点沙成土，将论文写在祖国大地上—— 记“2021最美科技工作者”重庆交通大学易志坚教授

◎ 本刊记者 蒋向利

由中国产学研合作促进会推荐的重庆交通大学副校长易志坚荣获“2021最美科技工作者”

11月5日，2021最美科技工作者发布仪式在央视科教频道播出。10位来自科研生产一线的科技工作者获得“2021最美科技工作者”称号，其中包括重庆交通大学副校长、教授、博士生导师易志坚。

“如果有一天，广袤的沙漠变成绿洲；如果有一天，大地遍布生态奇迹。人们一定会记得你大漠里的身影，黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还……”这是颁奖仪式上，主持人献给易志坚教授的颁奖词。

易志坚，1963年出生，二级教授、博导，重庆交通大学副校长，国家级有突出贡献的中青年专家、国家“百千万人才工程”第一、二层次人选，享受国务院政府特殊津贴，1988年到重庆交通大学工作，长期从事力学基础理论和应用研究，提出了弹塑性裂纹线场分析方法，发现颗粒约束决定颗粒物质状态的机理，发现土壤力学特性与生态属性的关系，是“沙漠土壤化”理论和技术的提出者。他与团队一起，历时数年创造性地研究出“力学治沙”办法，并带领团队在内蒙古、新疆及中东地区的沙漠、撒哈拉沙漠等国内外不同立地条件下的沙漠打造出1.7万亩生态绿洲，产生广泛的影响，并培养出博士和硕士研究生50多名。

突破传统方法，破解土壤改良“力学密码”

土地沙漠化治理，一直是世界级难题。2008年，易志坚开始从力学角度思索，如何让沙漠具有土壤的特性，并最终带领团队研发出一种植物黏合剂。

传统的沙漠改造主要有三种方法：第一种是工程方法，最著名和常用的是“草方格沙障”，也就是用正方形的麦草墙来固定沙土，通常用于沙漠公路两旁，缺点是在风沙过大的地方收效甚微；第二种是化学方法，即在沙表面喷洒固沙剂，将沙体表面固化来防止沙子流动；第三种则是大家熟知的植物方法，例如种植沙生植物，并采用滴灌技术来保持土地水分，这对沙化治理有一定的效果，但由于沙体中植物难以生长，其成本极高，难以大规模推广。

于是，人们想如果能够“点沙成土”就好了。现在，这种幻想被重庆交通大学易志坚教授带领的科研团队实现了，他们破解了土壤的“力学密码”。他们仔细地分析了土壤的力学特性，发现土壤具有两种力学状态：干时是固体状态，湿时是流变状态，并且这两种状态能够相互转化。由于土壤的这两种特性，使得土壤有自修复和自调节两种功能：自修复就是土壤在干时的固体状态下开裂破坏，吸收水分后能够变为流变状态，从而可以修复破坏的土壤。它是稳定、持久的，是使土壤生生不息的前提。自调节即土壤颗粒排列的改变不会破坏土壤的性质，也就是土壤随便怎么捏合，其性质不变，只有这样，土壤才能让植物生长在其中，并以“温柔”的力保住植物，成为植物的理想载体。接着，他们探讨了土壤出现这种形式的原因。他们认为这是因为土壤有“万象结合约束”的特性，即土壤中任何两个颗粒从任何方向都能够结合，从而使得土壤拥有自修复和自调节的生态力学特性。正是这种约束使土壤施以温和的力“抱住”植物根系，维持植物稳定，并且能够保水、保肥和透气。但是，沙粒间不具备这种约束，所以表现为一盘散沙。于是，他们想如果让沙粒间有了这种“万象结合约束”，沙漠土壤化就有可能实现。

在此理论基础上，2009年易教授首次提出沙变土的原理。要想将沙变成土壤，就需要给沙子“万象结合约束”。于是易志坚团队集中力量寻找可以产生“万象结合约束”的黏合剂。这种黏合剂无毒无副作用，在加水与沙子搅拌后，“一盘散沙”就获得与土壤一样的生态—力学属性——在加水后变成稀泥，成为流变状态，水干了之后变成泥块，成为固体状态——添加植物黏合剂后的沙粒因为具备了万向约束力，成为沙子向土壤转换的“密码”，从而使沙粒具有像土壤一样保水保肥的能力，成为植物生生不息的载体。

最终，经过反复实验，他们从植物中提取了一种植物纤维黏合剂。将一桶水浇到普通沙地上后，水会迅速下渗；而将这种黏合剂混合到沙子中，再加入同样规模的水，2分钟左右，原先金黄色的沙子就变成了深褐色，摸上去很有黏性，手握住并不会散掉。混合好的“土”围成一个凹坑倒入水后，水也不流失。

易志坚查看内蒙古乌兰布和沙漠土壤化基地向日葵生长情况

2010年，易志坚团队初步实现“沙变土”。随后在重庆交通大学实验室开展为期3年的种植试验。首先他们在阳台、屋顶进行了小范围的试验。初见成效后，在交大校园附近开始了更大规模的试验：找来一块地，先在地面上铺30厘米厚的碎石，再在碎石上铺30厘米左右的建筑沙，然后覆盖10～20厘米、加入不同黏合剂形成的土壤化沙子，在上面种植了玉米、红薯、萝卜、油菜。结果是成效显著，植物长势喜人。

