近日，制冷与低温工程研究所王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）在Advanced Functional Materials期刊上发表了题为“High-Efficiency Atmospheric Water Harvesting and Irrigation Recycling in Greenhouse Using Hygroscopic Composite Gels”的研究论文，提出了一种温室侧窗水回收系统，该系统在温室环境中可实现78.78%的水资源节约率，并显著提高作物产量，为农业节水技术的发展提供了新的思路。论文第一作者为制冷与低温工程研究所博士生邹豪，通讯作者为王如竹教授、农业与生物学院黄丹枫教授和新加坡国立大学李俊教授。
在农业生产中，水资源短缺已成为制约粮食安全的重要因素。温室农业作为现代农业的重要模式，通过调控内部环境提升作物生长效率，但也面临水资源浪费的难题。传统的节水灌溉技术能够减少灌溉用水量，但无法有效解决因作物蒸腾和温室通风造成的水分损失。作为调节温湿度的重要组件，温室侧窗在排放湿空气的同时，也导致大量水蒸气流失，降低了水资源利用效率。因此，如何在保证温室正常通风的同时，提高水资源回收率，成为农业可持续发展亟待解决的关键问题。该研究针对这一挑战，提出了一种利用吸湿材料进行水回收的全新策略，利用温室侧窗本身作为水收集结构，无需额外占用种植空间，使其具有极高的适应性和实用价值。
论文研发了一种高效吸湿凝胶，该材料由羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠、乙二醇二缩水甘油醚和氯化锂组成，形成了一个具有高吸湿性、稳定性和可扩展性的多孔网络结构。这种凝胶不仅能够在高湿度环境下高效吸附水分（最大吸水能力达到4.06 g water gsorbent⁻¹），还可在70°C条件下快速释放水分，实现高效的水循环回收。研究团队设计的水回收系统（SWR）将该凝胶集成到温室侧窗结构中，使其在通风时主动吸收温室内部的湿空气，并在适当时机通过低温加热释放水分，从而将原本会被排放的水蒸气转化为可用于灌溉的水。实验数据显示，该系统在温室环境中每平方米可回收5015.6 g的水，大幅提升了水资源利用效率。此外，该系统还能优化温室内部的微环境，使相对湿度控制在60%-80%的最佳生长范围内，并在夜间提供一定的额外热量，有助于作物的健康生长。生菜种植实验表明，SWR系统的应用可显著增加叶片数量、叶片面积和叶绿素含量，最终提升作物产量120%。这一成果展现了该系统在水资源节约方面的优势，也提升了农作物的生长质量和经济效益。
该研究为现代农业的水资源管理和智能温室发展提供了一种可行的解决方案，可推广至商业温室和智慧农业系统，并结合可再生能源（如太阳能或风能）进一步优化能效。此外，SWR系统采用模块化设计，可适配不同类型的温室结构，并根据实际需求进行扩展，为水资源短缺问题提供可持续的解决方案。
王如竹教授领衔的能源-水-空气ITEWA创新团队长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展，近年来在Science, Nature Reviews Materials, Nature Water等高水平期刊发表50余篇论文。本文工作是ITEWA团队与农生学科和材料学科领域的深度合作。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202501163?af=R
学院OA系统
jAccount登录
ENGLISH
地址：上海市东川路800号上海交通大学闵行校区机械与动力工程学院
邮编：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn