從治理荒漠化到拓殖火星：中國科學(xué)家走向未來

劉永定在沙漠調(diào)查藻類生物結(jié)皮。（受訪者供圖）

新華社武漢12月10日電（記者喻菲、胡喆、譚元斌）內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗的牧民一直與沙塵暴抗?fàn)幹Ｒ魂嚧箫L(fēng)吹來，人都睜不開眼。大片農(nóng)田被沙子掩埋。

20世紀(jì)80年代沙漠化最嚴(yán)重時(shí)，達(dá)拉特旗解放灘鎮(zhèn)就有100多戶牧民不得不遷居他鄉(xiāng)。

十多年前，一些科學(xué)家來了。他們每年夏季逐次漸進(jìn)地往荒漠上噴灑一種綠色液體，沙地漸漸發(fā)生了改變：先是結(jié)上一層“皮”，這層皮越來越厚，沙子不再移動(dòng)；沙逐漸變成了土，苔蘚、地衣、小草、動(dòng)物都來了；土壤越來越厚，植被恢復(fù)起來。

阻止風(fēng)沙肆虐的功臣就是30多億年前地球上最早出現(xiàn)的植物：藻類。

對藻類研究了30多年的中國科學(xué)院水生生物研究所研究員劉永定說，有一類藻可以在荒漠中生存，它們不怕曬，不怕凍，不怕旱，能耐受60攝氏度高溫，有抗紫外線輻射能力。

科學(xué)家在噴灑荒漠藻。（受訪者供圖）

搶救民族根本

荒漠藻強(qiáng)大的生存能力讓劉永定有個(gè)想法：用人工方式，讓荒漠藻固定流沙。

然而，在自然條件下，荒漠藻需要十幾年才能形成結(jié)皮，太過漫長。劉永定帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從采自各地的樣品中分離出數(shù)十個(gè)荒漠藻株系，從中選出最優(yōu)秀的藻種，并創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)，最快一年就可讓荒漠藻形成結(jié)皮。

中國是世界上荒漠化最嚴(yán)重的國家之一，荒漠化面積已占國土面積的27.3%，近4億人口遭受荒漠化的危害。全國因荒漠化導(dǎo)致772萬多公頃耕地退化，67萬公頃糧田和235公頃草地變成流沙或沙漠。加強(qiáng)荒漠化的綜合治理與資源開發(fā)利用是關(guān)系到國計(jì)民生的大事。

“土地是一個(gè)民族的根本，每年因?yàn)榛哪瘑适У耐恋夭粊営谌藶槲廴?。我們的研究不是一時(shí)興起，我們國家需要這樣的探索。”74歲的劉永定說。

“盡管我們20多年前開始這項(xiàng)研究時(shí)沒有錢，很困難，但我們一直堅(jiān)持做這件事。”劉永定說。

他說：“我們不可能把沙漠都變成綠洲，那會(huì)破壞地球熱平衡。我們針對的是荒漠化，要制止土地變成荒漠，讓荒漠化的土地恢復(fù)。河西走廊以及黃河河套地區(qū)在古代就是‘風(fēng)吹草低見牛羊’的地方，現(xiàn)在卻是一片荒漠，把那里恢復(fù)應(yīng)該是有可能的。”

治沙人員向荒漠中噴灑藻類。（受訪者供圖）

退沙

大多數(shù)研究藻類的科學(xué)家都往有水的地方跑，劉永定卻往沙漠跑。在沙土中，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極其豐富的世界。

他的研究無論是從空間還是時(shí)間都跨越了巨大的尺度。從內(nèi)蒙古的呼倫貝爾到新疆的塔克拉瑪干沙漠，劉永定團(tuán)隊(duì)都進(jìn)行了采樣；從上世紀(jì)50年代的樣本到今天的荒漠藻結(jié)皮，他們都做了比較研究。僅僅從一小塊成熟的荒漠藻結(jié)皮樣品中，他們就發(fā)現(xiàn)700多種生物。

如今，劉永定團(tuán)隊(duì)發(fā)明的藻類治理荒漠化技術(shù)已經(jīng)在庫布齊沙漠、烏蘭布和沙漠、毛烏素沙地、科爾沁沙地和呼倫貝爾沙地等地推廣應(yīng)用。

