沙漠有水就能变成土壤吗？沙漠变土壤
沙漠有水就能变成土壤吗？沙漠变土壤上述方法的基本思路都是阻碍沙子移动、扩散，均没有改变沙子本身的性质，而且都存在治理周期长的缺点。从左往右依次为：工程治沙、化学固沙、植物固沙现行的治沙方法主要有三种——工程固沙（草方格、石方格等）、化学固沙（乳化沥青、聚合物树脂等）和植物固沙（栽种沙枣、胡杨等）。左右滑动查看图片·
在沙漠里种粮食，这是真的吗？图源 | Thelnnovation创新
土壤沙漠化，你可能听过，可沙漠“土壤化”这也是可以的吗？
据第三次全国国土调查显示，中国的沙化面积达25.95亿余亩，占整个国土面积的18%。按照这样的比例计算，仅需要改造我国1%的沙化土地，便可获得2600万亩可利用土地，如果这些真的实现，将极大增加我国的可用耕地面积。
中国西北沙漠分布 图源 | 星球研究所
现行的治沙方法主要有三种——工程固沙（草方格、石方格等）、化学固沙（乳化沥青、聚合物树脂等）和植物固沙（栽种沙枣、胡杨等）。
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从左往右依次为：工程治沙、化学固沙、植物固沙
上述方法的基本思路都是阻碍沙子移动、扩散，均没有改变沙子本身的性质，而且都存在治理周期长的缺点。
那有没有能够快速治理沙漠化的方法呢？
2016年来自重庆交通大学的易志坚教授的团队提出新的思路——沙漠“土壤化”。
沙漠“土壤化”是通过力学手段首先实现沙子向“土壤”的转换，使沙子获得土壤的力学特征，并赋予沙子较强的储存水分、养分和空气等类似于土壤的能力，简单来说，就是加入某种物质，使得沙子变得像土壤。
土壤的功能
土壤作为一种自然材料，存在两种力学状态。湿的时候是流变状态（就像稀泥，此时颗粒间为万向结合约束，简称ODI约束），干的时候是固体状态（此时土壤颗粒存在固结约束），并且土壤能够在这两种状态之间持续、稳定的转换。
土壤的万向结合约束 图源 | Thelnnovation创新
也正是有了这两种状态的转变，土壤才能够改变自身的颗粒排列，适应植物根系的进入。根系发展壮大的同时，土壤还能始终以适当的约束力稳定植物。
土壤的生态力学属性 图源 | 重庆科技馆
如果能够让原先不存在这种性质的物体获得与土壤相似的修复和自调节属性，使其存储水分、养分能力提高，那么不就相当于“土壤”吗？
可如何让“一盘散沙”具备凝聚力呢？
经过易志坚教授团队的研究，发现在沙子颗粒中加入适当粘度的水溶性物质（ODI约束材料）并均匀混合后，沙子颗粒间几乎瞬间就能变得像土壤一般在流变状态和固体状态之间稳定转换，当这种 “土壤化”后的沙子拥有了储存水分、养分和空气的能力后，它们就能成为植物生长的载体。
“土壤化”后的沙子，保水性大大增强
左：加入ODI约束材料分子的沙子 | 右：普通的沙子
改变结构只是第一步，毕竟植物的生长还需要水和肥料。肥料好办，只需要从工厂运过来即可，那水怎么办呢？
既然地表找不到，那就往地下看。虽然沙漠一片荒凉，但据探测乌兰布和沙漠（地下水储量约为57亿立方米）、塔克拉玛干沙漠（地下水储量约为110-148亿立方米）等地均有巨大的地下水资源。
易志坚的研究团队在内蒙古的实验基地
2013年-2015年，科学家们先后在重庆实验基地多次开展种植试验，并取得了良好效果。特别是在需水量大的“沙变土”的表层（如种植水稻的地块），还结出了较厚的藻类结皮，这对其下土壤颗粒之间的约束起到了保护作用。随着反复的种植和收割，“土壤化”的沙子团粒结构越来越接近自然土壤，生态学属性也越来越稳定。
设想一下，随着有机质、水和矿物质经年累月的积累，或许“土壤化”的沙子在某一天真的能变成真正的土壤。
(a)“土壤化”的沙子中生长的各种植物；
(b)“土壤化”的细粒径沙子中生长的稻谷；
(c)“土壤化”的粗粒径沙子中生长的玉米；
(d)“土壤化”的中粒径沙子中生长的红薯；
(e)稻谷收割后，在“土壤”表面形成的藻类结皮；
(f)“土壤化”的沙子中的昆虫幼虫
图源 | 易志坚：沙漠“土壤化”生态恢复理论与实践
