我國西南山區，農(nong) 村土壤貧瘠、水資源缺乏。各地雖已建立起覆蓋麵較廣的農(nong) 電網絡，但部分偏遠村組和農(nong) 戶“電網末梢”吃緊的狀況仍未完全得到緩解。

　　科學研究如何助力鄉(xiang) 村振興(xing) ？雲(yun) 南大學材料與(yu) 能源學院教授萬(wan) 豔芬帶領的雲(yun) 南大學綠源功能材料團隊為(wei) 此展開了持久探索。近期，他們(men) 以作物秸稈為(wei) 原料，將原料進行碳化後製備出了光熱材料，並將材料進行三重仿生設計，研製出了水電聯發的清潔能源裝置，建立起了循環低碳智慧大棚。

　　利用秸稈參與(yu) 水伏發電

　　2021年，雲(yun) 南省秸稈資源量約1972.08萬(wan) 噸，可收集量1763.91萬(wan) 噸。秸稈主要來自玉米、水稻、甘蔗、油菜、小麥、薯類等作物，其中玉米、水稻、甘蔗秸稈的利用空間巨大。

　　“基於(yu) 學科所長，聚焦農(nong) 業(ye) 廢料再利用，是科研團隊致力綠色發展、促進鄉(xiang) 村振興(xing) 的著力點。”萬(wan) 豔芬說。

　　近年來，隨著納米材料研究的深入，人們(men) 發現部分碳材料在與(yu) 液體(ti) 作用時，會(hui) 表現出一係列新的生電效應，如波動生電、液滴生電、蒸發生電、濕度生電等，這些現象統稱為(wei) 水伏效應，這為(wei) 新型能源開發開辟了新路。

　　“我們(men) 的創新點在於(yu) ‘水電聯發’。”綠源功能材料團隊負責人、雲(yun) 南大學碩士研究生趙嶸介紹，他們(men) 研發的裝置，主要以秸稈碳化後的生物質炭作為(wei) 塗層材料，其易於(yu) 與(yu) 水進行表麵耦合，可使水分在材料的納米微通道中定向滲透，並在靜電作用下讓水中的正負電荷分離，使上下遊產(chan) 生電勢差，從(cong) 而產(chan) 生電壓。

　　與(yu) 此同時，在太陽光的照射下，這種水電聯發裝置能夠將農(nong) 業(ye) 廢水轉換為(wei) 清潔的農(nong) 業(ye) 用水，重金屬離子去除率達92%，有效解決(jue) 了農(nong) 業(ye) 廢水處理難、部分地區水資源緊缺的問題。

　　首創智慧大棚植物診療平台

　　雲(yun) 南大學綠源功能材料團隊成員由來自材料化工、新能源、信息技術、生物科學、財務管理、視覺設計等領域的數十名研究生組成。

　　“團隊根據水伏淨水發電、減汙節能這一構想，通過配套太陽能水電聯發裝置，建成循環低碳智慧大棚，對作物進行精準嗬護。”萬(wan) 豔芬說，這樣可提高作物產(chan) 量，增加經濟效益。

　　團隊在調研中發現，在雲(yun) 南種植花卉、蔬菜的智慧大棚，多停留在僅(jin) 能監測棚內(nei) 環境溫度、濕度的階段，且存在搭建成本高、碳排放量較高但智能化程度較低等問題。“針對這些痛點，我們(men) 想何不以作物秸稈為(wei) 原材料，製備一套水電聯發裝置，通過太陽能清潔能源，淨化農(nong) 業(ye) 廢水，並給大棚供電？”團隊成員羅洪耀說，精準培育循環低碳智慧大棚的理念由此誕生。

　　團隊首次原創製備出柔性傳(chuan) 感器件，以及對植物微環境中的氣體(ti) 、溫度、濕度進行監測的一體(ti) 化平台，並通過信息技術對平台數據進行了後端采集，做到植物病蟲害實時監測。

　　“我們(men) 與(yu) 雲(yun) 南大學生態與(yu) 環境學院合作，開辟了番茄種植園區並進行了一係列試驗。”團隊成員王學科介紹說，通過在不同狀態的番茄葉片上黏附柔性傳(chuan) 感貼片，他們(men) 發現病變葉片的微環境濕度以及氣體(ti) 釋放量與(yu) 正常葉片均明顯不同。

　　原來，病蟲害發生時，被侵蝕葉片的氣孔呼吸作用明顯下降，氣孔開合狀態較差，水分以及氣體(ti) 釋放量明顯下降。基於(yu) 此，研究團隊就可以提前診斷出植株是否正在遭病蟲害侵襲。“這時，我們(men) 就可以進行人工幹預，減少蟲害發生。”王學科說，團隊整合了各項技術，成功構建了水電聯發的植物診療一體(ti) 化大棚監測係統。

　　據悉，這是國內(nei) 首家獲得專(zhuan) 利授權的植物診療平台。水電聯發裝置不僅(jin) 能對偏遠、不適宜布設電網的大棚提供監測設備用電，還能及時控溫控水，精準釋放農(nong) 藥、化肥，給作物提供精心嗬護，實現大棚的自動化、智能化，減少農(nong) 廢汙染，增加經濟效益，助力低碳農(nong) 業(ye) 推進和鄉(xiang) 村振興(xing) 目標的實現。

　　技術成果促進綠色發展

　　水伏發電和智慧大棚不僅(jin) 能節省人力物力，提高產(chan) 量，增加經濟效益，還能在生產(chan) 各環節減少環境汙染，推動農(nong) 村發展，助力“綠美鄉(xiang) 村”目標的實現，其技術、成本優(you) 勢對農(nong) 民更有吸引力。

　　“塗層材料的原料是從(cong) 農(nong) 戶那裏購買(mai) 的秸稈，每公斤約0.6元；其他常用的化學原材料從(cong) 網絡渠道購買(mai) ，整體(ti) 成本較市場上的各類傳(chuan) 感器更加低廉。”羅洪耀介紹，產(chan) 品主要針對太陽能資源豐(feng) 富以及電力緊缺的山區農(nong) 村，目前裝置正處於(yu) 推廣階段。

　　團隊已獲得了中國青年創新創業(ye) 基金會(hui) 的經費支持，與(yu) 雲(yun) 南省大理市鳳儀(yi) 鎮莊科村以及雲(yun) 龍縣團結村簽訂了合作意向書(shu) ，提供750套水電聯發裝置和資金、技術指導，解決(jue) 當地農(nong) 廢難處理以及用電問題。該團隊還與(yu) 雲(yun) 南省雲(yun) 上小鎮創新創業(ye) 平台合作，進行項目產(chan) 業(ye) 孵化，完成了“秸農(nong) 科學技術開發（昆明）有限公司”的工商注冊(ce) 手續。

　　“當然，創新創業(ye) 中我們(men) 也麵臨(lin) 不少難點。”團隊負責人趙嶸說，主要是前期推廣投產(chan) 存在風險與(yu) 困難，市場份額尚不確定，以及技術與(yu) 產(chan) 品知識產(chan) 權保護等問題。

　　“這項智慧農(nong) 業(ye) 係統的實施，將在西南鄉(xiang) 村振興(xing) 戰略中扮演重要角色。先進技術手段和創新的農(nong) 業(ye) 模式將有利於(yu) 推動農(nong) 村環境改善和可持續發展。”萬(wan) 豔芬說。後期，團隊將以國家標準為(wei) 引領，向著發展成為(wei) 智慧農(nong) 業(ye) 領域領軍(jun) 企業(ye) 這一目標邁進。（記者 趙漢斌）