在項(xiàng)目實(shí)施區(qū)，流動(dòng)沙地由治理前的60%減少到10%，固定沙地增加到90%；林草覆蓋率由項(xiàng)目實(shí)施前的不足15%提高到80%以上，有效地控制了風(fēng)沙的危害并取得了顯著的社會(huì)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。我們能在幾年內(nèi)形成幾公分厚的土壤，長出植物，是一件讓人高興的事。”劉永定說。

他說，自己上世紀(jì)80年代到德國留學(xué)時(shí)，還感到很憂心，那時(shí)中國太落后了，但現(xiàn)在一點(diǎn)都不自卑了，只有中國人完成了用荒漠藻治理沙漠化的研究和技術(shù)創(chuàng)新。

中國的沙漠向西與中東、非洲的沙帶是貫通的。劉永定認(rèn)為他的技術(shù)可以推廣到更多地方，服務(wù)“一帶一路”。他的研究吸引了很多歐美科學(xué)家來參觀、交流、學(xué)習(xí)。法國科學(xué)家希望與中國科學(xué)家合作，用荒漠藻結(jié)皮技術(shù)為沙漠中的公路、村莊鎖邊。他還被法國政府授予法蘭西學(xué)術(shù)教育金棕櫚統(tǒng)帥勛章。

植被逐漸在荒漠中恢復(fù)。（受訪者供圖）

從地球到太空

劉永定的目光并沒有只盯住腳下的沙土，也望向了天空。

1987年劉永定留學(xué)回國后，正值中國啟動(dòng)了“國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃”。他的團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了地球臨近空間生物學(xué)研究，探索如何利用藻類幫助宇航員長期在太空生存。

他們先后開展了6次返回式衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)，兩次神舟飛船上的生物實(shí)驗(yàn)，并與德國科學(xué)家合作在神舟八號飛船上開展空間生命保障系統(tǒng)研究。未來，他們還將參與中國空間站上的實(shí)驗(yàn)。

其實(shí)，這一研究可以追溯到上世紀(jì)70年代。“我們曾經(jīng)做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，研究用多少藻類可以讓處于潛艇密閉環(huán)境中的人生存下來。”劉永定說。

中科院水生生物研究所研究員王高鴻說，藻類在構(gòu)建再生式生命保障系統(tǒng)中優(yōu)勢顯著：同樣是進(jìn)行光合作用，固定二氧化碳，釋放氧氣，為一名宇航員提供氧氣需種植13至15平方米的高等植物，而只需培養(yǎng)1平方米的藻類即可獲得同樣當(dāng)量的氧氣，極大地節(jié)約空間。藻類還可為宇航員提供豐富的蛋白質(zhì)。

“另一方面，距地面20至100公里的地球臨近空間與火星環(huán)境非常相似，我們的空間生物學(xué)研究對于理解火星可能存在的生命形式同樣具有借鑒意義。”王高鴻說。

科學(xué)家在沙土中取樣。（受訪者供圖）

改造火星

在地球荒漠和臨近空間中極富潛力的藻類，讓劉永定有了一個(gè)更大膽超前的想法——讓它們成為人類移民火星的開路先鋒。

大約15年前，劉永定在一次論壇上首次公開提出用荒漠藻類改造火星的設(shè)想。“地球上最近似火星環(huán)境的是沙漠，利用我們的荒漠藻技術(shù)或許可以改造火星，對火星建設(shè)基地提供幫助。”

王高鴻說：“很早就有科幻作家和科學(xué)家提出了改造火星的想法，但是以前都沒有一種切實(shí)可行的途徑，由于劉老師在荒漠藻方面的研究，讓這個(gè)想法有了具體探索的可實(shí)施方案。”

他說，火星輻射強(qiáng)烈、缺氧低壓、溫度巨變、荒涼多沙，這些環(huán)境特點(diǎn)與早期地球陸地極為接近。藻類是地球生物圈初級生產(chǎn)者，占全球總生產(chǎn)力的30%至40%，對生物圈穩(wěn)定起重要作用。

地球演化史上，有一類物種改變了地球，那就是藻類?，F(xiàn)在人類也在改變地球，卻有可能是朝著破壞的方向。“如果我們將來不得不走出地球，開辟另一個(gè)家園，藻類很可能是我們的開拓先鋒。”王高鴻說。