有效治理荒漠化壹直是世界性難題。有鑒於沙的流動性,應對風害成為難中之難。在目前主要的固沙技術中,工程固沙采用人工設置沙障等工程手段,如草方格、石方格來阻止沙子移動;化學固沙通過噴灑化學固沙劑,如乳化瀝青、聚合物樹脂等;植物固沙則是透過種植沙生植物的手段來穩定和阻絕沙體,以達到固沙目的。下面我們來盤點這三種固沙技術中的最熱門的新科技:立體固沙車、藻類治沙固沙技術,植物性纖維黏合劑,這三種技術中前兩項已被證明行之有效,第三種還存在爭議,效果有待驗證。
立體固沙車--速度是人工的約180倍
草方格沙障,是用麥草、稻草、蘆葦等材料在沙漠中紮成方格,是壹種防風固沙,涵養水分的治沙方法。其因在寧夏的沙坡頭,因此也有人稱是“沙坡頭治沙模式”,沙坡頭因治沙成就卓越、經驗豐富被世界治沙同行評為“全球環境保護500佳”。
如何提高治沙效率與實現防沙治沙效果是全球治沙難點。目前,由我國自主研發制造的世界首臺“多功能立體固沙車”及“牽引式單項固沙機”填補該領域“空白”,這是甘肅省實踐科技創新的成果之壹,是沙漠治理的壹場“革命”。
這臺“多功能立體固沙車”,擁有11項實用新型技術及發明專利。用機械化鋪設草方格,插草深度15厘米,草沙障高度30厘米左右。與人工相比,立體固沙車速度是人工的約180倍,可從根本上解決沙漠化速度快於人工治沙速度的難題。不僅降低成本,作業更規範化,大大增加了沙漠表面的粗糙度,消減風力,阻止流沙移動並截留雨水,比人工固沙的質量要高、固沙效果更好。原來荒蕪的沙漠裏已生長出各類野生植物,這在當地老百姓眼裏,是不可思議的事。“壹莊子人忙壹天還不如這車跑壹圈”當地村民這樣評價。
2015年,機械化治沙團隊種植完成梭梭、花棒、檸條等各類沙生植物8萬多株。通過種植培育,沙生植物長勢良好,同時隨著草沙障內沙子被固定住後,壹些野生植物也隨之長了出來,壹兩年前治理過的沙丘,已是大變樣。2016年,治沙團隊利用機械生物治沙在沙漠裏成功種植十多畝的試驗田,種出的蔬菜、果實送到上海知名檢測機構進行檢測後,得出的結論是各類果蔬天然無公害,農藥零殘留,其中種植的瓜果含糖量高於同類瓜果。
藻類治沙固沙技術--快速形成土壤結皮遏制土壤進壹步沙漠化
葉希麗生物治沙研究所研究人員從2009 年開始對塔克拉瑪幹沙漠土壤進行了系統的生物學研究並發現,沙漠土壤中仍然存在著具有豐富生物多樣性的沙漠綠藻細胞。到目前為止,公司研發人員從塔克拉瑪幹沙漠沙土樣品中成功分離、純化得到了1000 多種藻類品系,已順利完成了9 個采樣點中7 個采樣點的沙土樣品收集與GPS 定位工作,期間幾乎饒了塔克拉瑪幹沙漠2 圈。
對沙漠綠藻細胞的生物學及營養學研究發現,該類細胞不僅具有獨特的營養特性,而且其生物學進化地位也處於很古老的發育階段,充分說明塔克拉瑪幹大沙漠曾經是壹片遼闊的海洋,當時的海藻隨著海洋的消失逐漸進化成為如今的沙漠藻。
沙漠綠藻的生命力比普通淡水綠藻或海藻強很多,是因為極度惡劣的沙漠生存環境使得沙漠綠藻細胞具有了很特異的成分及其功能。
①沙漠環境自然缺水、沙漠綠藻細胞必須要積累高活性的CGF 才能生存;
②沙漠中陽光照射很強烈,沙漠綠藻細胞必須積累大量的不飽和脂肪酸才能避免被輻射氧化;
③沙漠中降水量很低,沙漠綠藻細胞需要積累大量的胞外多糖(含有豐富的堿性多糖)才能有水的時候吸收盡可能多的水分而延續其生長繁殖;
④沙漠的溫度高、沙漠綠藻細胞壁(纖維素成分)必須要厚,才能有效預防過多的失水,惡劣的生存環境成就了神奇的沙漠綠藻。
該技術提供了壹種利用荒漠藻類快速固定流沙的方法,具有快速、高效、持久的固沙成土和增肥效果,適宜於全球幹旱、半幹旱地區流動和半流動沙丘的固定和成土過程。
在荒漠土壤表面人工形成壹層或幾層藻類土壤結皮,從而改變荒漠土壤營養成分、微生物群落及微生態循環系統、最終達到改善荒漠土壤、固定荒漠土壤、綠化土壤的壹種新型無汙染、無公害的全新環保技術。
科學研究證明,藻類作為壹類在生物進化史上具有特別意義的生物類群,在荒漠化綜合治理方面具有特殊的作用。藻類作為拓殖生物,不僅能在多數生命形式無法生存的嚴酷環境中生長與繁殖,而且還以其特有的生活、代謝方式影響並改善著自然環境。藻類生物結皮在防風固沙、防止土壤侵蝕和改變水分分布狀況等方面,扮演著重要的角色。在荒漠化日益嚴重的今天,利用荒漠藻類改良土壤,防風固沙,具有積極的意義。
