一位力學教授的腦洞：到沙漠去，把沙變成土

作者 | 馬力

編輯 | 路遙

版式 | 沉鈴

年輕時候的易志堅，一眼就能分辨，他是在大學部里工作或生活的人，要不然就是學生，要不然就是老師，

那時候的他，一定穿著帶有精致外翻領的T恤。他的衣服顏色很有可能是深藍色，正好印出紅色和黃色交錯的格子暗花紋，頭發黑亮，斜分，很傳統的發型式樣，不過度修剪，但整整齊齊。

一眼看過去，首先會被他的表情和眉頭吸引——他的表情是微笑的，但眉頭是微皺的。因為他總有問題在想，但這種生活帶給他的不是愁苦，而是快樂和信心，

相比下來，現在的易志堅倒不像那種典型的學者了，他一身黑色的保暖穿著，戴著一頂牛仔式樣的草帽。風很大，草帽的帽繩掛在下巴上打了個結，用來固定帽子。

△易志堅

在沙漠的一片田地里，他就這么站在一處，給大家講眼前的土地里，作物幾時種下，幾時收起，還有這些作物背后的故事。故事都與這里的人和環境有關，都是些在鄉野里發生的很落地的故事，

他眉頭緊皺的時候少了，微笑的時候更多，緊皺的眉頭被熱情替換，眼前的田地已經被分成好多區域，種著不同的作物，每一塊地在他的口中都有幾天幾夜的故事好講，

從植物的種子到植物的根，從來到地里的青蛙、野兔、狐貍、獾到干旱的時候停在農田上面的云彩。

太陽在半空懸著，田地的四周是一望無際的沙丘。此時已是深秋，田地還有一些未收盡的果實，雖然色調已由夏天的一片綠色變成與沙地融為一體的灰黃，但眼前這由綠葉彩花變成碩果累累的田地還是給人一種置于異象之中的感覺。

這片田地占地一萬四千多畝，已改造六千畝，從頭到尾走一遍，要沿著公路開上十幾公里。

田地里散布著兩個氣象站、數千個傳感器，造型像火星無人車一樣的植物表型采集車在田間跑來跑去。板房搭建起來的簡陋宿舍里，放置著一臺騰訊 Nano T-Block 一體柜，作為邊緣數據中心，它可以高效處理由氣象站、傳感器、無人車采集的海量生態數據，

這么一片地方出現沙漠里，像是一塊飛來之地。

01

朝向飛來之地

易志堅出生于 1963 年，1988 年 4 月到重慶交通大學部任教之后，他有過很多重要的學術成就。

早在二十幾年前，易志堅有一個在學界頗有名氣的研究成果——彈塑性斷裂力學線場分析方法，這是一種全新意義下的線場分析方法，后來研究材料，他發現顆粒物質到混凝土的改變實際上是一種狀態改變。

改變的機理是約束，這是一個力學的概念：約束決定了顆粒物質狀態的改變。

真正改變了易志堅研究所涯的研究成果，是一種韌性聚合物骨架孔隙混凝土路面，

這種路面的應用價值很高，這項成果曾被中央電視臺新聞聯播報道，交通部將其列入部長行動計劃，

但意料之外的是，這一系列的研究把易志堅的研究視野帶向了沙漠中的那片飛地。易志堅想，既然是約束決定了顆粒物質狀態的改變，那沙子應該也可以變成“土壤”？

從此，他一頭扎進“沙變土”的研究項目里，別人都在規劃如何頤養休憩，他卻一次次地往荒蕪的沙漠里跑，

看看他身上的頭銜——重慶交通大學部副校長，教授，博士生導師，國家“百千萬人才工程”第一、二層次人選、國家級有突出貢獻的中青年專家、國務院政府特殊津貼獲得者、重慶市首批學術和技術帶頭人、交通部“十百千人才工程”第一層次人選，如果不是 2008 年起把研究方向轉到沙漠，此時的易志堅很可能已有更高頭銜。

02

從混凝土到“沙變土”

