生物节水论文_节水论文

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生物节水

摘要:干旱已成为21世纪和未来的世界性难题。在我国，农业用水占总用水量的60%-70%，如何对有限水资源进行高效利用，发展节水农业，提高植物自身的水分利用效率，通过生物节水和工程节水及农艺措施相配合，发展可持续农业和国民经济，已成为当前和未来的研究热点问题。

关键词：生物 节水 概念 发展 研究方向

引言:淡水资源的紧缺是一个世界性的问题，发展节水农业和对水资源的高效利用是各国共同的必然选择。农业节水除有效的工程节水、农艺节水、管理节水等措施之外，以提高植物自身的水分利用效率为主的生物节水也是重要内涵之一,而且，可能是实现进一步节水增产的关键和最终的潜力所在。

一、水资源现状

大陆水体占2.8%，只有2.5%是淡水。在大陆水体中极地和高山地区的冰体约占其体积的78.6%，河流湖泊的水仅占总量的0.01%，雨水只占总量的0.001%，而且大部分落在海洋中。陆地上每年径流总量约为41万亿m3，其中，78%以洪水形式从无人区流入大海，只有22%可供人类开发利用。

现存水储备的99%是不宜人类利用的咸水，实际上在地球上仅有1%的淡水主要来自湖泊、河流、水库以及地下层,可被经济开发为人类直接利用。这意味者在地球表面上仅有0.007%的淡水可被人类利用。

这有限的淡水资源还存在地区和年份及季节分布不均，以及随着工农业和城市发展大量用水的不良竞争，以及带来的水资源严重污染，及环境破坏，气候变暖等，使我们以前认为是可以循环利用和再生的淡水资源，特别是地下水资源日益枯竭。

二、生物节水技术的发展

对于全国乃至全世界缺水问题，生物节水技术成为了研究的热点。那么，什么是生物节水呢，以及生物节水概念的又是怎样发展的？

生物节水是一个广泛的概念。广义的生物节水应该是指利用森林和草原进行水土保持，产生更大的经济和生态效益。狭义的生物节水应该是利用抗旱和高水分利用效率、高产优质的动植物品种，特别是以农作物为主的生物节水，产生更大的经济和生态效益。

1991年山仑院士提出“生物节水”一词，他指出：“生物节水措施是按照作物需求规律采取对策，例如，根据不同作物的需水量、需水临界期制定灌溉计划，进行作物布局；同时，也是改善工程和耕作措施的依据。从长远来看，通过研究需水规律提高植物本身的水分利用效率，这一条途径十分重要，是未来节水增产的最大潜力所在。”现在看来这句话内涵丰富，意义深远。

1999年石元春院士发表了一篇“开拓中的蹊径：生物性节水”的文章。他对生物节水进行了更加详细的论述和明确的定义。他指出：“所谓生物性节水，是指利用和开发生物体自身的生理和基因潜力，在同等水供应条件下能够获得更多的农业产出”。这个概念非常富有创新性和前瞻性

2003年我们对生物节水的概念进行了扩展，在干旱半干旱地区，水资源量决定了动植物和微生物的生存分布和产量，其水分利用效率对农业经济效益和可持续发展有重要意义，但目前有关生物节水的研究较少。

其基本机理可以解释为：干旱缺水对植物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程，不超过适应范围的缺水，往往在复水后可以产生生理、生长和产量形成上的补偿效应，在节约大量用水的同时，最终产量基本不受影响。但补偿效应的生理与分子机制有待深入研究。

生物节水途径包括了遗传改良、生理调控和群体适应(作物互补)三个方面。其中，通过遗传改良培育抗旱节水新品种、新类型应作为生物节水的一个核心目标。其中，通过遗传改良培育抗旱节水新品种、新类型应作为生物节水的一个核心目标。

在生理调控研究方面，根据上述适度水分亏缺下可产生补偿效应的原理，建立有限灌溉（非充分灌溉）制度是一项重要工作，这一方面可根据已有知识和经验应用常规灌技术和方法去实现；另一方面要采用新技术，逐步向精确灌溉的方向发展。当前，实施精确灌溉必须具备以下几个条件：(1)掌握详细可靠的作物需水规律资料；(2)运用先进的信息技术，主要是遥感技术和计算机自动监控技术；

