荒漠化控制的新技术有哪些?

有效防治荒漠化一直是世界性难题。鉴于沙子的流动性,很难处理风的损害。目前主要的固沙技术中,采用人工沙障来阻止沙的移动,如草方格、石方格等。喷洒化学固沙剂进行化学固沙,如乳化沥青、高分子树脂等;植物固沙是通过种植沙生植物来稳定和阻挡砂体,达到固沙的目的。下面就来盘点一下这三种固沙技术中最热门的新技术:立体固沙车、藻类固沙技术、植物纤维粘合剂。这三种技术的前两种已经被证明是有效的,第三种还有争议,效果有待验证。

立体固沙车——速度约为人工作业的180倍。

草方格沙障是在沙漠中用麦秸、稻草、芦苇等材料制成的一种防风固沙保水的治沙方法。因为地处宁夏沙坡头,有人称之为“沙坡头治沙样板”。沙坡头以其突出的治沙成就和丰富的经验被评为“世界环保500强”。

如何提高防砂效率,实现防砂效果,是一个全球性的防砂难题。目前,我国自主研发制造的世界首台“多功能立体固沙车”和“牵引式单项固沙机”填补了这一领域的“空白”,是甘肃省实用科技创新成果之一,是沙漠治理的一次“革命”。

这台“多功能立体固沙车”拥有11实用新型技术和发明专利。铺设机械化草方格,插入深度15 cm,草沙障高度约30 cm。与人工作业相比,立体固沙车的速度约为人工作业的180倍,可从根本上解决沙漠化速度快于人工治沙的问题。既降低了成本,又规范了操作,大大增加了沙漠表面的粗糙度,减小了风力,防止流沙移位,拦截雨水,比人工固沙质量更高,固沙效果更好。原来,荒芜的沙漠里竟然长出了各种野生植物,这在当地人看来简直不可思议。“忙了一天还不如这车跑来跑去”,当地村民评价道。

2015机械化治沙队种植梭梭、柠条等沙生植物8万余株。通过种植和培育,沙生植物生长良好,同时,随着草沙障中的沙子被固定,一些野生植物也长了出来。一两年前治理过的沙丘已经有了很大的改观。2016年,治沙队利用机械生物治沙,在沙漠中成功种植了十余亩试验田。种植的蔬果送到上海知名检测机构检测后,结论是:各种蔬果天然无污染,零农药残留,种植的水果含糖量高于同类蔬果。

藻类治沙固沙技术——快速形成土壤结皮,遏制土壤进一步沙化

自2009年以来,叶西丽生物荒漠化研究所的研究人员对塔克拉玛干沙漠土壤进行了系统研究,发现沙漠土壤中仍然存在生物多样性丰富的沙漠绿藻细胞。截至目前,该公司R&D人员已成功从塔克拉玛干沙漠沙样中分离纯化出1,000余株藻株,并成功完成9个采样点中7个点的沙样采集和GPS定位,差点饶过塔克拉玛干沙漠2次。

对沙漠绿藻细胞的生物学和营养学研究表明,这些细胞不仅具有独特的营养特性,而且其生物进化状态处于非常古老的发展阶段,这充分说明塔克拉玛干沙漠曾经是一片广阔的海洋,当时的藻类随着海洋的消失逐渐演变为今天的沙漠藻类。

沙漠绿藻的生命力比普通的淡水绿藻或海藻要强很多,因为极端恶劣的沙漠生活环境使得沙漠绿藻细胞具有非常特异的成分和功能。

①沙漠环境天然缺水,沙漠绿藻细胞必须积累高活性CGF才能生存;

②沙漠阳光很强,沙漠绿藻细胞必须积累大量不饱和脂肪酸,避免被辐射氧化;

③沙漠中的降水量很低,所以沙漠绿藻细胞需要积累大量的胞外多糖(富含碱性多糖),以便在有水的情况下吸收尽可能多的水分,继续其生长繁殖;

④沙漠温度高,沙漠绿藻的细胞壁(纤维素成分)必须较厚,才能有效防止水分过度流失。恶劣的生存环境造就了神奇的沙漠绿藻。

该技术提供了一种利用沙漠藻类快速固沙的方法,具有快速、高效、持久的固沙成土和施肥效果,适用于全球干旱半干旱地区的流动和半流动沙丘的固沙成土过程。

在沙漠土壤表面人工形成一层或几层藻类土壤结皮,从而改变沙漠土壤的营养成分、微生物群落和微生态循环系统,最终实现改良沙漠土壤、固定沙漠土壤、绿化土壤的新型无污染、无污染环保技术。

