作者:田瑞颖 张楠 来源:中国科学报 发布时间:2022/4/29 13:15:24
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重庆交大副校长回应“沙漠土壤化”研究质疑

 

近日,一项被新闻媒体称为“沙变土”的技术引发争议。

该研究由重庆交通大学副校长、力学教授易志坚团队展开。2022年年初,易志坚在细胞出版社旗下学术期刊The Innovation上以Editorial形式发表关于“沙漠土壤化”的文章。

4月20日,中国科学院国家天文台研究员郑永春、中国林业科学研究院荒漠化研究所常务副所长吴波等发文质疑“沙变土”技术,称该技术是对沙漠化防治的误导。

他们认为,“沙变土”技术不适宜在干旱的沙漠地区推广,且成本高、收益低,还可能造成地下水位下降和土壤污染,破坏沙漠生态环境。“只有现场照片,没有实验数据,‘沙变土’不科学。”

针对这些质疑,双方进行了两轮激烈的学术争鸣。易志坚团队在最新回应文章中称,质疑方以刻意“绿化”处理后的卫星图和严重失实的照片误导读者,并对沙漠土壤化效果进行了回应。

围绕其中的争议,《中国科学报》采访了易志坚。记者也联系了质疑方人士,但他们集体商议认为目前的讨论限于学术范畴,暂不便接受采访。

技术用在哪?

2022年1月,易志坚团队在The Innovation以Editorial形式发表了一篇关于沙漠土壤化研究的英文短文,介绍了沙漠土壤化技术在内蒙古乌兰布和沙漠种植农作物的工作。

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内蒙古乌兰布和沙漠种植的高粱 图片来源于回应文章

他们在相应的中文微信推文《沙漠土壤化:用力学密码点绿沙漠》中指出,针对沙漠治理,力学家提出沙漠土壤化的新方法,就是在沙漠沙粒之间施加约束,离散沙体便获得土壤的生态力学特性和保水保肥功能。

作者表示,土壤化后的沙漠,能够成为植物载体,具有稳固沙漠与生态恢复一体功能。该技术已在国内外多个沙漠、沙地、岛礁和戈壁试验成功,让17000亩不毛之地变为绿洲。

据报道,易志坚长期从事力学、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等研究中取得系列创新成果。

2008年,易志坚发现土壤颗粒间存在一种万向结合约束,并于2013年研发出一种植物纤维素黏合材料;2016年,沙漠土壤化技术开始实地试验。该技术目前已获得中国、美国、澳大利亚等国发明专利授权22项。

4月20日,郑永春、吴波等五位作者在The Innovation发表英文评论,称让天然沙漠变农田是一种误导。随后,郑永春、吴波又发表中文微信推文《“沙变土”有待商榷》。

他们认为,把沙漠变成绿洲,甚至想要消灭沙漠,这违反了自然规律,也是不科学的。“真正需要治理的是人类不合理开发活动产生的沙漠化土地,而不是天然存在的沙漠。”

郑永春、吴波表示,沙漠地表的风沙土本身就是一种土壤类型,只要水分有保证,就可以生长植物。“在干旱沙漠中采用传统灌溉方式种植作物,不仅不能节水,还会因为大量使用地下水,导致地下水位下降,造成水资源浪费和生态退化。”

易志坚在接受《中国科学报》采访时说,“我们从未说过要消灭所有沙漠,沙漠土壤化技术不是只在沙漠上种农作物,还有一个重要功能是生态修复,像沙蒿、沙打旺等耐旱植物仅在播种发芽出苗阶段适量浇水后,后续无需浇水就能自然生长。”

“从2016年到2020年,我们一直在进行沙漠土壤化前后的对比试验,得出的结论是,除了沙生植物,一般植物即使浇水浇肥也很难在未土壤化的纯沙漠地里生长。”易志坚说。

他告诉记者,目前开展的沙漠土壤化技术试验都是在沙漠化地区,“但每个地区的沙漠形成历史不同,有些现在称为沙漠的地方以前并不是沙漠。比如,乌兰布和沙漠土壤化中试基地位置,被沙漠化吞噬还不到100年。所以,不能简单区分为天然沙漠和沙漠化。”

易志坚说,除了普通沙子,沙漠土壤化技术还适用于珊瑚沙、破碎石子、木屑等其他颗粒物质场景,“具体用在哪儿,要根据政府的实际情况,在用之前也要进行水资源和生态评估。”

这项技术有创新性吗?