2008 年提出設想，2009 年開始研究，在別人看來這是水變油的天馬行空。但易志堅從一開始就知道這件事情肯定能成。

沙子為什么能夠土壤化？首先要先回到土壤來看，易志堅站在烏蘭布和沙漠里演示這個已經成為現實過程。他手里握著一把已經改變形狀的沙子，還是沙子的模樣，但可以像土壤一樣聚合，

易志堅選擇用一種逆向的思維過程解釋眼前的一切。

“土壤天然有兩個力學狀態，它在干的時候是干土團，是一個固體，它在濕的時候是稀泥巴，是流變體，”

“土壤的力學特征賦予了土壤自修復和自調節生態力學屬性，土壤干了變為固體后會開裂，但是吸收水分后土壤變為流變體，可以將裂紋修復得無影無蹤。”

還有一點，土壤具有自調節生態力學屬性，“就是說土壤顆粒排列的改變不影響土壤的性質，土壤可以通過顆粒排列的改變而改變自己的體積和形狀，”這樣一來，“土壤的顆粒物質之間可以存儲水分、養分、空氣并滋生微生物，植物的根系能在其中生長。土壤溫和地抱住植物，就像母親的一雙手。”有了這些屬性，土壤才可以成為植物的載體，

易志堅要做的是讓沙成為植物的載體，而不是讓它真的變成土壤，其實就是通過顆粒約束改變顆粒物質力學狀態，簡單來說，就是把離散狀態的沙子，通過約束，轉化為固體（干土團）和流變體（稀泥巴），從而成為能夠種植植物的“土壤”。

△試驗田里種出的青椒

易志堅的團隊自行研發了一種以自然生物作為原料的植物性纖維黏合材料。一盤散沙加上這種約束材料，加水拌合，就得到了“沙漠土壤”，

在現場演示過程時，這個改變只花了一分鐘的時間，但易志堅的團隊致力于此的研究已經延續了十二年。

其間連他自己學校的老師們都納悶，易教授怎么眼見著幾年都沒有科研成果出來，他們猜測他的科研能力是不是已經喪失殆盡。

03

黃河里的一億噸泥沙

烏蘭布和沙漠位于內蒙古自治區西部，東近流經此處的黃河，西至一處名為察汗布魯克的鹽池。這片總面積約 1 萬平方公里的沙漠是挨著水的，而它的惱人之處也恰恰在此。

在遙遠的過去，烏蘭布和沙漠是黃河沖積平原上的一片草原。而現在，烏蘭布和沙漠每年要向黃河流域中直接輸入一億噸泥沙，烏蘭布和沙漠是單位長度內使黃河水含沙量增幅最大的地區之一，

并且，它還在擴張當中，每年平均東侵 8.7 米，向黃河直接輸入的泥沙也還在逐年增加。

沙漠變綠洲根本不是一件一兩年就能出成果的事情，為了將烏蘭布和沙漠每年輸入黃何的一億噸泥沙留在原地，易志堅和團隊積累了無數實驗數據，克服了無數困難，

△實驗田里產的農產品

有個品牌叫“沙漠有約”，約束材料的“約”

2008 年有了“沙變土”的構想，2009 年，易志堅的團隊就開始做起了實驗，

也是在這一年里，團隊在約束材料的研究上有了思路。植物的種植需要周期的，材料的研發和完善也需要過程，2009 到 2011 這三年里，易志堅的團隊起先是在自家的院壩、陽臺和屋頂上試種，之后再逐步在更大一點的區域里進行小塊試驗，

這三年的試驗基本確定了研究思路，等到 2012 年，他們基本就把約束材料研發出來了，這已經是提出構想后的第五年。

2013 年，團隊開始在模擬沙漠試驗。重慶沒有現成的沙漠，他們就在模擬地塊墊上 30 到 50 公分厚的碎石，在碎石上再墊上 20 到 30 公分厚的沙，再在沙上墊上土壤化的沙子，在模擬沙漠地塊里，他們不斷改進材料，以克服材料的穩定性、安全性和耐久性等問題，

