工程师们开发了可以改变耕作方式的自浇水土壤

时间：2021-10-26 13:52:14 来源：

在夜晚的凉爽潮湿季节，土壤将水从空气中抽出，然后在白天被太阳能激活时将其释放。

德克萨斯大学奥斯汀分校的工程师创造了一种新型土壤，可以从空气中吸收水分并将其分配给植物，从而有可能将全球可耕地的地图扩大到以前的荒凉地区，并同时减少农业用水日益严重的干旱。

正如ACS Materials Letters所发表的那样，该团队的大气水灌溉系统使用超吸湿凝胶来捕获空气中的水。当土壤被加热到一定温度时，凝胶释放出水，使其可用于植物。当土壤分配水时，其中一些会返回到空气中，从而增加湿度并使其更易于继续收获周期。

Walker系材料科学副教授Yu Guihua Yu表示：“在难以建立灌溉和电力系统的地区实现独立农业，对于从资源日益匮乏的复杂水供应链中解放农作物至关重要。”机械工程系。

每克土壤可提取约3-4克水。根据作物的不同，大约0.1到1公斤的土壤可以提供足够的水来灌溉大约1平方米的农田。

在较冷的夜晚，土壤中的凝胶将水从空气中抽出。白天的太阳热激活了含水凝胶，将其内容物释放到土壤中。

研究人员使用自浇水的土壤在这个微型温室中种植了萝卜，并将其与世界干旱地区的沙质土壤进行了比较。

该小组在位于UT Austin的Cockrell学校的工程教学中心大楼的屋顶上进行了实验，以测试土壤。他们发现，水凝胶土壤比干旱地区的沙质土壤能够更好地保留水分，并且种植植物所需的水分要少得多。

在一个为期四周的实验中，研究小组发现其土壤保留了开始时约40％的水量。相比之下，沙质土壤仅一周后只剩下20％的水。

在另一个实验中，研究小组在两种土壤中都种植了萝卜。水凝胶土壤中的萝卜全部存活了14天，在最初的一轮之后没有进行任何灌溉，以确保植物能够存活下来。在实验的前四天中，几次灌溉了沙质土壤中的萝卜。初始灌溉期后，沙质土壤中的萝卜都没有存活超过两天。

“大多数土壤足以支撑植物的生长。”于飞研究小组的博士后研究员赵飞说，他与周兴义和张盼盼一起领导了这项研究。“水是主要限制因素，所以这就是我们为什么要开发一种可以从周围空气中收集水的土壤的原因。”

积水土壤是Yu小组研究了两年多以来的第一项重大技术应用。去年，该团队开发了使用类似于“超级海绵”的凝胶-聚合物混合材料的功能，可以从周围的空气中提取大量的水，进行清洁，然后利用太阳能迅速释放出来。

研究人员预想了该技术的其他几种应用。它有可能用于冷却太阳能电池板和数据中心。它可以通过家庭的独立系统或更大的系统（例如工人或士兵）扩大饮用水的获取。

参考：“通过大气水灌溉实现可持续农业的超级吸水凝胶”，周兴义，张盼盼，赵菲和于桂华，2020年10月1日，ACS材料快报。DOI：
10.1021 / acsmaterialslett.0c00439

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