那么,这项让“沙变土”的技术到底是什么?

易志坚告诉记者,最初他一直从事力学基础研究。在参与桥梁道路建设的过程中,他想到了沙子与力学之间的关系。

“沙漠土壤化的本质是沙漠沙粒的‘土壤化’。”易志坚解释道,就是通过力学手段给沙粒之间施加约束,让沙粒改变离散状态,获得自然土壤特有的两种循环力学状态,即在湿时为流变状态,在干时为固体状态。同时,由沙变为的“土壤”还获得了存储水分、养分、空气和滋生微生物的功能。

颗粒之间的约束,是通过加入一种自主研发的特殊改性纤维素材料,使沙粒之间产生相互作用力而实现。

但郑永春、吴波认为,对于沙漠化防治来说,“沙变土”技术在理论上没有创新,也不是一项新技术。

他们认为,该技术使用的材料是一种常见的可溶性纤维素类工业原料,因用于农业和固沙的成本高、性价比低,因此未得到大规模推广。这种材料一般都是钠盐,在土壤中会累积钠离子导致碱污染,存在环境风险。

郑永春、吴波还指出,使用纤维素类材料虽然能把沙粒粘结起来,但沙粒的粒径没有变化,也没有增加水分和肥力,将这种做法称为“土壤化”是明显错误的。

易志坚对此并不认同。他表示所研发的约束材料是改性CMC材料,并非对方所说的“普通工业聚合物”,他还向记者出示了经第三方机构的沙地土壤检测报告。

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第三方机构的沙地土壤检测报告 受访者供图

对于沙漠改造的效果,他们在《沙漠土壤化:用力学密码点绿沙漠》中表示,沙粒土壤化后即可立即种植,通常3个月即可实现植被全覆盖。土壤化后的沙漠,适宜乔木、灌木、草类、各种农作物的生长,绝大多数植物产量或生物量超过当地对比农用地。例如,我国萝卜平均亩产不超过5000公斤,但乌兰布和沙漠中试基地的萝卜亩产达13699公斤。

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乌兰布和沙漠土壤化地块(左,土壤化团队的试验)与未土壤化地块(右,另一团队的试验)植物生长状况对比(2016年8月12日) 图片来源于回应文章

一位曾与易志坚讨论并到试验基地参观的专家告诉《中国科学报》,“我去过他们的试验基地。经改良的沙地种出来的东西很好吃,像西瓜、葡萄、小西红柿等,口感都很好。”

他认为,沙地改良具有科学性,也有关键技术,其原理主要是通过加入少量物质,使沙粒之间产生一定的相互作用,从而使沙粒群体具有一定的固水效果。

但他也指出,“沙变土”的叫法容易造成误解或者简单化理解,说“沙变土”不准确,应该说是沙地改良。

该专家还说,2016年易志坚等在《中国科学》发表短文时,他们曾讨论过所涉及的研究问题以及对相关说法的表述。

易志坚认为,沙漠土壤化是跨学科的技术,本质是让沙子具备土壤的功能,不能以传统成土理论、土壤成分等书本知识框定新事物。

他还告诉记者,团队并没有在发表的文章中称其为“沙变土”技术,这一叫法很多出现在新媒体报道上。易志坚认为,纠结名字没有多大意义,最重要的是科学原理和事实。

“水账”怎么算?

在郑永春、吴波看来,干旱的沙漠地区水资源十分匮乏,在这些地区开展沙漠化防治或农业生产,必须把节水放在首位。

对于试验地区的用水,易志坚在The Innovation的文章中称,2017年乌兰布和沙漠(降水量约100mm)种植的沙蒿、沙打旺等耐旱植物仅在播种发芽出苗阶段适量浇水,5年间不再人工浇灌,植物在自然环境下生长。蔬菜、水果和农作物的平均灌溉量不足6000吨/公顷,当地节水灌溉定额为8250吨/公顷。

