山侖 生物節(jié)水的倡導(dǎo)者.doc

山侖院士長(zhǎng)期從事作物抗旱生理和旱地農(nóng)業(yè)研究，開辟了旱地農(nóng)業(yè)生理生態(tài)研究新領(lǐng)域，在提高半干旱地區(qū)農(nóng)田降水利用效率綜合技術(shù)途徑，有限水高效利用的生理生態(tài)基礎(chǔ)等方面做了系統(tǒng)的研究工作，取得了多項(xiàng)成果，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。他從植物需水與半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)水環(huán)境之間的關(guān)系出發(fā)，提出了作物對(duì)多變低水環(huán)境適應(yīng)性的科學(xué)概念，證實(shí)多種作物一定生育階段適度水分虧缺可產(chǎn)生生長(zhǎng)、生理和產(chǎn)量形成上的補(bǔ)償效應(yīng)，節(jié)水與增產(chǎn)目標(biāo)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，為推行節(jié)水農(nóng)業(yè)提供了有力根據(jù)，提出了“生物節(jié)水”的新理念。據(jù)了解，不少人對(duì)此比較陌生。因此，記者請(qǐng)山侖院士解析了“生物節(jié)水”的理念和內(nèi)涵，以饗讀者。 中國(guó)論文網(wǎng) 他在植物身上找水，推動(dòng)了“生物節(jié)水”的發(fā)展與應(yīng)用 山侖院士長(zhǎng)期從事植物抗旱生理及旱地農(nóng)業(yè)與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究，既有淵博深厚的專業(yè)基礎(chǔ)，又十分注重理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，是一位研究成果豐碩、德高望重的科學(xué)家。對(duì)于“生物節(jié)水”這個(gè)新話題，山侖院士解釋說，通過提高植物自身的水分利用效率和抗旱性，進(jìn)而達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的，農(nóng)業(yè)專家就稱之為“生物節(jié)水”。 談及對(duì)“生物節(jié)水”的研究，山侖院士說，那得從50多年前我在前蘇聯(lián)留學(xué)時(shí)說起。 山侖院士回憶說，1960-1962年，我在前蘇聯(lián)科學(xué)院植物生理研究所攻讀研究生期間，用C14示蹤方法做供水效果實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，小麥灌溉期間受旱后加速了當(dāng)時(shí)光合產(chǎn)物向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)時(shí)期內(nèi)籽粒增重顯著高于充足供水植株，因這一結(jié)果有點(diǎn)出乎意料，加之導(dǎo)師又屬于當(dāng)時(shí)的“充分灌溉學(xué)派”，故在學(xué)位論文和當(dāng)時(shí)發(fā)表的文章中只列出了這一現(xiàn)象，未作進(jìn)一步深入討論?；貒?guó)后又多次重復(fù)這一試驗(yàn)，得到證實(shí)，并在田間條件下獲得該時(shí)期減少1/3供水量不影響最終產(chǎn)量的研究結(jié)果。由此得到啟示，我們研究組圍繞植物如何高效用水這一中心問題，從實(shí)驗(yàn)室到田間，利用多種作物開展了更為廣泛的研究與示范，進(jìn)一步證實(shí)了一定生育階段適度水分虧缺對(duì)植物的有益作用，提出了節(jié)水與增產(chǎn)目標(biāo)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的生理生態(tài)學(xué)依據(jù)。 山侖院士深有感觸地說，實(shí)踐出真知。在我的科學(xué)生涯中，大部分時(shí)間是在農(nóng)村蹲點(diǎn)或?qū)嶒?yàn)基點(diǎn)中度過的。1965年，由我?guī)ш?duì)共7人被派往山西省離石縣（現(xiàn)為柳林縣）孟門公社五里后村。