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为解决温室水资源利用难题，研究人员探索 SAWH 等技术，发现其节水潜力大，对农业意义重大。
# 创新技术为温室节水 “解锁” 新路径
在人口增长、城市化推进和气候变化的多重压力下，全球粮食和水资源危机日益严峻。农业作为用水大户，消耗了约 70% 的人类用水，其中温室种植虽比传统农业节水，但水资源利用效率仍有待提高。传统节水灌溉方法已达极限，且温室中大量灌溉水因深层土壤渗漏、地面蒸发以及植物蒸腾而浪费，同时高湿度环境还影响作物生长，传统除湿方法能耗高且效率低。在此背景下，开发创新的节水策略对推动可持续温室种植至关重要。
上海交通大学、新加坡国立大学等机构的研究人员开展了相关研究，探索利用先进材料和工程技术优化温室种植中的水资源利用，研究成果发表于《Nature Communications》。该研究聚焦于吸附式大气集水（SAWH）、高吸水性聚合物保水材料（SPWH）、辐射冷却（RC）和海水淡化这四项关键技术，为温室节水提供了新方向，有望实现农业资源的更合理利用，推动可持续农业发展。
研究人员在研究中运用了多种技术方法。针对不同技术，从材料性能研究入手，分析各类材料的吸附、保水、冷却等特性；通过实验模拟温室环境，测试技术在实际场景中的效果，如在模拟温室中对不同材料的集水能力、降温效果进行监测；还对比不同技术之间的协同作用，探讨如何整合这些技术实现温室水资源的高效利用。
1. 吸附式大气集水（SAWH）
SAWH 技术可从空气中被动提取水分，其原理是利用吸湿多孔聚合物（HPPs）捕获水蒸气，再通过低品位热源（如太阳能）使其再生并释放水蒸气，最终冷凝成液态水。温室湿度高、除湿需求大，为 SAWH 技术提供了理想应用环境。研究发现，多种 HPPs 材料在温室湿度范围内吸附性能良好，如 Super Moisture-Absorbent Gels（SMAG）在 90% 相对湿度下，每克材料可吸附 6.7 克水蒸气 。
研究人员尝试将 SAWH 技术应用于温室，设计了不同的应用方式。如在温室屋顶安装由 SAWH 材料制成的覆盖物，夜间吸附高湿度水蒸气，白天利用阳光解吸，转化为液态灌溉水；在通风位置设置由 HPPs 材料制成的滤网，收集通风时的高浓度水蒸气。此外，针对低矮植物，设计了 SAWH 罩，可针对植物生长区域吸附除湿，与 SAWH 覆盖物配合使用，能满足植物 86% 的日需水量 。
2. 高吸水性聚合物保水材料（SPWH）
SPWH 材料能通过亲水性网络结构吸收并储存水分，然后缓慢释放，为植物提供稳定水源。它可由多种天然和生物基材料合成，能显著改善土壤保水性能，提高水资源利用效率。不同 SPWH 材料的保水能力差异较大，如某些材料能吸收自身重量 20 - 700 倍的水 。
研究还发现，SPWH 材料不仅能保水，还具备潜在的自主吸水能力。若能实现从空气中独立吸附水蒸气并持续供应给植物，将变革农业灌溉方式。目前，多数 SPWH 材料需与土壤等混合使用，未来研究方向是开发能支持整个作物种植周期的保水材料，同时要具备良好的耐盐性和养分溶液保留能力 。
3. 辐射冷却（RC）
辐射冷却（RC）是一种被动冷却方法，利用地球物体可通过大气窗口（8 - 13μm）以红外热辐射形式向寒冷外太空释放热量的原理。在温室中，RC 技术主要用于减少蒸发冷却用水和实现辐射冷却大气集水（RAWH）。
研究人员开发了透明 RC 薄膜（T - RC），它能降低温室内部温度，减少叶片和土壤蒸腾，最大程度降低 64.8% 的用水量 。RAWH 利用 RC 材料冷却和冷凝潮湿空气中的水分，收集后可作为灌溉水源。例如，利用聚乙烯（PE）网和多孔 PE 薄膜开发的多孔 RAWHs，即使在低湿度环境下，每晚每平方米也能收集 293.89 克水 。白天的 RC 和夜间的 RAWH 可在同一温室中同时实现，大幅提高温室用水效率。
4. 海水淡化和漂浮种植
海水淡化面临高能耗、高成本和基础设施要求高等问题，但太阳能驱动的海水淡化技术为其带来新契机。太阳能 - 热界面蒸发（STIE）和太阳能 - 热膜蒸馏（STMD）是两种主要技术。
STIE 通过将太阳能集中在水 - 空气界面，抑制热量损失，利用盐度梯度提高脱盐效率，热效率可达约 90% 。STMD 则通过多孔疏水膜在温度梯度驱动下实现水蒸发和盐分分离，能处理高盐度卤水，且不易结垢 。
基于这些技术，研究人员提出多种漂浮作物种植方法。如太阳能淡水自发生态膜，可在海上实现海水淡化和作物种植；STMD 浮动温室（STMD - FG）利用毛细管作用将海水输送到屋顶进行淡化，既为作物灌溉提供淡水，又能为温室运营发电 。
研究结论与讨论
研究表明，SAWH、SPWH、RC 和海水淡化这四项技术在温室节水中各有优势。SAWH 能利用温室高湿度环境收集水分；SPWH 可有效保持土壤水分；RC 既能减少温室降温用水，又能收集大气水分；海水淡化则为沿海或缺水地区提供了额外水源。将这些技术整合应用，有望构建一个闭环系统，使温室运营几乎不依赖外部淡水资源 。
然而，这些技术的广泛应用仍面临挑战。材料方面，需要开发更可靠、经济且能适应温室恶劣环境的材料；技术整合上，要优化各项技术的协同作用，避免出现负面影响；还需研发智能控制系统，根据环境数据自动化操作这些技术，进一步降低人力成本和资源浪费。
尽管面临挑战，但这些新兴技术为解决全球粮食和水资源问题带来了新希望。实现这些技术在温室种植中的应用，需要材料科学家、能源专家、园艺学家和经济学家等多领域人员的协作。随着技术的不断探索和完善，有望开创农业可持续发展的新局面，让水资源得到更高效利用，保障作物茁壮成长 。
