◇固沙效果神奇的生物土壤結(jié)皮在自然條件下形成需要10～20年時間，如今，人工生物土壤結(jié)皮技術(shù)已被“解鎖”，兩三年時間便可形成穩(wěn)定的藍(lán)藻結(jié)皮層

文 |《瞭望》新聞周刊記者

何晨陽 蘇醒

治沙工人在寧夏中衛(wèi)市境內(nèi)的騰格里沙漠鋪設(shè)刷狀網(wǎng)繩式草方格沙障（2024 年 5 月 30 日攝）馮開華攝 / 本刊

荒漠化是全球性生態(tài)治理難題。三面環(huán)沙的寧夏是我國土地沙化最為嚴(yán)重的省份之一，20世紀(jì)50年代，被譽為“治沙魔方”的麥草方格在位于騰格里沙漠南緣的寧夏中衛(wèi)市誕生，鎖住了肆意流動的沙丘，保護中國首條沙漠鐵路——包蘭鐵路的暢通，并成為中國最早向世界輸出的治沙方案。

半個多世紀(jì)以來，寧夏完成了對荒漠化的“逆襲”，實現(xiàn)了從“沙進人退”到“綠進沙退”的歷史性轉(zhuǎn)變。

在漫漫黃沙中謀求綠色生存空間，是堅韌不拔的精神角力，更是智慧的對壘。從麥草方格到“刷狀網(wǎng)繩式草方格沙障”、從一把鐵锨造林到“水分傳導(dǎo)式精準(zhǔn)型沙漠植苗工具”、從人拉肩扛到工程化作業(yè)，在人與沙的長期較量中，越來越多的治沙“土發(fā)明”“黑科技”得以研發(fā)應(yīng)用并不斷迭代升級，提高治沙效率，讓中國的治沙工具箱越來越豐富。

給沙漠穿上“機織格子衫”

地處騰格里沙漠東南緣的沙坡頭，因其曾經(jīng)沙丘高度超百米而得名，這里是沙漠與黃河“握手”的地方，一側(cè)黃河奔涌，一側(cè)黃沙高臥。不遠(yuǎn)處，綿延的麥草方格匍匐在沙丘上，筑起一道禁錮流沙的草墻，阻擋沙漠侵襲黃河。

草方格治沙法源于包蘭鐵路建設(shè)期的探索。上世紀(jì)50年代，包蘭鐵路的修建是一項極具挑戰(zhàn)性的工程，鐵路在中衛(wèi)6次穿越騰格里沙漠，長度達(dá)44公里，其中沙坡頭段全為高度達(dá)百米的流動沙丘。

為“鎖住”沙丘，保障鐵路行車安全，科研人員、林場工人和當(dāng)?shù)匕傩赵趯嵺`中摸索出的草方格沙障成為包蘭鐵路通車初期的主要固沙方式，即在流沙表面用鐵锨將麥草扎進沙里，形成1米見方的格子，半埋半露，使流沙不易被風(fēng)吹起，達(dá)到阻沙、固沙的目的。時至今日，低廉、便捷、環(huán)保的麥草方格依然是中國多地治沙的主角。

風(fēng)吹日曬中，手工草方格的壽命不過3年，有時還需要補扎維護，費時費力。隨著勞動力減少、人力成本上漲，傳統(tǒng)的“人海戰(zhàn)術(shù)”已難以滿足防沙治沙需求，機械治沙成為必然趨勢。

2019年，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院研究員屈建軍團隊經(jīng)過反復(fù)試驗，研發(fā)出了“治沙魔方2.0版”——“刷狀網(wǎng)繩式草方格沙障”，即用機器將麥草編成刷狀草繩，實現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的機械化生產(chǎn)，節(jié)省人力，便于大面積防沙治沙。

據(jù)介紹，刷狀網(wǎng)繩式草方格的生產(chǎn)效率比過去人工扎設(shè)草方格提高了60%以上，能夠有效降低防沙治沙的工程成本；其耐用性也比人工扎設(shè)的高，使用壽命由3年延長至6年，且可以重復(fù)使用，這項技術(shù)現(xiàn)已取得國家專利。

