點沙成土，將論文寫在祖國大地上
—— 記“2021最美科技工作者”重慶交通大學易志堅教授

◎ 本刊記者 蔣向利

由中國產學研合作促進會推薦的重慶交通大學副校長易志堅榮獲“2021最美科技工作者”

11月5日，2021最美科技工作者發布儀式在央視科教頻道播出。10位來自科研生產一線的科技工作者獲得“2021最美科技工作者”稱號，其中包括重慶交通大學副校長、教授、博士生導師易志堅。

“如果有一天，廣袤的沙漠變成綠洲；如果有一天，大地遍布生態奇跡。人們一定會記得你大漠里的身影，黃沙百戰穿金甲，不破樓蘭終不還……”這是頒獎儀式上，主持人獻給易志堅教授的頒獎詞。

易志堅，1963年出生，二級教授、博導，重慶交通大學副校長，國家級有突出貢獻的中青年專家、國家“百千萬人才工程”第一、二層次人選，享受國務院政府特殊津貼，1988年到重慶交通大學工作，長期從事力學基礎理論和應用研究，提出了彈塑性裂紋線場分析方法，發現顆粒約束決定顆粒物質狀態的機理，發現土壤力學特性與生態屬性的關系，是“沙漠土壤化”理論和技術的提出者。他與團隊一起，歷時數年創造性地研究出“力學治沙”辦法，并帶領團隊在內蒙古、新疆及中東地區的沙漠、撒哈拉沙漠等國內外不同立地條件下的沙漠打造出1.7萬畝生態綠洲，產生廣泛的影響，并培養出博士和碩士研究生50多名。

突破傳統方法，破解土壤改良“力學密碼”

土地沙漠化治理，一直是世界級難題。2008年，易志堅開始從力學角度思索，如何讓沙漠具有土壤的特性，并最終帶領團隊研發出一種植物黏合劑。

傳統的沙漠改造主要有三種方法：第一種是工程方法，最著名和常用的是“草方格沙障”，也就是用正方形的麥草墻來固定沙土，通常用于沙漠公路兩旁，缺點是在風沙過大的地方收效甚微；第二種是化學方法，即在沙表面噴灑固沙劑，將沙體表面固化來防止沙子流動；第三種則是大家熟知的植物方法，例如種植沙生植物，并采用滴灌技術來保持土地水分，這對沙化治理有一定的效果，但由于沙體中植物難以生長，其成本極高，難以大規模推廣。

于是，人們想如果能夠“點沙成土”就好了。現在，這種幻想被重慶交通大學易志堅教授帶領的科研團隊實現了，他們破解了土壤的“力學密碼”。他們仔細地分析了土壤的力學特性，發現土壤具有兩種力學狀態：干時是固體狀態，濕時是流變狀態，并且這兩種狀態能夠相互轉化。由于土壤的這兩種特性，使得土壤有自修復和自調節兩種功能：自修復就是土壤在干時的固體狀態下開裂破壞，吸收水分后能夠變為流變狀態，從而可以修復破壞的土壤。它是穩定、持久的，是使土壤生生不息的前提。自調節即土壤顆粒排列的改變不會破壞土壤的性質，也就是土壤隨便怎么捏合，其性質不變，只有這樣，土壤才能讓植物生長在其中，并以“溫柔”的力保住植物，成為植物的理想載體。接著，他們探討了土壤出現這種形式的原因。他們認為這是因為土壤有“萬象結合約束”的特性，即土壤中任何兩個顆粒從任何方向都能夠結合，從而使得土壤擁有自修復和自調節的生態力學特性。正是這種約束使土壤施以溫和的力“抱住”植物根系，維持植物穩定，并且能夠保水、保肥和透氣。但是，沙粒間不具備這種約束，所以表現為一盤散沙。于是，他們想如果讓沙粒間有了這種“萬象結合約束”，沙漠土壤化就有可能實現。

在此理論基礎上，2009年易教授首次提出沙變土的原理。要想將沙變成土壤，就需要給沙子“萬象結合約束”。于是易志堅團隊集中力量尋找可以產生“萬象結合約束”的黏合劑。這種黏合劑無毒無副作用，在加水與沙子攪拌后，“一盤散沙”就獲得與土壤一樣的生態—力學屬性——在加水后變成稀泥，成為流變狀態，水干了之后變成泥塊，成為固體狀態——添加植物黏合劑后的沙粒因為具備了萬向約束力，成為沙子向土壤轉換的“密碼”，從而使沙粒具有像土壤一樣保水保肥的能力，成為植物生生不息的載體。

最終，經過反復實驗，他們從植物中提取了一種植物纖維黏合劑。將一桶水澆到普通沙地上后，水會迅速下滲；而將這種黏合劑混合到沙子中，再加入同樣規模的水，2分鐘左右，原先金黃色的沙子就變成了深褐色，摸上去很有黏性，手握住并不會散掉。混合好的“土”圍成一個凹坑倒入水后，水也不流失。

易志堅查看內蒙古烏蘭布和沙漠土壤化基地向日葵生長情況

2010年，易志堅團隊初步實現“沙變土”。隨后在重慶交通大學實驗室開展為期3年的種植試驗。首先他們在陽臺、屋頂進行了小范圍的試驗。初見成效后，在交大校園附近開始了更大規模的試驗：找來一塊地，先在地面上鋪30厘米厚的碎石，再在碎石上鋪30厘米左右的建筑沙，然后覆蓋10～20厘米、加入不同黏合劑形成的土壤化沙子，在上面種植了玉米、紅薯、蘿卜、油菜。結果是成效顯著，植物長勢喜人。

經過幾年試驗，易志堅團隊覺得技術已經基本成熟，決定進行實地沙漠土壤化生態恢復試驗。2016年4月，他們在內蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠進行了25畝田的試驗。這里因年均降雨量很少，而且風蝕嚴重，是我國最難治理的沙漠之一。易教授一開始就將目標定在最難治理的沙漠上。當他們將植物纖維黏合劑加入沙體中后，沙子當即固定，并表現出持久的抗風蝕能力。試驗地種植了玉米、小麥、向日葵、觀賞草等70多種植物，結果長勢旺盛，并開花結果。蛙類、鳥類和許多昆蟲在兩個足球場大的沙漠綠洲中安了家，狐貍、獾、野貓也不時光顧其中，沙漠實地試驗取得成功。

不畏挫折，勇將“死亡之海”變綠洲

2017年開始，研究團隊在烏蘭布和沙漠開展4000畝的種植試驗。4月，當易志堅教授帶領他的科研團隊來到這里的時候，四周荒涼得連一株枯死的植物也沒有，除了沙還是沙。科研團隊在這里采用了大規模機械化的種植方法，將約束材料撒布在沙漠表面，加入適量的水，用旋耕機進行旋耕，多旋耕幾遍，使其均勻，幾天后就開始種植。一個旋耕機一天大概可以耕作幾十畝。但是，工作不是一帆風順的。4月～6月，他們進行了3次播種試驗，都以失敗告終，不是大風將剛出生的幼苗連腰吹斷，就是沙子把幼苗全部淹沒。后來，科研人員發明了一床“小被子”，用薄薄的一層谷草蓋在小苗上，既透氣又防風沙，小苗們才得以成長。8月下旬，試驗基地長成一片寬約800米、綿延近4千米的綠洲，約70多種植物長勢良好，高粱、苜蓿等作物豐收，西瓜、茄子、西紅柿等瓜果蔬菜產量高、口感好。由于植物長勢太好，結出很多瓜果，吸引了狐貍、兔子、老鼠來基地覓食，工作人員不得不想盡辦法滅鼠。更厲害的是，科研團隊專門留下了一塊無灌溉的試驗地。2017年8月種植的沙蒿、沙打旺，2018年都順利發芽存活，生長出來了。這意味著基地的生態得到了有效恢復，在沒有人工灌溉的條件下，耐旱的植物仍然能夠存活。如今的內蒙古烏蘭布和沙漠試驗地已綠意盎然，沙漠已變為綠色牧場，向日葵競相綻放、自由生長，這片美不勝收的花海，已成荒涼沙漠里最美的風景線。內蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地成功后，治沙團隊又將目光瞄準了塔克拉瑪干沙漠，這個被稱為“死亡之海”的地方。科研團隊來到塔克拉瑪干沙漠，進行200畝沙田的試驗。短短兩個月，200畝寸草不生的沙漠變成了一片綠地，農作物和牧草茁壯生長，試驗成功了！

