近日，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院鄧紅兵、陳朝吉教授團(tuán)隊(duì)在鹽堿地修復(fù)領(lǐng)域取得新突破。他們實(shí)現(xiàn)脫鹽器單件成本僅3分錢(qián)，且不排放任何高鹽廢水。相關(guān)成果已發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊Materials Horizons上。武漢大學(xué)弘毅博士后董向陽(yáng)為第一作者，資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院鄧紅兵、陳朝吉教授為通訊作者。下面，讓我們一起了解他們是如何實(shí)現(xiàn)低成本、零排放修復(fù)鹽堿地的。

中國(guó)是世界第三大土地鹽堿化國(guó)家，有36萬(wàn)km2土地存在不同程度的鹽堿化，且面積還在持續(xù)擴(kuò)大。開(kāi)展鹽堿地修復(fù)工作，對(duì)于守牢18億畝耕地紅線、維護(hù)我國(guó)糧食安全至關(guān)重要。

▲全球鹽堿地和缺水情況分布圖

然而，在土地鹽堿化地區(qū)進(jìn)行土壤脫鹽工作面臨困境。這些地區(qū)淡水資源匱乏，鹽水資源豐富。傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)存在諸多弊端，土壤淋洗法需消耗大量淡水，土壤調(diào)理劑要結(jié)合土壤淋洗法使用，耐鹽堿植物早期也需要淡水灌溉，且修復(fù)周期長(zhǎng)，無(wú)法解決依賴淡水和排放廢水的問(wèn)題。

▲利用咸水作為“工作介質(zhì)”抽取土壤鹽分示意圖

鄧紅兵、陳朝吉教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于農(nóng)林廢棄生物質(zhì)高值化利用研究，他們思考能否將農(nóng)林廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成高性能材料，利用當(dāng)?shù)馗挥嗟南趟鳛椤肮ぷ鹘橘|(zhì)”，把土壤里的鹽分“抽”出來(lái)，在材料表面結(jié)晶成固體鹽，從而避免淡水依賴和廢水排放的限制。

▲圖a：不同材質(zhì)構(gòu)成的脫鹽裝置；圖b：土壤修復(fù)模式；圖c：修復(fù)過(guò)程中的土壤鹽度變化；圖d：大田實(shí)驗(yàn)；圖e：大田實(shí)驗(yàn)修復(fù)前后土壤含鹽量和小麥發(fā)芽情況

團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，利用濾紙、吸管、地膜構(gòu)建了零廢水排放的非接觸式太陽(yáng)能界面蒸發(fā)土壤脫鹽器（圖a和b）。具體做法是將包裹有濾紙的吸管插入覆蓋了地膜的鹽堿地中。通過(guò)黑色地膜（光熱層）與紙包裹吸管（蒸發(fā)層）的分離設(shè)計(jì)，太陽(yáng)光被轉(zhuǎn)化為10μm紅外輻射驅(qū)動(dòng)脫鹽器工作，避免鹽分在蒸發(fā)界面堆積導(dǎo)致的光吸收性能衰減；濾紙的隨機(jī)纖維結(jié)構(gòu)顯著降低鹽分表觀擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)合柱狀設(shè)計(jì)的擴(kuò)散距離延長(zhǎng)及蒸發(fā)對(duì)流效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了鹽分從土壤到脫鹽器的單向遷移與廢水零排放。

最終，在直接使用鹽水的條件下，土壤鹽分從11.04mg/g降至0.95mg/g（降幅93%），與淡水修復(fù)效果無(wú)明顯區(qū)別（圖c），完全滿足小麥生長(zhǎng)需求（圖d和e）。修復(fù)結(jié)束后，吸管表面結(jié)出肉眼可見(jiàn)的鹽顆粒，表明土壤中的鹽分被吸管“吸”走了。而且這種方法適用于多種鹽堿化土壤類型，對(duì)沙土、壤土、黏土都有良好效果，真正把“廢棄生物質(zhì)”升級(jí)為“鹽堿地修復(fù)器”。

▲吸管表面結(jié)出肉眼可見(jiàn)的鹽顆粒

鄧紅兵、陳朝吉教授團(tuán)隊(duì)的研究創(chuàng)新之處在于，通過(guò)太陽(yáng)能輔助蒸發(fā)方法，首次實(shí)現(xiàn)“零廢水、零淡水”的鹽堿地治理。全過(guò)程鹽分以固體晶體形式回收，無(wú)高鹽尾液外排；灌溉水直接取自當(dāng)?shù)匚⑾趟?咸水，不再與農(nóng)業(yè)、生態(tài)爭(zhēng)淡水。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)考慮到大規(guī)模應(yīng)用，裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。用最便宜的農(nóng)林廢棄生物質(zhì)制造土壤修復(fù)裝置，成本低廉，每根只需3分錢(qián)。脫鹽器裝置的制造工藝和制作吸管的工藝相似，可用現(xiàn)有的吸管制造設(shè)備直接生產(chǎn)，一分鐘能生產(chǎn)300根。

▲可利用成熟飲料吸管包裝生產(chǎn)線量產(chǎn)

團(tuán)隊(duì)基于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，在不考慮新開(kāi)墾耕地的情況下，全球范圍內(nèi)，僅小麥一種作物，該裝置便能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)約780萬(wàn)噸/年，相當(dāng)于每年多養(yǎng)活2000萬(wàn)人，中國(guó)小麥糧食產(chǎn)量提升約2.18%，約多養(yǎng)活600萬(wàn)人，有望為我國(guó)乃至全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全提供重要保障。在鹽堿化嚴(yán)重的西北地區(qū)，尤其是新疆地區(qū)，小麥產(chǎn)量有望顯著提高。

▲新疆地區(qū)小麥產(chǎn)量變化預(yù)測(cè)

未來(lái)，團(tuán)隊(duì)一方面會(huì)爭(zhēng)取將這項(xiàng)研究進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，另一方面也將繼續(xù)研究這項(xiàng)技術(shù)在其他類型土壤修復(fù)中的應(yīng)用前景，助力我國(guó)的耕地保護(hù)與糧食安全。

武大是研究團(tuán)隊(duì)堅(jiān)強(qiáng)的后盾。研究過(guò)程中，得益于武大的工科建設(shè)，團(tuán)隊(duì)得到了動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院趙文勝教授課題組和遙感信息工程學(xué)院孟小亮教授課題組的幫助。武大校友也積極幫忙，研究團(tuán)隊(duì)曾在新疆、西藏和我國(guó)沿海地區(qū)尋找理想的大田實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，最終，武大校友劉安松幫團(tuán)隊(duì)聯(lián)系到了山東青島的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，助力實(shí)驗(yàn)結(jié)果順利產(chǎn)出。

當(dāng)改良后的泥土里冒出小麥嫩芽，當(dāng)曾經(jīng)泛著白堿的土地開(kāi)始呼吸，這項(xiàng)成果早已超越了技術(shù)本身。它是給大地的一封和解信，是讓荒蕪重識(shí)春華的密碼，那些曾經(jīng)無(wú)用的土地，正以新的綠意，書(shū)寫(xiě)著人類與自然共生的詩(shī)行。

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