砂子和礫石是采掘量最大的一類原料，甚至比化石燃料更多。需求大幅增加的原因是城市化和全球人口增長，尤其是中國、印度和非洲。全世界每年大約會使用320-500億噸砂子，主要用來制造水泥、玻璃和電子產(chǎn)品。這個用量比自然再生率要高，因此到本世紀(jì)中葉，需求可能會超過供給（見圖“全球短缺”），導(dǎo)致這種不可持續(xù)采挖的原因則是無知和失察。

來源：Sverdrup, H. U., Koca, D. & Schlyter, P. BioPhys. Econ. Res. Qual. 2, 8 (2017).

砂漠里的砂子太過光滑，無法使用。適合工業(yè)用的有棱角的砂子絕大多數(shù)都來源于河流（占地球面積不到1%）。在河里采挖砂子和礫石對生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施和沿河居住的30億人口具有非常長遠(yuǎn)的影響（見“砂與流”）。例如，中國珠江因為采砂已經(jīng)導(dǎo)致河床降低，使得抽取飲用水的難度加大，并加速了河床沖刷，損害了橋梁和河堤。

大多數(shù)砂子貿(mào)易都未記錄在案。例如，2006年到2016年之間，新加坡報告從柬埔寨進口了8千萬噸砂子，但柬埔寨確認(rèn)出口的量只有不到4%。大約70個國家或地區(qū)都存在大規(guī)模的非法采砂行為。過去十年來，印度和肯尼亞等國家有成百上千的人死于爭砂沖突，其中包括普通民眾、警察和政府官員。

所有這些問題在世界自然基金會（WWF）和聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）的報告中都有所強調(diào)，報告也質(zhì)疑采砂是否具有可持續(xù)性。問題的根源在于缺乏足夠的數(shù)據(jù)和政策來引導(dǎo)人們以合理的速度消耗和采挖砂子。

我們現(xiàn)在呼吁UNEP和世界貿(mào)易組織（WTO）建立并監(jiān)管一個全球性的砂子監(jiān)控系統(tǒng)。研究人員則需要構(gòu)建一套系統(tǒng)以統(tǒng)計河流中砂子的生成量和采挖量——包括合法和非法的采挖。他們需要將這個問題的規(guī)模赤裸裸地展現(xiàn)在學(xué)界、大眾和政客面前。此外，各地必須訂立用砂限額和法案，以鼓勵合理的使用。

當(dāng)前對全球采砂量的估計并不可靠，無疑是過低了。大多數(shù)關(guān)于河流沉積層的研究都在關(guān)注堤壩是如何阻攔水流的，學(xué)術(shù)界很少關(guān)注商業(yè)采砂。例如，截至2019年初，我們從Web of Science上搜索到443篇關(guān)于采砂的論文，其中只有38篇定量地描述了采砂量。

長期性、全流域的沉積層監(jiān)控項目也很少。技術(shù)上，想要定量評估砂子如何移動或是沿河流如何沉積是很困難的。此外，很多大河都相當(dāng)偏遠(yuǎn)。公開這些數(shù)據(jù)還涉及到政治和工業(yè)上的敏感問題，因此讓統(tǒng)計變得困難。

很多大河會流經(jīng)多個國家，使得統(tǒng)計和推行國際政策變得十分困難。例如，湄公河流經(jīng)中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南。

在很多國家，采砂沒有法律限制，可能會受當(dāng)?shù)氐?ldquo;采砂幫”控制。采砂的方式從挖泥船加抽吸泵到空手鏟都有，不分白天黑夜。在需求最高的發(fā)展中國家，采砂大多是一種規(guī)模小且不規(guī)范的行業(yè)，因此很難監(jiān)管和控制。和淺河灘與漫灘挖出的砂子相比，挖砂船的采掘源更難定位。

國際砂子貿(mào)易數(shù)據(jù)庫則過于簡陋，無法判斷可持續(xù)性。例如，聯(lián)合國的商貿(mào)數(shù)據(jù)庫僅根據(jù)質(zhì)量和成分，將砂子和礫石的進出口量分成一兩種類別。其中沒有區(qū)分砂子的來源是有自然補充的主動來源，例如河流和三角洲；還是無補充的被動來源，例如地質(zhì)沉積層。