這是一個(gè)典型的小山村，位于黃河峽谷地區(qū)，以從村里到所在公社要走約5里有險(xiǎn)情的山路而得名。我們7個(gè)人利用各自的專業(yè)知識(shí)在統(tǒng)一安排下與村民一起建成一批高質(zhì)量的水平梯田，并通過少量補(bǔ)水方法使全村冬小麥得以按時(shí)播種，且保證了全苗，受到山西省各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視與好評(píng)，認(rèn)為中科院下來的科技人員能夠?yàn)樯a(chǎn)解決難題。這使我開始有了植物生理與旱地農(nóng)業(yè)結(jié)合研究的初步思考。這一年我目睹了大田作物從正常生長(zhǎng)到逐漸枯萎的整個(gè)過程，看到了各類作物在干旱情況下所展示的千姿百態(tài)，尤其是七、八月間旱象加劇，植株中午發(fā)生萎蔫 ，傍晚表現(xiàn)各異，清晨不同程度恢復(fù)正常的情景引起我極大興趣。那時(shí)，我每天數(shù)次到不同田間地頭進(jìn)行觀察記錄，以掌握旱情與作物生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系的第一手資料，同時(shí)利用有限的實(shí)驗(yàn)手段展開了一系列試驗(yàn)研究，得出了“與其他作物相比，高粱葉片具有在低水分含量下保持較高膨壓能力，即滲透調(diào)節(jié)與較高代謝水平并存能力”的結(jié)論；發(fā)現(xiàn)了“玉米雖對(duì)水分十分敏感，但其生長(zhǎng)后期抗旱性顯著增強(qiáng)”的規(guī)律；根據(jù)生長(zhǎng)正常的玉米地土壤含水量反比萎蔫 嚴(yán)重的玉米地低得多的現(xiàn)象，為日后提出“黃土高原產(chǎn)量低下的主要原因不是降水不足，而是對(duì)降水未能充分利用，低產(chǎn)條件下產(chǎn)量提高1倍的主要限制因素是肥而不是水”的判斷提供了直觀依據(jù)。 山侖院士興奮地說，在五里后村的蹲點(diǎn)經(jīng)歷，為我的研究課題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自20世紀(jì)70年代后期以來，我們研究組一直以實(shí)驗(yàn)室、田間、基點(diǎn)相結(jié)合的方法開展提高植物水分利用效率和抗旱性的研究，特別注重農(nóng)業(yè)少量水高效利用問題的探討，先后在寧夏固原、陜西富平、甘肅定西等地進(jìn)行試驗(yàn)示范，取得較好效果。1991年，我在應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)發(fā)表了“節(jié)水農(nóng)業(yè)及其生理生態(tài)基礎(chǔ)”一文，提出了與工程節(jié)水和農(nóng)藝節(jié)水并列的生物節(jié)水理念，闡明了與產(chǎn)量有關(guān)的不同生理過程受干旱后的受損順序，并論證了節(jié)水與增產(chǎn)目標(biāo)得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的可能性，被學(xué)術(shù)界廣泛引用。2006年在中國(guó)科學(xué)基金（中英文版）發(fā)表了“生物節(jié)水研究現(xiàn)狀與展望”一文，論述了生物節(jié)水是一個(gè)有明確應(yīng)用目標(biāo)的科學(xué)命題，體現(xiàn)了提高植物水分利用效率和增強(qiáng)抗旱性的有效結(jié)合的論點(diǎn)，使“生物節(jié)水”的理念不斷完善與發(fā)展。與此同時(shí)，與石元春等共同發(fā)起舉行了第267次以“生物節(jié)水技術(shù)及發(fā)展前景”為主題的香山科學(xué)會(huì)議，隨后由中國(guó)科學(xué)院主辦召開了“第一屆國(guó)際生物節(jié)水理論與實(shí)踐大會(huì)”。最終，生物節(jié)水作為與灌溉節(jié)水、旱作節(jié)水并列的綜合配套技術(shù)納入國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006-2020）之中。 