沙漠花開腳下沙土與遠處浩瀚沙漠的對比

      11月上旬，在初冬寒意的籠罩下，內蒙古阿拉善盟的沙漠更顯荒涼，而與之形成鮮明對比的，是“沙改土”試驗基地內殘留的生機。

“如果你們夏天來，這里一大片都是綠油油的，對比會更加明顯。”重慶交通大學副校長易志堅向記者介紹。盡管少了顏色的映襯，但當記者站在試驗基地內，腳下沙土與遠處浩瀚沙漠的對比，差別仍然十分明顯。

      穿梭在試驗基地中，記者看到了成片的、尚未收割的西瓜、番茄、辣椒、白蘿卜、花生，工作人員表示，10月份的一場霜降后，這些果實已經不適宜采摘，而之所以沒有趁早收割，一方面是為了保留果實供人參觀，另一方面是這些果實爛在地里，更有助于改善沙土肥力。

種植這些農作物，也是“沙改土”試驗的一個重要環節。有觀點認為只要有水，沙漠就能生長植物，并不需要對沙漠進行改造，但易志堅告訴記者，沙漠有水確實可以讓沙生植物生長，但非沙生植物即便有水，它長到一定程度也不會繼續生長。

     而在試驗基地內，經過土壤化改造后的沙地，可以種植各類植物。在用水量方面，易志堅介紹，因為沙漠土壤化后的保水保肥效果明顯，所以平均灌溉量低于每畝400方，遠低于當地每畝550方的節水灌溉定額。如果是種植耐旱植物，則僅在播種發芽階段需要灌溉，后續生長則無需灌溉。

在種植農作物的過程中，還有了一個驚喜的發現，即土壤化的沙地上種出的植物根系更加發達，產量更高，果實也更加好吃?！拔覀儽旧碇幌胫軌蛏L植物就可以了，但沒想到植物的生長會比普通田地還要好。”易志堅說。

導致這一現象出現的，是沙漠土壤化產生的獨特土壤結構。一般而言，“沙改土”會對沙漠表面20-30厘米的沙子進行土壤化改造，這使得這些地塊的剖面結構分為了上下兩層，上面是可保水保肥、相對緊密的土壤化層，下面則是原有的離散沙子。

這種結構下，植物的根系會非常發達，從而使其吸收水、肥的能力更強。去年，阿拉善盟農牧局曾組織過一次高粱測產，試驗基地的最高畝產是932公斤，平均畝產是789公斤，遠高于全國2017年的最高平均畝產324公斤。

     2019年，試驗基地將收獲的果實以“沙漠有約”品牌拿到超市售賣很受歡迎。這也讓易志堅對“沙改土”更有信心，因為這證明了沙漠土壤化的實施，可以讓當地致富。

     對于食品安全問題，易志堅稱，約束材料都是植物提取，無毒無害，也都通過了檢測，而且內蒙古的試驗基地已經通過綠色食品產地環境檢測，今年種植的農產品也通過了綠色食品認證。

     至于“沙改土”的成本，易志堅告訴記者，由于采用了機械化、規模化的施工，再加上需要加入的約束材料數量很少，整個改造過程只需加入一次材料，所以改造成本一般是在每畝2000-5000元。

神奇的“沙改土”

      在2008年之前，易志堅對沙漠幾乎一無所知，一次偶然的想法，讓他與沙漠結下了不解之緣。

易志堅從2003年起擔任重慶交通大學副校長，長期從事力學、道路、橋梁、材料等學科的教學、科研工作。2008年，其在進行韌性聚合物骨架孔隙混凝土路面的研究時，忽然發現從顆粒物質到混凝土實際上是一個狀態的改變，而改變的機理是約束（物理學名詞）決定了顆粒物質的狀態。

     當時，易志堅腦海中第一時間想到的就是沙漠，如果能通過約束把離散的沙體團聚在一起，那沙漠也就實現了向土壤狀態的改變。

一直以來，沙漠化的治理都是世界級難題，如今，全球荒漠化正以每年五萬到七萬平方公里的速度擴張，中國的沙漠化土地面積也達到173萬平方公里，每年造成的經濟損失上千億元，近4億人直接或者間接受到沙漠化的影響。

