易志坚的研究团队在内蒙古的实验基地。(受访者供图)
人物简介
易志坚，男，1963年生，重庆交通大学教授、博士生导师，担任副校长职务。长期从事力学、道路、桥梁、材料等领域科研，在弹塑性断裂力学线场分析方法、应力强度因子裂纹线方法、钢筋混凝土裂纹控制与新结构等研究中取得系列创新成果。发表论文80多篇，被SCI、EI收录40多篇次，出版专著和规范3部，授权国家发明专利30多项。国家“百千万人才工程”第一、二层次人选，国家有突出贡献中青年专家，享受国务院政府特殊津贴专家。
近年来，土地沙漠化已成为我国严重的生态问题之一。根据国家林业局统计数据，截至2014年，我国沙化土地面积达172.12万平方公里，占国土面积的17.93%;另有明显沙化趋势的土地面积30.03万平方公里，占国土面积的3.12%。
目前，传统方法对于沙害治理收效不大。重庆交通大学副校长、力学教授易志坚的科研团队经过多年研究，利用土壤颗粒间存在一种特定的力学约束，尝试进行沙漠土壤化生态恢复，让沙子获得土壤性质。该项研究在内蒙古实地试验并取得成功，其成果也以英文分别在中国科学院《中国科学》和中国工程院院刊《工程》发表。近日，重庆日报记者专访了易志坚教授，让他带我们一起了解“点沙成土”的神奇过程。
找到“点沙成土”力学密码
重庆日报：据我们了解，您的科研团队成员主要从事的是在断裂力学、材料学以及道路、桥梁方面的研究，与沙漠治理看起来相去甚远，是什么让你将力学研究成果应用到治理沙害当中?
易志坚：我在研究材料的过程中发现，土壤是一种很神奇的材料。它在含水时处于流变状态(可揉捏成不同形状)，而干燥的时候处于固体状态(形状难以改变)。通常固体损坏之后难以修复，但土壤可以从固体状态转换到流变状态，这就赋予了它自修复能力。
同时，土壤还有一种自调节属性，通过改变内部颗粒排列顺序进行自我形态的调节，从而让植物得以进入自身并不断生长。正是土壤的自修复和自调节特性，给予了它生生不息的能力，所以我们认为土壤的力学特性赋予了土壤独特的生态-力学属性。
而这种自修复和自调节的生态若遭到破坏，往往就出现两个极端的退化形式，一种是土壤板结，另一种就是土壤沙化。
经过研究我们发现，正常土壤无论是流变状态还是固体状态，土壤颗粒之间都存在约束，能够成形、成团，原因在于正常土壤中任何两个颗粒从任何方向都能够结合，我们称之为万象结合约束(简称ODI约束)，也就是这种约束是保证土壤自修复和自调节的条件。而土壤沙化，根本原因就是失去了ODI约束，处于一种离散状态，丧失了自修复和自调节的能力，若要将沙子变成土壤，就需要重新赋予它ODI约束，我们的研究从原理上讲就是实现这个过程。
重庆日报：“点沙成土”听起来十分美好，但利用改变其物理特性创造出来的“土壤”与自然界实实在在的土壤是否会有所区别，能否真正具备土壤的特性，比如适合耕种?
易志坚：赋予沙子ODI约束，沙子就具有了土壤的力学特性和生态属性，这一过程并不复杂。2009年我的团队提出了沙变土的原理，经过一年多时间的研究实验，已经能成功地改变土壤力学特性和生态属性，实现“沙变土”。
通过给沙子颗粒之间加入植物粘合剂，课题组在房前开展了3年的种植实验，2013年，又开辟了两块试验地进行实验。通过长时间的植物种植实验和技术改进，目前已经能够一次性“沙变土”，并让其长久地保持土壤的生态-力学特性。同时，这些土壤能够相当好地培育出植物，并形成和自然界十分接近的生态环境。这项技术现已获得了15项发明专利授权。
在内蒙古的实验取得成功
重庆日报：土地沙漠化已成为严重的生态问题，其引发的沙尘暴让我国多个城市深受其害。虽然政府投入大量人力物力治理沙害，包括建设防风固沙林带、人工降雨等多种措施，但目前看来还未有实质性的成效。据了解，你带领的科研团队已在沙漠地区进行了实地实验，实际效果如何?
易志坚：因为沙漠的沙子、沙丘是可移动的，所以治理沙害首先要做的就是将流沙固定，防止其移动。据我们了解，目前传统的方法主要有三种：第一种是工程方法，最为著名和常用的是“草方格沙障”，也就是用正方形的麦草墙来固定沙土，通常在沙漠公路两旁使用较多，但缺点是在风沙过大的地方收效甚微;第二种是化学方法，即通过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。
总的来说，现有的技术大多从外在条件上对沙害进行干预，而我们则采用了和传统方法不同的思路，从内在改变沙漠的特性以让其获得土壤的性质。这样做不仅能固定沙土，有效地抑制沙害，还能在土壤上种植植物，改变当地的生态环境。
几个月前，我们在内蒙古阿拉善地区进行了面积为25亩的种植实验。试验地选择了风沙较大、气候比较极端的区域，目前效果非常好，已成功培育了70多种植物，且植物生长情况良好，长势甚至超过了沙漠周边区域的自然植物。同时，试验地所在区域已逐渐形成了有植物、昆虫、动物在内的小型生态圈。
每亩整治成本不足3000元，有望大规模推广
重庆日报：治理沙害，除了技术本身，整治成本的高低往往成为决定其能否推广的关键因素。“沙变土”技术实现成本如何?是否具备大规模推广和应用的价值?
易志坚：我们的科研团队提出了沙漠土壤化的命题，并通过实践得到了验证。而大规模推广和应用该项技术来治理沙漠，受到自然条件、社会条件、经济条件等多种因素影响，需要一个整体的规划和论证。目前，我们还没有看到国内外有类似的技术，我们的技术可以为沙漠化治理提供更多的可能性。该研究方向也为其他土壤退化形式(如盐碱地)的治理提供了一定的启发。
从成本上说，“沙变土”技术实现成本并不高。我们现在已经能够实现大规模施工，用类似“旋耕机”的设备进行机械操作。1亩地的改造材料和旋耕施工成本(不包括种植植物的肥料以及改造地形的费用)，大约在1500元到2700元之间，这样的成本并不算高。
另外，实现该技术需要一定的水源支持，所以在经济条件和水源条件充足的地带进行推广是必要条件。沙漠水资源大致有几个来源，一是河流，在我国，黄河流经的沙漠地区具备治理所需水源条件。同时，沙漠有大量地下水，例如在乌兰布和沙漠中，地下水储量足有57亿立方米之多，同样可以作为沙漠治理的水源。此外，沙漠中还存在大量的沙漠湖泊，也可以作为治理所需水源。
在内蒙古的实验得到了当地政府的极大支持，这让我们切实地感受到了当地人对于改变沙漠状况的迫切需求。我认为，有政府以及社会的支持，通过治理沙害，逐渐“要回”近几十年来沙漠化的土壤，这是完全可能的。
