“沙變土”研究惹質疑，重慶交大副校長回應

　　近日，一項被新聞媒體稱為“沙變土”的技術引發爭議。

　　該研究由重慶交通大學副校長、力學教授易志堅團隊展開。2022年年初，易志堅在細胞出版社旗下學術期刊The Innovation上以Editorial形式發表關于“沙漠土壤化”的文章。

　　4月20日，中國科學院國家天文臺研究員鄭永春、中國林業科學研究院荒漠化研究所常務副所長吳波等發文質疑“沙變土”技術，稱該技術是對沙漠化防治的誤導。

　　他們認為，“沙變土”技術不適宜在干旱的沙漠地區推廣，且成本高、收益低，還可能造成地下水位下降和土壤污染，破壞沙漠生態環境。“只有現場照片，沒有實驗數據，‘沙變土’不科學。”

　　針對這些質疑，雙方進行了兩輪激烈的學術爭鳴。易志堅團隊在最新回應文章中稱，質疑方以刻意“綠化”處理后的衛星圖和嚴重失實的照片誤導讀者，并對沙漠土壤化效果進行了回應。

　　圍繞其中的爭議，《中國科學報》采訪了易志堅。記者也聯系了質疑方人士，但他們集體商議認為目前的討論限于學術范疇，暫不便接受采訪。

　　技術用在哪？

　　2022年1月，易志堅團隊在The Innovation以Editorial形式發表了一篇關于沙漠土壤化研究的英文短文，介紹了沙漠土壤化技術在內蒙古烏蘭布和沙漠種植農作物的工作。

內蒙古烏蘭布和沙漠種植的高粱

　　他們在相應的中文微信推文《沙漠土壤化：用力學密碼點綠沙漠》中指出，針對沙漠治理，力學家提出沙漠土壤化的新方法，就是在沙漠沙粒之間施加約束，離散沙體便獲得土壤的生態力學特性和保水保肥功能。

　　作者表示，土壤化后的沙漠，能夠成為植物載體，具有穩固沙漠與生態恢復一體功能。該技術已在國內外多個沙漠、沙地、島礁和戈壁試驗成功，讓17000畝不毛之地變為綠洲。

　　據報道，易志堅長期從事力學、道路、橋梁、材料等領域科研，在彈塑性斷裂力學線場分析方法、應力強度因子裂紋線方法等研究中取得系列創新成果。

　　2008年，易志堅發現土壤顆粒間存在一種萬向結合約束，并于2013年研發出一種植物纖維素黏合材料；2016年，沙漠土壤化技術開始實地試驗。該技術目前已獲得中國、美國、澳大利亞等國發明ZL授權22項。

　　4月20日，鄭永春、吳波等五位作者在The Innovation發表英文評論，稱讓天然沙漠變農田是一種誤導。隨后，鄭永春、吳波又發表中文微信推文《“沙變土”有待商榷》。

　　他們認為，把沙漠變成綠洲，甚至想要消滅沙漠，這違反了自然規律，也是不科學的。“真正需要治理的是人類不合理開發活動產生的沙漠化土地，而不是天然存在的沙漠。”

　　鄭永春、吳波表示，沙漠地表的風沙土本身就是一種土壤類型，只要水分有保證，就可以生長植物。“在干旱沙漠中采用傳統灌溉方式種植作物，不僅不能節水，還會因為大量使用地下水，導致地下水位下降，造成水資源浪費和生態退化。”

　　易志堅在接受《中國科學報》采訪時說，“我們從未說過要消滅所有沙漠，沙漠土壤化技術不是只在沙漠上種農作物，還有一個重要功能是生態修復，像沙蒿、沙打旺等耐旱植物僅在播種發芽出苗階段適量澆水后，后續無需澆水就能自然生長。”

　　他告訴記者，目前開展的沙漠土壤化技術試驗都是在沙漠化地區，“但每個地區的沙漠形成歷史不同，有些現在稱為沙漠的地方以前并不是沙漠。比如，烏蘭布和沙漠土壤化中試基地位置，被沙漠化吞噬還不到100年。所以，不能簡單區分為天然沙漠和沙漠化。”

　　易志堅說，除了普通沙子，沙漠土壤化技術還適用于珊瑚沙、破碎石子、木屑等其他顆粒物質場景，“具體用在哪兒，要根據政府的實際情況，在用之前也要進行水資源和生態評估。”