(3)提供使两者相衔接的大量技术参数，特别是作物水分亏缺程度指标，并将这些指标转化为遥感标识和模型；(4)应用先进的适宜灌水方法。

在群体适应方面，其基本点是利用不同作物的需水特性和耗水规律来进行农用水资源的优化配置，建立节水型种植体系，在当前这是一种可在较大范围内产生效果、较为现实的生物—农艺节水策略。

三、生物节水的研究方向

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，我们都知道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，没有清山，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。

植物高效用水研究的方向，在SPAC系统中，虽然考虑到植物与大气和土壤水分循环的关系，许多研究都集中土壤和大气水分运移的物理模型和植物水分生理生态方面，但目前没有和生物的遗传特性紧密联系起来，是个有待进一步深入开展研究的方向。我们都知道不同降水地理条件下的植被类型是明显不同的，C3、C4、CAM植物的抗旱性和水分利用效率遗传和生态特性明显不同；同一作物品种中，有抗旱不抗旱的品种之分，分别适应于旱地和灌溉地区种植。以水为生命之源，水分占其体重的80-90%的生物的生长发育、形态结构、组织细胞、分子基因都与水分的高效利用有一定的关系。但目前我们在生物节水机理和应用方面还有许多问题没有研究清楚。

作物自身水分高效利用的生理遗传机制和育种改良研究，我国粮食生产的限制因素是干旱，雨水丰歉决定了粮食丰歉，影响了我国乃至世界粮食安全。但培育和种植抗旱节水作物优良品种是保障粮食稳产的关键。

植物抗旱高产有三个方面：一方面是要保持水分，将水分保持在体内，例如，仙人掌、玉米、高粱等植物是高水势的抗旱；二是耐旱，例如卷柏(还魂草)、小麦、谷子等植物就是低水势耐旱，在水分严重缺乏的情况下，还可以保持生命活力；三是水分高效利用，在具有一定抗旱性的同时，要利用一定的水分生产出更多的粮食和经济产量，如目前培育的旱肥型或者是水旱兼用型小麦品种，就是作物抗旱节水高产育种的方向。

四、生物节水技术未来展望

植物水分利用效率是植物生理研究中的一个古老课题。山仑院士认为：农业节水是一项系统工程，生物节水技术在目前尚处于次要地位，但可以预见，当水的流失、渗透、蒸发等得到有效控制，水的时空调节得到充分利用之后，生物节水---提高水分利于效率（WUE）和耐旱性就显的更为重要，可视为实现进一步节水增产的关键环节和最终潜力所在(山仑2003）。通过对植物WUE的研究将有助于植物生理学理论与生产实践相结合。近年来随着人口的增长和世界范围内水资源危机的加剧，植物水分生理成为农业研究中的热点问题。作物种间和品种间WUE差异的阐明及其生理生化和遗传基础的深入研究，使得通过品种选育提高WUE成为可能，随着生物技术的广泛应用，从分子水平上阐明作物抗旱性的物质基础及其生理生化功能，从而通过基因工程手段进行抗旱基因重组以创造抗旱新类型，将是我们追求的一个重要目标。

总结：

生物节水应该是一个应用目标十分明确，与节水农业紧密联系的科学问题，属节水农业技术体系中重要组成部分。在学术探索上，应该针对植物的动态需水规律，运用现代信息技术，从建立模式体系入手，通过国家的有效组织，实现真正意义的学科交叉与整合。联合国内外的科技力量形成资源共享的网络平台，并纳入国家重大科技专项，积极开展研究，以期为推动我国节水农业的快速发展，建立资源节约型社会做出应有贡献！

我们应该抓住这个大好机遇．建议国家和有关部门成立生物节水中心，在生物节水方面组织力量，加强科研投入，自主创新生物节水技术．树立生物节水研究和推广应用的示范样板，对我国节水农业和可持续农业的深入发展具有重要意义。

参考文献：

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