摘要：农业是全球粮食安全、经济稳定和可持续发展的基础。然而在干旱和半干旱地区，淡水资源的匮乏严重限制了农业的发展。因此，确保这些地区的可持续供水对农业发展具有决定性作用。虽然这些地区缺乏液态淡水资源，但大气中蕴藏着大量以水蒸气形式存在的水分。怎样才能充分利用大气中的
农业是全球粮食安全、经济稳定和可持续发展的基础。然而在干旱和半干旱地区，淡水资源的匮乏严重限制了农业的发展。因此，确保这些地区的可持续供水对农业发展具有决定性作用。虽然这些地区缺乏液态淡水资源，但大气中蕴藏着大量以水蒸气形式存在的水分。怎样才能充分利用大气中的水呢？日前，中山大学环境科学与工程学院教授王鹏接受本报记者采访，提出一种新兴技术——吸附式空气汲水技术（Sorption-based Atmospheric Water Harvesting），通过该技术可将气态水转化为灌溉用水，有效解决水资源供给难题。
空气汲水技术前景广阔
2009年，王鹏作为首批创校者加盟沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST），2013年至2017年担任KAUST环境科学和工程系主任。“该区域比较炎热，缺乏传统水源，我对非传统水资源的清洁高效利用产生了极大兴趣。其实空气中的水比地表河流里的水还要多，于是我着手研究空气汲水技术。”
王鹏介绍说，吸附式空气汲水技术通过利用空气中的水蒸气这一不同于传统液态水资源的新型水源，在不受地域限制的前提下获取满足安全标准的淡水资源。同时由于吸附式空气汲水技术可以通过清洁能源（如太阳能、热能）驱动其淡水生产过程，因此对于分布式供水体系，这一技术展现出了可观的应用前景。未来，该技术能有效满足偏远干旱与落后地区的饮用水与公共卫生用水的基本需求。
在农业生产领域，该技术与垂直农业结合起来更是前景广阔。王鹏团队提出了一种创新性的耦合技术，将大气集水系统与农业发展需求相结合。在该系统中，大气中的水分被捕获并转化为液态淡水，整个过程完全由清洁可再生能源驱动，从而为农业灌溉提供稳定可靠的可持续水源。这一创新系统不仅能够补充作物生长消耗的水分，还能循环利用植物蒸腾作用损失的水汽。“在理想状态下，垂直农业体系里所需的水，都来自空气中的水，实现自给自足。”
构建集成式大气水收集与灌溉系统
该系统的关键点和难点是什么？王鹏表示，为实现预期的功能，系统的设计与优化将重点聚焦于以下核心组件的全面解析，包括：水分子的捕集机制、蒸汽冷凝过程调控、液态水运输特性、作物对水分的吸附与利用效率。而关键表征参数包括：水分子在系统中的动态行为特征、大气水收集装置的工作容量、收集水体的理化指标、植物生长过程的生理响应。此外，建立作物关键生理指标（包括但不限于叶绿素含量、基因表达谱等）的评估体系，对诊断植物健康状况和优化水分利用效率具有决定性意义。
基于上述研究需求，王鹏拟定了一些具体研究目标。
构建集成式大气水收集－灌溉系统。在此阶段，团队将设计开发一种耦合系统，通过光伏板将太阳能转化为电能和热能，为大气水收集（AWH）和室内种植组件提供动力。该系统在发电、产热和集水方面的效率将被系统评估，以确定其灌溉性能。特别值得注意的是，大气水收集组件将同步调控室内种植环境的湿度水平，这种双重调控机制既可提升系统集水能力，又能显著提高农业生产效率。
优化大气水收集组件。大气水收集组件依靠太阳能从大气中提取水分，因此必须使用具有高太阳能吸收效率的材料。团队将评估太阳能吸收性能以优化能量捕获并提高净水产量。收集水的质量对植物生长至关重要，并可能受到多种因素影响，包括蒸汽传输和冷凝过程。因此，必须在不同条件下监测水质。
王鹏教授将空气汲水技术应用于垂直农业体系
灌溉组件的优化。为优化植物生长和资源利用效率，必须监测关键生理指标，包括叶绿素、类胡萝卜素、维生素、类黄酮和生物碱。此外，了解不同生长阶段的基因调控机制，对掌握植物如何应对环境变化、胁迫因素和营养波动具有关键意义。
校企合作推进科学研究
王鹏领衔的“空气汲水技术以及新型吸附式空气汲水体系”科研课题展现出可观的应用前景，并已获得国内外科学界及企业界的关注。高校与企业合作，是推进科学研究的法宝。日前，在中山大学，安捷伦科技公司为王鹏颁发了“安捷伦应用与核心技术大学研究项目（ACT-UR）”基金。校企双方领导嘉宾出席了颁授仪式，共同见证这一重要时刻。
王鹏教授（左）接受安捷伦副总裁兼大中华区业务总经理杨挺为其颁发的“安捷伦ACT-UR证书”
据了解，安捷伦将在水收集过程、材料优化、水质管理、作物生理监测等环节为王鹏提供有力的支持。具体而言，安捷伦分析检测技术平台将以实时、原位检测痕量离子与有机污染物的功能，实现持续的水质监测并确保遵守灌溉安全标准；同时，安捷伦技术还将持续监测受浇灌植物的生理与遗传因素，从而动态管理水质及营养，最终促进植物健康、生长以及资源利用效率都达到最佳水平。
王鹏表示：“这项研究是探索大气水收集和室内农业耦合系统特性的起点。未来，我们期待与安捷伦深化合作，进一步提高农业系统的智能化与可持续性，为应对水资源短缺和粮食安全等全球挑战提供创新解决方案。”
王鹏透露，鼓励团队借助人工智能辅助研究，进一步提升效率。空气汲水体系现在还处于早期的实验室阶段，将来经过中试阶段后，将进一步进行工业化、规模化运用。
广东科技报记者 刘肖勇
本文图片由受访者提供
来源：广东科技报