但郑永春、吴波指出,8250吨/公顷是2020年已废止的内蒙古自治区《行业用水定额》(DB15/T 385-2015)中水稻种植的灌溉定额,6000吨/公顷虽然低于水稻灌溉定额,但大大超过其它作物。

记者查阅内蒙古自治区《行业用水定额》(DB15/T 385-2015),根据乌海市对应的三类地区规定,按照水稻在几种不同灌溉方式条件下定额的平均值得到8250吨/公顷的数据。不过包括粮食作物、经济作物等在内,水稻为灌溉定额最高的作物。三类地区小麦的平均灌溉定额为4513吨/公顷,是除水稻外最高的作物,其他如西红柿2450吨/公顷,胡萝卜1350吨/公顷,均远低于6000吨/公顷的试验平均灌溉量。

不过,上述DB15/T385-2015标准现已废止,2021年起执行DB15/T385-2020标准。经计算,新行标准中,三类地区水稻的平均灌溉定额已由8250吨/公顷调整到7257吨/公顷,其他作物的灌溉定额几乎都有下调。

对此,易志坚告诉记者,2017年开始在阿拉善沙生态产业示范区开展中试时,管委会给他们的试验用水定额是6000吨/公顷,无具体种植要求。

他们进行了荒漠生态恢复和农牧种植两种试验。以2019年为例,用于农牧种植的土地仅2000亩,灌溉量小于6000吨/公顷,其余4000亩用于荒漠生态恢复和涵养(连续5年未浇灌,荒漠耐旱植物在自然条件下发育生长),6000亩试验地,平均灌溉量小于2000吨/公顷。

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郑永春等提供的试验地附近生长的芦苇等天然植物  图片来源于回应文章

郑永春、吴波还指出乌兰布和沙漠试验地区地下水位较浅——约0.2米,并提供了遥感影像和周围生长有芦苇的照片。

易志坚对此并不赞同。他表示实际地勘表明基地最低位置地下水埋深大于15米,并指出芦苇照片实际拍摄于2016年25亩试验地附近,与目前的中试基地相差10公里以上。他表示该地种植并未使用地下水,“判断浅层地下水是否存在,不是通过卫星影像,而是通过地质勘探。”

此外,他还表示对方文章使用的遥感图像处理不当,误导读者。“发表前经过同行评议的图片更是‘处理’得遍布绿色,我提醒编辑部后,才有了现在发表的图片,但也把一些几乎没有什么植被的土壤处理成了绿色。”

对此, 郑永春、吴波在此前的回应中称提供的遥感影像真实有效,图像是经遥感影像处理,使用监督分类方法精确提取植被(用浅绿色显示)和水体(用蓝色显示),以区别于周围的沙漠背景。

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郑永春等在文章中提供的来自Google Earth Pro的卫星影像  图片来源于回应文章

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易志坚等提供的高分二号卫星影像 图片来源于回应文章

郑永春、吴波表示,要证明“沙变土”技术的有效性和是否具有推广性,作者必须开展严格的对照试验,并提供土壤含水量、灌溉用水量、地下水消耗量,以及所用材料的价格、有效期限、降解程度、持水能力等基础数据。

记者发现,2016年易志坚团队曾发表了两篇与“沙漠土壤化”研究相关的论文,分别以Letter to Editor形式发表于《中国科学》(英文版),和以News & Focus形式发表于《工程》(英文版)。两篇文章主要围绕该技术的科学发现、原理和首次实地应用。

郑永春、吴波认为,这三篇文章都没有提供实验设计和上述基础数据。

易志坚解释说,这次在The Innovation发文,是受编辑部邀请。考虑到近几年研究和试验持续时间长、类型多、范围大、数据量大,和出于对技术细节的保护,发表意愿并不强。对此,编辑部提出发表约1500英文单词短文的建议。“并不是数据少的论文水平就不高,像前两篇论文在发表后的两年里,都曾分别排列在杂志Most Read的前三名,产生了较大的影响。”

“我们还处于中试阶段,由于技术细节保密和今后适当期间发表更高水平论文的考虑,暂时没有针对一些技术细节、数据发表论文的打算。这并不意味我们没有数据、没有成果、发表不了高水平论文。” 易志坚说。

围绕“沙变土”技术展开的科学争议,双方各执一词,未有定论。《中国科学报》将会关注后续进展。

 
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