這一試驗過程又持續了三年，

等真正開始在沙漠做試驗已經是 2016 年。從最初的 25 畝初試田，到數千畝的規模化實驗，從烏蘭布和沙漠到塔克拉瑪干沙漠，再到若爾蓋沙化草地，又是四年過去。

易志堅在烏蘭布和沙漠進行實驗的這4年，試驗田成為了沙漠里的奇異風景。在距離烏蘭布和沙漠幾十公里外的城市里，站在高樓上的人可以看見沙漠里那一道明顯的分割，喬木、灌木、各種草類、還有向日葵、番茄、花生、蘿卜、玉米、辣椒、茄子……田地里曾經出產過 100 多種作物。

△“沙變土”種出的農產品

在這些改善過后的一塊塊“田地”里，最讓易志堅感到開心的是一片布滿荒草的改善田地。

那片田地距離試驗田的入口有兩公里，布滿了質感粗糲的耐旱植被，試驗田經常有很多當地人來觀光，但沒人會對這片荒草感興趣。

更多的人會被成片的向日葵花吸引，會被沙地蘿卜的清香口感吸引，也許有的人會注意到田地旁邊一串串的小鳥腳印吸引。但很少有人意識到這片荒草地意味著什么，

△當地人來這塊田地觀光，最關注的是這片向日葵

經過“沙變土”的力學改造后，易志堅的團隊在這片土地里種上了耐寒的“野草”，第一年給它澆水，第二年則將其放任，易志堅沒想到，這些田地里的野草能夠一年一年持續地在這片土地里自由生長，

土壤化的沙地保水保肥的效果很明顯，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。這一片荒漠生態恢復區只需在播種發芽階段灌溉，后續生長時期則無需灌溉。

改良后的沙地既能夠存儲養分、水分和空氣，還能讓植物的根系更容易地延展，它們的根系格外強壯和發達，

拿這種沙地里的野草來說，即使到了秋冬之際，植物較為衰敗的時期，一個成年男子也要手腳并用卯足了勁才能把這樣一株野草連根拔起。這意味著這些野草在改良沙地上展現出來的生命力可以在極小的成本下行使它們固沙的使命，

04

“沙變土”可以幫上更多的忙

“沙變土”的項目行進到第 12 年，它的意義和價值還在延展，

如今阿拉善盟和易志堅的團隊正在想辦法把沙變土的試驗延展到礦山的修復上，沙變土的邏輯還可以有更多延展，包括工業棄渣的改造、偏遠軍人駐地的生存條件改造……“沙變土”的應用場景可以更廣。

這項科研成果延展的可能性也隨著騰訊的加入變得更廣闊。

2018 年，騰訊云副總裁、騰訊 IDC 平臺部總經理鐘遠河在網上瀏覽到了易志堅的“沙漠土壤”項目，想要為這個項目做點什么。

騰訊云數據中心高級工程師劉靈豐接手了這個項目，在和易志堅團隊接觸之初，劉靈豐也有疑問：“查資料過程中，關于這個課題的論文其實都不多，加上坊間對這個項目抱有是不是水變油的鬧劇的懷疑，這么重大的科研項目，從 2008 年就開始做的話，快十年了，都沒有論文成果出來，這是當時讓我有點懷疑的點，”

為了驗證心里面的疑問，劉靈豐去到重慶，與研究團隊當面接觸，她才知道易志堅其實已經有了很多關于這項技術的數據積累，

“這么多年一直在默默做事，沒有過度消費數據，他們選擇憋一個大招，一鳴驚人。 ”

劉靈豐在重慶參觀了團隊的試驗田，還帶了一部分約束材料（植物性纖維黏合材料）回深圳。她把這種約束材料放入沙中，對比沒有改造過的沙，她種出了生長情況明顯更好的大蒜，劉靈豐的懷疑徹底打消了，