如今，“機織”草方格正在取代過去人工扎設(shè)的草方格。在中衛(wèi)市市區(qū)西北方向的騰格里沙漠中，工人們正推著一臺臺像拖拉機車頭一樣的“扎草車”鋪設(shè)沙障，兩片代替車輪的圓形壓草刀滾過，鋪在沙地上的麥草便被精準(zhǔn)“植”入沙地里，“編織”成一條條金黃色的沙障。

在“扎草車”上不去的沙丘，工人們用機器將麥草編成“毛毛蟲”一樣的刷狀網(wǎng)繩，然后將“毛毛蟲草繩”十字交叉鋪在沙地表面，固定草繩交叉處和四周即可。

“難道不怕被風(fēng)刮走嗎？”面對本刊記者的提問，中衛(wèi)市國有林業(yè)總場總工程師唐希明說，刷狀網(wǎng)繩鋪設(shè)后，氣流通過時在格子中間會形成漩渦，使格子內(nèi)的沙面形成沙漏式的凹面，就像一口大鍋，把網(wǎng)格中央的沙子推到網(wǎng)繩周圍，在固沙的同時也固定住了網(wǎng)繩。

栽一棵樹只需不到10秒鐘

扎草方格是固沙第一步，在草方格里栽苗種草才能形成永久固沙屏障。要在沙漠中把樹種活并非易事，扎根騰格里沙漠34年的資深治沙人唐希明也曾遭遇失敗。

“干沙層平均厚度30～35厘米，夏季地表溫度高達(dá)70攝氏度，栽下1000多畝苗子，成活率只有40%多，達(dá)不到國家驗收標(biāo)準(zhǔn)?！碧葡Ｃ骰叵肫?013年治理一片沙區(qū)的經(jīng)歷：“那時我愁得晚上睡不著覺，沒人相信我能在這么干旱的地方把樹種活?！?/p>

一根順手撿來的木棍，給了唐希明破題的靈感。

“有一天，我干活累得走不動了，就順手找了根木棍拄著，這一拄，拄出了一個好主意。棍子在沙漠里扎出的一個個洞，啟發(fā)我設(shè)計出‘干’字形鐵制植苗工具?！碧葡Ｃ髡f。

唐希明所說的“干”字形鐵制植苗工具，插進沙土就會形成距離沙面50厘米左右的深洞，而工具底端的卡口可以卡住樹苗根部，雙手扶好后拿腳一踩，直接把苗木根系送入45至50厘米深的濕沙層，幾秒鐘就能栽好一棵樹，且無需額外澆水。這把“造林神器”，使得造林成活率對比傳統(tǒng)的鐵锨造林提高了25個百分點，同時造林效率提高了一倍。

2017年，這個“土發(fā)明”被命名為“水分傳導(dǎo)式精準(zhǔn)型沙漠植苗工具”，并獲得實用新型專利，不僅在當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣使用，還被推廣到了內(nèi)蒙古、陜西、甘肅等地。

2023年起，唐希明又進行了技術(shù)升級，發(fā)明了“干”字形鐵制植苗工具的升級版——“電動植苗器”，工作效率比第一代又提高25%左右。

沙漠里，工人手里拿著像電鉆一樣的工具，用鉆頭頂端的卡口卡住樹苗根部，垂直對準(zhǔn)沙地，按動開關(guān)，只需幾秒鐘，樹苗便被插進了50厘米深的濕沙層?！耙郧?，熟練的林業(yè)工人三四分鐘才能挖出一個樹坑，現(xiàn)在用‘電動植苗器’，不到10秒鐘可以很輕松地栽下一棵樹?！?/p>

治沙技術(shù)在進步，治沙人的理念也在不斷革新，給沙漠治理打開新思路。

騰格里沙漠年均降雨量不到200毫米，蒸發(fā)量卻達(dá)到2000毫米。一般情況下，一畝沙地可以扎667個草方格，但中衛(wèi)市國有林業(yè)總場的治沙人員只選擇其中三分之一的格子進行栽種，為的是最大限度節(jié)約用水、保證植物成活率。