当然光在实验基地试验可不行，这些方法都必须经过沙漠实地的检验。于是团队先后在乌兰布和沙漠、塔克拉玛干沙漠、四川诺尔盖沙化土地、中东沙漠、库布齐沙漠、西沙岛礁、撒哈拉沙漠等地进行沙漠“土壤化”改造的探索。
目前已共计改造的土地面积达近两万亩。
在乌兰布和沙漠、塔克拉玛干沙漠等地，完成试验后的示范区防风固沙效果显著，生态环境也明显得到改善，同时植物产量和生物量也高于附近农地。
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土壤化项目基地种植的作物
“耕地是粮食生产的命根子”，随着人口的增加，粮食需求还会持续增大，再加上国际形势复杂严峻，沙漠“土壤化”无疑给我们提供了一个解决粮食安全的新思路，从经济效益的角度，沙漠土壤化拥有广阔的前景。
可是沙漠本身真的就没有存在的价值吗？
如果地球上的沙漠都消失了，会发生什么事情呢？沙漠“土壤化”真的适合大规模的推广？对地下水又可能带来哪些负面影响？还有更多疑问暂时都没有确切的答案。
对此，两位专家提出质疑。吴 波，中国林业科学研究院荒漠化研究所常务副所长，荒漠生态学首席专家，国家林业和草原局荒漠生态系统与全球变化重点实验室主任。郑永春，研究员，中国科学院国家天文台交叉科学研究团组，主要从事月球与行星科学研究。
他们于今年四月份撰文《关于“沙变土有待商榷”回应的再回应》，主要观点如下：
根据科学界的普遍共识，沙漠是在干旱气候条件下长期地质环境演变的结果，造成沙漠环境中植被低矮稀疏的主要原因是气候干旱缺水。沙漠地区不缺土壤，风沙土本身就是一种土壤类型。
沙漠是自然生态系统的重要组成部分，人类不可能消灭沙漠，也不应该消灭沙漠。在沙漠地区，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。
作者（本文中作者特指易志坚团队）没有认识到沙漠和沙漠化土地存在的本质区别，把在天然沙漠中种植农作物的“沙变土”试验，宣称为“沙漠化的生态力学解决方法”，是解决沙漠化问题的手段。作者的相关试验均以在沙漠中造田、种植农作物为目标，这并非需要进行科研攻关的沙漠化防治技术，也与生态文明建设的国家政策不符。
我们的主要观点包括：
1. 对于沙漠化防治来说，“沙变土”在理论上没有创新，也不是一项新技术。在沙土中添加有机肥或者秸秆等植物纤维物质，以改善土壤结构，增强土壤保水保肥功能，是农业生产中的传统做法；采用无机、有机材料进行农田保水和沙化土地治理始于上世纪30年代，在上世纪60年代开始采用高分子吸水材料进行固沙，包括“沙变土”技术所用的羧甲基纤维素钠等材料，但该材料因成本较高未得到推广。
2. 在干旱的沙漠地区推广应用“沙变土”技术是不适宜的。这些地区的降水量一般小于200mm，潜在蒸散量却高达2000-4000mm，气候干旱，蒸发强烈，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。现有资料和数据无法证明“沙变土”技术具有节水效果，因此不宜在沙漠地区推广。
3. 在沙漠地区应用“沙变土”技术成本高，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。我们在文章的标题中使用”A Misleading Way”，认为“沙变土”技术是对沙漠化防治的误导，是我们真实意思的准确表达。
我们在“商榷”一文中提出：在作者没有提供实际用水量、地下水消耗量等基础数据，没有开展对照试验的情况下，无法证明“沙变土”技术具有节水和高产的效果。
1、对于“沙变土”技术的灌溉用水量、地下水消耗量等基础数据，作者在回应中没有提供。
2、对于“沙变土”试验地的平均灌溉量（6000吨/公顷）超过当地规定的多种作物灌溉定额的问题，作者没有进行回应。
3、证明“沙变土”技术的节水效果，应当在同类作物之间进行比较。作者在原文中，将”沙变土”试验地的用水量，与水稻的灌溉定额8250吨/公顷进行对比，得到“用水量也完全控制在当地限额”的结论，以证明“沙变土”技术具有节水效果。但作者回避了一个事实，即水稻的灌溉定额是所有农作物中最高的，而且8250吨/公顷的灌溉定额出自2020年已废止的内蒙古自治区地方标准《行业用水定额》。我们对这一做法的质疑，作者没有进行回应。