△劉靈豐用大蒜做了對比試驗

2019 年，騰訊和重慶交通大學部一起成立了沙漠生態研究聯合實驗室。

在“沙變土”技術進一步擴大規模推廣的過程中，騰訊想要幫點忙，

“我們是數據中心，借助自己的技術優勢為沙漠研究項目提供智慧農業解決方案，我們希望借助 5G 大數據和智慧農業方面，可以幫上更多的忙，這是真正的科技向善，”

在聯合實驗室的科研工作中，騰訊的任務是化身技術小助手，為團隊的科研工作提供云邊協同數據計算中心、物聯網、大數據、人工智能等技術支持，

為了更好、更科學地進行科學技術的研究，騰訊建議團隊引入智慧農業的方案，把采集到的環境數據、視覺數據組建成一個強大的數據網，

現在，在烏蘭布和的試驗田地里，騰訊為科研團隊提供的邊緣數據中心已經派上了用場，專門為沙漠場景研發的騰訊云 Nano T-Block 邊緣數據中心每天都會收集、處理海量數據。

在農業 AI 模型的輸入部分，數據中心每天要監測氣象環境（風速、氣壓、溫濕度）、土壤環境（溫濕度、電導率）、水質（濁度、PH 值）環境以及用水量等，在視覺部分則主要是生物量（產量），植物表征（植物表面形態）等方面的監測，

每天，農業模型部分，數據中心會收集 2.5 萬個環境數據包和 1T 多的視覺數據。

“所有的這些數據采集上來，匯聚到 Nano T-Block 邊緣數據中心內置的 T-box 里面，數據由 T-box 傳輸至柜內服務器經過數據的清洗和初篩以后，有效數據會上傳到部署在騰訊云端的智維平臺，智維平臺會對數據進行分類和鑒別，智慧農業的相關數據，會分發一份到我們的算力平臺進行 AI 大數據模型訓練，還會同時傳一份到老師們開發的科研創新平臺，去對數據進行深度的挖掘和二次開發。”

劉靈豐介紹道，“基于這樣的性能和功能的設計，我們可以幫助科研團隊極大的提升他們的科研效率，縮短科研的用時，”

如今我們看到的沙漠農業圖景，在數據的地圖上實際上是一個個的數據點。把這些數據結合起來分析，就可以對整個沙漠生態的恢復進行科學的、有據可依的指導，數據技術的加入，讓沙漠農業走上了與靠經驗積累、靠天吃飯的傳統農業完全不同的路徑。

技術支持之外，騰訊的加入還為整個團隊提供了一種視野上的擴展。

養分和水分是怎么貯藏在改造過的沙中的？改造過沙怎么滋生微生物，怎么去形成生態群落，怎么再去影響農業？隨著研究的深入，必然有更多的學科和專業領域的知識匯聚進來，沙漠生態研究聯合實驗室成立之后，整個科研團隊又加入了生態學、人工智能領域的學者。

現在，騰訊和重慶交大團隊正在著手開發全球性的沙漠區域環境數據公共平臺，目標是為全球科研人員提供公共數據集，為研究沙漠對全球生態系統的影響提供有價值的研究資料。在合作中，騰訊為項目提供了包括數據接口、開源組件在內的技術支持服務，

在雙方的合作里，數據公共平臺是一個自然而然的前進方向，

2019年，數據公共平臺的設想由沙變土的項目團隊提出，馬上就與騰訊達成一致。

“當時聽到這個提議，第一個反應就是這個就對了，不光是把這些數據采集上來，建一個模型，再把產量提上來，我們希望有更持續的，更科學的東西，把整個沙漠生態改善的事兒繼續下去，”劉靈豐回憶道：“我們需要更多的力量，更多學科專業的聲音，去了解和理解沙漠農業與生態之間的關聯關系，從而進一步影響生態，”

會有更多的可能性在更多的地方發生，

易志堅說在沙漠里進行科研試驗的日子里，夏天是最有綠意的時候，秋天是豐收的時候，

每個季節有每個季節的好，但他最喜歡的是春天，

那時候沙漠剛剛開始變綠，這種生機意味著新的可能性，這么多年一次又一次地往沙漠里跑，為的就是這些新的、煥發生機的可能性。

End.