生物节水研究方向

    本文认为，生物节水有三层含意，一个是利用生物覆盖减少水土流失，多保持水分；另一层意思是利用抗旱耐旱节水植物品种，减少对土壤水分的消耗和对灌溉用水的需求，即节约用水；第三个意思是提高水分利用效率，让每一滴水生产出更多的粮食和经济效益。因此，生物节水或者是生物水分高效利用及高水效农业研究的未来方向和关键问题包括以下几个方面：

    一、以生物水转化为中心的五水转化体系研究

    除了因为地理纬度、海拔环境造成的水资源及植被类型差异的重要原因之外，植被也是影响水资源和生态环境变化的另一重要因素。从全球范围来看，热带雨林是地球之肺，对全球气候有重要影响。从中尺度的生态系统来看，山区森林和草地植被对周围平原地区的水资源和水循环有重要作用，没有青山，就没有绿水，就没有四季长流的小溪和河流。因此，无论从那个方面来看，没有生物主要是植物参与的水资源循环系统，都是不完善的和不是最高级的能量和物质转化的生态系统。

    刘昌明院士（1993）指出，“三水”（降雨、地表水与地下水）转化的研究，考虑到土壤水，称为“四水转化”，再进一步联系到植物水分，称为“五水转化”，这是研究工作的一种循回渐进，从简单到复杂的过程。到上世纪90年代，在土壤-植物-大气循环系统（SPAC）方面有了深入的研究。河南省环境水文地质总站商丘水均衡场试验表明，在作物参与下，"四水"转化中大气降水80％转化为土壤水，约10％转化为地下水，约8％转化为地表水。作物实际蒸散量中约90％吸收利用的是土壤水。充分显示出生物对开拓土壤水库和影响水资源循环的重大作用。植物是有生命活动能力的，是可以进行自主和被人工干预调控对水资源的高效利用。

    但目前在宏观水资源的“五水转化”中，实际上只重视了大气水-地表水-土壤水-地下水运移与转化大中尺度上的研究，对植物水在五水转化中的功能及机理研究重视不够，更没有重视动物水和微生物水转化，和自然界生态系统的构成和发展变化严重脱节。因此生物水转化作用和机理研究是一个重要缺陷，今后要重视包括动植物和微生物的生物水研究。

    在农林生态系统中，应该开展以生物水转化为中心的五水转化研究。即从大气水-地表水-生物水-土壤水-地下水运移与转化研究。如何利用生物特别是植被进行水土保持，改变生态环境；最大可能的利用和保持自然降水，最大可能利用植物（活体和死体）减少无效蒸发，改变地表水运移转化特征，增加土壤水库，影响地下水的良性循环；同时，最大限度地将裸地蒸发变为植被蒸腾，改变大汽水的循环过程和影响气候变化，同时在农田中有更多的农产品产出，在高层生态系统方面取得最大的经济效益和生态效益；为揭示水循环规律与自然生态保护和作物高产及可持续农业的发展奠定科学基础。

    水分资源是一个可以流动的资源，是一个循环系统，应该加强生物自身对水分的及时和高效利用研究。如果水分没有被生物及时和充分利用就等于对水资源的浪费。在有水的情况下，如果有一个水库，但没有生物，就是死水一潭，可能还会变成臭水一潭；如果有了生物，进行人工养殖，或者给植物灌溉和循环利用，就可能变成活水、洁净水、效益水，由蓝色水变成了绿色水和金色水。特别是利用生物利用和改良不良水资源，是今后发展的大方向。我国海洋学家曾呈奎院士提出要开展“蓝色革命”，“耕海牧鱼”，向海洋要粮食。这方面在我国沿海滩涂地区，生物水分高效利用还有很大的潜力可以挖掘。

    在干旱半干旱地区，生物用水和保水是相互联系、相互促进和相互矛盾的两个方面，但要看保水的作用大还是耗水的作用大。在水分利用研究方面,要强调尽最大可能地通过植物蒸腾生产更多的粮食和经济价值和生态效益。像将植物茎叶、秸秆通过动物过腹还田一样，带动生物产业链的延伸，产生更大的经济和生态效益。在沙漠和新开垦土地，先有自生的野草，再有一定水土保持生态效益，后有可以发展畜牧业的经济效益。植物是消耗水资源的主要对象，但植物在水分利用和转化的过程中可以产生巨大的生态和经济效益。在缺水的条件下，应该像沙漠植物一样，利用各种途径充分高效利用有限降水和土壤水分，改善生态环境，造福人类。

    我国著名科学家钱学森等上世纪80年代就提出了“沙产业”，就是生物水分高效利用的典型例证。没有植物的沙漠是死亡的沙漠，通过人工种草种树，可以减少沙漠的流动，建成沙漠绿洲。我国陕、甘、宁地区出现许多治沙模范，就是在荒芜的沙漠中植树造林，建成了历史上没有的人工生态林，目前中国科学院植物研究所的科学家在内蒙古草原利用自然恢复法进行草原改良和建设。这些都引起了世界治沙领域方面的关注和国家的高度重视。说明只要按照科学的方式治理沙漠，就可以植（物、人）进沙退，改善沙漠生态环境和发展沙漠经济，都是生物水分高效利用的典型。在干旱半干旱地区，在我国西北的青海和兰州等地，在降水量只有100-200㎜，但蒸散量是降雨量的2-5倍甚至更多，超过1000多㎜的地区，农民还利用沙田种庄稼，就充分说明在有限水分条件下，生物水分高效利用的可能性和现实性及重要性。

    虽然休闲地可以减少土壤水分和养分的消耗，但在一定的条件下，可以种植绿肥进行还田以培肥地力，或种植用小日月作物如豆类、荞麦、油葵等，可以高效利用水分，产生一定的经济效益。我国北方的陕西省关中地区和南方许多地区，在秋冬季休闲地种植抗寒性较强的菠菜、小青菜、油白菜等，都是生物水分高效利用的典型。在我国南方温热地区，目前有学者利用水稻收割后的秋冬季休闲农田，发展马铃薯产业，就是一个生物高水效农业的新出路。

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