他從植物身上獲取了第一桶“金”，新增產(chǎn)值1.74億元、利稅1.2億元 談及農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要性，山侖院士說，眾所周知，中國(guó)是全世界水資源最貧乏的國(guó)家之一，水資源供需矛盾十分突出，而解決這個(gè)問題的辦法，一是開源，二是節(jié)流。節(jié)流就是節(jié)約利用和保護(hù)好水資源，這是當(dāng)前解決我國(guó)水資源緊缺的首要途徑，也是從根本上解決水危機(jī)的前提和基礎(chǔ)。節(jié)約用水，潛力最大的是農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)是第一用水大戶，占全國(guó)用水總量的70%左右。農(nóng)業(yè)不但用水量大，浪費(fèi)也嚴(yán)重，節(jié)水潛力大。因此，改變農(nóng)業(yè)用水方式，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，就成為一種必然的選擇了。農(nóng)業(yè)節(jié)水就是充分利用降水和高效利用灌溉水，節(jié)水灌溉就是科學(xué)灌溉，這就要改變傳統(tǒng)觀點(diǎn)，樹立科學(xué)概念。如作物需水量的概念，水資源平衡的概念，土壤水在水資源組成中的地位等。 山侖院士解析說，農(nóng)業(yè)節(jié)水是一項(xiàng)集多學(xué)科理論和技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程，要解決的中心問題是提高水的利用率和利用效率，實(shí)現(xiàn)“既節(jié)水又增產(chǎn)”的雙重目標(biāo)。農(nóng)業(yè)節(jié)水包括水資源優(yōu)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內(nèi)容。就水資源而言，并不限于地表水和地下水，還應(yīng)包括全部的降水資源及土壤水的作用?！吧锕?jié)水”就是通過從單葉到群體不同層次上的植物水分利用效率來實(shí)現(xiàn)。作物的耐旱性，即作物忍受低水勢(shì)和耐脫水的能力，往往與其節(jié)水能力有關(guān)。耐旱性強(qiáng)的作物或品種同時(shí)具有相對(duì)高的水分利用效率，但這往往以犧牲其絕對(duì)產(chǎn)量為代價(jià)。只有同時(shí)提高作物的水分利用效率和耐旱性能，才能真正實(shí)現(xiàn)作物的“高效用水”。 山侖院士說，長(zhǎng)期的研究實(shí)踐證明，植物各個(gè)生理過程對(duì)水分虧缺的反應(yīng)各不相同，而且水分脅迫可以改變光合產(chǎn)物的分配。水分脅迫并非完全是負(fù)效應(yīng)。特定發(fā)育階段，有限的水分脅迫對(duì)提高產(chǎn)量是有益的。植物在水分脅迫解除后會(huì)表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償生長(zhǎng)功能。在某些情況下，不僅不降低作物的產(chǎn)量，反而能增加產(chǎn)量，提高植物水分利用效率。調(diào)虧灌溉正是基于上述認(rèn)識(shí)，在作物生長(zhǎng)發(fā)育的某些階段，主動(dòng)增加一定的水分脅迫，即人為地讓作物經(jīng)受適度的缺水鍛煉，從而影響光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配，以調(diào)節(jié)作物的生長(zhǎng)過程。 山侖院士對(duì)旱地農(nóng)業(yè)研究的主要精力放在半干旱地區(qū)，數(shù)十年來，他的足跡遍布數(shù)十萬平方公里的黃土高原地區(qū)，不怕苦不怕累，長(zhǎng)期蹲點(diǎn)調(diào)查研究，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?！暗彤a(chǎn)條件下半干旱地區(qū)影響作物生長(zhǎng)的要害不在于降雨量少，而在于降水未能充分利用”的論點(diǎn)，就是他長(zhǎng)期在黃土高原寧南山區(qū)蹲點(diǎn)調(diào)查研究取得的重大成果。這項(xiàng)研究成果新增產(chǎn)值1.74億元、利稅1.2億元，其成果曾被列入“國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃”。