【技术破题 绿见未来】
科技日报记者 俞慧友
盛夏时节，在内蒙古鄂尔多斯鄂托克前旗毛乌素沙漠，灼热的日光将一望无际的沙面炙烤得热辣滚烫。沙漠中一块占地200亩的固废基“水核能芯”沙漠生态治理实验地里，一群来自长沙理工大学的年轻人正忙着将种植了柠条苗的特制竹篓“埋”入沙中。
竹篓里装着的生态改良基质，是长沙理工大学水利与海洋工程学院副院长、教授孙士权团队针对沙漠环境特征，利用当地固废自主研制的沙地持水性生态改良营养土。
“相比传统种植方式，这种‘盆栽’式柠条的成活率有大幅提高。经过一个旱季后，植株的成活率还能达到传统种植方式的3倍以上。”内蒙古鄂托克前旗城市建设投资有限责任公司总经理薛瑞说。
解决水资源难题
近年来，孙士权团队主要开展黑臭水体淤泥、市政污泥等固废资源化处理研究。一次团队的小组讨论会上，一名来自内蒙古的博士生提出了利用固废资源化技术开展沙漠绿色生态化治理的建议，得到了孙士权的关注。
为将这一建议落实，团队很快来到内蒙古鄂尔多斯鄂托克前旗毛乌素沙漠开展实地调研。他们发现，利用固废资源化技术开展沙漠绿色生态化治理，无法“绕开”的核心难题是水资源。根据当地林业部门规定，沙漠治理不允许使用地下水源浇灌。一是因为当地水资源短缺，二是因为灌溉易带来土壤板结、土地盐碱化等新的生态环境问题。
“刚到沙漠地区时候，我们都以为沙漠是没有水的。”孙士权说。但当团队扒拉开沙子的表面，却发现二三十公分深度的沙子竟然是湿的。这让他们既惊讶又兴奋，可以利用这些“水资源”种植物！
深层沙子中“储藏”了水，缘何平时种植物成活率却不高？团队研究发现，沙漠中的沙子有较高的致密性，这些细密的沙子将蕴含其中的水分紧紧“锁住”，弱小的植株苗根系很难汲取利用水分。
这意味着，即便团队能利用当地固废制造出适合植物生长的营养土，但土壤周边致密性高的沙子也会很快将营养土压实，再度形成大的静压，阻碍植株对水的汲取利用。
要想发挥营养土的作用，他们就需要在深层沙子中打开一片“生命空间”。团队历经一年实验，最终利用竹子，设计和制造了一款特制的“能芯”竹篓。将竹篓埋于沙中，可将营养土和周边沙子进行弹性“隔离”，一定程度减载营养土间隙水、毛细水的压力，在沙中形成适宜植株苗生长的水分和能量利用环境。此外，竹子经三五年时间就可实现生物降解，既不污染环境又能为植物提供营养。而三五年后，植株已在沙中站稳“脚跟”，无需竹篓的“保护”，也有了汲取沙中水分的能力。
团队在实验室模拟沙漠植株种植实验，在竹篓的“保护”下，沙柳等沙漠固沙防沙植物的发芽率超过了95%，成活率达90%以上。
营养土构建“微水库”
要实现沙漠植株的高成活率，在不使用灌溉水的条件下，团队需要解决的核心技术难题是：研制出既能吸收沙漠中深层沙子间毛细水，又能抵抗高温蒸发与风蚀的“水核”式营养土。
孙士权介绍，花圃、农田使用的营养土，其保水性和吸水性无法满足沙漠特殊环境对水的特殊需求。为了让沙漠用营养土在不使用保水剂的前提下具有更好的保水性，团队开发“水核”式营养土的制备工艺。
团队筛选驯化培育了一类革兰氏阴性、杆状好氧发酵高温复合EMs菌，通过这一菌种将有机固废中有机物分解为具有更多酰胺和羧基亲水基团的物质，攻克了固废资源化产品的保水与吸水性关键技术难题。之后，团队以当地市政污泥、羊粪和煤矸石等有机固废为原料，利用EMs菌进行序批式连续进料高温好氧发酵实验，通过大量实验，不断优化原料配比、碳氮比、含水率、曝气量、腐熟周期等，最终探索出一套亲水基团丰富、吸水性佳、蒸发性低、持水性优的营养土制备工艺。通过这一工艺研制出的营养土保水率超过150%，打破了一般沙漠改良剂无法集取沙子间毛细水的技术瓶颈。
2025年初，团队在毛乌素沙漠腹地的鄂托克前旗昂素镇嘎查克仁格图试验田中，应用“水核”式沙漠高持水性生态改良剂种植沙柳。虽然历经春季历史性大旱，试验田里沙柳成活率依然达到了90%，高出传统种植成活率近1倍，而柠条成活率更是传统种植方式的3倍。
田里墒情站实时监测数据显示，“能芯”竹篓内沙土的水分含量不随干旱气候变化而变化，“水核”营养土成功构建起了沙漠里的“微水库”，为沙柳等沙漠植物生长供给了珍贵的水资源。孙士权解释，当营养土的湿度保持在略低于沙子中水分湿度的状态下，它就会像一个埋在沙漠中的“微泵”，成为盆栽式竹篓中苗木的“微水库”。
孙士权透露，下一步，团队拟与鄂托克前旗城市建设投资有限责任公司进一步合作，利用这一成果开展2000亩沙漠治理的推广。同时，团队也与新疆、甘肃等省份治沙单位开展了前期合作，着力将“水核能芯”生态治沙技术逐步推广至全国，为我国沙漠生态治理以及沙地生态恢复提供新方案。
