水盒子的畅想

Rhapsody of the Waterboxx

by Dec 03, 2010
by 钟惠城 Dec 03, 2010

编者按:水盒子以其简单而科学的构造旨在解决干旱地区种植的一大难题,其发明者的社会责任感和创造力令人敬佩,而水盒子的问世也标志着绿色设计即将上位。

每天,沙漠都在吞噬着我们的土地。一些日韩的同学和同事总是不停地向我嘟囔:我们的沙尘暴不仅横扫北京,还刮到了他们的国家。汗颜之余,更多的是无奈。众所周知,在干旱的土地里植树,一直都是个大难题,一是植物成活率低,二是耗水。倘若有这样一个机会,幼苗或种子不需借助人工灌溉设施而能在干旱的环境下成活,沙化问题似乎就会有转机,不是吗?事实上,已经有人实验成功并开始推广了。Pieter Hoff,就是这个“转机”故事的主人公。

图1:Pieter正接受一家西班牙电视台的采访。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

Pieter Hoff,这位有着农学教育背景的荷兰老人,是AquaPro公司的CEO。过去的他是一位花商,做着育种、生产和销售花卉的生意。他在2003年卖掉了自己的花卉公司,之后发明了专利水盒子——Waterboxx。Waterboxx是一个专为干旱地区设计的种植装置,有了它,植物可以在各种干旱的环境下成活,并且不再需要任何灌溉设施。Pieter的心愿就是通过水盒子绿化全世界(种两百亿棵树)。

水盒子科学原理

首先,来推敲一下水盒子背后的科学支撑。Pieter Hoff认为,干旱地区之所以无法让植物生长,是因为土壤里没有能持续供给的水源,胚根无法生长,从而导致种子或幼苗的枯死。

图2:干旱环境中种子缺乏持续的雨水而枯死。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

那么这个水盒子又是如何避免植物枯死的呢?在这里要先介绍一下土壤里的一种水体——毛细水(Capillary Water)。干旱的地区在降雨后,会在细小的土壤间隙中形成毛细水,这些水体通过毛细现象不受重力的作用而停留在土壤表层。但在干旱地区,太阳的酷晒使得毛细水很快被蒸发掉。若有一种方法能保证土壤表层持续地保有毛细水,种子便能发芽,随后长出胚根(Radicle Root),形成主根(Primary Root)。一旦植物在早期形成了健康的主根,它便具备了自己寻找土壤水源的能力。

图3:毛细水的存在与蒸发。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

而苗圃里的树苗一般难以具备这种能力:因为在苗圃里生长的树苗,由于容器尺寸的限制,主根在生长到一定程度后便停止生长,再长出来的则为次根(Secondary Root)(情况1);在室外土壤里生长的树苗,长到一定程度后根系便被清理移植到需要的地方,虽然植物在新的土壤里能继续生根,但主根已被破坏,新长的根也为次根(情况2)。

图4:为什么许多人工栽植的植物无法长出主根?Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

要知道,主根的生长力量为50千克/立方厘米,这样的力量足以让其穿破厚实的土壤寻找水源;比较之下,次根的生长力量只有 5千克/立方厘米(是主根的十分之一)。因此,简单来说,要培养出能够自己寻找水源的植物,有两个条件,一是源源不断的毛细水,二是从种子开始生长,或是从还未长出次根的小苗开始生长。

图5:主根与次根的力量比较。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

水盒子运行

有了以上这套论证,再来看看这个水盒子是如何运作的。原理非常简单,它来源于对自然界种子生长的模拟:种子通过鸟类的粪便降落在大地上,此时,土壤表层供毛细水作用的通道(Canal)是完整的。同时,粪便本身阻止了毛细水的蒸发并将水分保持在通道里。这样,种子便开始生长了。

图6:原理来源于大自然母亲。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

水盒子就像是罩在种子之上的“粪便”。它是一个高25厘米,直径为50厘米的圆筒形盒子,将种子或幼芽轻轻地放在中空的筒腔里让其生长。

图7:水盒子构造。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

最后,置入15升(4加仑)的水,便一劳永逸了。完美的构造设计,不仅让盒子内的水不会蒸发,而且,在夜间,通过缩合作用(Condensation)盒子会产生水分 (露水)并自动储存在中央筒腔的两边(同时还起到保温的作用);在日间,盒内的水为中央管腔带来了遮阴和较低的温度(同时还能挡风)。因此,管腔内形成了适于种子和小苗生长的微气候。

