夏日荷風(fēng)

大自然的防水科技

“江南可采蓮，蓮葉何田田。”炎炎夏日，那一池碧水夏荷讓人們流連忘返，沁人心脾。從古至今，荷花就是純潔的象征，備受世人的喜愛，也留下了許多膾炙人口的著名詩篇，北宋理學(xué)家周敦頤在《愛蓮說》中說：“予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖?！币馑际钦f荷花從淤泥中長出來，卻不會被污染。其中的科學(xué)原理是什么呢？為了探究這個問題，我們可以做個簡單的小實驗，往荷葉上滴一滴水，仔細(xì)觀察水滴在荷葉上的形狀。水滴落在荷葉上會形成一個小水球，很容易在荷葉表面滾來滾去。難道荷葉表面非常光滑，所以水滴在上面運動很快？用手摸一下荷葉的表面，就會意外發(fā)現(xiàn)荷葉的表面并不光滑，反而很粗糙。這樣的表面怎么會“出淤泥而不染”呢？

這時要用電子顯微鏡對荷葉進行觀察才能揭開其中的奧秘，原來荷葉的表面布滿了多重納米和微米級的小乳突，乳突的頂端呈扁平狀且中央略微凹陷。這些大大小小的乳突在荷葉表面上猶如一個個隆起的“小山包”，“小山包”之間的凹陷部分充滿空氣，這樣就在緊貼葉片的表面形成一層極薄的納米級的空氣層。水滴相比荷葉表面上的乳突要大得多，因此雨水或水滴落到葉面上時，只能與葉面上“小山包”的頂端形成幾個點的接觸，大部分底面都是懸空的，從而不能浸潤到荷葉表面上。水滴在自身的表面張力作用下形成球狀體，在滾動中能吸附灰塵并滾出葉面，從而達到清潔葉面的效果。荷葉表面這種具有超疏水以及自清潔的特性被稱為“荷葉效應(yīng)”。

具有荷葉效應(yīng)的植物葉片還有很多，比如水稻葉、芋頭葉等。荷葉效應(yīng)在指導(dǎo)人們進行超疏水自清潔表面設(shè)計方面也取得了廣泛應(yīng)用。超疏水涂層就是仿造荷葉表面結(jié)構(gòu)開發(fā)出來的，將這一涂層用在鞋上，即使蹚過泥水，鞋子仍保持潔凈。模仿荷葉自潔的功能，可開發(fā)出自潔、抗污的納米涂料，用在高樓大廈的玻璃和外墻上，可以減少洗滌劑的使用，減少環(huán)境污染，節(jié)約水資源。船只在水面航行時需要消耗很多的能源來克服行進中的摩擦阻力，利用超疏水表面可以減阻，從而提高航速和節(jié)約能源。疏水性表面的應(yīng)用還有很多，在防冰、防腐、油水分離、抗菌等領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。未來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展還會進一步拓展應(yīng)用場景。

睡蓮不是蓮

蓮（Nelumbo nucifera）是蓮科（Nelumbonaceae）蓮屬（Nelumbo）多年生草本水生植物，又稱荷、荷花、蓮花，古稱菡萏、芙蕖。睡蓮為睡蓮科（Nymphaeaceae）睡蓮屬（Nymphaea）植物通稱，全屬植物有80余種。因此盡管從名字來看睡蓮和蓮就相差一個字，實際上它們屬于不同的科，親緣關(guān)系較遠，形態(tài)特征區(qū)別也很明顯。蓮屬于挺水植物，葉片和花朵通常都高高地挺出水面，而睡蓮屬于浮葉植物，其葉柄柔軟，無法將葉片撐出水面，只能讓葉片靜靜地漂浮于水面，仿佛睡在水面上。同時，果實上的差異也很大，蓮花的果實就是大家熟悉的蓮蓬，種子是可以食用的蓮子，而睡蓮的果實很多人可能都沒注意過，睡蓮花朵凋謝后會在水下結(jié)出一個乒乓球大小的海綿質(zhì)漿果，堅硬的種子藏在里面，并沒人去食用。此外，地下的根莖差別就更大了，蓮花的根狀莖就是我們常吃的水生蔬菜蓮藕，而睡蓮的塊狀根莖也很少有人食用。

睡蓮之所以稱為睡蓮，是因為其花會按自己的節(jié)律開合，即在一天中特定的時間閉合，有晝開型和夜開型。睡蓮花瓣有白色、藍色、黃色、紅色或粉紅色，排列成多輪。睡蓮單朵花期一般為4～7天，到了時間閉合的花朵不再開放，花梗下彎沉入水中，進行果實和種子的發(fā)育。