4、作者在回应中，使用了当地的地下水埋深分布图，试图证明试验地的地下水埋深大于10米，不能被植物利用，以此证明沙漠中植物能够生长是“沙变土”技术的功劳。但试验地附近的沙丘间洼地，没有采用“沙变土”技术，也同样有大片天然植被生长（图2和图3）。
图2 乌兰布和沙漠建立的”沙变土”试验地（内蒙古阿拉善左旗）。上图中红色标注的是作者2017年建立的试验地，面积约4000亩（试验地1）。黄色标注的是作者2016年建立的试验地，面积约25亩（试验地2），两者相距约10千米。
图3 乌兰布和沙漠“沙变土”试验地2。上图为遥感影像（拍摄日期：2021年10月13日），显示试验地周围天然植被分布广泛；下图为东北侧丘间洼地天然生长的芦苇等植被（拍摄日期：2017年11月12日），说明该区域地下水位较浅。
地下水埋深分布图显示的是地面以下饱和含水层中的稳定水面，打井通常要打到该水面。但是，决定沙生植物和农作物生长的是土壤含水量，植物不需要使根系到达地下水面就能生长。因此，要证明“沙变土”技术的有效性，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、地下水消耗量等基础数据。
5、我们在“商榷”一文中提出，希望作者提供所用材料的价格、有效期限、降解程度、持水能力等基础数据，因为这是评估”沙变土”技术是否具有推广价值的关键，但均没有得到回应。根据作者之前的文章和新闻报道中披露的信息，“沙变土”技术中使用的所谓的高科技粘结剂，实际上是一种羧甲基纤维素（CMC）类材料，属于高分子吸水材料中的一种，是石油化工、食品卫生等多个领域广泛应用的工业原料，也被国内外众多研究团队用于固沙试验。用“纤维素”、“ 保水剂”、“固沙剂”等关键词进行检索，可找到大量相关文献。作者对常见的CMC材料进行改性，并没有改变材料本质，也不能掩盖该类材料早已得到广泛应用的事实。
根据作者在“沙漠‘土壤化’：沙漠化的生态力学解决方法”一文中公布的数据，“沙漠‘土壤化’的材料费用和机械化施工的成本约为每公顷4500~6500美元”，按当时汇率约为每亩2000-2900元，此外，还需要投入灌溉用水、肥料和人工等费用。据我们研究，西北地区以生态恢复为主要目标的沙漠化治理技术的平均成本明显比“沙变土”技术低得多，例如，在内蒙古毛乌素沙地，目前普遍采用的流动沙丘快速固定技术（草方格沙障 人工撒播固沙植物）成本为1100-1600元/亩。而以获取经济收益为主要目标的沙产业技术需要高投入、高产出。因此，”沙变土”技术用于公益性的沙漠化土地治理，成本太高；如果采用这种投入很高的”沙变土”技术，种植玉米、向日葵、红薯、狼尾草等普通作物和牧草，收益太低，不具有经济价值。
6、作者在回应中提出“实践证明，土壤化不仅适用于普通沙子，对其他颗粒物质如珊瑚沙、破碎石子、木屑等也同样适用。这些颗粒物质土壤化后立即播种，也可发芽生长。” 这恰恰说明，作者承认了我们在商榷一文中指出的“这些颗粒只是提供了作物生长的基质，并不能解决水和肥的问题”。
土壤是指地球表面的一层疏松的物质，由各种颗粒状矿物质、有机物质、水分、空气、微生物等组成，能生长植物。真正的耕作土壤或生长沙生植被的天然土壤，颗粒中含有沙粒、粉沙、粘粒，而沙漠中的风沙土虽然是一种土壤类型，但粒径较粗，以沙粒为主。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，已被学术界多次公开质疑。
在设施农业、设施园艺等领域得到广泛应用的无土栽培技术，不用天然土壤而用基质加营养液灌溉，就可以获得高产，也是同样的道理。干旱区进行植被恢复，最缺的是水，而不是土壤。
鉴于作者刻意回避我们的核心关切，我们依然认为，“沙变土”技术节水和高产的结论缺乏证据支持。
来源：羊羊的地理教室、《关于“沙变土有待商榷”回应的再回应》