图8:水盒子工作原理。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

一根导入土壤的滴芯每天可提供约50毫升的水,这些水可以湿润水盒子以下两米深的毛细水水体。当根系具有自己找水的能力后,植物便开始了它的成长期。如此一来,水盒子便完成了它的使命,将其移走后,即可以开始承担下一任“粪便”的角色。

图9:每日供水。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

图10:使命的循环。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

没有复杂的机关,也没有附加的维护,这个发明就是这么简单。水盒子经历了四年的测试和原型的改进,Pieter分别在斯滕贝亨(荷兰)、撒哈拉沙漠(摩洛哥)、萨拉戈萨(西班牙)、加利福尼亚(美国)等地进行了实验,并取得了不错的成效。

图11:长势良好的树苗,里维埃拉,法国。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

图12:水盒子里的阿甘树(Argania spinosa),阿加迪尔,摩洛哥。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

图13:南瓜,加西维,加利福尼亚。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

图14:水盒子实验,萨拉戈萨,西班牙最干旱的地区。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland

四年的时间,对于植物实验来说也许不算长,其多年后带来的生态和经济效益实际如何也不能过早下结论,但从该发明本身带来的影响和目前实验的结果来看,是积极的。2008年,水盒子获得了由荷兰经济部颁发的 Bèta Dragons科学大奖(Bèta Dragons Science Award)。评委们认为水盒子对解决生态问题和贫困问题上有着积极潜力。直至今年年底,会有共计一万五千棵水盒子树在20个研究示范区被种植。

关于水盒子的工作原理、实验数据、经济可行性分析和各种视频资料,都是公开的,大家可以在www.groasis.com中找到。关于植物的选择,老人提倡根据当地的具体条件使用适宜的包括地被、灌木、乔木在内的植物,详见www.groasis.com

结语

昨天,Pieter Hoff写信告诉我,水盒子击败了包括Apple iPad、Porche 916、Spyder Green Supercar、Sony Playstation在内的 117  个竞争者,获得了权威杂志《科技新时代》(Popular Science)评选的2010年最佳设计大奖(Best Invention 2010)。多么振奋人心!在这个娱乐设计、工业设计大行其道的时代,绿色设计终于上位!追赶潮流时尚、玩转娱乐游戏的莘莘学子们,是不是该停下手中的娱乐键了?

Pieter Hoff如此的将社会责任当成自己事业前进的动力,着实令人敬佩。当然其最终成果也同样令人期待。水盒子在中国的实验仍是空白,真希望哪位政府领导或大商人,看上它,豪掷万金,绿了一片旱地。

图15:白水,加利福尼亚,2010年11月。Photos and Images Courtesy: AquaPro – Holland



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钟惠城

钟惠城,康奈尔大学风景园林硕士,北京林业大学城市规划硕士,风景园林新青年统筹协调人

周啸, 覃颖莹, 谢丽艳

19 discussions
  1. danyuki says:

    小钟,谢谢,这是个很棒的东西!问下:费用上大概需要多少?(单价)

    • benchole says:

      @danyuki,
      水盒应该申请专利了吧?单从造价上来说我觉得费用不大。

    • 钟惠城 says:

      @danyuki, 恩,就是个塑料盒子,成本应该不高;刚上他们网站查了一下,若论单价,一个大概10欧,100人民币的样子。。这是贵还是不贵?应该是贵也不贵,看谁买,怎么用,在哪里用。。
      盒子专利了,但Ipod、Iphone也专利了。。。

      • jingyanxin says:

        @钟惠城, 这个绿色装置很有想法,虽然难以大规模使用,但是在促进生态设计的意识上很有意义(比如成都活水公园),在下不才代表实践派感谢钟。

  2. HYUK says:

    有意思~科学技术果然是生产力~

  3. 程鹏 says:

