【技術破題 綠見未來】

科技日報記者 俞慧友

盛夏時節(jié)，在內蒙古鄂爾多斯鄂托克前旗毛烏素沙漠，灼熱的日光將一望無際的沙面炙烤得熱辣滾燙。沙漠中一塊占地200畝的固廢基“水核能芯”沙漠生態(tài)治理實驗地里，一群來自長沙理工大學的年輕人正忙著將種植了檸條苗的特制竹簍“埋”入沙中。

竹簍里裝著的生態(tài)改良基質，是長沙理工大學水利與海洋工程學院副院長、教授孫士權團隊針對沙漠環(huán)境特征，利用當地固廢自主研制的沙地持水性生態(tài)改良營養(yǎng)土。

“相比傳統(tǒng)種植方式，這種‘盆栽’式檸條的成活率有大幅提高。經過一個旱季后，植株的成活率還能達到傳統(tǒng)種植方式的3倍以上。”內蒙古鄂托克前旗城市建設投資有限責任公司總經理薛瑞說。

解決水資源難題

近年來，孫士權團隊主要開展黑臭水體淤泥、市政污泥等固廢資源化處理研究。一次團隊的小組討論會上，一名來自內蒙古的博士生提出了利用固廢資源化技術開展沙漠綠色生態(tài)化治理的建議，得到了孫士權的關注。

為將這一建議落實，團隊很快來到內蒙古鄂爾多斯鄂托克前旗毛烏素沙漠開展實地調研。他們發(fā)現，利用固廢資源化技術開展沙漠綠色生態(tài)化治理，無法“繞開”的核心難題是水資源。根據當地林業(yè)部門規(guī)定，沙漠治理不允許使用地下水源澆灌。一是因為當地水資源短缺，二是因為灌溉易帶來土壤板結、土地鹽堿化等新的生態(tài)環(huán)境問題。

“剛到沙漠地區(qū)時候，我們都以為沙漠是沒有水的。”孫士權說。但當團隊扒拉開沙子的表面，卻發(fā)現二三十公分深度的沙子竟然是濕的。這讓他們既驚訝又興奮，可以利用這些“水資源”種植物！

深層沙子中“儲藏”了水，緣何平時種植物成活率卻不高？團隊研究發(fā)現，沙漠中的沙子有較高的致密性，這些細密的沙子將蘊含其中的水分緊緊“鎖住”，弱小的植株苗根系很難汲取利用水分。

這意味著，即便團隊能利用當地固廢制造出適合植物生長的營養(yǎng)土，但土壤周邊致密性高的沙子也會很快將營養(yǎng)土壓實，再度形成大的靜壓，阻礙植株對水的汲取利用。

要想發(fā)揮營養(yǎng)土的作用，他們就需要在深層沙子中打開一片“生命空間”。團隊歷經一年實驗，最終利用竹子，設計和制造了一款特制的“能芯”竹簍。將竹簍埋于沙中，可將營養(yǎng)土和周邊沙子進行彈性“隔離”，一定程度減載營養(yǎng)土間隙水、毛細水的壓力，在沙中形成適宜植株苗生長的水分和能量利用環(huán)境。此外，竹子經三五年時間就可實現生物降解，既不污染環(huán)境又能為植物提供營養(yǎng)。而三五年后，植株已在沙中站穩(wěn)“腳跟”，無需竹簍的“保護”，也有了汲取沙中水分的能力。

團隊在實驗室模擬沙漠植株種植實驗，在竹簍的“保護”下，沙柳等沙漠固沙防沙植物的發(fā)芽率超過了95%，成活率達90%以上。

營養(yǎng)土構建“微水庫”

要實現沙漠植株的高成活率，在不使用灌溉水的條件下，團隊需要解決的核心技術難題是：研制出既能吸收沙漠中深層沙子間毛細水，又能抵抗高溫蒸發(fā)與風蝕的“水核”式營養(yǎng)土。

孫士權介紹，花圃、農田使用的營養(yǎng)土，其保水性和吸水性無法滿足沙漠特殊環(huán)境對水的特殊需求。為了讓沙漠用營養(yǎng)土在不使用保水劑的前提下具有更好的保水性，團隊開發(fā)“水核”式營養(yǎng)土的制備工藝。

團隊篩選馴化培育了一類革蘭氏陰性、桿狀好氧發(fā)酵高溫復合EMs菌，通過這一菌種將有機固廢中有機物分解為具有更多酰胺和羧基親水基團的物質，攻克了固廢資源化產品的保水與吸水性關鍵技術難題。之后，團隊以當地市政污泥、羊糞和煤矸石等有機固廢為原料，利用EMs菌進行序批式連續(xù)進料高溫好氧發(fā)酵實驗，通過大量實驗，不斷優(yōu)化原料配比、碳氮比、含水率、曝氣量、腐熟周期等，最終探索出一套親水基團豐富、吸水性佳、蒸發(fā)性低、持水性優(yōu)的營養(yǎng)土制備工藝。通過這一工藝研制出的營養(yǎng)土保水率超過150%，打破了一般沙漠改良劑無法集取沙子間毛細水的技術瓶頸。

2025年初，團隊在毛烏素沙漠腹地的鄂托克前旗昂素鎮(zhèn)嘎查克仁格圖試驗田中，應用“水核”式沙漠高持水性生態(tài)改良劑種植沙柳。雖然歷經春季歷史性大旱，試驗田里沙柳成活率依然達到了90%，高出傳統(tǒng)種植成活率近1倍，而檸條成活率更是傳統(tǒng)種植方式的3倍。

田里墑情站實時監(jiān)測數據顯示，“能芯”竹簍內沙土的水分含量不隨干旱氣候變化而變化，“水核”營養(yǎng)土成功構建起了沙漠里的“微水庫”，為沙柳等沙漠植物生長供給了珍貴的水資源。孫士權解釋，當營養(yǎng)土的濕度保持在略低于沙子中水分濕度的狀態(tài)下，它就會像一個埋在沙漠中的“微泵”，成為盆栽式竹簍中苗木的“微水庫”。

孫士權透露，下一步，團隊擬與鄂托克前旗城市建設投資有限責任公司進一步合作，利用這一成果開展2000畝沙漠治理的推廣。同時，團隊也與新疆、甘肅等省份治沙單位開展了前期合作，著力將“水核能芯”生態(tài)治沙技術逐步推廣至全國，為我國沙漠生態(tài)治理以及沙地生態(tài)恢復提供新方案。