　　這項技術有創新性嗎？

　　那么，這項讓“沙變土”的技術到底是什么？

　　易志堅告訴記者，最初他一直從事力學基礎研究。在參與橋梁道路建設的過程中，他想到了沙子與力學之間的關系。

　　“沙漠土壤化的本質是沙漠沙粒的‘土壤化’。”易志堅解釋道，就是通過力學手段給沙粒之間施加約束，讓沙粒改變離散狀態，獲得自然土壤特有的兩種循環力學狀態，即在濕時為流變狀態，在干時為固體狀態。同時，由沙變為的“土壤”還獲得了存儲水分、養分、空氣和滋生微生物的功能。

　　顆粒之間的約束，是通過加入一種自主研發的特殊改性纖維素材料，使沙粒之間產生相互作用力而實現。

　　但鄭永春、吳波認為，對于沙漠化防治來說，“沙變土”技術在理論上沒有創新，也不是一項新技術。

　　他們認為，該技術使用的材料是一種常見的可溶性纖維素類工業原料，因用于農業和固沙的成本高、性價比低，因此未得到大規模推廣。這種材料一般都是鈉鹽，在土壤中會累積鈉離子導致堿污染，存在環境風險。

　　鄭永春、吳波還指出，使用纖維素類材料雖然能把沙粒粘結起來，但沙粒的粒徑沒有變化，也沒有增加水分和肥力，將這種做法稱為“土壤化”是明顯錯誤的。

　　易志堅對此并不認同。他表示所研發的約束材料是改性CMC材料，并非對方所說的“普通工業聚合物”，他還向記者出示了經第三方機構的沙地土壤檢測報告。

　　對于沙漠改造的效果，他們在《沙漠土壤化：用力學密碼點綠沙漠》中表示，沙粒土壤化后即可立即種植，通常3個月即可實現植被全覆蓋。土壤化后的沙漠，適宜喬木、灌木、草類、各種農作物的生長，絕大多數植物產量或生物量超過當地對比農用地。例如，我國蘿卜平均畝產不超過5000公斤，但烏蘭布和沙漠中試基地的蘿卜畝產達13699公斤。

烏蘭布和沙漠土壤化地塊（左，土壤化團隊的試驗）與未土壤化地塊（右，另一團隊的試驗）植物生長狀況對比（2016年8月12日） 圖片來源于回應文章

　　一位曾與易志堅討論并到試驗基地參觀的專家告訴《中國科學報》，“我去過他們的試驗基地。經改良的沙地種出來的東西很好吃，像西瓜、葡萄、小西紅柿等，口感都很好。”

　　他認為，沙地改良具有科學性，也有關鍵技術，其原理主要是通過加入少量物質，使沙粒之間產生一定的相互作用，從而使沙粒群體具有一定的固水效果。

　　但他也指出，“沙變土”的叫法容易造成誤解或者簡單化理解，說“沙變土”不準確，應該說是沙地改良。

　　該專家還說，2016年易志堅等在《中國科學》發表短文時，他們曾討論過所涉及的研究問題以及對相關說法的表述。

　　易志堅認為，沙漠土壤化是跨學科的技術，本質是讓沙子具備土壤的功能，不能以傳統成土理論、土壤成分等書本知識框定新事物。

　　他還告訴記者，團隊并沒有在發表的文章中稱其為“沙變土”技術，這一叫法很多出現在新媒體報道上。易志堅認為，糾結名字沒有多大意義，最重要的是科學原理和事實。

　　“水賬”怎么算？

　　在鄭永春、吳波看來，干旱的沙漠地區水資源十分匱乏，在這些地區開展沙漠化防治或農業生產，必須把節水放在首位。

　　對于試驗地區的用水，易志堅在The Innovation的文章中稱，2017年烏蘭布和沙漠（降水量約100mm）種植的沙蒿、沙打旺等耐旱植物僅在播種發芽出苗階段適量澆水，5年間不再人工澆灌，植物在自然環境下生長。蔬菜、水果和農作物的平均灌溉量不足6000噸/公頃，當地節水灌溉定額為8250噸/公頃。

　　但鄭永春、吳波指出，8250噸/公頃是2020年已廢止的內蒙古自治區《行業用水定額》（DB15/T 385-2015）中水稻種植的灌溉定額，6000噸/公頃雖然低于水稻灌溉定額，但大大超過其它作物。

　　記者查閱內蒙古自治區《行業用水定額》（DB15/T 385-2015），根據烏海市對應的三類地區規定，按照水稻在幾種不同灌溉方式條件下定額的平均值得到8250噸/公頃的數據。不過包括糧食作物、經濟作物等在內，水稻為灌溉定額最高的作物。三類地區小麥的平均灌溉定額為4513噸/公頃，是除水稻外最高的作物，其他如西紅柿2450噸/公頃，胡蘿卜1350噸/公頃，均遠低于6000噸/公頃的試驗平均灌溉量。

