破解水危机：美国内陆农业的淡化技术新突破

在2024年夏季，美国得克萨斯州西部迎来了史上最酷热的6月和第二酷热的8月。连续53天的高温突破华氏100度，再加上持续干旱，迫使埃尔帕索地区的农民面对农业危机。拉尔夫·洛亚（Ralph Loya）是这片炎热土地上的一名农民，他的8英亩农田种满了甜瓜、秋葵和黄瓜等作物，但他最担心的还是玉米的存活。玉米不仅对盐分敏感，还需充足的水源灌溉，而洛亚依赖的地下井水略带咸味，仅能勉强维持作物的生长。

随着气候变化加剧，水资源短缺正威胁着美国西部和西南部的农业，这些地区为全国提供了大量牛肉、奶制品、苜蓿、坚果和农产品。为了应对危机，农民们采用滴灌技术、土壤传感器等方法精确灌溉，同时也不得不减少耕地、拔除树木甚至出售牲畜。然而，这些措施无法彻底解决问题。

近年来，科学家们将目光投向了一种长期被认为过于昂贵的技术：淡化咸水。这项技术原本主要用于沿海地区的海水淡化，而现在，研究人员尝试以更低的成本淡化内陆地下含水层中的微咸水，为农田提供灌溉用水。

淡化技术：农业新希望

美国农场每年消耗超过 8300 万英亩英尺（超过 27 万亿加仑）的灌溉用水，是美国仅次于热电厂的第二大耗水行业。并非所有蓄水层都是咸水，但大多数都是咸水，位于美国西部，而且通常越深，含盐量就越高。由于人类活动，世界各地的淡水都变得越来越咸 ，“我们必须解决内陆农业海水淡化问题……才能种植出我们所需的粮食，”麻省理工学院研究中东和北非内陆海水淡化的科学家 Susan Amrose说道。

咸水（略咸）地下水主要分布在美国西部。 来源： JS STANTON ET AL / 美国咸水地下水：USGS PROFESSIONAL PAPER 1833 2017

淡化技术通过去除水中的盐分，使其适合饮用或灌溉。内陆淡化不同于海水淡化，处理的是含盐量介于每升1,000到10,000毫克之间的微咸水，而海水的含盐量则高达每升35,000毫克。目前，美国得克萨斯州拥有超过36座微咸水淡化厂，加利福尼亚州也有20多座，但这些设施主要生产饮用水。

长期以来，淡化技术因高昂的成本难以在农业中推广。处理一英亩英尺（约40万升）的微咸水需要约800美元，而许多农民仅需支付3美元即可获得相同量的新鲜水资源。因此，淡化水更多用于人类饮用。然而，随着气候危机的加剧，咸水淡化技术正在逐步走向田间地头。

美国能源部旗下的“国家水创新联盟”（NAWI）和美国垦务局近期投资了多项研究，推动小型分散式咸水淡化系统的开发。这些系统可直接安装在农场，减少水的运输成本，同时提升用水效率。洛亚的农场已被选为试点项目，测试微咸水淡化在农作物种植中的可行性。

突破性技术的应用与挑战

洛亚的淡化装置采用常见的反渗透技术，通过高压将咸水挤过半透膜，将淡水和盐分分离。然而，这项技术仍面临高能耗、设备易损以及盐渍处理等问题。例如，反渗透不仅去除盐分，还会带走钙、镁等有益矿物质，农民不得不额外施肥或补充水源以维持土壤养分。

为解决这些挑战，研究人员正在开发更高效的替代方案。例如，麻省理工学院的研究团队测试了一种电渗析技术，通过电压将水中的盐离子移除，能量消耗仅为反渗透的一半，同时保留有益矿物质。此外，一些团队尝试用化学溶剂替代膜过滤，进一步降低成本和废弃物处理难度。

从试点到未来

洛亚的淡化系统将于2025年投入使用，计划利用太阳能驱动设备，每分钟可产出7加仑淡水，回收率达90%至95%。余下的盐渍将被浓缩至最少，并通过蒸发池处理。虽然这项技术尚未能解决所有问题，但对于种植高价值作物如坚果和浆果的农民而言，淡化技术的成本逐步可接受。

与此同时，位于新墨西哥州的“微咸水国家淡化研究设施”正进行多项试验，以进一步提升淡化效率和降低成本。研究人员还发现，通过混合淡化水与未经处理的微咸水，并结合土壤改良技术，可以有效降低水处理费用，为农民提供更经济的解决方案。

展望与反思

尽管淡化技术为农业用水带来新希望，但其局限性不容忽视。一些专家担忧，过度开发地下微咸水可能引发生态风险，而淡化技术的高成本仍难以适应大规模种植。研究人员强调，淡化水只是众多水资源管理方法中的一环，应与雨水收集、管道修复等措施结合，才能真正缓解水资源短缺问题。

正如NAWI执行董事彼得·菲斯克所言：“淡化技术并非万能，但它可以作为一项重要工具，与其他解决方案共同构建可持续的农业未来。”面对日益加剧的水资源危机，农民和研究人员正在携手探索，确保粮食供应在不确定的气候中继续稳步前行。

参考链接：

https://arstechnica.com/science/2024/12/can-desalination-quench-agricultures-thirst