從治理荒漠化到拓殖火星：中國科學家走向未來

劉永定在沙漠調查藻類生物結皮。（受訪者供圖）

新華社武漢12月10日電（記者喻菲、胡喆、譚元斌）內蒙古達拉特旗的牧民一直與沙塵暴抗爭著。一陣大風吹來，人都睜不開眼。大片農田被沙子掩埋。

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

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

阻止風沙肆虐的功臣就是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。

科學家在噴灑荒漠藻。（受訪者供圖）

搶救民族根本

荒漠藻強大的生存能力讓劉永定有個想法：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皮，太過漫長。劉永定帶領團隊從采自各地的樣品中分離出數(shù)十個荒漠藻株系，從中選出最優(yōu)秀的藻種，并創(chuàng)新生產(chǎn)技術，最快一年就可讓荒漠藻形成結皮。

中國是世界上荒漠化最嚴重的國家之一，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。加強荒漠化的綜合治理與資源開發(fā)利用是關系到國計民生的大事。

“土地是一個民族的根本，每年因為荒漠化喪失的土地不亞于人為污染。我們的研究不是一時興起，我們國家需要這樣的探索。”74歲的劉永定說。

“盡管我們20多年前開始這項研究時沒有錢，很困難，但我們一直堅持做這件事。”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。河西走廊以及黃河河套地區(qū)在古代就是‘風吹草低見牛羊’的地方，現(xiàn)在卻是一片荒漠，把那里恢復應該是有可能的。”

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)了一個極其豐富的世界。

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

如今，劉永定團隊發(fā)明的藻類治理荒漠化技術已經(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用。

在項目實施區(qū)，流動沙地由治理前的60%減少到10%，固定沙地增加到90%；林草覆蓋率由項目實施前的不足15%提高到80%以上，有效地控制了風沙的危害并取得了顯著的社會效益。

“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80年代到德國留學時，還感到很憂心，那時中國太落后了，但現(xiàn)在一點都不自卑了，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。劉永定認為他的技術可以推廣到更多地方，服務“一帶一路”。他的研究吸引了很多歐美科學家來參觀、交流、學習。法國科學家希望與中國科學家合作，用荒漠藻結皮技術為沙漠中的公路、村莊鎖邊。他還被法國政府授予法蘭西學術教育金棕櫚統(tǒng)帥勛章。

植被逐漸在荒漠中恢復。（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年劉永定留學回國后，正值中國啟動了“國家高技術研究發(fā)展計劃”。他的團隊還承擔了地球臨近空間生物學研究，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)星實驗，兩次神舟飛船上的生物實驗，并與德國科學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驗。

其實，這一研究可以追溯到上世紀70年代。“我們曾經(jīng)做過一個實驗，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，藻類在構建再生式生命保障系統(tǒng)中優(yōu)勢顯著：同樣是進行光合作用，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。

“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或許可以改造火星，對火星建設基地提供幫助。”

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

他說，火星輻射強烈、缺氧低壓、溫度巨變、荒涼多沙，這些環(huán)境特點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。現(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，開辟另一個家園，藻類很可能是我們的開拓先鋒。”王高鴻說。