李術才院士、王建華副會長和易志堅教授在烏蘭布和沙漠土壤化基地的華萊士瓜地里

2018年，科研團隊在內蒙古、新疆、四川若爾蓋、廈門海島等地同時開展試驗示范。內蒙古試驗基地進行了產業探索，種植面積近3000畝，其中2000畝種植高粱，1000畝種植了西紅柿、西瓜、蘿卜、辣椒、土豆、茄子等果蔬。現在，采集的果蔬產品進入超市，開始銷售。2018年，科研團隊在新疆和田塔克拉瑪干沙漠種出了3000畝高粱和牧草，喜獲豐收。種植的成功，也為當地帶來經濟效益。2019年，科研團隊在塔克拉瑪干沙漠將種植面積擴大到2萬畝。團隊計劃在前期試驗基礎上，再通過兩三年的擴大試驗和產業探索，為項目的產業化推廣打好堅實基礎。

通過試驗，試驗區的經濟性得到驗證，與常規沙漠治理方法相比，該技術具有成本低廉、節水明顯、環保安全、推廣快的特點，離水源較近或有充足地下水的沙漠都可以實現“沙變土”。土壤化成本在2000～5000元/畝，低于內地土壤復墾動輒數萬元的成本。而且，一次添加長久有效，這是因為黏合劑本身就有耐久性，且長出的植物根系腐爛了之后，又成為新的約束，形成生態的良性循環。

有了沙漠土壤化原理和方法，是不是就可以把所有的沙漠變成綠地？并不是這樣，要在改良的沙土上種植植物，還有兩個問題要解決。第一個問題是這項技術改變沙土的物理黏合力，無法改變土壤本身的肥力，所以在第一次耕作時需人工施加水肥。第二個問題是缺水。沙漠土壤化改造一定要用水，因為沙漠存不住水。不少沙漠本身也有水資源，就可以利用那里的水資源。試驗地點是否有水，的確已經成為其擴大種植面積的制約條件。易志堅也說：沙漠土壤化是一項復雜的社會經濟系統工程，需要充分的科學論證和滿足必要的條件，如滿足灌溉要求的水等。他還表示，該項技術的重點在于遏制沙漠化的趨勢，改善沙漠化的土壤，如果效果好，可以在經濟條件、水資源狀況、生態平衡等多方面考慮的基礎上進行推廣。但是，無論如何，此項技術是治沙思路的重大創新，有望成為沙漠變綠洲的一種重要手段。

頒獎儀式上，現場講解“力學治沙”原理及效果

“沙漠不是缺水，是存不住水。”在頒獎儀式現場，易志堅為大家通俗地講解了“力學治沙”的原理和效果：2016年，團隊進行的“沙漠土壤化”應用試驗在內蒙古烏蘭布和沙漠啟動。截至目前，團隊已在烏蘭布和沙漠等多地試驗成功。值得一提的是，易志堅還帶領團隊探索出“生態+產業”治理的路子。在“沙漠土壤化”后的基地里，種植出蘿卜、高粱、狼尾草、番茄、茄子等70多種作物。其中，烏蘭布和沙漠種植的蘿卜畝產達1.3萬多公斤，高粱畝產789公斤，均高出全國平均水平。

“力學遇見沙漠，是我一生的榮幸。”易志堅告訴大家，第三次全國國土調查顯示，全國耕地面積為19.18億畝。而我國沙化面積達25.95億余畝，占整個國土面積的18%。如果將“沙漠土壤化”這項技術用來改造我國1%的沙化土地，將獲得2600萬畝可利用土地。

