夏日荷風

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。”意思是說荷花從淤泥中長出來，卻不會被污染。其中的科學原理是什么呢？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，就會意外發現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”。

具有荷葉效應的植物葉片還有很多，比如水稻葉、芋頭葉等。荷葉效應在指導人們進行超疏水自清潔表面設計方面也取得了廣泛應用。超疏水涂層就是仿造荷葉表面結構開發出來的，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，減少環境污染，節約水資源。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，從而提高航速和節約能源。疏水性表面的應用還有很多，在防冰、防腐、油水分離、抗菌等領域都展現出巨大的應用潛力。未來，隨著納米技術的發展還會進一步拓展應用場景。

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，親緣關系較遠，形態特征區別也很明顯。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出一個乒乓球大小的海綿質漿果，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年英國植物學家林德利用英國維多利亞女王的名字命名的，可見當時的科學家有多么欣賞它們。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，在我國大部分地區不太容易見到。克魯茲王蓮的葉片翠綠色，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，就會發現葉片背面有許多粗壯的葉脈，就像建筑里的鋼筋一樣，凸起的葉脈呈網格狀，主脈和若干分支組成了一個強有力的支撐結構，猶如一把精心設計的傘架。據說，1851年倫敦舉辦的萬國工業博覽會的展館“水晶宮”，就是受王蓮的啟發而設計的。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現并蒂蓮不見了，現場市民表示有一男子跳入湖中將蓮蓬摘走。景區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，就想作為紀念品帶給家人。事件發生后，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，景區根據《南京市玄武湖景區保護條例》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，除了要承擔相應的賠償責任，還有可能觸犯法律。《中華人民共和國治安管理處罰法》第四十九條規定：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，更是游客應盡的法律義務。

“接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅。”夏日來臨，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老師）

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