑

true

编辑

现行的沙漠治理方法可分为三类:工程治沙、化学治沙和植物治沙。工程治沙是通过建立草方格沙障和沙栅栏等障碍物来阻止沙子的移动;化学治沙是通过向沙漠表面喷洒乳化沥青或聚合物乳胶等来固化沙子表层;植物治沙是通过种植沙生植物来修复沙漠。然而,以上这些方法均不能改变沙子的材料特性,使其获得土壤特性。

true

编辑

易志坚等人的方法叫做沙漠“土壤化”,是在沙子“土壤化”的基础上提出的一个命题。沙子“土壤化”即沙变土,是他们在土壤生态力学属性的基础上实现的一个奇妙转化。土壤在湿时为流变状态,在干时为固体状态,并且可以在这两种状态之间稳定转换。土壤的这种力学特性赋予了其自修复和自调节这两大生态力学属性。基于以上发现,他们通过在沙子颗粒之间施加适当的约束,实现了沙子“土壤化”。

什么样的约束呢?当在沙子颗粒中加入适当黏度的水溶性物质(如改性羧甲基纤维钠,简称CMC)并均匀混合后,沙子颗粒间将形成具有“万向性”和“可恢复性”的全方位综合(ODI)约束,沙子从离散状态转变为流变状态(湿土)。当添加的水溶性物质中的水分蒸发后,ODI约束将转化为固结约束,沙子将转变成固体状态(干土)。“土壤化”后的沙子具有自然土壤的力学性能,可以在流变状态和固体状态之间稳定转换。因此,“土壤化”的沙子具有与土壤相同的生态力学属性,对水分、养分和空气具有很强的存储能力,适合植物生长。

从2013年开始,他们在中国重庆市南岸区两处户外试验地(面积分别为550 平方米和420平方米)进行了种植试验。在“土壤化”的沙子中种植了多种植物,如稻谷、玉米和红薯。种植至今,这些植物经受住了当地频繁暴雨和连晴高温的考验。沙变土没有因为暴雨的冲刷而变回到原始的离散颗粒,相反地,需水量大的沙变土的表层(如种植水稻的地块)还结出了较厚的藻类结皮,对其下土壤颗粒之间的约束起到了保护作用。随着反复的种植和收割,“土壤化”的沙子的团粒结构越来越接近自然土壤,生态力学属性也越来越稳定。在第一次收割三个月后,“土壤”中就发现了很多动物,如蚂蚁、蚯蚓、蜈蚣和昆虫幼虫等。上述种植试验验证了“土壤化”的沙子是植物生长的理想载体,且其生态力学属性能够长期保持。

为验证沙漠“土壤化”的可行性,2016年4月,他们在中国内蒙古的乌兰布和沙漠进行了大规模的种植试验。试验中用于沙子“土壤化”和植物灌溉的水均来自地下水。沙变土过程中,约束材料的添加量仅占沙子质量的0.1%~0.4%,同时添加约占沙子质量0.3%的氮磷钾复合肥,将这些用搅拌机混合后,以平均10厘米的厚度铺设在沙漠表面。从2016年5月20日开始,他们在试验地中种植了大约50种植物的种子或种苗,包括高羊茅、波斯菊、小麦、玉米、向日葵、沙枣树和杨树等。目前,70多种植物(其中20多种可能是由风或鸟类带来)在试验地中健康旺盛地生长。除此之外,“土壤化”的沙子中还形成了藻类结皮,这表明,一个新的生态系统正在形成。蝴蝶、蚊子、蚂蚁、鸟、老鼠和青蛙等动物也生活在试验地中,狐狸和獾等还会不时光顾。

true

编辑

实现沙子“土壤化”的方法是基于颗粒的约束原则。使用的约束材料为由植物提取的改性CMC溶液,该溶液可被用作食品添加剂,无毒、无害、成本低、掺量低(1%~5%的水溶液就非常黏稠)且适合大规模生产。如果采用旋耕等机械化施工方法,在沙变土中耕种与普通土地中耕种的工作量相差无几。在经济性方面,沙漠“土壤化”的材料费用和机械化施工的成本约为每公顷4500~6500美元。

true

编辑

易志坚等人认为,沙漠“土壤化”是力学、生态学、土壤学和植物学等学科的交叉研究成果,能够从根本上解决沙漠治理中沙子易移动、保水性差和不适宜植物生长等难题。

true

编辑

介绍完了这篇文章,如果你问我怎么看,我首先要说这远不是我的专业。在此基础上,我的外行观感是:首先,加入少量约束材料就可以实现沙子土壤化,这是一个很好的科学发现,拓展了人类的知识边界。然后,沙漠是否可以土壤化,即是否可以在沙漠地区大规模实施,还需要更多的研究。以前专家提出的缺水的问题,正是一个要害。还有气候改变与生态系统改变的风险,也需要仔细评估。易志坚等人此文的最后两句,在很大程度上正是对这些顾虑的回应,摘录如下:

大规模的沙漠治理必须考虑由地下水开采过度或地下水开采不当带来的相关风险,同时,采取适当措施应对大量沙漠“土壤化”带来的区域性气候改变及生物多样性变化等潜在影响。因此,大规模的沙漠治理必须建立在科学且严格的生态评估基础上,可优先选择水资源丰富地区进行逐步推广。

扩展阅读:

“科里科气”的合肥,如何助力中国科技突破?| 科技袁人

二氧化碳制“粮油”,中国科学家是如何变废为宝的?| 科技袁人

2400万元的超导纳米线探测器,居然是国产的 | 科技袁人

丘成桐说中国搞量子计算的都是假的?断章取义 | 科技袁人

true

编辑

作者简介:本文作者袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,中国科学技术大学科技传播系副主任,中国科学院科学传播研究中心副主任,科技与战略风云学会会长,“科技袁人”节目主讲人,安徽省科学技术协会常务委员,中国青少年新媒体协会常务理事,中国科普作家协会理事,入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(zhihu.com/people/yuan-l)。

责任编辑:SS

解放战争背后的军事工业建设竞赛 | 宁南山


联系我们

联系我们

5143979969

邮箱: cpress@chinesepress.com

工作时间:周一至周五,9:00-17:30,节假日休息

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

关注微博
返回顶部