关于“沙变土有待商榷”回应的再回应_风闻

吴波、郑永春 科学青年 2022-04-24 17:59吴波、郑永春 科学青年 2022-04-24 17:59

一、事情的来龙去脉

2021年12月，易志坚教授在The Innovation杂志上以Editorial的形式在线发表文章“Desert soilization-The concept and practice of making deserts bloom”，报道了他们的”沙变土”技术。这篇文章与作者此前三篇文章的内容基本相同，均没有提供实验设计和基础数据，都是科研进展的新闻报道，而非正式的研究论文（Article），包括：2016年作者在《Science China：Physics, Mechanics & Astronomy》（中国科学：物理、力学和天文卷）以Letter to Editor的形式发表的文章“Why can soil maintain its endless eco-cycle? The relationship between the mechanical properties and ecological attributes of soil”、2016年第2期在《Engineering》（中国工程院院刊）以News & Focus的形式发表的文章“沙漠‘土壤化’：沙漠化的生态力学解决方法”、2016年在《重庆交通大学学报（自然科学版）》第35卷增刊1上的文章“沙漠‘土壤化’生态恢复理论与实践”。

2022年4月4日，我们针对作者在The Innovation发表的文章，提出了对”沙变土”技术的质疑（下表中的2）。4月21日，The Innovation公众号发表了我们的微信推文——“沙变土”有待商榷（以下简称“商榷”）。

在编辑部的协调下，2022年4月20日，作者在The Innovation进行了回应（下表中的3）。4月22日，The Innovation公众号发表回应文章的微信推文——“沙漠土壤化：让科学原理和事实说话”（以下简称“说话”），我们对此表示欢迎。

但遗憾的是，作者在回应中，只是给我们扣上“证据失实失真，所作‘推断’与客观事实完全背离，可能存在其他‘杜撰’行为”等帽子，对我们提出的核心关切——提供纤维素类材料的成本、地下水消耗量、灌溉用水量等基础数据，以及平均灌溉量远大于当地农作物灌溉定额等关键问题，并未得到回应。

**我们认为，科学共同体围绕科学问题的评论、质疑和回应，与科学家之间的访问、交流、合作一样，都是推动科学进步的动力，也可以使公众对科技创新有更加深入的认识与理解，是一种重要的科普方式。我们希望把事实和道理摆出来，至于谁对谁错，每一个读者都可以有自己的判断。**为弄清其中的科学问题，促进科学普及，提升公众科学素养，更好地推动沙漠自然资源保护、沙漠化防治和生态文明建设工作，我们再次进行回应，并重申我们的核心关切。我们也希望作者用同样清晰的方式，回应我们的质疑。

二、我们的主要观点根据科学界的普遍共识，沙漠是在干旱气候条件下长期地质环境演变的结果，造成沙漠环境中植被低矮稀疏的主要原因是气候干旱缺水。沙漠地区不缺土壤，风沙土本身就是一种土壤类型。

沙漠是自然生态系统的重要组成部分，人类不可能消灭沙漠，也不应该消灭沙漠。在沙漠地区，真正需要治理的是人类不合理开发活动产生的沙漠化土地，而不是天然存在的沙漠。

作者没有认识到沙漠和沙漠化土地存在的本质区别，把在天然沙漠中种植农作物的“沙变土”试验，宣称为“沙漠化的生态力学解决方法”，是解决沙漠化问题的手段。作者的相关试验均以在沙漠中造田、种植农作物为目标，这并非需要进行科研攻关的沙漠化防治技术，也与生态文明建设的国家政策不符。

我们的主要观点包括：

**1. 对于沙漠化防治来说，“沙变土”在理论上没有创新，也不是一项新技术。**在沙土中添加有机肥或者秸秆等植物纤维物质，以改善土壤结构，增强土壤保水保肥功能，是农业生产中的传统做法；采用无机、有机材料进行农田保水和沙化土地治理始于上世纪30年代，在上世纪60年代开始采用高分子吸水材料进行固沙，包括“沙变土”技术所用的羧甲基纤维素钠等材料，但该材料因成本较高未得到推广。

**2. 在干旱的沙漠地区推广应用“沙变土”技术是不适宜的。**这些地区的降水量一般小于200mm，潜在蒸散量却高达2000-4000mm，气候干旱，蒸发强烈，水资源十分匮乏。在这些地区开展沙漠化防治或农业生产，必须把节水放在首位。现有资料和数据无法证明“沙变土”技术具有节水效果，因此不宜在沙漠地区推广。

**3. 在沙漠地区应用“沙变土”技术成本高，收益低，还可能造成地下水位下降和土壤污染，破坏沙漠生态环境。**我们在文章的标题中使用”A Misleading Way”，认为“沙变土”技术是对沙漠化防治的误导，是我们真实意思的准确表达。

三、我们提供的数据和图片真实有效作者在回应中，对我们在“商榷”一文中提供的遥感影像和图片提出质疑，提出“希望该文作者公开原始影像和来源”，并认为试验地周围缺少天然植被。在此说明如下：

