沙漠能变成土壤吗?.docx
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1、沙漠化是指土地的退化。作为一个严重的全球性环境问题,沙漠化已经引起了国际社会的广泛关注。1994年,联合国通过了联合国防治荒漠化公约。从那时起,世界各国在防治沙漠化方面做出了不懈的努力。然而,沙漠化的蔓延并没有得到有效的控制,情况甚至变得更糟:它正在以每年5000070000km2的速度扩张。目前,遭受全球沙漠化威胁的沙漠面积和其他干旱地区的土地面积己达地球陆地面积的41.3%。在中国,沙漠化土地的面积已达1.73x10krv,占国土总面积的18.03%,并且另有3.1l05km?的土地有明显沙漠化的趋势。沙漠治理是一个全球性的挑战。现行的沙漠治理方法可分为三类:工程治沙、化学治沙和植物治沙。
2、这些方法在沙漠治理中发挥着积极的作用。工程治沙是通过建立草方格沙障和沙栅栏等障碍物来阻止沙子的移动;化学治沙是通过向沙漠表面喷洒乳化沥青或聚合物乳胶等来固化沙子表层;植物治沙是通过种植沙生植物来修复沙漠。然而,以上这些方法均不能改变沙子的材料特性,使其获得土壤特性。沙漠“土壤化是笔者在沙子土壤化”的基础上提出的一个科学命题,是沙漠治理普遍方法的一个有潜力的替代方法。沙子“土壤化,即沙变土,是笔者在土壤生态力学属性的基础上发现并实现的一个奇妙转化。首次发现土壤的力学特性和生态属性密切相关。土壤在湿时为流变状态,在干时为固体状态,并且可以在这两种状态之间稳定转换。土壤的这种力学特性赋予了其自修复和
3、自调节这两大生态力学属性。Yi等的分析表明,土壤的自修复和自调节这两大生态力学属性是使其保持生生不息的生态循环及成为植物理想载体的前提条件,一旦丧失,土壤就会退化,并出现两种极端情形一一土壤板结或土壤沙漠化。基于以上发现,Yi等通过在沙子颗粒之间施加适当的约束,实现了沙子“土壤化。按地质学或工程学的定义,沙子通常处于离散状态,其颗粒之间的约束为接触约束。当在沙子颗粒中加入适当黏度的水溶性物质并均匀混合后,沙子颗粒间将形成具有“万向性和可恢复性的全方位综合(ODl)约束,沙子将从离散状态转变为流变状态(湿土)。当添加的水溶性物质中的水分蒸发后,ODl约束将转化为固结约束,沙子将转变成固体状态(干
4、土)。土壤化后的沙子具有自然土壤的力学性能,可以在流变状态和固体状态之间稳定转换。因此,壤化的沙子具有与土壤相同的生态力学属性。由于沙子颗粒间的ODl约束通过加入水溶性物质形成,“土壤化的沙子对水分、养分和空气具有很强的存储能力。可见,由沙子变成的“土,与自然土壤在力学特性和生态属性上没有区别。Yi发现,沙子一旦被,土壤化,就会变得适合植物生长,成为植物的理想载体。从2013年开始,笔者在中国重庆市南岸区两处户外试验地(面积分别为550rv和420m2)进行了种植试验。试验模拟了沙漠沙层的渗透条件一一先在地面上铺设2030cm厚的碎石层,再在碎石层上铺设1525cm厚的未作任何处理的普通河沙(
5、购买的无含泥量的建筑河沙),然后,将细度模数分别为1.22、2.97和3.71的三种类型的洁净河沙与由植物提取的一种改性效甲基纤维钠(CMC)溶液(溶液中包含2%的改性CMC和5%的复合肥料)以1:0.15的重量比混合,得到沙变土,并按1020cm的厚度分别铺设在纯沙层上。除了河沙,其他几种颗粒材料(包括由石料制成的机制沙、混有机制沙的河沙以及混有锯末的河沙)在“土壤化后也被用于种植试验。笔者在“土壤化的沙子中种植了多种多样的植物图1(八),如稻谷图1(b)、玉米图1(c)和红薯图1(d)等。种植至今,这些植物每年都经受住了当地频繁暴雨和连晴高温的考验。在连晴高温期间,按不同时间间隔为植物适当
6、补水。这些植物每年两熟,在不同“土壤中的生长均十分繁茂。试验地中的约束材料仅在2013年春天首次对沙子土壤化时使用,之后,除了从2014年开始每年添加适量的复合肥外,未再继续添加约束材料。2014年和2015年,笔者将试验地中产出的玉米、红薯、土豆、萝卜和油菜与附近自然土壤里产出的同种庄稼进行了比较。结果表明,试验地中庄稼的产量均明显更高,其中,土豆、红薯和萝卜等土中生长的块茎或块根植物的个头和产量均提高50%以上(其机理将在笔者后续土壤生态力学的论文中论述)。种植试验表明,沙变土并没有因为暴雨的冲刷而变回到原始的离散颗粒,相反地,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
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