人类文明的发展过程是一个利用科学技术不断拓展其生存空间,同时,不断提高太阳光能利用效率的过程,而人地矛盾为实现这一过程中的跨越发展提供了关键的契机。当前,人类社会面临着气候变化、食品安全、能源安全以及环境污染等诸多严峻的挑战,且已做出可持续发展和发展生态文明的重大战略抉择。实现生态文明依赖于清洁的资源、清洁的生产和清洁的环境,而荒漠地区由于拥有广阔的空间和全球最为丰富的太阳光能资源,必将在建设生态文明的过程中起到至关重要的作用。面对如何开发和利用地球上荒漠,钱学森基于对未来社会第六次产业革命的思考,于1984年提出沙产业这一宏伟构想,即以现代科学技术为基础通过发展农业型产业来充分利用沙漠戈壁地区丰富的太阳光能。沙产业构想自提出后就引起了社会各界的广泛关注和积极讨论,然而沙漠戈壁地区恶劣的自然环境以及多次对于我国北方沙漠考察的结果表明,我国目前的沙产业发展状况距钱老所设想的沙产业还有很大的差距,这也反映出人们对于沙产业的整体认识还有待提高以及沙产业理论尚需进一步完善。目前,习总书记提出的“一带一路”战略已进入全面建设阶段,而“丝绸之路经济带”沿线荒漠广泛分布的地理环境特征,决定了展开沙产业理论和实践的研究具有重要的理论和现实意义,不仅可以为“丝绸之路经济带”的发展提供新的经济增长点,同时也为沙漠科学及相关科学的研究提供了新的生长点,其更广泛的意义在于应对当前人类面对的地球环境危机,推动人类社会走向新的生态文明。基于以上有关沙产业理论和现实意义的分析,本文在系统总结34年以来沙产业文献资料的基础上,并结合多次深入我国北方沙漠的野外考察,从沙产业的理论研究进展、沙产业的概念内涵与发展历程、沙产业的理论基础、荒漠地区的太阳辐射能、沙产业系统、沙产业的科技支撑、国内外的沙产业实践等7个方面对沙产业的理论内涵和实践模式进行了研究。本文得出的初步结论主要包括以下六个方面。(1)沙产业是人类利用荒漠地区(也包括半荒漠地区)的资源来满足自身需要的生产经营活动,其发展历程包括原始文明时期沙产业、农业文明时期沙产业、工业文明时期沙产业以及生态文明时期沙产业四个阶段,钱老所设想的沙产业大发展实际上代表着生态文明时期的沙产业。(2)沙产业以荒漠地区的太阳光能利用为核心内容,理论基础涉及太阳辐射基本理论和太阳辐射能生物与非生物转化两方面内容,其中,生物转化的基础是光合作用,非生物转化的基础是光电转化、光热转化和光化学转化。(3)荒漠地区拥有全球最为丰富的太阳光能资源,最高值出现在阿塔卡玛荒漠,介于2482-2792.8 KWh/m~2a,我国除青藏高原荒漠区外,太阳辐射能最丰富的地区位于阿拉善荒漠区,介于1700-1900 KWh/m~2a,由此奠定了沙产业发展的辐射基础。(4)沙产业系统包括核心产业系统和辅助产业系统两个子系统,其中,前者可分为农业产业系统、微生物产业系统、太阳能产业系统和旅游业产业系统四个次级子系统,后者可分为矿产资源产业系统和服务业产业系统两个次级子系统,在系统内部各个产业部门之间通过产业链紧密地联系在一起。(5)沙产业的科技支撑包括科学支撑和工程技术支撑两方面的内容,其中,前者主要包括物理学、化学、生物学、地理学、农业科学、药学、经济学及其它相关学科,后者主要包括防沙治沙工程技术、生物工程技术、农业工程技术、信息技术、新材料和新能源技术、水利工程技术、清洁生产技术及其它相关工程技术。(6)目前,我国沙产业核心产业系统的发展尚处于起步阶段,农业产业系统的发展也只是集中在绿洲、荒漠草原等水分条件较好的区域;未来我国沙产业的发展应逐步扩大到沙漠和戈壁地区,在重点保障粮食安全的基础上,以生物质能源、生物制药、生物基材料、生物化工制品和光伏发电为主要方向,同时,①开展荒漠地区资源环境综合评价,建立荒漠地区资源环境数据库,②进行沙产业区划,确定各区具体发展方向,③不断加大沙产业的科技投入,重点展开提升光合生物光合效率和光伏材料光电效率方面的研究。