近日，制冷與低溫工程研究所王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng)新團隊ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）在Nature Communications上發(fā)表了題為“Next-generation water-saving strategies for greenhouses using a nexus approach with modern technologies”的論文。該研究基于全球水資源短缺和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求，提出了一種結(jié)合吸附式空氣取水、超吸水保水劑、輻射制冷、海水淡化技術(shù)的新型溫室節(jié)水策略，為未來農(nóng)業(yè)水資源高效利用提供了新的依據(jù)。論文第一作者為制冷與低溫工程研究所博士生鄒豪，通訊作者為王如竹教授、農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院黃丹楓教授和新加坡國立大學(xué)李俊教授。
農(nóng)業(yè)用水占全球用水量的約70%。溫室農(nóng)業(yè)作為可持續(xù)種植的一種方式，在節(jié)水方面具有巨大潛力，但存在水資源利用效率低的問題。研究團隊綜合運用了多種現(xiàn)代材料與工程技術(shù)，探索提高溫室水資源利用率的可行性方案。
溫室內(nèi)部的高濕度環(huán)境為水分的高效回收提供了天然優(yōu)勢，空氣取水技術(shù)正是基于這一特點，通過高吸濕性材料從空氣中捕獲水分，并利用溫度變化驅(qū)動水分釋放，從而實現(xiàn)全天候、無需額外外部水源的灌溉。該技術(shù)能夠有效降低溫室內(nèi)部的空氣濕度，減少病害發(fā)生的風(fēng)險，同時也能促進溫室內(nèi)部的水資源循環(huán)利用，顯著提升水分管理的智能化水平，尤其適用于干旱地區(qū)或水資源緊缺的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。超吸水保水劑的應(yīng)用，則進一步優(yōu)化了土壤的持水能力，使水分能夠在作物根部緩慢釋放，為植物提供持續(xù)穩(wěn)定的水分供應(yīng)。
在合理的配比和精準(zhǔn)調(diào)控下，該技術(shù)有望支持作物從種子萌發(fā)到收獲的全生命周期，實現(xiàn)零額外灌溉的種植模式，從而大幅減少水資源的消耗，提升溫室農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性。與此同時，輻射制冷技術(shù)的引入為溫室降溫提供了一種高效且節(jié)水的解決方案。通過利用特殊的輻射制冷薄膜，該技術(shù)能夠在白天有效降低溫室內(nèi)部溫度，從而減少冷卻用水需求，并降低溫室對機械降溫系統(tǒng)的依賴，實現(xiàn)更加節(jié)能環(huán)保的溫室運營模式。此外，該薄膜在夜間還可利用輻射冷卻效應(yīng)將空氣中的水分冷凝成液態(tài)水，為作物提供額外的灌溉來源，進一步提升溫室水資源的綜合利用效率。
針對沿海地區(qū)或淡水資源匱乏的環(huán)境，太陽能驅(qū)動的海水淡化技術(shù)則提供了一種可持續(xù)的水源獲取方式。該技術(shù)能夠高效地將海水轉(zhuǎn)化為可用于溫室灌溉的淡水，結(jié)合海上漂浮種植系統(tǒng)，可以構(gòu)建自給自足的水資源管理模式，為溫室農(nóng)業(yè)提供更加靈活和可持續(xù)的水源解決方案。這一策略的提出，不僅大幅拓展了溫室農(nóng)業(yè)的適用范圍，也為未來海洋農(nóng)業(yè)和島嶼農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了全新的技術(shù)路徑，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型方向轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。
該研究為全球面臨水資源緊缺的現(xiàn)狀提供了創(chuàng)新性的農(nóng)業(yè)節(jié)水解決方案，同時也展現(xiàn)了團隊在可持續(xù)農(nóng)業(yè)、能源工程及現(xiàn)代材料應(yīng)用方面的前沿探索。研究團隊將進一步優(yōu)化技術(shù)組合，并推進其在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
王如竹教授領(lǐng)銜的能源-水-空氣ITEWA創(chuàng)新團隊長期致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進展，近年來在Science, Nature Reviews Materials, Nature Water等高水平期刊發(fā)表了系列交叉論文。本文工作是ITEWA團隊與農(nóng)生學(xué)科和材料學(xué)科領(lǐng)域的深度合作成果，也是上海交通大學(xué)與新加坡國立大學(xué)的雙邊合作成果。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57388-3
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