我们提供的试验地周边植被分布的遥感影像，是从Google Earth Engine数据平台获取的4幅遥感影像的镶嵌图（LANDSAT/LC08/C01/T1_SR，轨道号分别为Path:130 Row:32、Path:130 Row:33、Path:129 Row:32、Path:129 Row:32，拍摄时间分别为2021年8月23日、6月20日、8月16日和8月16日）。我们通过遥感影像处理，使用监督分类方法精确提取植被（用浅绿色显示）和水体（用蓝色显示），以区别于周围的沙漠背景，植被范围与作者提供的高分二号卫星影像中的植被区域（灰黑色）一致，说明试验地周边天然植被分布较广泛。我们提供的遥感影像真实有效。

图1 我们提供的遥感数据和图片。右上为我们提供的Landsat影像提取，右下为作者在回应中提供的高分影像（右下），两幅图像反映的植被和水体范围一致。左图为局部高清图像，图中的灰色区域是试验地附近分布的天然植被。

作者认为我们在“商榷”一文中提供的显示芦苇生长良好的照片（图1）“失真失实”，我们提供的证据如下：

图2 乌兰布和沙漠建立的”沙变土”试验地（内蒙古阿拉善左旗）。上图中红色标注的是作者2017年建立的试验地，面积约4000亩（试验地1）。黄色标注的是作者2016年建立的试验地，面积约25亩（试验地2），两者相距约10千米。

图3 乌兰布和沙漠“沙变土”试验地2。上图为遥感影像（拍摄日期：2021年10月13日），显示试验地周围天然植被分布广泛；下图为东北侧丘间洼地天然生长的芦苇等植被（拍摄日期：2017年11月12日），说明该区域地下水位较浅。

作者认为我们在“商榷”一文中提供的图3照片显示的并非甘肃民勤的“沙变土”试验地，我们补充新的照片作为证据（图4），这两张照片均由当地林业部门工作人员拍摄于2022年3月22日，为同一试验地块，照片中的标牌证明该处为“沙变土”试验地的现场照片。

图4 作者在腾格里沙漠的”沙变土”试验地照片（甘肃民勤）。

图5 作者2020年在腾格里沙漠建设试验地周边的遥感影像（位于甘肃民勤）。影像日期为2021年10月13日，蓝色区域为试验地范围，坐标范围为东经103°18’1”、北纬38°25’19”（左上角）至东经103°18’17”、北纬38°25’5”（右下角）。

需要说明的是，我们的评论针对作者2021年12月在线发表在The Innovation上的”沙变土”试验文章，这一试验是在内蒙古阿拉善左旗的乌兰布和沙漠开展的。作者声称其在新疆、中东、撒哈拉沙漠地区进行了”沙变土”试验，认为我们“只针对乌兰布和沙漠，只字未提我们在其他沙漠的土壤化试验，有失公允。”但我们没有看到相关的学术论文，作者也没有提供相关的实验数据，仅有在灌溉条件下植物生长的照片。仅靠照片，我们无法确认“沙变土”技术的有效性。如果作者希望我们评论，请提供案例详情。

四、我们的核心关切未得到回应我们在“商榷”一文中提出：在作者没有提供实际用水量、地下水消耗量等基础数据，没有开展对照试验的情况下，无法证明“沙变土”技术具有节水和高产的效果。

1、对于“沙变土”技术的灌溉用水量、地下水消耗量等基础数据，作者在回应中没有提供。

2、对于“沙变土”试验地的平均灌溉量（6000吨/公顷）超过当地规定的多种作物灌溉定额的问题，作者没有进行回应。

3、证明“沙变土”技术的节水效果，应当在同类作物之间进行比较。作者在原文中，将”沙变土”试验地的用水量，与水稻的灌溉定额8250吨/公顷进行对比，得到“用水量也完全控制在当地限额”的结论，以证明“沙变土”技术具有节水效果。但作者回避了一个事实，即水稻的灌溉定额是所有农作物中最高的，而且8250吨/公顷的灌溉定额出自2020年已废止的内蒙古自治区地方标准《行业用水定额》。我们对这一做法的质疑，作者没有进行回应。

4、作者在回应中，使用了当地的地下水埋深分布图，试图证明试验地的地下水埋深大于10米，不能被植物利用，以此证明沙漠中植物能够生长是“沙变土”技术的功劳。但试验地附近的沙丘间洼地，没有采用“沙变土”技术，也同样有大片天然植被生长（图2和图3）。地下水埋深分布图显示的是地面以下饱和含水层中的稳定水面，打井通常要打到该水面。但是，决定沙生植物和农作物生长的是土壤含水量，植物不需要使根系到达地下水面就能生长。因此，要证明“沙变土”技术的有效性，作者必须开展严格的对照试验，并提供土壤含水量、灌溉用水量、地下水消耗量等基础数据。

