综述：部分脱盐作为利用微咸水在受控环境农业水培中种植耐盐粮食作物的新范式：批判性回顾

这篇综述创新性地提出将部分脱盐技术与水培（hydroponics）受控环境农业（CEA）相结合，利用微咸水（brackish water）培育耐盐作物。通过纳米过滤（NF）和电渗析（ED/EDR）等膜技术实现选择性脱盐（partial desalination），在降低能耗的同时匹配作物耐盐阈值，为解决淡水资源短缺与农业用水矛盾提供了可持续方案。

　　

Abstract

气候变化引发的区域性干旱加剧了淡水资源短缺，农业用水占全球淡水消耗量的70%，促使微咸水（1000–10,000 mg/L TDS）成为替代资源。传统土壤灌溉面临盐渍化风险，而水培（hydroponics）系统通过无土栽培规避此问题。部分脱盐技术（partial desalination）通过靶向降低盐度至耐盐作物耐受阈值（如生菜、番茄），较传统反渗透（RO）减少50%能耗，同时保留有益离子（如K⁺、Ca²⁺），避免Cl^?毒性。

Introduction

全球41%人口居住在海岸线100公里内，海水入侵导致微咸水储量丰富。美国德克萨斯州等地已尝试将微咸水用于灌溉，但需平衡作物产量与盐度关系。水培CEA系统通过精准控制营养液成分，实现盐度梯度管理，而部分脱盐技术可定制水质（fit-for-purpose water），例如纳米过滤（NF）优先截留二价离子（如SO₄^2?），电渗析（ED/EDR）通过调节电压选择性去除Na⁺/Cl^?。

Naturally-occurring brackish water sources

微咸水包括内陆地下水、河口半咸水等，其盐度（1–10 g/L TDS）显著低于海水（35 g/L）。美国农业部研究表明，耐盐作物如藜麦（quinoa）在5 g/L盐度下仍保持80%产量，而部分脱盐可将8 g/L微咸水降至3 g/L，满足多数蔬菜需求。

Attributes of soilless CEA

与传统土壤种植相比，水培系统节水40%，且避免盐分累积。荷兰温室实验显示，调控Na⁺/K⁺比例可使番茄在EC 6 dS/m下增产15%。CEA的封闭循环设计还能回收脱盐浓水（brine）用于耐盐作物，实现零液体排放。

Desalination technology landscape

纳米过滤（NF）膜孔径（1–2 nm）和表面电荷（负电性）可选择性透过一价离子（Na⁺、Cl^?），保留90% Ca²⁺。而电渗析（ED/EDR）通过阴/阳离子交换膜堆叠，在20 V低电压下优先迁移Cl^?，能耗低至1.5 kWh/m³，仅为RO的1/3。

Conclusions

未来需开发单价离子选择性膜材料，并优化水培-脱盐耦合系统。该技术路线有望在干旱地区构建闭环农业，缓解水资源压力。