這是山侖院士和同事們一起從植物身上獲取的第一桶“金”。 山侖院士1983年在黃土高原半干旱地區(qū)寧南固原實(shí)驗(yàn)表明，在一般年份，農(nóng)作物對(duì)2米土層內(nèi)水分利用量?jī)H為38%，收成好的年份可達(dá)59%，充分說明土壤水分未被有效地利用。據(jù)此他提出黃土高原半干旱地區(qū)作物生長(zhǎng)不良，產(chǎn)量過低，往往不是由于土壤水分過缺，而是由于根系下扎不夠，利用土壤儲(chǔ)水能力太差造成的。因此，加強(qiáng)對(duì)促進(jìn)根系擴(kuò)展和吸收能力的研究，對(duì)黃土高原作物生長(zhǎng)具有重要意義。 山侖院士解析說，黃土高原土層深厚，質(zhì)地疏松，持水孔隙率高，具有很強(qiáng)的儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)水分的功能。如果作物對(duì)水的利用層以2米深計(jì)算，則每畝可蓄存550毫米左右水分，深厚的土層不僅為植物根系向土壤深層擴(kuò)展提供了適宜的環(huán)境，而且使深層根系發(fā)育的作物能利用深層儲(chǔ)水，具有更強(qiáng)的抗旱能力。他說，發(fā)展半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)集中到一點(diǎn)就是尋求改善生態(tài)環(huán)境與提高土地生產(chǎn)力的結(jié)合點(diǎn)，采取使兩者同時(shí)受益的關(guān)鍵技術(shù)。在黃土丘陵地區(qū)，以水平梯田為主的基本農(nóng)田建設(shè)，既有效控制了水土流失，又促進(jìn)了增產(chǎn)，在一定發(fā)展階段起到了關(guān)鍵技術(shù)作用。但是結(jié)合點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)是在不斷發(fā)展的，黃土高原地區(qū)也在不斷尋求新的技術(shù)生產(chǎn)與保護(hù)生態(tài)的結(jié)合點(diǎn)。比如今后探求如何既保水又集水的更高標(biāo)準(zhǔn)的基本農(nóng)田，以及如何通過改良生物體本身以適應(yīng)干旱環(huán)境等。 他繼續(xù)在探尋植物“身上”的水能量，續(xù)寫“生物節(jié)水”新篇章 生物節(jié)水這個(gè)新的研究方向已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。而山侖院士則認(rèn)為，雖然生物節(jié)水原理與技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中運(yùn)用，諸如調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、選用抗旱節(jié)水品種、應(yīng)用化學(xué)調(diào)控手段改變物質(zhì)代謝以提高抗旱性等，但還未能像工程節(jié)水、農(nóng)藝（耕作）節(jié)水那樣大力推進(jìn)，這主要是由于生物節(jié)水本身的未知數(shù)多、潛力大、難度也大。 記者問難度大在哪里？山侖院士解析說，生物節(jié)水直觀視角看不見，是一種“隱形”節(jié)水，受時(shí)空和機(jī)制等多方面的因素限制。單從科技含量高這個(gè)角度講，就包括群體適應(yīng)、生理調(diào)控、遺傳改良等多種因素，一般人不易掌握，要在科技人員指導(dǎo)下進(jìn)行，快速全力推進(jìn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 他說，群體適應(yīng)、生理調(diào)控和遺傳改良是實(shí)現(xiàn)生物節(jié)水的三個(gè)主要途徑，而培育抗旱節(jié)水的新品種和新類型，則是這一研究的“核心目標(biāo)”。研究實(shí)踐表明，干旱缺水并不必然降低作物產(chǎn)量，一定生育階段的適度水分虧缺，往往可以同時(shí)促進(jìn)節(jié)水與增產(chǎn)。不超過適應(yīng)范圍的缺水，在復(fù)水后對(duì)生理、生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成補(bǔ)償效應(yīng)。種間和品種間的水分利用效率存