经过几年试验，易志坚团队觉得技术已经基本成熟，决定进行实地沙漠土壤化生态恢复试验。2016年4月，他们在内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠进行了25亩田的试验。这里因年均降雨量很少，而且风蚀严重，是我国最难治理的沙漠之一。易教授一开始就将目标定在最难治理的沙漠上。当他们将植物纤维黏合剂加入沙体中后，沙子当即固定，并表现出持久的抗风蚀能力。试验地种植了玉米、小麦、向日葵、观赏草等70多种植物，结果长势旺盛，并开花结果。蛙类、鸟类和许多昆虫在两个足球场大的沙漠绿洲中安了家，狐狸、獾、野猫也不时光顾其中，沙漠实地试验取得成功。

不畏挫折，勇将“死亡之海”变绿洲

2017年开始，研究团队在乌兰布和沙漠开展4000亩的种植试验。4月，当易志坚教授带领他的科研团队来到这里的时候，四周荒凉得连一株枯死的植物也没有，除了沙还是沙。科研团队在这里采用了大规模机械化的种植方法，将约束材料撒布在沙漠表面，加入适量的水，用旋耕机进行旋耕，多旋耕几遍，使其均匀，几天后就开始种植。一个旋耕机一天大概可以耕作几十亩。但是，工作不是一帆风顺的。4月～6月，他们进行了3次播种试验，都以失败告终，不是大风将刚出生的幼苗连腰吹断，就是沙子把幼苗全部淹没。后来，科研人员发明了一床“小被子”，用薄薄的一层谷草盖在小苗上，既透气又防风沙，小苗们才得以成长。8月下旬，试验基地长成一片宽约800米、绵延近4千米的绿洲，约70多种植物长势良好，高粱、苜蓿等作物丰收，西瓜、茄子、西红柿等瓜果蔬菜产量高、口感好。由于植物长势太好，结出很多瓜果，吸引了狐狸、兔子、老鼠来基地觅食，工作人员不得不想尽办法灭鼠。更厉害的是，科研团队专门留下了一块无灌溉的试验地。2017年8月种植的沙蒿、沙打旺，2018年都顺利发芽存活，生长出来了。这意味着基地的生态得到了有效恢复，在没有人工灌溉的条件下，耐旱的植物仍然能够存活。如今的内蒙古乌兰布和沙漠试验地已绿意盎然，沙漠已变为绿色牧场，向日葵竞相绽放、自由生长，这片美不胜收的花海，已成荒凉沙漠里最美的风景线。内蒙古乌兰布和沙漠试验基地成功后，治沙团队又将目光瞄准了塔克拉玛干沙漠，这个被称为“死亡之海”的地方。科研团队来到塔克拉玛干沙漠，进行200亩沙田的试验。短短两个月，200亩寸草不生的沙漠变成了一片绿地，农作物和牧草茁壮生长，试验成功了！

李术才院士、王建华副会长和易志坚教授在乌兰布和沙漠土壤化基地的华莱士瓜地里

2018年，科研团队在内蒙古、新疆、四川若尔盖、厦门海岛等地同时开展试验示范。内蒙古试验基地进行了产业探索，种植面积近3000亩，其中2000亩种植高粱，1000亩种植了西红柿、西瓜、萝卜、辣椒、土豆、茄子等果蔬。现在，采集的果蔬产品进入超市，开始销售。2018年，科研团队在新疆和田塔克拉玛干沙漠种出了3000亩高粱和牧草，喜获丰收。种植的成功，也为当地带来经济效益。2019年，科研团队在塔克拉玛干沙漠将种植面积扩大到2万亩。团队计划在前期试验基础上，再通过两三年的扩大试验和产业探索，为项目的产业化推广打好坚实基础。

通过试验，试验区的经济性得到验证，与常规沙漠治理方法相比，该技术具有成本低廉、节水明显、环保安全、推广快的特点，离水源较近或有充足地下水的沙漠都可以实现“沙变土”。土壤化成本在2000～5000元/亩，低于内地土壤复垦动辄数万元的成本。而且，一次添加长久有效，这是因为黏合剂本身就有耐久性，且长出的植物根系腐烂了之后，又成为新的约束，形成生态的良性循环。

有了沙漠土壤化原理和方法，是不是就可以把所有的沙漠变成绿地？并不是这样，要在改良的沙土上种植植物，还有两个问题要解决。第一个问题是这项技术改变沙土的物理黏合力，无法改变土壤本身的肥力，所以在第一次耕作时需人工施加水肥。第二个问题是缺水。沙漠土壤化改造一定要用水，因为沙漠存不住水。不少沙漠本身也有水资源，就可以利用那里的水资源。试验地点是否有水，的确已经成为其扩大种植面积的制约条件。易志坚也说：沙漠土壤化是一项复杂的社会经济系统工程，需要充分的科学论证和满足必要的条件，如满足灌溉要求的水等。他还表示，该项技术的重点在于遏制沙漠化的趋势，改善沙漠化的土壤，如果效果好，可以在经济条件、水资源状况、生态平衡等多方面考虑的基础上进行推广。但是，无论如何，此项技术是治沙思路的重大创新，有望成为沙漠变绿洲的一种重要手段。

