——记全国区域经济杰出科学家易志坚让沙漠变良田

固体力学家易志坚教授，在多年研究中发现，通过颗粒约束改变沙子的力学状态，让它具有土壤的性能，可以储存水分、空气和养分，为植物生长提供条件。2008年提出沙漠土壤化设想，2009年启动研究，2016年他的“沙变土”试验面积已达2万亩，使沙漠变成了绿洲。这是一个从物理学的固体力学，到材料科学，再到生态科学的跨学科研究，这是一项将利国利民或将改天换地的事业！

中国“黑科技”在阿联酋开花

阿联酋是个非常愿意尝试新科技的国家。总部位于阿联酋阿布扎比的马瓦里得控股公司已与一家中国公司签署协议，将现有的沙漠转变为可以铺设草坪、种植树木和蔬菜的“土地”。

马瓦里得控股公司是一家综合公司，有一万多名雇员，旗下的业务主要包括自然保护区、景观设计、动物饲料、农业生产等。根据阿布扎比当地媒体报道，和马瓦里得控股公司签订合作协议的中国公司是重庆沃诗金生态科技有限公司。

作为协议的一部分，由马瓦里得资助重庆沃诗金在阿布扎比建立一个沙漠土壤化研究中心，阿布扎比的官员们希望该项目减少阿联酋对粮食进口的严重依赖。

“土地和水资源很稀缺，但阿联酋仍然非常重视农业生产。已故的阿联酋领导人谢赫扎耶德曾经说过’有农业，就有文明’”，马瓦里得控股公司主席Abdul Jalil Albluki表示。

该项目已经得到阿联酋政府的支持，是中国“一带一路”倡议下两国更广泛合作的一部分。

易志坚团队的“沙漠土壤化”技术

重庆沃诗金生态科技有限公司隶属于重庆交通大学。2016年，该校力学教授易志坚科研团队在中国科学院权威刊物《中国科学》和中国工程院院刊《工程》（英文）发表论文，介绍了“沙漠土壤化”研究成果。

沙漠土壤化的原理是：土壤湿润时为流变状态、干结时为固体状态，土壤总是能够在这两种力学状态之间稳定转换。易志坚带领课题组研究土壤实现这种稳定转换的原理，发现土壤呈现流变状态还是固体状态是由土壤颗粒之间的约束决定。湿润土壤颗粒之间存在ODI约束，这种约束既能够产生压力和剪力，又能够产生拉力和力矩，还能够产生随动自由度，而ODI约束具有万向性和可恢复性。

当土壤颗粒之间存在这种约束的时候，任意两个颗粒之间能够在任何方向接触而结合（万向性），分离后任意两个颗粒之间还能够再结合（可恢复性），所以湿润土壤处于流变状态。当土壤中的水分蒸发后，土壤便由流变状态转为固体状态。

土壤湿润时的流变状态和干结时的固体状态，本质上是ODI约束和固结约束在其颗粒之间的转换。易志坚说，“正是这一力学特性赋予了土壤生态—力学两大属性，也就是自修复和自调节的属性。”这一属性的丧失将导致土壤退化，土壤退化的两种极端形式就是土壤板结和土壤沙化。

易志坚课题组在室内实验中找到了一种从植物中提出的纤维合剂，利用这种纤维合剂给沙子引入ODI约束，能够使沙子不再处于分散状态，从而实现“沙子土壤化”。

从2013年起，易志坚课题组就开始进行“沙漠土壤化”及野外种植试验。2017年，课题组在距离乌海市区10公里的乌兰布和沙漠东侧建立东西长12公里、南北宽800米的中试基地。

经过“沙子土壤化”后，种植了约4000亩玉米和瓜果蔬菜、中草药、草、乔木灌木等约80种植物。对比研究发现，基地生长的植物，根系比其他区域的同类植物更发达。牧草中的狼尾草和苜蓿长得尤其好，狼尾草最高超过3米，估计每亩产量不低于10吨，按目前价格每亩产值超过4000元。

