納米粘土：液體將沙漠變成農田

2020-09-16 溼柴怕烈火

受尼羅河三角洲生育力秘訣的啟發，工程師們使用黏土，水和當地土壤的混合物在沙漠中種水果。

今年3月，就在世界各國陷入Covid-19鎖定之時，一項引人注目的變革即將在阿拉伯聯合大公國的一個角落完成。在短短40天之內，這個內陸沙漠國家曾經貧瘠的土地上散布著成熟甜甜的西瓜，在阿拉伯的陽光下膨脹了。

除非如此簡單，否則這些甜瓜只有在液態「納米粘土」的幫助下才有可能。「納米粘土」是一種土壤恢復技術，其歷史始於西面1,500英裡（2,400公裡）和二十年前。

在1980年代，埃及的尼羅河三角洲部分地區不再繁榮。儘管它靠近乾旱的沙漠，但它以肥沃而著稱，數千年來一直是可靠的耕種之地。它的生產力使古埃及人將精力從自給自足的耕作轉移到發展強大的文明，這種文明產生了如此的文化壯舉，使他們在數千年後聞名世界。然而，儘管在過去的幾千年中支持了該地區的社區，但在短短的十年左右的時間裡，生育力就消失了。

每年夏末，尼羅河將泛濫成災，擴展到埃及三角洲平原，然後再退縮。當科學家開始調查造成土地肥力下降的原因時，他們發現這些洪水攜帶了礦物質，營養物質，以及至關重要的是，來自東非流域的土壤顆粒為尼羅河提供了營養，並將它們沉積在整個三角洲地區。粘土賦予了土壤彈性和肥力。但是它去哪了？

在1960年代，回顧10年，穿越埃及南部尼羅河的亞斯文大壩。這個非凡的2.5英裡（4公裡）寬的結構旨在產生水力發電和調節洪水，使耕種變得更易於管理和預測。但這也阻止了所有好的東西向下遊流動。十年沒有這樣的年度補給，三角洲土壤的所有肥力都被耗盡了。

一旦土壤科學家和工程師找出了問題所在，他們也將有解決方案的開始。

用他們的話說，沙漠控制計劃使用納米粘土來「把無產的沙漠土地從沙子變成希望」。

用粘土改良土壤已經不是什麼新鮮事了-農民已經這樣做了數千年。然而，從歷史上看，將厚重的黏土運入土壤一直是勞動密集型的，並且破壞了地下生態系統。耕作，開挖和翻土也要付出環境代價，因為螯合的碳會暴露於氧氣中，因此會以二氧化碳的形式損失到大氣中。如愛丁堡大學土壤科學家Saran Sohi所解釋的，與此同時，種植帶來的難以置信的複雜土壤生物群系遭到破壞。

在像其他灌溉作物一樣澆水之前，將粘土直接噴到地面上

他說：「土壤生物學的關鍵部分是以菌根，真菌細絲的形式在植物和真菌之間建立共生關係，真菌細絲實質上是植物根系的延伸，」 「它們被稱為菌絲的微觀毛狀結構所覆蓋，該結構比植物的根部細得多，可以獲取原本不會遇到的營養。在該過程中，真菌細絲還連接土壤中的礦物質顆粒，從而保持土壤結構並減輕侵蝕。

黏土可以是善變的野獸。太少了，幾乎沒有影響。太多的話，粘土可能會在沙子表面形成防水硬皮或使壓實更有可能。經過多年的試驗，挪威流體動力學工程師Kristian P Olesen尋找一種製作粘土配方的方法，該配方可以輕鬆地與沙子混合以使其成為賦予生命的土壤。

他說：「並不是一個大小都能適合所有情況。」 「在中國，埃及，阿聯和巴基斯坦進行的十年試驗告訴我們，每種土壤都需要測試，因此我們可以混合正確的納米粘土配方。」

納米粘土溶液的許多研究和開發都致力於找到一種精心平衡的稀薄液體配方，該配方可以輕鬆地滲透到局部土壤的細小顆粒中（因此形成納米部分），但排水速度不快，無法自由滲出。並完全失去了目的是處理位於標準作物根部區域內和下方的神奇的10-20釐米（4-8英寸）土壤。

幸運的是，當涉及到沙子和粘土的混合時，一些土壤化學也起作用了，即

陽離子交換容量。

「由於它們的化學組成，粘土顆粒帶負電荷，而沙粒則帶正電荷，」 Sivertsen解釋說。 「這種自然極性意味著，當他們身體相遇時，它們就會束縛。」結果是在每個沙粒周圍形成了200-300納米的粘土層，形成了雪花狀的地層。表面積的增加使水和養分附著在沙子上並與沙子化學結合，而不是因為流失而流失。

粘土的納米級結構有助於將水分保留在土壤中

Sivertsen說：「粘土在功能上模仿有機物質，幫助土壤保持水分，並使土壤動植物站穩腳跟。」 「一旦有了穩定粘土顆粒的條件並幫助養分被生物利用，就可以在七個小時內種植農作物。」

「現在，我們已經有了有效的科學證據，我們的目標是在40英尺（1300萬）運輸貨櫃中建立許多微型移動工廠，其最終目標是創造儘可能多的變化，」 Sivertsen說。 「這些移動部門將使用同一國家的粘土，並在當地進行招聘，在需要的地方創建液態納米粘土。」

當前的啟動成本約為每平方米2美元（1.50英鎊），這對於富裕的阿聯的小農場來說是可以接受的。但是要在真正重要的方面產生影響-在撒哈拉以南非洲-Sivertsen需要研究如何降低成本。大多數非洲農民沒有這種治療的資金。處理也持續約五年，此後粘土需要補足。

Sivertsen說，有了規模，他們可以降低成本，最終目標是每平方米約0.20美元（0.15英鎊）。相比之下，在世界其他地方購買生產性農業用地的成本為每平方米0.50至3.50美元（0.38至2.65英鎊）。將來，轉換非生產性土地可能比尋找成熟農場便宜得多。

「除了我們正在與《聯合國防治荒漠化公約》合作，以支持長城綠牆項目外，該倡議還旨在建立一堵樹木和農林業牆，以阻止北非沙漠的擴張，」西弗特森說。

追蹤來自六大洲的農民，種植者和研究人員針對這些問題的新興解決方案，無論是高科技的還是低技術的，本地和全球的。英國廣播公司周圍世界需要的「奇蹟礦物」被遺忘的作物是未來的食物嗎？龐大的農場利用無形的力量

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