瞭望 | “治沙魔方2.0”、生物“面膜”……沙丘藏有“黑科技”

刷状网绳式草方格的生产效率比过去人工扎设草方格提高了60%以上，能够有效降低防沙治沙的工程成本；其耐用性也比人工扎设的高，使用寿命由3年延长至6年，且可以重复使用

“以前，熟练的林业工人三四分钟才能挖出一个树坑，现在用‘电动植苗器’，不到10秒钟可以栽下一棵树。”

固沙效果神奇的生物土壤结皮在自然条件下形成需要10～20年时间，如今，人工生物土壤结皮技术已被“解锁”，两三年时间便可形成稳定的蓝藻结皮层

文 |《瞭望》新闻周刊记者 何晨阳 苏醒

荒漠化是全球性生态治理难题。三面环沙的宁夏是我国土地沙化最为严重的省份之一，20世纪50年代，被誉为“治沙魔方”的麦草方格在位于腾格里沙漠南缘的宁夏中卫市诞生，锁住了肆意流动的沙丘，保护中国首条沙漠铁路——包兰铁路的畅通，并成为中国最早向世界输出的治沙方案。

半个多世纪以来，宁夏完成了对荒漠化的“逆袭”，实现了从“沙进人退”到“绿进沙退”的历史性转变。

在漫漫黄沙中谋求绿色生存空间，是坚韧不拔的精神角力，更是智慧的对垒。从麦草方格到“刷状网绳式草方格沙障”、从一把铁锨造林到“水分传导式精准型沙漠植苗工具”、从人拉肩扛到工程化作业，在人与沙的长期较量中，越来越多的治沙“土发明”“黑科技”得以研发应用并不断迭代升级，提高治沙效率，让中国的治沙工具箱越来越丰富。

治沙工人在宁夏中卫市境内的腾格里沙漠铺设刷状网绳式草方格沙障（2024年5月30日摄） 冯开华摄/本刊

给沙漠穿上“机织格子衫”

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头，因其曾经沙丘高度超百米而得名，这里是沙漠与黄河“握手”的地方，一侧黄河奔涌，一侧黄沙高卧。不远处，绵延的麦草方格匍匐在沙丘上，筑起一道禁锢流沙的草墙，阻挡沙漠侵袭黄河。

草方格治沙法源于包兰铁路建设期的探索。上世纪50年代，包兰铁路的修建是一项极具挑战性的工程，铁路在中卫6次穿越腾格里沙漠，长度达44公里，其中沙坡头段全为高度达百米的流动沙丘。

为“锁住”沙丘，保障铁路行车安全，科研人员、林场工人和当地百姓在实践中摸索出的草方格沙障成为包兰铁路通车初期的主要固沙方式，即在流沙表面用铁锨将麦草扎进沙里，形成１米见方的格子，半埋半露，使流沙不易被风吹起，达到阻沙、固沙的目的。时至今日，低廉、便捷、环保的麦草方格依然是中国多地治沙的主角。

风吹日晒中，手工草方格的寿命不过3年，有时还需要补扎维护，费时费力。随着劳动力减少、人力成本上涨，传统的“人海战术”已难以满足防沙治沙需求，机械治沙成为必然趋势。

2019年，中国科学院西北生态环境资源研究院研究员屈建军团队经过反复试验，研发出了“治沙魔方2.0版”——“刷状网绳式草方格沙障”，即用机器将麦草编成刷状草绳，实现关键环节的机械化生产，节省人力，便于大面积防沙治沙。

据介绍，刷状网绳式草方格的生产效率比过去人工扎设草方格提高了60%以上，能够有效降低防沙治沙的工程成本；其耐用性也比人工扎设的高，使用寿命由3年延长至6年，且可以重复使用，这项技术现已取得国家专利。

如今，“机织”草方格正在取代过去人工扎设的草方格。在中卫市市区西北方向的腾格里沙漠中，工人们正推着一台台像拖拉机车头一样的“扎草车”铺设沙障，两片代替车轮的圆形压草刀滚过，铺在沙地上的麦草便被精准“植”入沙地里，“编织”成一条条金黄色的沙障。

在“扎草车”上不去的沙丘，工人们用机器将麦草编成“毛毛虫”一样的刷状网绳，然后将“毛毛虫草绳”十字交叉铺在沙地表面，固定草绳交叉处和四周即可。

“难道不怕被风刮走吗？”面对本刊记者的提问，中卫市国有林业总场总工程师唐希明说，刷状网绳铺设后，气流通过时在格子中间会形成漩涡，使格子内的沙面形成沙漏式的凹面，就像一口大锅，把网格中央的沙子推到网绳周围，在固沙的同时也固定住了网绳。

栽一棵树只需不到10秒钟

扎草方格是固沙第一步，在草方格里栽苗种草才能形成永久固沙屏障。要在沙漠中把树种活并非易事，扎根腾格里沙漠34年的资深治沙人唐希明也曾遭遇失败。

“干沙层平均厚度30～35厘米，夏季地表温度高达70摄氏度，栽下1000多亩苗子，成活率只有40%多，达不到国家验收标准。”唐希明回想起2013年治理一片沙区的经历：“那时我愁得晚上睡不着觉，没人相信我能在这么干旱的地方把树种活。”

