学文网山仑院士长期从事作物抗旱生理和旱地农业研究，开辟了旱地农业生理生态研究新领域，在提高半干旱地区农田降水利用效率综合技术途径，有限水高效利用的生理生态基础等方面做了系统的研究工作，取得了多项成果，产生了显著的经济与社会效益。他从植物需水与半干旱地区农业水环境之间的关系出发，提出了作物对多变低水环境适应性的科学概念，证实多种作物一定生育阶段适度水分亏缺可产生生长、生理和产量形成上的补偿效应，节水与增产目标可以同时实现，为推行节水农业提供了有力根据，提出了“生物节水”的新理念。据了解，不少人对此比较陌生。因此，记者请山仑院士解析了“生物节水”的理念和内涵，以飨读者。
他在植物身上找水，推动了“生物节水”的发展与应用
山仑院士长期从事植物抗旱生理及旱地农业与节水农业研究，既有渊博深厚的专业基础，又十分注重理论知识与生产实践相结合，是一位研究成果丰硕、德高望重的科学家。对于“生物节水”这个新话题，山仑院士解释说，通过提高植物自身的水分利用效率和抗旱性，进而达到节水增产的目的，农业专家就称之为“生物节水”。
谈及对“生物节水”的研究，山仑院士说，那得从50多年前我在前苏联留学时说起。
山仑院士回忆说，1960-1962年，我在前苏联科学院植物生理研究所攻读研究生期间，用C14示踪方法做供水效果实验中发现，小麦灌溉期间受旱后加速了当时光合产物向籽粒的运转，一个时期内籽粒增重显著高于充足供水植株，因这一结果有点出乎意料，加之导师又属于当时的“充分灌溉学派”，故在学位论文和当时发表的文章中只列出了这一现象，未作进一步深入讨论。回国后又多次重复这一试验，得到证实，并在田间条件下获得该时期减少1/3供水量不影响最终产量的研究结果。由此得到启示，我们研究组围绕植物如何高效用水这一中心问题，从实验室到田间，利用多种作物开展了更为广泛的研究与示范，进一步证实了一定生育阶段适度水分亏缺对植物的有益作用，提出了节水与增产目标可以同时实现的生理生态学依据。
山仑院士深有感触地说，实践出真知。在我的科学生涯中，大部分时间是在农村蹲点或实验基点中度过的。1965年，由我带队共7人被派往山西省离石县（现为柳林县）孟门公社五里后村。这是一个典型的小山村，位于黄河峡谷地区，以从村里到所在公社要走约5里有险情的山路而得名。我们7个人利用各自的专业知识在统一安排下与村民一起建成一批高质量的水平梯田，并通过少量补水方法使全村冬小麦得以按时播种，且保证了全苗，受到山西省各级领导的重视与好评，认为中科院下来的科技人员能够为生产解决难题。这使我开始有了植物生理与旱地农业结合研究的初步思考。这一年我目睹了大田作物从正常生长到逐渐枯萎的整个过程，看到了各类作物在干旱情况下所展示的千姿百态，尤其是七、八月间旱象加剧，植株中午发生萎蔫 ，傍晚表现各异，清晨不同程度恢复正常的情景引起我极大兴趣。那时，我每天数次到不同田间地头进行观察记录，以掌握旱情与作物生长发育关系的第一手资料，同时利用有限的实验手段展开了一系列试验研究，得出了“与其他作物相比，高粱叶片具有在低水分含量下保持较高膨压能力，即渗透调节与较高代谢水平并存能力”的结论；发现了“玉米虽对水分十分敏感，但其生长后期抗旱性显著增强”的规律；根据生长正常的玉米地土壤含水量反比萎蔫 严重的玉米地低得多的现象，为日后提出“黄土高原产量低下的主要原因不是降水不足，而是对降水未能充分利用，低产条件下产量提高1倍的主要限制因素是肥而不是水”的判断提供了直观依据。
山仑院士兴奋地说，在五里后村的蹲点经历，为我的研究课题打下了坚实的基础。自20世纪70年代后期以来，我们研究组一直以实验室、田间、基点相结合的方法开展提高植物水分利用效率和抗旱性的研究，特别注重农业少量水高效利用问题的探讨，先后在宁夏固原、陕西富平、甘肃定西等地进行试验示范，取得较好效果。1991年，我在《应用生态学报》发表了“节水农业及其生理生态基础”一文，提出了与工程节水和农艺节水并列的生物节水理念，阐明了与产量有关的不同生理过程受干旱后的受损顺序，并论证了节水与增产目标得以同时实现的可能性，被学术界广泛引用。2006年在《中国科学基金》（中英文版）发表了“生物节水研究现状与展望”一文，论述了生物节水是一个有明确应用目标的科学命题，体现了提高植物水分利用效率和增强抗旱性的有效结合的论点，使“生物节水”的理念不断完善与发展。与此同时，与石元春等共同发起举行了第267次以“生物节水技术及发展前景”为主题的香山科学会议，随后由中国科学院主办召开了“第一届国际生物节水理论与实践大会”。最终，生物节水作为与灌溉节水、旱作节水并列的综合配套技术纳入《国家中长期科学和技术发展规划（2006-2020）》之中。
他从植物身上获取了第一桶“金”，新增产值1.74亿元、利税1.2亿元
谈及农业节水的重要性，山仑院士说，众所周知，中国是全世界水资源最贫乏的国家之一，水资源供需矛盾十分突出，而解决这个问题的办法，一是开源，二是节流。节流就是节约利用和保护好水资源，这是当前解决我国水资源紧缺的首要途径，也是从根本上解决水危机的前提和基础。节约用水，潜力最大的是农业，农业是第一用水大户，占全国用水总量的70%左右。农业不但用水量大，浪费也严重，节水潜力大。因此，改变农业用水方式，大力发展节水农业，就成为一种必然的选择了。农业节水就是充分利用降水和高效利用灌溉水，节水灌溉就是科学灌溉，这就要改变传统观点，树立科学概念。如作物需水量的概念，水资源平衡的概念，土壤水在水资源组成中的地位等。