5、我们在“商榷”一文中提出，希望作者提供所用材料的价格、有效期限、降解程度、持水能力等基础数据，因为这是评估”沙变土”技术是否具有推广价值的关键，但均没有得到回应。根据作者之前的文章和新闻报道中披露的信息，“沙变土”技术中使用的所谓的高科技粘结剂，实际上是一种羧甲基纤维素（CMC）类材料，属于高分子吸水材料中的一种，是石油化工、食品卫生等多个领域广泛应用的工业原料，也被国内外众多研究团队用于固沙试验。用“纤维素”、“ 保水剂”、“固沙剂”等关键词进行检索，可找到大量相关文献。作者对常见的CMC材料进行改性，并没有改变材料本质，也不能掩盖该类材料早已得到广泛应用的事实。

根据作者在“沙漠‘土壤化’：沙漠化的生态力学解决方法”一文中公布的数据，“沙漠‘土壤化’的材料费用和机械化施工的成本约为每公顷4500~6500美元”，按当时汇率约为每亩2000-2900元，此外，还需要投入灌溉用水、肥料和人工等费用。据我们研究，西北地区以生态恢复为主要目标的沙漠化治理技术的平均成本明显比“沙变土”技术低得多，例如，在内蒙古毛乌素沙地，目前普遍采用的流动沙丘快速固定技术（草方格沙障+人工撒播固沙植物）成本为1100-1600元/亩。而以获取经济收益为主要目标的沙产业技术需要高投入、高产出。因此，”沙变土”技术用于公益性的沙漠化土地治理，成本太高；如果采用这种投入很高的”沙变土”技术，种植玉米、向日葵、红薯、狼尾草等普通作物和牧草，收益太低，不具有经济价值。

6、作者在回应中提出“实践证明，土壤化不仅适用于普通沙子，对其他颗粒物质如珊瑚沙、破碎石子、木屑等也同样适用。这些颗粒物质土壤化后立即播种，也可发芽生长。” 这恰恰说明，作者承认了我们在商榷一文中指出的“这些颗粒只是提供了作物生长的基质，并不能解决水和肥的问题”。

土壤是指地球表面的一层疏松的物质，由各种颗粒状矿物质、有机物质、水分、空气、微生物等组成，能生长植物。真正的耕作土壤或生长沙生植被的天然土壤，颗粒中含有沙粒、粉沙、粘粒，而沙漠中的风沙土虽然是一种土壤类型，但粒径较粗，以沙粒为主。使用纤维素类材料虽然能把沙粒粘结起来，但沙粒的粒径没有变化，也没有增加水分和肥力，将这种做法称为“土壤化”是明显错误的，已被学术界多次公开质疑。

在设施农业、设施园艺等领域得到广泛应用的无土栽培技术，不用天然土壤而用基质加营养液灌溉，就可以获得高产，也是同样的道理。干旱区进行植被恢复，最缺的是水，而不是土壤。

鉴于作者刻意回避我们的核心关切，我们依然认为，“沙变土”技术节水和高产的结论缺乏证据支持。

五、只有现场照片，没有实验数据，“沙变土”不科学

作为科技工作者，创新是我们的职责和使命，作者在回应中批评我们“不能以传统成土理论、土壤成分等书本知识框定新事物”“不能以‘有水就长植物’等断言来否认新的探索”。然而，我们在“沙变土”技术中并没有看到理论创新。在此前的文章中，作者创造了“生态力学属性”“万向结合约束”“万向约束力”“沙漠土壤化”“力学治沙“”等许多新名词。我们认为，这些新名词穿着的科技创新的外衣，极易对公众产生误导。正确的做法是通过实验进行分析、测量和验证，给出明确的定义和科学的解释。

我们认为，科学研究应当秉持开放包容、实事求是的原则，科技工作者面对质疑，应当虚心听取意见、认真学习求证，遵循必要的学术规范。“沙变土”技术的有效性应该建立在科学实验验证的基础上，必须有严谨的实验设计、完整的实验记录、真实的实验数据，不能仅用一些诱人的现场照片作为证据，代替实验验证。

利用媒体炒作和夸大“沙变土”技术的成效，以新闻宣传代替科学论证，这种行为不应受到鼓励。由于作者始终无法提供基础数据，只是通过照片来证明”沙变土”技术的有效性，反驳我们的质疑，我们讨论的基础将不复存在，今后将不再进行回应。

点击左下角阅读原文：The Innovation | “沙变土”有待商榷本文内容源于Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第三期以Commentary发表的“A misleading way to transform the natural desert into farmland” (投稿: 2022-02-09；接收: 2022-03-20；在线刊出: 2022-04-04)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100237

引用格式：Liu B., Wu B., Lei Z., et al. (2022). A misleading way to transform the natural desert into farmland. The Innovation. 3(3),100237.

作者简介

吴 波，研究员，博士生导师，中国林业科学研究院荒漠化研究所常务副所长，荒漠生态学首席专家，国家林业和草原局荒漠生态系统与全球变化重点实验室主任，一直从事荒漠生态学与荒漠化防治研究。中国治沙暨沙业学会理事，中国地理学会沙漠分会理事，《联合国防治荒漠化公约》(UNCCD)科学技术委员会独立咨询专家。

郑永春，研究员，中国科学院国家天文台交叉科学研究团组，主要从事月球与行星科学研究。2000年毕业于西南农业大学环境保护专业，2005年获地球化学专业博士学位。本文通讯作者。