一根顺手捡来的木棍，给了唐希明破题的灵感。

“有一天，我干活累得走不动了，就顺手找了根木棍拄着，这一拄，拄出了一个好主意。棍子在沙漠里扎出的一个个洞，启发我设计出‘干’字形铁制植苗工具。”唐希明说。

唐希明所说的“干”字形铁制植苗工具，插进沙土就会形成距离沙面50厘米左右的深洞，而工具底端的卡口可以卡住树苗根部，双手扶好后拿脚一踩，直接把苗木根系送入45至50厘米深的湿沙层，几秒钟就能栽好一棵树，且无需额外浇水。这把“造林神器”，使得造林成活率对比传统的铁锨造林提高了25个百分点，同时造林效率提高了一倍。

2017年，这个“土发明”被命名为“水分传导式精准型沙漠植苗工具”，并获得实用新型专利，不仅在当地大面积推广使用，还被推广到了内蒙古、陕西、甘肃等地。

2023年起，唐希明又进行了技术升级，发明了“干”字形铁制植苗工具的升级版——“电动植苗器”，工作效率比第一代又提高25%左右。

沙漠里，工人手里拿着像电钻一样的工具，用钻头顶端的卡口卡住树苗根部，垂直对准沙地，按动开关，只需几秒钟，树苗便被插进了50厘米深的湿沙层。“以前，熟练的林业工人三四分钟才能挖出一个树坑，现在用‘电动植苗器’，不到10秒钟可以很轻松地栽下一棵树。”

治沙技术在进步，治沙人的理念也在不断革新，给沙漠治理打开新思路。

腾格里沙漠年均降雨量不到200毫米，蒸发量却达到2000毫米。一般情况下，一亩沙地可以扎667个草方格，但中卫市国有林业总场的治沙人员只选择其中三分之一的格子进行栽种，为的是最大限度节约用水、保证植物成活率。

“我们在这几年的试验中发现，栽多了，水量就不够用，容易出现短期‘绿’而长期‘黄’的现象。”唐希明说，固沙植物的种类选择、种植规模、密度等要根据当地的气象条件，科学绿化，以水定绿。

生物“面膜”修复沙漠“敏感肌”

草方格和灌草植物屏障阻挡了流沙的移动，真正与沙面“短兵相接”的却是更小的土壤生物。

在长期野外观测和试验中，科研工作者发现，麦草方格沙障里出现的灰黑色、绿色的像壳状的生物体能够将流沙牢牢“锁住”，固沙效果非常神奇，这些壳状的生物体学名叫做生物土壤结皮。

“生物土壤结皮对沙面固定、沙化土地功能恢复、荒漠生态系统物种多样性维持等都发挥着重要作用，被誉为‘荒漠生态系统工程师’，它的形成和发育是沙区地表稳定和荒漠生态系统恢复健康的重要标志。”中国科学院西北生态环境资源研究院研究员赵洋说，治沙的“终极目标”，就是形成珍贵的生物土壤结皮。

自然条件下，生物土壤结皮形成需要10～20年时间。能否通过人为干预加速其形成，加快沙漠治理和恢复的进程？

在中国科学院沙坡头沙漠研究试验站，人工生物土壤结皮技术已被“解锁”。科研人员经过多年探索实践，研究出人工蓝藻结皮固沙技术。

赵洋介绍，草方格沙障降低了风速，阻止了流沙的移动，一个个小小的“格子间”变成了微生物的“避风港”，通过在草方格里喷洒人工培养的蓝藻液，两三年时间便可形成稳定的蓝藻结皮层。

“蓝藻是生物土壤结皮形成的先锋物种，它能够在高温、干旱、紫外线辐射强、营养贫瘠等恶劣条件下生长和繁殖。目前我们团队已经从自然发育的蓝藻结皮中分离、纯化、筛选出了7种优势蓝藻，这些藻类都取之于沙又用之于沙，对沙漠环境的适应性较好。”赵洋说。

“干而不死、遇水复生”是生物土壤结皮的神奇之处。在中国科学院沙坡头沙漠研究试验站的人工生物土壤结皮晾干室内，科研人员许文文向本刊记者展示了风干后的蓝藻：薄薄一层，呈黑褐色，看起来犹如海苔。

“干旱缺水的条件下，藻类会进入休眠状态，遇水达到理想的生存条件又‘活’过来。我们就用这种方式来储存培养的蓝藻，使用时再次复水后，喷洒到沙面上。”许文文说。

液态蓝藻需要以水为介质，在沙漠腹地运输、取水、施工不便，科研人员研发出“固态生物土壤结皮接种体撒播+旱生灌木”的节水型人工生物土壤结皮快速地表稳定技术，将固态的“人工结皮种子”播撒到稳定的沙面上，不需要浇水，即可形成人工蓝藻结皮，效率更高，操作也更加简单。

赵洋告诉《瞭望》新闻周刊记者，经过近二十年研究，人工生物土壤结皮固沙技术已经比较成熟，目前已在黄河“几字弯”攻坚战等治沙行动中实现推广，该技术的大范围推广和应用将实现沙漠化土地治理的加速、提质和增效。