　　不過，上述DB15/T385-2015標準現已廢止，2021年起執行DB15/T385-2020標準。經計算，新行標準中，三類地區水稻的平均灌溉定額已由8250噸/公頃調整到7257噸/公頃，其他作物的灌溉定額幾乎都有下調。

　　對此，易志堅告訴記者，2017年開始在阿拉善沙生態產業示范區開展中試時，管委會給他們的試驗用水定額是6000噸/公頃，無具體種植要求。

　　他們進行了荒漠生態恢復和農牧種植兩種試驗。以2019年為例，用于農牧種植的土地僅2000畝，灌溉量小于6000噸/公頃，其余4000畝用于荒漠生態恢復和涵養（連續5年未澆灌，荒漠耐旱植物在自然條件下發育生長），6000畝試驗地，平均灌溉量小于2000噸/公頃。

鄭永春等提供的試驗地附近生長的蘆葦等天然植物

　　鄭永春、吳波還指出烏蘭布和沙漠試驗地區地下水位較淺——約0.2米，并提供了遙感影像和周圍生長有蘆葦的照片。

　　易志堅對此并不贊同。他表示實際地勘表明基地最低位置地下水埋深大于15米，并指出蘆葦照片實際拍攝于2016年25畝試驗地附近，與目前的中試基地相差10公里以上。他表示該地種植并未使用地下水，“判斷淺層地下水是否存在，不是通過衛星影像，而是通過地質勘探。”

　　此外，他還表示對方文章使用的遙感圖像處理不當，誤導讀者。“發表前經過同行評議的圖片更是‘處理’得遍布綠色，我提醒編輯部后，才有了現在發表的圖片，但也把一些幾乎沒有什么植被的土壤處理成了綠色。”

　　對此， 鄭永春、吳波在此前的回應中稱提供的遙感影像真實有效，圖像是經遙感影像處理，使用監督分類方法精確提取植被（用淺綠色顯示）和水體（用藍色顯示），以區別于周圍的沙漠背景。

鄭永春等在文章中提供的來自Google Earth Pro的衛星影像

易志堅等提供的高分二號衛星影像

　　鄭永春、吳波表示，要證明“沙變土”技術的有效性和是否具有推廣性，作者必須開展嚴格的對照試驗，并提供土壤含水量、灌溉用水量、地下水消耗量，以及所用材料的價格、有效期限、降解程度、持水能力等基礎數據。

　　記者發現，2016年易志堅團隊曾發表了兩篇與“沙漠土壤化”研究相關的論文，分別以Letter to Editor形式發表于《中國科學》（英文版），和以News & Focus形式發表于《工程》（英文版）。兩篇文章主要圍繞該技術的科學發現、原理和首次實地應用。

　　鄭永春、吳波認為，這三篇文章都沒有提供實驗設計和上述基礎數據。

　　易志堅解釋說，這次在The Innovation發文，是受編輯部邀請。考慮到近幾年研究和試驗持續時間長、類型多、范圍大、數據量大，和出于對技術細節的保護，發表意愿并不強。對此，編輯部提出發表約1500英文單詞短文的建議。“并不是數據少的論文水平就不高，像前兩篇論文在發表后的兩年里，都曾分別排列在雜志Most Read的前三名，產生了較大的影響。”

　　“我們還處于中試階段，由于技術細節保密和今后適當期間發表更高水平論文的考慮，暫時沒有針對一些技術細節、數據發表論文的打算。這并不意味我們沒有數據、沒有成果、發表不了高水平論文。” 易志堅說。

　　圍繞“沙變土”技術展開的科學爭議，雙方各執一詞，未有定論。《中國科學報》將會關注后續進展。

　　相關簡介：

　　易志堅：重慶交通大學副校長，國家“百千萬人才工程”第一、二層次人選，國家有突出貢獻的中青年專家，享受國務院政府特殊津貼。長期從事力學及其相關領域的研究，在斷裂力學、鋼筋混凝土結構、路面材料和結構、生態力學和沙漠化防治方面取得了系列成果，發表論文100余篇，授權發明ZL40多項。

　　吳波：研究員，中國林業科學研究院荒漠化研究所常務副所長，荒漠生態學首席專家，國家林業和草原局荒漠生態系統與全球變化重點實驗室主任，一直從事荒漠生態學與荒漠化防治研究。中國治沙暨沙業學會理事，中國地理學會沙漠分會理事，《聯合國防治荒漠化公約》(UNCCD)科學技術委員會獨立咨詢專家。

　　鄭永春：研究員，中國科學院國家天文臺交叉科學研究團組，主要從事月球與行星科學研究。2000年畢業于西南農業大學環境保護專業，2005年獲地球化學專業博士學位。