總體來看,藻類生物治沙在沙漠化治理中的作用主要體現於:①快速形成土壤結皮(Soil Crust),從而遏制土壤進壹步沙漠化 ②沙漠藻細胞代謝糖類分泌物可以使土壤有機物含量增加、沙漠固氮藻使得沙漠土壤的氮元素急劇上升,經過藻類生物治沙的沙漠土壤將具備高等植物生長的營養條件。
植物性纖維黏合劑---技術有硬傷
據媒體報道,重慶交通大學力學教授易誌堅經過7年的反復試驗,研發出壹種可以讓沙漠變成土壤的黏合劑,只要把這種粘合劑放到沙裏,再添加適量的水,沙子就可以變成擁有生態—力學屬性、具有“萬向結合約束”的土壤。能夠存儲水分、養分和空氣,同時能滋生微生物。簡單點說,就類似壹種沙子的“膠水”,將漫漫黃沙“點沙成土”。並將這壹發現運用到"沙漠土壤化"生態恢復技術中,並取得成功,已經將4000畝實驗沙漠成功改造成良田。該科研成果已在相關權威刊物上發表。
沙漠和土壤的根本性質差異,是力學差異:土壤微粒之間都有作用力,能夠構成壹個整體,而沙子之間是松散的,沒有這種力。易誌堅他們要做的,就是用壹種粘合劑,賦予沙子顆粒這種力,這樣就可以把沙漠變土壤。
只要添加這種植物性纖維黏合劑,再加入水,沙子就能獲得與自然土壤壹樣的力學屬性。這種土壤顆粒間存在的特定約束,就是萬向結合約束,簡稱ODI約束。它可以讓土壤具備自修復和自調節能力。
自修復即土壤遇水後能夠在濕潤和幹燥狀態間自由轉換,自調節即土壤能夠為植物的生根發芽提供空間,並將植物根系“抱住”,為植物生長提供可能性。而沙子也是壹種土,只不過是受到了破壞的土壤,如何讓它變回受損之前的樣子,就能在沙子上建造起綠洲。
只要將沙子混合黏合劑,再添加適量的水,只要兩分鐘,金黃色的沙子就變成了深褐色的土壤,用手抓起來也不會散掉,把水倒入圍起來的凹坑裏,水也沒有流失。
據報道,目前,中國科研團隊已將"沙漠土壤化"生態恢復技術用於內蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠25畝試驗地中,並取得成功。
經施工改造後的沙體當即固定,並表現出持久的抗風蝕能力。試驗地種植了70多種植物,長勢旺盛。為了檢驗治理成果,研究團隊在改造後的沙漠中種植了70多種植物,其長勢都非常好。為了檢驗安全性,團隊還請來了第三方機構對粘合劑及“沙變土”土壤進行檢測。易誌堅拿出了西安國聯質量檢測技術有限公司對粘合劑的檢測報告,上面多項指標遠遠低於國家標準。
對於這項科研成果,該成果專家評審組的中國林業科學院荒漠化研究所研究員、中國治沙暨沙業學會的秘書長楊文斌認為,其研究還處於非常初級的階段。對於壹項研究來說,需要有實驗室的結果,還要有基礎性成果,還需要實地的實驗結果,也就是大面積的區域實驗,區域實驗完成之後才能開始推廣,即使區域實驗有了初步成果,也不能說這是壹項可以推廣的技術。易教授團隊所做的4000畝實驗在普通人看來面積廣闊,但是對於荒漠化研究來說,4000畝的面積太小了,根本不算什麽。這項所謂的成果也到不了大面積推廣的階段。
而且,沙漠如果有水的話,根本不用治理就會變成農田。楊文斌說:“沙漠是最好的土壤,就是缺水,只要有水就是好土壤。如果沙漠有水,就不用做任何工作,就可以直接種植了。在沙漠上安裝上灌溉設備並保持植被壹定密度生長,是現在科學家在著力解決的問題。”
我國目前的沙漠形成有的是自然條件,而有的是人為因素,特別在靠近河套地區的壹些沙漠地帶確實是人類破壞植被造成的,所以可以分門別類地對沙丘和沙地進行改造,對於人類過度開采造成的荒漠化地區可以優先修復,這些地區曾經也有綠植生長的基礎。所以,沙漠的改造的關鍵在於應該分類分區,而不能違背自然規律。
原生沙漠是地質時期形成的,是荒漠生態系統,是壹種壹種生態系統,它和濕地生態系統,和森林壹樣都是生態系統中重要的壹環。治沙不是消滅所有沙地,不能把全部沙漠都變綠洲,否則,地表下墊面均勻壹致,反而無法形成氣壓差,不利於形成空氣流動,進而影響水分的運移。從另壹面可能惡化了區域氣候,利弊需要權衡。