13年前的设想已变绿洲

“我们到现在还不知道青蛙是怎么在沙漠里出现的。”获得2021年“最美科技工作者”称号的重庆交通大学副校长易志坚教授谈起自己的科研经历时，兴致十分饱满，正如他描述自己获得荣誉时的心情是“很激动，很意外，又很珍惜”。

1963年出生的易志坚在大学学习的是固体力学，研究方向是断裂力学。1988年，易志坚前往重庆交通大学任教，开始接触混凝土等材料。在多年的研究当中，易志坚发现，改变颗粒物质的力学状态是可能的，例如沙子就可能变成储存水分、空气和养分的“土壤”，为植物生长提供条件。

2008年提出沙漠土壤化的设想之后，易志坚团队在2009年正式启动研究。经过六七年的理论和实验室研究，易志坚团队在2016年前往沙漠地区开展实地研究，经过几年的不断尝试，“沙变土”的试验面积已经从最初的25亩拓展到了2021年的近两万亩，这些试验田分布在中国的内蒙古、新疆、西藏、四川、海南地区，以及中东、非洲的一些沙漠地带。

2017年，“沙变土”初见端于媒体时，这一设想在互联网上引发了热议，他也对网友的一些问题做出了回应。例如，面对“沙漠有水，植物就能生长，因此把沙漠土壤化成本过高，没有意义”的质疑，易志坚解释说，仅仅“有水”的话，非沙生植物依然很难生长，依靠大量人力物力也难以保障存活。但是在沙漠土壤化之后，植物生长的情况出乎意料的好，根系非常发达，与此同时用水用肥量还很节省，因为土壤本身可以保水保肥；如果种植耐旱植物，则可以在不灌溉情况下自然生长。据测算，“沙变土”总成本不到万元每亩。对于“沙变土成本远高于防沙固沙”的说法，易志坚指出，这种比较是不合理的，因为“固沙”和“造田”本来就是不一样的目标，讨论实现成本高低并无意义。

在热议出现的2017年，由十几名专家组成的力学治沙专家座谈会得出意见认为“该研究是治沙领域的有益探索，需要开展进一步的深入研究”。易志坚向科技日报记者表示赞同这一结论，“继续试验，让科学事实说话”。网络讨论没有干扰到易志坚的步伐，4年多来，试验田不断出现喜人的结果。

在研究当中，易志坚团队面临的实际困难来自其他方面。易志坚把这些困难总结为三个方面，其一是没有经费支持，其二是需要深入沙漠，其三是对于易志坚来说，这是一项跨界研究。“面对许多现实问题，做研究是需要一定的兴趣和勇气的。”易志坚感慨说。

在易志坚团队的努力协作下，这些问题都得到了克服。每到植物播种和生长的季节，易志坚经常拿出周末休息时间，前往沙漠开展研究。作为高校教师，易志坚还把自己最大的“职业福利”暑假拿出来，在内蒙古的乌兰布和沙漠度过。

“寒假倒是不用去了，那里天寒地冻，不长植物。”易志坚说。

物理学也能创造沙漠农业奇迹

谈起自己的治沙感悟，易志坚直白地表达了自己的喜悦：“经过多年努力，当沙漠变成绿洲的时候，我的心里非常高兴，天天都挂念着这件事。我都不知道该怎么形容了，总之就是特别的高兴。”这一切的起点，就是易志坚团队的科研设想：通过颗粒约束改变沙子的力学状态，让它具有土壤的性能。易志坚在长达十余年的研究当中，见证到自己脑中的一个想法，逐渐变成了沙漠中的一片片绿洲。他说，每位科技工作者都会为这样的见证感到无比欣慰。

从物理学的分支力学，到材料科学，再到生态科学，“由沙变土”不只是对易志坚团队研究内容的一种概括，也是对易志坚本人学术生涯的一份写照。在跨学科研究、实现成果转化这条道路上，易志坚已经走了许多年。

谁也没有想到，物理学、固体力学，这些与农业似乎不搭界的理论，居然能够使沙漠变“良田”，真实地让一片片沙漠变成绿洲。

依靠原始的办法，人类治沙远难于治水，易志坚的“沙漠土壤化”技术，或将改写人类治沙的历史！