科技日报记者 俞慧友
7月12日，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漠炙烤得热辣滚烫。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。
每个竹篓中栽种着两株柠条苗。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。
为植株苗开辟“生命区”
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，一名来自内蒙古地区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，这立刻得到了孙士权的认可。
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，生态化治理无法“绕开”的核心问题是水源之难。
根据当地林业部门规定，沙漠治理不允许使用地下水源。一是当地水资源短缺，二是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，却发现在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，这些“水资源”可以利用来种植物！
深层沙子中“储藏”了水，缘何平时种植物成活率却不高？团队通过分析研究发现，沙漠中的沙子有较大的致密性，使沙中的“毛细水”在沙子间的张力是土壤中张力的数倍。换言之，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从中将水分汲取利用。
这意味着，即便团队能将利用当地固废制造的营养土填充在沙中用于为植物生长提供营养，但土壤周边致密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，他们就需要为营养土在深层沙子中谋得一片“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”，一定程度减少营养土间隙水、毛细水的压力，在沙中形成适宜植株苗生长的良好的水分和能量利用的环境。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。历经三五年时间的成长，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。
团队通过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。
“水核”营养土构建沙漠“微水库”
要实现沙漠植株的高成活率，在不使用灌溉水条件下，团队需要解决的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，其他应用场景如花圃、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更多亲水官能团，攻克了固废资源化产品的保水与吸水性关键技术难题。
利用当地市政污泥、羊粪和煤矸石等有机固废为原料，以EMs菌进行序批式连续进料高温好氧发酵，团队通过大量实验，不断优化原料配比、碳氮比、含水率、曝气量、腐熟周期等工况，最终探寻出一套亲水性官能团丰富、吸水性佳、蒸发性低、持水性优的营养土制备工艺，研制出的营养土保水率超过150%，形成了“水核”式沙漠高持水性生态改良剂，打破一般沙漠改良剂无法汲取沙子间毛细水的技术瓶颈。
2025年初，团队将“水核”式沙漠高持水性生态改良剂应用于毛乌素沙漠腹地鄂托克前旗昂素镇克仁格图嘎查克仁格图试验田种植沙柳。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。
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有效新方案。
（受访者供图）