颁奖仪式上，现场讲解“力学治沙”原理及效果

“沙漠不是缺水，是存不住水。”在颁奖仪式现场，易志坚为大家通俗地讲解了“力学治沙”的原理和效果：2016年，团队进行的“沙漠土壤化”应用试验在内蒙古乌兰布和沙漠启动。截至目前，团队已在乌兰布和沙漠等多地试验成功。值得一提的是，易志坚还带领团队探索出“生态+产业”治理的路子。在“沙漠土壤化”后的基地里，种植出萝卜、高粱、狼尾草、番茄、茄子等70多种作物。其中，乌兰布和沙漠种植的萝卜亩产达1.3万多公斤，高粱亩产789公斤，均高出全国平均水平。

“力学遇见沙漠，是我一生的荣幸。”易志坚告诉大家，第三次全国国土调查显示，全国耕地面积为19.18亿亩。而我国沙化面积达25.95亿余亩，占整个国土面积的18%。如果将“沙漠土壤化”这项技术用来改造我国1%的沙化土地，将获得2600万亩可利用土地。

易志坚教授荣获“2021最美科技工作者”称号，引发团队成员和高校教师点赞。“整个基地就跟过节一样！”易老师的博士生、内蒙古“沙漠土壤化”基地成员李亚在电话里告诉记者，基地的团队成员、附近村庄的群众围在电视前收看了颁奖典礼，“大家都从心里感到骄傲，为项目得到更多人的认可而开心。易老师十年如一日的辛劳付出，也激励着团队每一个人前进。”

重庆交通大学党委书记李天安在微信上向易志坚教授送去一首《梦想成真》的英文歌。他表示，易志坚团队用力学破译“点沙成土”密码，为我国生态文明建设贡献了重庆智慧，为全球沙漠治理提供了崭新方案。他希望重庆交大全体科技工作者心怀“国之大者”，勇攀科技高峰，为加快实现高水平科技自立自强作出新的更大贡献。

创新是最好榜样，科研成果在产学研各界引发强烈反响

“让贫瘠的沙漠变得生机盎然，这是真正的‘大国重器’”“作为一名高校教师，要在报效祖国、服务人民中实现人生价值”“科技立则民族立，科技强则国家强。要争做高水平科技自立自强的排头兵”……在获悉易志坚教授团队的事迹后，重庆大学、重庆理工大学、重庆科技学院等高校，西部（重庆）科学城的科研工作者，以及产学研各界的专家学者们纷纷发出赞叹，表示要以“最美科技工作者”为榜样，为建设科技强国贡献力量。

中国工程院院士、山东大学教授李术才谈到，易志坚团队的项目对研究隧道建设和地下水渗透也有启发。他说，我是做岩土、隧道、地下水研究的，交大团队用植物黏合剂让沙子像土壤一样具备万向约束力，让水的渗透很缓慢，这对我的研究也有启发。这个项目是交叉学科的创新，包含力学、生态学、农学等。项目在科学价值、生态效益等方面都有很大意义，要做好理论和数据分析及宣传，多争取国家支持，以便更好地推动进一步研究和推动成果转化。

中国产学研合作促进会执行副会长王建华对易志坚团队的科研项目成果也表示由衷的赞许。他说，这是“从0到1”的突破性成果，是一项跨界融合、“从0到1”的原创性成果，不仅对国家生态安全、粮食安全等具有重要意义，也为全球沙漠治理提供了借鉴。他表示，目前，该成果需要从创新链转化为产业链，再向应用链转化，要充分发挥“政产学研金”的协同作用，建立政府支持、市场主导、金融支撑、企业主体的政产学研用一体化的创新生态体系，通过科学家和企业家的深度融合，让这项科技成果为建设美好的生态家园作出贡献。

华大集团董事、深圳国家基因库主任王韧表示，交大沙漠土壤化项目在沙漠实现了多种作物的大面积丰产，提供了新的经济与生态修复方式，为建设新的沙漠区域农牧体系打下了基础；对土壤微生物群落的演化，对实现“碳中和”目标也有非常重要的作用。华大集团拟与交大合力共建“沙漠生态重建”联合实验室，双方可共同申请国家实验室，设立大型公共研究平台支撑研究院，建设新的沙漠生态力学研究学院和学科，输出专项人才。

国际农业教育科学院院士、联合国粮食及农业组织国际黑土联盟首任主席韩贵清听闻易志坚团队的科研成果后，很受感动。他表示，我作为一名农业专家，鼎力支持这个项目。农业的根本出路在科技，易志坚教授团队用“感情、热情、激情、痴情”四情做好了这件事。对这个具有颠覆性的创新成果，要加大支持和推广力度，让农科教结合，为中国现代农业发展作出更大的贡献。

看！乌兰布和沙漠土壤化基地种出来的大萝卜