睡蓮之王——王蓮

想象一下，在寧靜的湖面上，漂浮著一片片巨大的圓形綠葉，直徑能達到3米，每片葉子都像一艘天然的綠色小船，這就是有“植物界巨無霸”之稱的王蓮。王蓮是睡蓮科王蓮屬植物，它有個“貴族”身份，其屬名Victoria是1837年英國植物學(xué)家林德利用英國維多利亞女王的名字命名的，可見當(dāng)時的科學(xué)家有多么欣賞它們。世界上主要有三種王蓮：亞馬遜王蓮、克魯茲王蓮，還有它們的“混血兒”長木王蓮。其中亞馬遜王蓮葉片背面棕紅色，直徑可達2～3米，葉片邊緣向上翻起1～2厘米，由于耐寒性較差，在我國大部分地區(qū)不太容易見到?？唆斊澩跎彽娜~片翠綠色，直徑約為1.5～2米，葉片邊緣向上翻起比較高，可達10厘米。由于耐寒性較好，在我國廣泛種植。1961年美國長木植物園將這兩個種雜交獲得了長木王蓮，兼具雙親的特征，在我國種植也比較多。

最神奇的是，這些看起來柔軟的大葉子居然能輕松托起50公斤的重量。夏季，在植物園，你經(jīng)常能看到小朋友們開心地坐在王蓮葉片上拍照，就像坐在一艘魔法船上游覽。你知道王蓮是怎么做到的嗎？將王蓮的葉片翻過來，就會發(fā)現(xiàn)葉片背面有許多粗壯的葉脈，就像建筑里的鋼筋一樣，凸起的葉脈呈網(wǎng)格狀，主脈和若干分支組成了一個強有力的支撐結(jié)構(gòu)，猶如一把精心設(shè)計的傘架。據(jù)說，1851年倫敦舉辦的萬國工業(yè)博覽會的展館“水晶宮”，就是受王蓮的啟發(fā)而設(shè)計的。王蓮的葉脈是中空的，里面裝滿了空氣，這樣不僅葉子變輕了，還能增加浮力。葉子邊緣向上翹起，像一個小圍欄，可以防止水溢到葉面上，讓“小船”更安全。這個圍欄并非閉合的，而是有兩個豁口，呈倒三角形，可以有效地排水。下次如果你去植物園，一定要找找這個會漂浮的“綠色大力士”，小朋友還能參加趣味十足的乘坐體驗活動呢。

文明旅游再敲警鐘

2020年7月，江蘇南京玄武湖出現(xiàn)了兩株并蒂蓮，并蒂蓮又名同心蓮，是一支荷花的花莖上生成兩個花蒂，并開兩朵花，它生成的概率僅為十萬分之一，是荷花中的珍品。并蒂蓮不僅登上熱搜，還吸引了不少游客前往打卡。但是7月26日下午，玄武湖的工作人員在巡邏時發(fā)現(xiàn)并蒂蓮不見了，現(xiàn)場市民表示有一男子跳入湖中將蓮蓬摘走。景區(qū)巡邏隊員隨即找到了采摘者曹某，曹某表示自己來南京旅游，第一次見到這樣的稀有品種，覺得好看，就想作為紀(jì)念品帶給家人。事件發(fā)生后，南京市文旅局牽頭成立了旅游不文明行為記錄評審組，決定將該游客擅自采摘并蒂蓮的行為納入游客不文明行為記錄，信息保存期限為兩年。同時，玄武湖派出所民警對其進行了批評教育，景區(qū)根據(jù)《南京市玄武湖景區(qū)保護條例》對曹某進行了罰款200元的處理，追回的蓮蓬被做成標(biāo)本保存。

如今，旅游觀光成了大家日常生活的一部分，但是旅行中各種各樣不文明的行為頻頻出現(xiàn)在新聞中。不文明的行為可能會被納入游客不文明行為記錄，向社會公示，除了要承擔(dān)相應(yīng)的賠償責(zé)任，還有可能觸犯法律?！吨腥A人民共和國治安管理處罰法》第四十九條規(guī)定：盜竊、詐騙、哄搶、搶奪、敲詐勒索或者故意損毀公私財物的，處五日以上十日以下拘留，可以并處五百元以下罰款；情節(jié)較重的，處十日以上十五日以下拘留，可以并處一千元以下罰款。文明旅游不僅是對游客道德上的約束，更是游客應(yīng)盡的法律義務(wù)。

“接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅?！毕娜諄砼R，荷花綻放，花雖美，可遠觀而不可褻玩焉，請記得文明參觀。

（本文作者系上海自然博物館科學(xué)老師）

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