科学研究证明,藻类作为生物进化史上具有特殊意义的一类生物类群,在荒漠化综合治理中发挥着特殊的作用。作为殖民者,藻类不仅能在大多数生命形式无法生存的恶劣环境中生长繁殖,还能以其独特的生活和代谢方式影响和改善自然环境。藻类生物结皮在防风固沙、防止水土流失、改变水分分布等方面具有重要作用。在荒漠化日益严重的今天,利用沙漠藻类改良土壤、防风固沙具有积极意义。

总的来说,藻类生物治沙在荒漠化治理中的作用主要体现在:①快速形成土壤结皮,从而防止土壤进一步荒漠化;②沙漠藻类细胞分泌糖分的代谢可以增加土壤有机质的含量,沙漠中的固氮藻类可以使沙漠土壤中的氮元素急剧上升,藻类生物治沙后的沙漠土壤将具备高等植物生长的营养条件。

植物纤维粘合剂-技术有缺陷。

据媒体报道,重庆交通大学力学教授易志坚经过7年的反复实验,研发出一种可以将沙漠变成土壤的粘合剂。只要将这种粘合剂放入沙子中,加入适量的水,沙子就可以变成具有生态和力学性能、“万能约束”的土壤。它可以储存水、养分和空气,同时可以繁殖微生物。简单来说,它类似于沙子的一种“胶水”,会把长长的黄沙变成泥土。这一发现已成功应用于“沙漠土壤”生态修复技术,成4000亩实验沙漠已成功改造。研究成果已发表在相关权威期刊上。

沙漠和土壤的根本区别是力学上的区别:土壤颗粒之间有一个力,可以形成一个整体,而沙子是松散的,没有这个力。易志坚他们要做的就是用一种粘合剂赋予沙粒这种力量,让沙漠变成土壤。

只要加入这种植物纤维粘合剂,加水,沙子就可以获得和天然土一样的力学性能。土颗粒之间的特殊约束是普适约束,简称ODI约束。它能使土壤具有自我修复和自我调节的能力。

自我修复是指土壤遇水后可以在干湿状态之间自由切换,自我调节是指土壤可以为植物生根发芽提供空间,“拥抱”植物的根系,为植物生长提供可能。而沙子也是一种土,只是被破坏的土。如何让它看起来像是在被破坏之前可以在沙地上建造一个绿洲。

只要把沙子拌上粘合剂,加入适量的水,金黄色的沙子只需要两分钟就变成深褐色的土,用手抓也不会散开,倒进坑里也不会流失水分。

据介绍,目前,我国科研团队已将“沙漠土壤化”生态修复技术成功应用于内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠25亩试验场。

施工改造后,砂体立即固定,表现出持久的抗风蚀能力。实验区种植了70多种植物,它们长势旺盛。为了检验防治效果,研究小组在改造后的沙漠中种植了70多种植物,它们的长势都很好。为了测试安全性,该团队还邀请了第三方来测试粘合剂和“沙到土”的土壤。易志坚出示了Xi安国联质量检测技术有限公司对胶粘剂的检测报告,上述多项指标远低于国家标准。

对于这一科研成果,中国林业科学研究院荒漠化研究所研究员、中国防沙治沙工业协会秘书长杨文斌认为,目前研究还处于非常初级的阶段。一项研究,需要有实验室结果、基础结果和田间试验结果,也就是大规模的区域试验,完成后才能推广。即使区域实验有了初步结果,也不能说这是一项可以推广的技术。易教授的团队所做的4000亩实验,在普通人看来很辽阔,但对于荒漠化研究来说,4000亩面积太小,根本无法考虑。这个所谓的成果,不会达到大规模推广的阶段。

而且沙漠里有水的话,根本不处理就变成农田了。杨文斌说:“沙漠是最好的土壤,就是缺水。只要有水,就是好土。如果沙漠里有水,不需要任何劳动就可以直接种植。在沙漠中安装灌溉设备,并保持一定的植被生长密度,这是科学家们现在正在努力解决的问题。”

目前我国沙漠形成有一些自然条件,但也有一些是人为因素,特别是河套地区附近的一些沙漠地区,是人为破坏植被造成的。因此,沙丘和沙地可以分门别类进行改造,优先恢复人类过度开发造成的荒漠化地区,这些地区曾经有绿色植物生长的基础。所以改造沙漠的关键在于分类分区,不能违背自然规律。

原生沙漠形成于地质时期,是沙漠生态系统,也是生态系统。它和湿地生态系统、森林一样,是生态系统的重要组成部分。治沙不是把所有的沙地都毁掉,不是把所有的沙漠都变成绿洲。否则地表下垫面会很均匀,但不会形成气压差,不利于气流的形成,从而影响水的迁移。另一方面可能会恶化地区气候,利弊需要权衡。