作為土生土長的重慶人，易志堅此前從未見過真正的沙漠，但他覺得，如果沙漠土壤化的研究能成功，那對遏制沙漠化和增加土地利用，都有著重大意義。

      從2008年提出沙漠土壤化設想，到后面的材料研究，以及沙漠模擬實驗、規?；瘜嶒?，易志堅在這個項目上一做就是12年。

對于這個項目，易志堅并不愿意將它簡單概括為“沙變土”，因為本質上，沙子的化學成分沒有被改變，改變的是沙子之間的物理形態，所以稱其為“沙改土”更合適。

      易志堅告訴21世紀經濟報道記者，土壤天然具備兩個力學狀態，一個是干燥時的固體狀態，另外一個是含水時的流變體狀態，而這，也讓土壤擁有了自修復能力和自調節屬性。

     所謂自修復能力，是指一般的固體在損壞之后，很難修復，但土壤在固體狀態干裂后，通過吸收水分可以變為流變體，裂紋也隨之消失。同時，土壤的自調節屬性，保證了土壤顆粒排列的改變不會影響土壤的性質，這也是植物根系能在土壤中生長的原因。

而易志堅要做的，就像利用水泥制作混凝土一樣，通過在沙漠中加入約束材料，使沙漠具有土壤的力學狀態。實際上，整個土壤化過程非常簡單，記者看到的演示過程，其實就是在沙子中加入粉末狀的約束材料，然后再加水攪拌，當沙子呈現出流變體狀態時，土壤化工作便已經完成。

治沙11年

       在這個過程中，最核心的環節就是約束材料。從2008年提出想法、2009年開始做試驗，易志堅帶領團隊在研究約束材料以及驗證沙漠土壤化可行性上就花了4年時間。其間，整個研究團隊不斷完善約束材料，并在院壩、陽臺、屋頂等地方試種，到了2012年，“沙改土”的思路得到了初步驗證。

2013年，研究團隊開始在重慶進行模擬沙漠試驗，具體方法是在模擬地塊上墊30-50厘米的碎石，然后在碎石上再墊20-30厘米的沙子，最后在這層沙子上，墊上一層經土壤化改造的沙子。在這層改造后的沙子上，研究團隊種出了果實。

這個沙漠模擬試驗，易志堅連續做了三年，他告訴記者，從2009年到2015年，整個團隊主要是通過小塊試驗研究驗證沙漠土壤化原理和實際效果，同時研發植物纖維粘合材料（即約束材料），正是在沙漠模擬試驗中，團隊逐漸克服了材料的穩定性、安全性和耐久性問題。

在沙漠模擬試驗也得到驗證后，易志堅開始了規?；囼?。2016年，研究團隊首次走進真正的沙漠，他們在內蒙古烏蘭布和沙漠開辟了一塊25畝的試驗基地，經過沙漠平整、土壤化改造等一系列操作后，5月份播下種子，兩個多月后，70多種植物便已經郁郁蔥蔥。

“這給了我們非常大的鼓勵?！币字緢哉f。隨后2018年，研究團隊將烏蘭布和的沙漠試驗面積進一步擴大到6000畝，與此同時，“沙改土”項目也走出烏蘭布和沙漠，在新疆塔克拉瑪干沙漠、四川阿壩州若爾蓋沙化草地等地開展了試驗，試驗面積增至10000畝。

易志堅說，“2016年時，我們的試驗還僅僅是驗證植物在土壤化后的沙漠是否能夠生長，到了2018年，我們在規?；囼炛?，便已經開始進行優勢植物的選擇和研究”。2019年，“沙改土”試驗版圖進一步擴大，新增了西藏、撒哈拉沙漠、中東沙漠、西沙島礁等地，試驗面積也達到了17000畝。

拒絕“靠天吃飯”

實際上，隨著整個項目的推進，易志堅團隊也遇到過一些棘手的難題。重慶交通大學沙漠生態研究院副院長趙朝華告訴記者，一開始，整個團隊沒有人懂農業，所以剛到沙漠的時候，就是找專業種植的人跟他們學習。

但隨著試驗開始進入規?；?，研究團隊發現，傳統的農業是靠天吃飯，一些決策都是靠經驗積累，而這會帶來很多風險和不可控因素。比如傳統的土地耕種，需要每年進行翻地使土壤變得松軟，但在試驗改造的沙漠中，30厘米的土層下面都是離散的沙子，不需要翻土根系也可以自由舒展。

