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从治理荒漠化到拓殖火星:中国科学家走向未来

2018-12-17 17:20 来源:新华社客户端 参与互动 
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  刘永定在沙漠调查藻类生物结皮。(受访者供图)

  新华社武汉12月10日电(记者喻菲、胡喆、谭元斌)内蒙古达拉特旗的牧民一直与沙尘暴抗争着。一阵大风吹来,人都睁不开眼。大片农田被沙子掩埋。

  20世纪80年代沙漠化最严重时,达拉特旗解放滩镇就有100多户牧民不得不迁居他乡。

  十多年前,一些科学家来了。他们每年夏季逐次渐进地往荒漠上喷洒一种绿色液体,沙地渐渐发生了改变:先是结上一层“皮”,这层皮越来越厚,沙子不再移动;沙逐渐变成了土,苔藓、地衣、小草、动物都来了;土壤越来越厚,植被恢复起来。

  阻止风沙肆虐的功臣就是30多亿年前地球上最早出现的植物:藻类。

  对藻类研究了30多年的中国科学院水生生物研究所研究员刘永定说,有一类藻可以在荒漠中生存,它们不怕晒,不怕冻,不怕旱,能耐受60摄氏度高温,有抗紫外线辐射能力。

  科学家在喷洒荒漠藻。(受访者供图)

  抢救民族根本

  荒漠藻强大的生存能力让刘永定有个想法:用人工方式,让荒漠藻固定流沙。

  然而,在自然条件下,荒漠藻需要十几年才能形成结皮,太过漫长。刘永定带领团队从采自各地的样品中分离出数十个荒漠藻株系,从中选出最优秀的藻种,并创新生产技术,最快一年就可让荒漠藻形成结皮。

  中国是世界上荒漠化最严重的国家之一,荒漠化面积已占国土面积的27.3%,近4亿人口遭受荒漠化的危害。全国因荒漠化导致772万多公顷耕地退化,67万公顷粮田和235公顷草地变成流沙或沙漠。加强荒漠化的综合治理与资源开发利用是关系到国计民生的大事。

  “土地是一个民族的根本,每年因为荒漠化丧失的土地不亚于人为污染。我们的研究不是一时兴起,我们国家需要这样的探索。”74岁的刘永定说。

  “尽管我们20多年前开始这项研究时没有钱,很困难,但我们一直坚持做这件事。”刘永定说。

  他说:“我们不可能把沙漠都变成绿洲,那会破坏地球热平衡。我们针对的是荒漠化,要制止土地变成荒漠,让荒漠化的土地恢复。河西走廊以及黄河河套地区在古代就是‘风吹草低见牛羊’的地方,现在却是一片荒漠,把那里恢复应该是有可能的。”

  治沙人员向荒漠中喷洒藻类。(受访者供图)

  退沙

  大多数研究藻类的科学家都往有水的地方跑,刘永定却往沙漠跑。在沙土中,他发现了一个极其丰富的世界。

  他的研究无论是从空间还是时间都跨越了巨大的尺度。从内蒙古的呼伦贝尔到新疆的塔克拉玛干沙漠,刘永定团队都进行了采样;从上世纪50年代的样本到今天的荒漠藻结皮,他们都做了比较研究。仅仅从一小块成熟的荒漠藻结皮样品中,他们就发现700多种生物。

  如今,刘永定团队发明的藻类治理荒漠化技术已经在库布齐沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地等地推广应用。

  在项目实施区,流动沙地由治理前的60%减少到10%,固定沙地增加到90%;林草覆盖率由项目实施前的不足15%提高到80%以上,有效地控制了风沙的危害并取得了显著的社会效益。

  “形成1公分厚的耕作土壤需要100年,形成20公分厚的耕作土壤需要2000年。我们能在几年内形成几公分厚的土壤,长出植物,是一件让人高兴的事。”刘永定说。

  他说,自己上世纪80年代到德国留学时,还感到很忧心,那时中国太落后了,但现在一点都不自卑了,只有中国人完成了用荒漠藻治理沙漠化的研究和技术创新。

  中国的沙漠向西与中东、非洲的沙带是贯通的。刘永定认为他的技术可以推广到更多地方,服务“一带一路”。他的研究吸引了很多欧美科学家来参观、交流、学习。法国科学家希望与中国科学家合作,用荒漠藻结皮技术为沙漠中的公路、村庄锁边。他还被法国政府授予法兰西学术教育金棕榈统帅勋章。

  植被逐渐在荒漠中恢复。(受访者供图)

  从地球到太空

  刘永定的目光并没有只盯住脚下的沙土,也望向了天空。

  1987年刘永定留学回国后,正值中国启动了“国家高技术研究发展计划”。他的团队还承担了地球临近空间生物学研究,探索如何利用藻类帮助宇航员长期在太空生存。

  他们先后开展了6次返回式卫星实验,两次神舟飞船上的生物实验,并与德国科学家合作在神舟八号飞船上开展空间生命保障系统研究。未来,他们还将参与中国空间站上的实验。

  其实,这一研究可以追溯到上世纪70年代。“我们曾经做过一个实验,研究用多少藻类可以让处于潜艇密闭环境中的人生存下来。”刘永定说。

  中科院水生生物研究所研究员王高鸿说,藻类在构建再生式生命保障系统中优势显著:同样是进行光合作用,固定二氧化碳,释放氧气,为一名宇航员提供氧气需种植13至15平方米的高等植物,而只需培养1平方米的藻类即可获得同样当量的氧气,极大地节约空间。藻类还可为宇航员提供丰富的蛋白质。

  “另一方面,距地面20至100公里的地球临近空间与火星环境非常相似,我们的空间生物学研究对于理解火星可能存在的生命形式同样具有借鉴意义。”王高鸿说。

  科学家在沙土中取样。(受访者供图)

  改造火星

  在地球荒漠和临近空间中极富潜力的藻类,让刘永定有了一个更大胆超前的想法——让它们成为人类移民火星的开路先锋。

  大约15年前,刘永定在一次论坛上首次公开提出用荒漠藻类改造火星的设想。“地球上最近似火星环境的是沙漠,利用我们的荒漠藻技术或许可以改造火星,对火星建设基地提供帮助。”

  王高鸿说:“很早就有科幻作家和科学家提出了改造火星的想法,但是以前都没有一种切实可行的途径,由于刘老师在荒漠藻方面的研究,让这个想法有了具体探索的可实施方案。”

  他说,火星辐射强烈、缺氧低压、温度巨变、荒凉多沙,这些环境特点与早期地球陆地极为接近。藻类是地球生物圈初级生产者,占全球总生产力的30%至40%,对生物圈稳定起重要作用。

  地球演化史上,有一类物种改变了地球,那就是藻类。现在人类也在改变地球,却有可能是朝着破坏的方向。“如果我们将来不得不走出地球,开辟另一个家园,藻类很可能是我们的开拓先锋。”王高鸿说。

【编辑:郭泽华】
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