    首先,这是个好东西,非常的棒!
    其次,说点不是很对题的话——关于荒漠化
    中国荒漠化的原因我没有深入研究过,说说肤浅的认识,不对的地方其他同志尽管拍砖
    我认为荒漠化原因不外乎
    1.气候变化
    2.人类活动的干扰
    气候变化我们基本没招儿,全球气候趋于变暖、变干旱似乎地球自己的气候周期变化(道听途说)
    人类活动的干扰是我们关注最多的,耳熟能详的。很多干旱地区采用了多种治沙措施,我不列举了,花了很多人力、物力效果并不明显。原因多种,很大一部分是我们的措施并不完全符合自然规律,我们的知识还没有完善到那个程度。
    我倒是听过媒体报道过的西部某县治沙的成功经验,很简单,把以前用在工程措施上的钱花在外迁牧民方面,叫做——人退沙退,人走了以后让大自然自己恢复。在没有人类生产生活活动干扰情况下,3~5年之内当地的植被系统会慢慢恢复,沙漠会被固定下来,逐步进入良性循环,形成稳定的生态群落。
    但是,在中国目前地少人多的国情下,想要把人迁走,是最最最难的!!!

    • jingyanxin says:

      @程鹏,恩,中国的问题主要还是政策问题,说的更直接就是经济利益博弈的问题。

      • benchole says:

        @jingyanxin,
        也甭夸大和考虑那么多嘛。
        能种一棵树,或者是一颗小树苗也是好的。

        另外我觉得沙化和环境原本的承载力有关,当大大超过时,如你说说的弹性回归就变得不太可能。

  4. Ken says:

    与其引渤海水入疆,不如干点实事

  5. 安友丰 says:

    谢谢钟惠城!
    一种很有启发性的装置。
    有可能大规模应用于干旱地区。
    只是专利费……
    制作成本会很低……

    • zhujiang says:

      玩意儿很不错
      看到安老师的话令我不经意想起了几个故事:
      1.昌平某厂区生产的“美国玻璃钢快速取水阀门箱”,名为高仿,实在山寨,价格低廉,用途广泛;
      2.工信部鼓励山寨,称“模仿也是创新”;
      3.我曾经在河南省郑州市火车站前买到过一瓶“司口司乐”碳酸饮料。

      安老师笑而不语

    • wh says:

      安老师,
      基于这个东东我想请教您一下,我们在面对一个场地的条件时,往往应该侧重于场地的自然条件来设计,但是否还可以像上述设计一样,提出一下能够改变场地的设计?这样的“反”思维有发展的前景么?是不是实现起来比较困难?

  6. 钟惠城 says:

    另外一个方面,是水盒子的推敲逻辑,怎么看都与我们做设计的过程思路惊人的相似,因此,很启发人。。

  7. liping says:

    这个案例让我想起了几年前看的一段治理荒漠化的纪录片,西北拓荒植树的士兵就是将树苗插到盛满水的瓶子中,留部分根系在外面,然后一并埋入土中。等到瓶中的水被耗尽时,根系也强壮到足以保证树苗成活了。当时看到他们使用的都是一些废旧的酒瓶饮料瓶,很简陋,更没有什么理论上的研究(比如具体的水量、瓶子的材质及根系与瓶体的关系等等),但是也一定程度上提高了恶略荒漠环境下的植树成活率。(至少当时的记录片中是这样叙述的)
    这与钟师兄的文中介绍的方法也有相似之处。相信 如果加以深入研究的话会更有前景。
    但重点是当我看到这篇文章兴奋之余,想起之前看到的报道,想要在网上搜索是否国内也就当时的“土办法”研究出什么新装置时 我却什么也没有找到。。。有点惋惜
    相比这位荷兰老人我想我们缺的更多的不是创造力而是社会责任感。。。

  8. envy says:

    有意思 把这种发明做到方案里去也是一种推广吧

  9. Jacky 阳 says:

    很棒!还可以再改进一下….做成两个半圆的,这样树苗长大后移走盆子时方便些,也不容易伤到小树苗。盆子的模具小一半成本更低。

  10. 草木心 says:

    小东西大智慧,从源头上找原因才能找到最根本的解决之道

  11. p0p0 says:

    以前只知道,鸟的粪便给种子提供了养分,却不知道还保持了土壤中毛细水。

    真是感叹,常识的问题也值得怀疑。

  12. 丹麦秸 says:

    这让我想起了一个日本大叔在中国北方沙漠种树的事情,他每年打工攒钱然后来中国种树。如果这个在我国沙漠片区加以适当实施,应该会有远见的受益吧,

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