而沙改土本身就是一個試驗中的科研項目，如果還要對傳統農業種植經驗進行逐一驗證，耗時長不說，對項目本身可能也會帶來影響。所以，為了更科學高效地對沙漠農業和生態進行研究，研究團隊就需要采集分析農業生產數據。

2018年加入團隊的蔣學皎，主要負責數據分析相關工作。她告訴記者，研究過程中，需要采集非常多類型的數據，比如溫度、光照、水分等環境因素，還需要對果實進行識別、病蟲害監測，以及測量株高、計算出苗率、產量等等。

復雜的數據類型也帶來了數據處理工作的激增，比如僅在作物產量方面，團隊就需要使用環境采集系統、田間植物表型采集系統、高光譜采集系統、全時視頻監控系統等采集大量數據，每天至少會產生1T的數據量。

“數據采集回來后，如何分析成為了一個巨大挑戰。”蔣學皎說，“項目組的一位老師，曾在個人電腦上用深度學習框架做目標檢測，800多兆的數據集跑了三天也沒算出結果，如果要處理1T的圖片，可能需要計算數月乃至一年?！?/p>

而處理這類大量數據，恰好是騰訊云所擅長的。實際上，早在2018年，騰訊云副總裁、騰訊IDC平臺部總經理鐘遠河就注意到了易志堅的“沙改土”項目，并主動派人去聯系希望能提供一些技術支持。

騰訊云“入局”

經過一年的接觸溝通，2019年10月，騰訊與重慶交通大學合作成立了沙漠生態研究聯合實驗室。在這個實驗室中，騰訊扮演的是科技助手的角色，為學校科研工作提供云計算、邊緣計算、大數據、AI、IoT等方面的先進技術。

目前，一個由物聯網傳感器、邊緣網關以及一體柜組成的邊緣數據中心——騰訊云Nano T-block，已經在內蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地中部署完成。據騰訊云數據中心高級架構師劉靈豐介紹，借助Nano T-block，科研團隊所需的數據通過物聯網傳感設備采集后，會經由邊緣網關傳輸至柜內服務器，經過對數據的清洗和初篩，再把有效數據上傳到云端的智維平臺進行分類和鑒別。同時，云端訓練出來的AI模型也能下沉至Nano T-block邊緣數據中心，進一步推動數據的就近處理。

劉靈豐告訴記者，這樣一個柜子，算力最大可支持5120個虛擬核同時計算，這也意味著，原先科研團隊用普通電腦需要計算4個月的數據，Nano T-block只需要一個小時就可以完成。

      實際上，為了讓Nano T-block可以在沙漠地區使用，騰訊團隊還為它做了定制化處理。比如讓Nano T-block能適應零下45度到55度的惡劣天氣，還擁有防風沙組件，此外，運維人員也能夠借助騰訊云數據中心智維平臺對Nano T-block實現遠程調控和運維。

易志堅告訴記者，一個科研項目想實現真正產業化，必須要做三年甚至更長時間的試驗，在試驗過程中，犯錯可以接受，但一旦產業化之后，犯錯的成本就會非常高。所以，“沙改土”項目在未來至少三年，還都會處于試驗推廣的階段，在這個階段，團隊也會做進一步的研究和數據積累。

      實際上，對于“沙改土”項目，易志堅團隊也在研究它對整個氣候是否會帶來改變。如果通過沙漠土壤化帶來的生態恢復，對氣候有正向的改變，哪怕是只增加了一點降水，那對整個沙漠地區都有著重要意義。而生態方面的研究，又涉及氣象數據等，僅靠易志堅的團隊是無法實現的，需要與騰訊合作完成。

     1963年出生的易志堅已經接近花甲之年，他告訴記者，很多和他同齡的人都已經開始思考如何養生了，而他還在不斷往沙漠跑。對他而言，沙改土項目已經不僅僅是個科研項目，而是一個十分有意義的事業，他也樂在其中。

     前年，易志堅把試驗基地種植的高粱釀了酒，并取名為“沙之約”。他說，這個名字有兩層含義，一個是約束，因為“沙改土”原理就是在沙子里加入約束材料，另外一個是約定，當年他在研究力學的時候突然想到改造沙漠，這似乎是他與沙漠之間的一種約定。