“我們在這幾年的試驗中發(fā)現(xiàn)，栽多了，水量就不夠用，容易出現(xiàn)短期‘綠’而長期‘黃’的現(xiàn)象?！碧葡Ｃ髡f，固沙植物的種類選擇、種植規(guī)模、密度等要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，科學(xué)綠化，以水定綠。

生物“面膜”修復(fù)沙漠“敏感肌”

草方格和灌草植物屏障阻擋了流沙的移動，真正與沙面“短兵相接”的卻是更小的土壤生物。

在長期野外觀測和試驗中，科研工作者發(fā)現(xiàn)，麥草方格沙障里出現(xiàn)的灰黑色、綠色的像殼狀的生物體能夠?qū)⒘魃忱卫巍版i住”，固沙效果非常神奇，這些殼狀的生物體學(xué)名叫做生物土壤結(jié)皮。

“生物土壤結(jié)皮對沙面固定、沙化土地功能恢復(fù)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性維持等都發(fā)揮著重要作用，被譽為‘荒漠生態(tài)系統(tǒng)工程師’，它的形成和發(fā)育是沙區(qū)地表穩(wěn)定和荒漠生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)健康的重要標(biāo)志。”中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院研究員趙洋說，治沙的“終極目標(biāo)”，就是形成珍貴的生物土壤結(jié)皮。

自然條件下，生物土壤結(jié)皮形成需要10～20年時間。能否通過人為干預(yù)加速其形成，加快沙漠治理和恢復(fù)的進程？

在中國科學(xué)院沙坡頭沙漠研究試驗站，人工生物土壤結(jié)皮技術(shù)已被“解鎖”?？蒲腥藛T經(jīng)過多年探索實踐，研究出人工藍(lán)藻結(jié)皮固沙技術(shù)。

趙洋介紹，草方格沙障降低了風(fēng)速，阻止了流沙的移動，一個個小小的“格子間”變成了微生物的“避風(fēng)港”，通過在草方格里噴灑人工培養(yǎng)的藍(lán)藻液，兩三年時間便可形成穩(wěn)定的藍(lán)藻結(jié)皮層。

“藍(lán)藻是生物土壤結(jié)皮形成的先鋒物種，它能夠在高溫、干旱、紫外線輻射強、營養(yǎng)貧瘠等惡劣條件下生長和繁殖。目前我們團隊已經(jīng)從自然發(fā)育的藍(lán)藻結(jié)皮中分離、純化、篩選出了7種優(yōu)勢藍(lán)藻，這些藻類都取之于沙又用之于沙，對沙漠環(huán)境的適應(yīng)性較好。”趙洋說。

“干而不死、遇水復(fù)生”是生物土壤結(jié)皮的神奇之處。在中國科學(xué)院沙坡頭沙漠研究試驗站的人工生物土壤結(jié)皮晾干室內(nèi)，科研人員許文文向本刊記者展示了風(fēng)干后的藍(lán)藻：薄薄一層，呈黑褐色，看起來猶如海苔。

“干旱缺水的條件下，藻類會進入休眠狀態(tài)，遇水達(dá)到理想的生存條件又‘活’過來。我們就用這種方式來儲存培養(yǎng)的藍(lán)藻，使用時再次復(fù)水后，噴灑到沙面上?！痹S文文說。

液態(tài)藍(lán)藻需要以水為介質(zhì)，在沙漠腹地運輸、取水、施工不便，科研人員研發(fā)出“固態(tài)生物土壤結(jié)皮接種體撒播+旱生灌木”的節(jié)水型人工生物土壤結(jié)皮快速地表穩(wěn)定技術(shù)，將固態(tài)的“人工結(jié)皮種子”播撒到穩(wěn)定的沙面上，不需要澆水，即可形成人工藍(lán)藻結(jié)皮，效率更高，操作也更加簡單。

趙洋告訴《瞭望》新聞周刊記者，經(jīng)過近二十年研究，人工生物土壤結(jié)皮固沙技術(shù)已經(jīng)比較成熟，目前已在黃河“幾字彎”攻堅戰(zhàn)等治沙行動中實現(xiàn)推廣，該技術(shù)的大范圍推廣和應(yīng)用將實現(xiàn)沙漠化土地治理的加速、提質(zhì)和增效。