杰青团队!南京大学,Nature Water!

超过三分之一的农村成年人面临中度或重度粮食不安全问题，这一问题在灌溉水与耕地均有限的沿海地区尤为严峻。

将海水转化为灌溉水的海水淡化农业为解决该问题提供了极具前景的方案。例如，基于反渗透（RO）的海水淡化农业已在西班牙、以色列成功应用。然而，海水淡化农业仍面临硼污染、基础设施成本高、运行能耗大等挑战。

当前亟需可持续农业模式，将海水淡化农业从线性“开采–生产–废弃”模式转变为循环“回收–再利用–循环”模式。

具体而言，循环海水淡化农业应遵循五大核心原则：保护农业生态系统、满足营养需求、使用可再生能源、最小化废弃物、副产物循环利用。

落实这些原则需要重新设计从海水淡化、作物选择、种植、加工到循环利用的全农业食品链，但目前仍缺乏这样一套集成化循环框架。

南京大学朱嘉、宋琰等人、海南医科大学Tao Yang、肖娟秀等携手提出太阳能驱动的循环海水淡化农业，作为一种可持续、离网的沿海粮食生产方案。

该模式利用太阳能生产灌溉水，并将农业副产物升级为功能材料，实现水–粮食–物质循环。

在水–粮食循环中：

由食物废弃物制备的生物蒸发器通过太阳能界面蒸发净化海水；

通过在液–气界面集中光热，产生大量优质灌溉水与生活饮用水；

种植并加工大豆作为食物；

废水循环作为太阳能淡化的进水，实现近零排放。

在物质循环中：

- 农业副产物高值化利用：豆粕通过自组装升级为淀粉样原纤维基生物蒸发器；

- 大豆秸秆转化为肥料改良土壤。

这些循环共同构成了一套零废弃、资源循环的农业体系，可在资源受限的沿海环境中提升粮食安全。

选择大豆作为模式作物验证太阳能循环海水淡化农业，主要基于三点原因：

1. 大豆加工副产物豆粕富含淀粉样原纤维，可自组装形成坚固三维网络，无需高温、保护气氛热解，简化制备并支撑循环；

2. 大豆营养丰富、用途多元，富含蛋白质、碳水、纤维、脂肪，可用于榨油、制作植物蛋白奶等；

3. 豆粕基生物蒸发器具有优异的太阳能海水淡化性能，轻质、隔热、亲水、耐水，可漂浮在海面高效捕光、集中热量，实现高光热转换效率，同时淀粉样网络提供机械稳定性与抗菌性，保证在动态海洋环境中长期稳定。

为验证该方案，我们在中国海南岛构建并开展了为期3个月的田间试验，完成了从萌发、种植、收获、加工到废弃物升级再利用的全链条验证。

按全球人均农业用地0.6公顷规模计算，该系统可供水1853人、供蛋白质237人、供干粮47人。

除大豆外，该模式还可在种植月季等多种粮食与高价值经济作物的同时修复盐碱地，展现出广泛适用性与经济潜力。

宋琰，南京大学能源与资源学院助理教授，主要从事关键资源绿色开发研究，其团队研发的"界面光热盐湖提锂技术"通过微纳结构材料实现太阳能驱动锂离子高效提取，相关成果获2025年第50届日内瓦国际发明展金奖。宋琰系统展示了微纳结构界面光热技术在水处理领域的最新应用进展。

https://www.nature.com/articles/s44221-026-00615-y