易志堅教授榮獲“2021最美科技工作者”稱號，引發團隊成員和高校教師點贊。“整個基地就跟過節一樣！”易老師的博士生、內蒙古“沙漠土壤化”基地成員李亞在電話里告訴記者，基地的團隊成員、附近村莊的群眾圍在電視前收看了頒獎典禮，“大家都從心里感到驕傲，為項目得到更多人的認可而開心。易老師十年如一日的辛勞付出，也激勵著團隊每一個人前進。”

重慶交通大學黨委書記李天安在微信上向易志堅教授送去一首《夢想成真》的英文歌。他表示，易志堅團隊用力學破譯“點沙成土”密碼，為我國生態文明建設貢獻了重慶智慧，為全球沙漠治理提供了嶄新方案。他希望重慶交大全體科技工作者心懷“國之大者”，勇攀科技高峰，為加快實現高水平科技自立自強作出新的更大貢獻。

創新是最好榜樣，科研成果在產學研各界引發強烈反響

“讓貧瘠的沙漠變得生機盎然，這是真正的‘大國重器’”“作為一名高校教師，要在報效祖國、服務人民中實現人生價值”“科技立則民族立，科技強則國家強。要爭做高水平科技自立自強的排頭兵”……在獲悉易志堅教授團隊的事跡后，重慶大學、重慶理工大學、重慶科技學院等高校，西部（重慶）科學城的科研工作者，以及產學研各界的專家學者們紛紛發出贊嘆，表示要以“最美科技工作者”為榜樣，為建設科技強國貢獻力量。

中國工程院院士、山東大學教授李術才談到，易志堅團隊的項目對研究隧道建設和地下水滲透也有啟發。他說，我是做巖土、隧道、地下水研究的，交大團隊用植物黏合劑讓沙子像土壤一樣具備萬向約束力，讓水的滲透很緩慢，這對我的研究也有啟發。這個項目是交叉學科的創新，包含力學、生態學、農學等。項目在科學價值、生態效益等方面都有很大意義，要做好理論和數據分析及宣傳，多爭取國家支持，以便更好地推動進一步研究和推動成果轉化。

中國產學研合作促進會執行副會長王建華對易志堅團隊的科研項目成果也表示由衷的贊許。他說，這是“從0到1”的突破性成果，是一項跨界融合、“從0到1”的原創性成果，不僅對國家生態安全、糧食安全等具有重要意義，也為全球沙漠治理提供了借鑒。他表示，目前，該成果需要從創新鏈轉化為產業鏈，再向應用鏈轉化，要充分發揮“政產學研金”的協同作用，建立政府支持、市場主導、金融支撐、企業主體的政產學研用一體化的創新生態體系，通過科學家和企業家的深度融合，讓這項科技成果為建設美好的生態家園作出貢獻。

華大集團董事、深圳國家基因庫主任王韌表示，交大沙漠土壤化項目在沙漠實現了多種作物的大面積豐產，提供了新的經濟與生態修復方式，為建設新的沙漠區域農牧體系打下了基礎；對土壤微生物群落的演化，對實現“碳中和”目標也有非常重要的作用。華大集團擬與交大合力共建“沙漠生態重建”聯合實驗室，雙方可共同申請國家實驗室，設立大型公共研究平臺支撐研究院，建設新的沙漠生態力學研究學院和學科，輸出專項人才。

國際農業教育科學院院士、聯合國糧食及農業組織國際黑土聯盟首任主席韓貴清聽聞易志堅團隊的科研成果后，很受感動。他表示，我作為一名農業專家，鼎力支持這個項目。農業的根本出路在科技，易志堅教授團隊用“感情、熱情、激情、癡情”四情做好了這件事。對這個具有顛覆性的創新成果，要加大支持和推廣力度，讓農科教結合，為中國現代農業發展作出更大的貢獻。

看！烏蘭布和沙漠土壤化基地種出來的大蘿卜