從主動來源采挖砂子和礫石會對環(huán)境、社會和經(jīng)濟造成很大損害，而從被動來源采砂對環(huán)境的影響就小一些。例如，在湄公河三角洲，越南政府估計約有50萬人需要從因采砂而塌陷的河岸搬離。在印度北部的恒河，被侵蝕的河岸已經(jīng)破壞了以魚為食的恒河鱷（Gavialis gangeticus）的繁殖地。這種瀕危物種只剩下大約200只成年野生個體，分布在印度和尼泊爾的北部。

以下七點對于采砂的可持續(xù)性至關(guān)重要。

來源。我們必須尋找并確證可持續(xù)性的砂子來源——例如格陵蘭因冰蓋減退而補充到海岸線上的砂子。聯(lián)合國需要訂立類似于可持續(xù)性森林管理的計劃。我們還要尋找不會影響河流的新被動砂源，這可能會包括鎖在漫灘中的沉積層；或是沉積在水壩后面的砂子——和采掘下游的砂子相比，這對生態(tài)的影響可能會小一些。

替代。地方和國家政府以及相關(guān)規(guī)劃部門應(yīng)當(dāng)鼓勵使用砂子的替代品，例如碎石、工業(yè)礦渣和廢料（包括銅、飛塵和鑄造砂），以及回收塑料。例如，公路、停車場和車道可以將塑料垃圾包裹在瀝青中，以減少瀝青和骨料的用量。

再利用。砂基材料應(yīng)當(dāng)盡可能地回收利用。例如，拆遷時產(chǎn)生的廢物和混凝土可以壓碎后重新混合到水泥中。瓦礫可以用作地基和公路的骨料，用來填充孔洞，或是代替礫石用在人行道、花園、隔聲屏或河堤上。應(yīng)當(dāng)立法控制混凝土的處理，或是提供財政激勵以回收利用舊的混凝土。

減少需求。減少新建筑物中的混凝土需求量同樣可以減少對砂子的需求。這可以通過使用更高效的材料（例如空心的混凝土塊和打印混凝土板）實現(xiàn)。我們需要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對材料質(zhì)量加以要求，并通過法律法規(guī)強制執(zhí)行。

治理。應(yīng)當(dāng)在當(dāng)?shù)乩嫒后w、非政府組織、工業(yè)界、執(zhí)法機構(gòu)和政府之間建立起國際或多邊的政策框架，來規(guī)范并控制砂子的采挖。首先，UNEP和WTO應(yīng)當(dāng)制定全球性的采砂指南，其中應(yīng)當(dāng)指出在哪里采砂是或不是可持續(xù)的。

教育。政府、科學(xué)家和工業(yè)界必須宣傳有關(guān)采砂問題的信息，包括涉及社會平等、包容和性別關(guān)系的問題。這些信息必須在各種窗口進行宣傳——從學(xué)校到政策建議再到媒體——并且必須同時宣傳問題的解決方式。

監(jiān)測。一個全球性的數(shù)據(jù)收集和分享項目至關(guān)重要，它可以定量統(tǒng)計采砂的地點和規(guī)模，以及全球河砂的自然波動。遙感技術(shù)很有潛力。例如，重力回溯及氣候?qū)嶒炐l(wèi)星（GRACE）可以揭示河口的沉積物流量，以及排入海中的成分。

NASA的“地表水與海洋地形”（Surface Water and Ocean Topography）任務(wù)預(yù)計于2021年發(fā)射。它將監(jiān)測寬度超過100米的大河的流量，其覆蓋規(guī)模是前所未有的。CubeSats和SmallSats這類小型衛(wèi)星也能重復(fù)、廉價地為監(jiān)控采砂提供高分辨率圖像。例如，歐盟的“原材料與哥白尼地球”觀測計劃（RawMatCop；參見go.nature.com/2n2fgvr）就使用了太空成像技術(shù)來協(xié)助管理資源。

我們還需要可以在地面上驗證這些數(shù)據(jù)的工具，包括測量站、用來測量河床形態(tài)和沉積物流量的聲學(xué)技術(shù)、以及空中激光雷達(dá)。現(xiàn)在，很多船只都會攜帶聲納或回聲測深儀，它們可以產(chǎn)生大量關(guān)于河流和河口的地形數(shù)據(jù)——一筆有待開發(fā)利用的資源。我們還需要開發(fā)更好的數(shù)值模型來預(yù)測并評估沉積物流量的變化。

UNEP和WWF的報告已經(jīng)在砂子里踏下了一個重重的腳印。現(xiàn)在，行動和法規(guī)必須跟上。