山仑院士解析说，农业节水是一项集多学科理论和技术于一体的系统工程，要解决的中心问题是提高水的利用率和利用效率，实现“既节水又增产”的双重目标。农业节水包括水资源优化配置、充分利用自然降水、高效利用灌溉水以及提高植物自身水分效率等多方面的内容。就水资源而言，并不限于地表水和地下水，还应包括全部的降水资源及土壤水的作用。“生物节水”就是通过从单叶到群体不同层次上的植物水分利用效率来实现。作物的耐旱性，即作物忍受低水势和耐脱水的能力，往往与其节水能力有关。耐旱性强的作物或品种同时具有相对高的水分利用效率，但这往往以牺牲其绝对产量为代价。只有同时提高作物的水分利用效率和耐旱性能，才能真正实现作物的“高效用水”。
山仑院士说，长期的研究实践证明，植物各个生理过程对水分亏缺的反应各不相同，而且水分胁迫可以改变光合产物的分配。水分胁迫并非完全是负效应。特定发育阶段，有限的水分胁迫对提高产量是有益的。植物在水分胁迫解除后会表现出一定的补偿生长功能。在某些情况下，不仅不降低作物的产量，反而能增加产量，提高植物水分利用效率。调亏灌溉正是基于上述认识，在作物生长发育的某些阶段，主动增加一定的水分胁迫，即人为地让作物经受适度的缺水锻炼，从而影响光合产物向不同组织器官的分配，以调节作物的生长过程。
山仑院士对旱地农业研究的主要精力放在半干旱地区，数十年来，他的足迹遍布数十万平方公里的黄土高原地区，不怕苦不怕累，长期蹲点调查研究，积累了丰富的实践经验。“低产条件下半干旱地区影响作物生长的要害不在于降雨量少，而在于降水未能充分利用”的论点，就是他长期在黄土高原宁南山区蹲点调查研究取得的重大成果。这项研究成果新增产值1.74亿元、利税1.2亿元，其成果曾被列入“国家科技成果重点推广计划”。这是山仑院士和同事们一起从植物身上获取的第一桶“金”。
山仑院士1983年在黄土高原半干旱地区宁南固原实验表明，在一般年份，农作物对2米土层内水分利用量仅为38%，收成好的年份可达59%，充分说明土壤水分未被有效地利用。据此他提出黄土高原半干旱地区作物生长不良，产量过低，往往不是由于土壤水分过缺，而是由于根系下扎不够，利用土壤储水能力太差造成的。因此，加强对促进根系扩展和吸收能力的研究，对黄土高原作物生长具有重要意义。
山仑院士解析说，黄土高原土层深厚，质地疏松，持水孔隙率高，具有很强的储存和调节水分的功能。如果作物对水的利用层以2米深计算，则每亩可蓄存550毫米左右水分，深厚的土层不仅为植物根系向土壤深层扩展提供了适宜的环境，而且使深层根系发育的作物能利用深层储水，具有更强的抗旱能力。他说，发展半干旱地区农业的成功经验集中到一点就是寻求改善生态环境与提高土地生产力的结合点，采取使两者同时受益的关键技术。在黄土丘陵地区，以水平梯田为主的基本农田建设，既有效控制了水土流失，又促进了增产，在一定发展阶段起到了关键技术作用。但是结合点和关键技术是在不断发展的，黄土高原地区也在不断寻求新的技术生产与保护生态的结合点。比如今后探求如何既保水又集水的更高标准的基本农田，以及如何通过改良生物体本身以适应干旱环境等。
他继续在探寻植物“身上”的水能量，续写“生物节水”新篇章
生物节水这个新的研究方向已经引起了学术界的广泛关注和认可，具有强大的生命力和广阔的发展前景。而山仑院士则认为，虽然生物节水原理与技术已经在实践中运用，诸如调整种植结构、选用抗旱节水品种、应用化学调控手段改变物质代谢以提高抗旱性等，但还未能像工程节水、农艺（耕作）节水那样大力推进，这主要是由于生物节水本身的未知数多、潜力大、难度也大。
记者问难度大在哪里？山仑院士解析说，生物节水直观视角看不见，是一种“隐形”节水，受时空和机制等多方面的因素限制。单从科技含量高这个角度讲，就包括群体适应、生理调控、遗传改良等多种因素，一般人不易掌握，要在科技人员指导下进行，快速全力推进费时费力。
他说，群体适应、生理调控和遗传改良是实现生物节水的三个主要途径，而培育抗旱节水的新品种和新类型，则是这一研究的“核心目标”。研究实践表明，干旱缺水并不必然降低作物产量，一定生育阶段的适度水分亏缺，往往可以同时促进节水与增产。不超过适应范围的缺水，在复水后对生理、生长和产量形成补偿效应。种间和品种间的水分利用效率存在显著差异，作物进化过程中伴有水分利用效率的提高，说明培育高水分利用效率的品种，符合进化的方向。
山仑院士最后强调说，正是由于生物节水的未知数多、潜力大，难度也大，我们依然在继续深入研究探索破解的途径，譬如，如何科学利用少量的水发展微水灌溉——半旱地农业以适应缺水地区农业持续增产的需求等，并希望有更多的有识之士积极参与这项变革，携手共进，开创新局面。
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