【转贴】生物节水现状、趋势与对策

主持人：生物节水有那些研究内容？

嘉宾：我们通过长期的研究认为，作物抗旱节水是在干旱半干旱气候环境下生存和繁衍的手段，高WUE和高产是目的。虽然植物抗旱节水是一个复杂的问题，但人类在植物抗旱节水的选育和栽培方面已经取得了许多成就，且在不断的前进。WUE可以将抗旱性和丰产性统一于一体，WUE是一个可以定量化的综合抗旱节水研究指标，包括了抗旱、耐旱、节水、高效用水和高效产出等多个方面的内容，目前已经逐渐成为作物抗旱节水的一个重要评价指标。

植物在抗旱和水分高效利用方面有明显的遗传和生理差异，像人类一样“有人喝凉水都长胖”。小麦等作物里有四种WUE类型：一种是耗水少、产量低，WUE低，即三低型；二是耗水中少，产量中高，WUE较高，如目前在中国北方冬麦区旱地种植的西峰20，长6878等品种；三是耗水中上，产量最高，WUE最高；如目前在中国黄淮旱地推广的水旱兼用型品种石家庄8号和临丰615等；四是耗水多，产量低，WUE低。我们希望选育出第二和第三种抗旱高WUE和高产的类型的优良新品种。

从作物抗旱节水品种遗传改良方面来看，一方面要加强抗旱高水分利用类型种质资源的筛选和利用，二是通过从国内外干旱半干旱地区进行抗旱高水分利用效率类型植物新种和作物新品种的引进和驯化，三是利用常规育种和转基因等生物新技术，培育抗旱节水优质高产的农作物新品种。

目前在作物自身水分高效利用的生理遗传机理研究方面，应该从作物生长发育、形态结构、组织细胞、分子基因、代谢调控、基因组、基因工程、育种改良等层次，在以下几个方面进行深入研究：一是作物的抗旱机理，二是作物的水分高效利用机理，如水通道蛋白与WUE调控的分子生物学机理；三是作物提高收获指数的机理；四是抗旱和水分高效利用及高产的协调关系；五是水分和养分耦合共同高效利用的机理，六是水分和光合高效利用和转运机理。

网友：水对我们如此重要，如何防止将来没有水？

嘉宾：一是要选育种植抗旱节水高产优质优良品种，二是要进行根据不同植物生理遗传特性进行科学节水灌溉植物，三是要利用植被进行水土保持，其目的都是尽量减少灌溉和提高水资源利用效率。水土保持是一项基本国策，生物节水永远是节水农业和水土保持的基础和核心。

我在最近科学出版社将要出版的《中国旱地和高水效农业研究与发展》一书中的扉页上这样写到：

没有粮的日子真慌，没有钱的日子真苦，没有水的日子真绝望!
现在水贵如油，将来水贵如金，水就是蓝金!
在水资源日益短缺的未来，人类必须走水分高效利用之路，让每一滴水生产出更多的食物和价值!
种草植树，水土保持，有水才有粮，有粮才有人，发展高水效农林复合型农业是可持续发展之路!
农业发展必须增产增收，有水有粮有钱的日子真幸福!

这就是我的结束语!

主持人：非常感谢您接受我们的采访。谢谢!

主持人：国内外生物节水的研究方向和趋势是什么？

嘉宾：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。

为了加快我国生物节水研究的深入开展，山仑和石元春院士牵头，我们组织，于2005年11月2～4日就在北京举行了以“生物节水技术及其发展前景”为主题的香山科学会议第267次学术讨论会。与会专家围绕四个方面进行了深入探讨：1、生物节水的生理和分子基础； 2、耐旱及高WUE转基因技术研究现状及应用前景；3、节水生态与节水栽培；4、以耐旱和高WUE为目标的遗传育种。

从大的方面来讲，生物节水研究方向有三个方面，一是农艺节水，利用不同植物抗旱节水特点，进行种植布局和耕作制度的调整，提高农田水分利用效率；二是生理节水，即根据植物抗旱性和需水量的不同，进行定时定额灌溉，更科学的是在人工控制条件下，设施农业里，利用电子计算机监视土壤和掌握水分情况，进行精细生理水分调控；三是基因节水，研究植物水分利用效率基因定位、分子标记、基因克隆、功能基因组研究，利用转高水分利用效率基因等生物新技术，结合常规育种，培育出抗旱高产高水分利用效率品种。

例如，有人将需水多的生物叫“水猪”(water pigs)，如水牛、水稻、苜蓿等。将需水少的生物叫“水吝啬鬼”(water miser)，如骆驼、仙人掌、谷子等。通过自然进化和人工改良进化可以将“水猪”驯化和改良成“水吝啬鬼”。如将水稻可以变成旱稻等，例如上海农业基因中心就培育出了杂交旱稻，具有抗旱节水优质高产的特点。特别是利用现代的分子遗传转基因技术，可以将不同物种间的抗旱节水基因进行转移，培育新的抗旱节水高产优质生物新品种，这就是生物节水研究的重要方向。

我们认为，抗旱节水应用研究从农艺保水节水→以肥调水增水效(水肥耦合)→作物抗旱耐旱育种→高水分利用效率育种→抗旱性和丰产性统一于一体→生物节水→WUE是未来可持续农业发展的关键问题→让每一滴水生产出更多的食物。

植物抗旱机理进展从被动的耐旱性研究(细胞质浓度、束缚水含量、细胞膜稳定性，离体失水等)→主动的抗旱性研究(根系吸水、渗透调节等)→节水研究(ABA根冠信号调控叶片气孔开关，优化调节叶片WUE等)→水分高效利用研究(水通道蛋白，高收获指数等)。

植物抗旱节水遗传改良的学科发展趋势是从耐旱抗旱形态和育种研究→耐旱(水分胁迫)生理调控机制→抗旱和高WUE遗传→抗旱和高WUE分子生物学→抗旱和高WUE分子遗传→WUE基因工程。

我们课题研究小组，近年来在小麦水分利用效率的生理遗传育种进化，基因定位和分子标记方面，开展了深入的研究，说明植物水分利用效率性状受遗传控制，并可以进行遗传改良和栽培提高。

美国科学家Elumalai2000年报道将来自大麦的HVA1基因转入小麦，使这种转基因小麦后代的WUE得到了改良提高。澳大利亚的Malse等2005年在Nature上发表论文，利用δ13C分析方法作为WUE的代表性状，将控制蒸腾效率的QTL定位在第2染色体上的ERECTA 标记上，然后他们从拟南芥中克隆出了这个ERECTA 基因，它是1个富亮氨酸重复片段的受体激酶基因，可以改变叶片气孔数目和叶片结构，已被证实能调控植株的蒸腾效率，对改良作物的抗旱性及高效利用水分展示出良好前景。这给人们生物节水特别是WUE遗传改良研究带来更大的鼓舞!

主持人：中国在生物节水方面研究的现状是什么？我们今后应该在那些方面进一步加强？

嘉宾：生物节水研究是一个新的学科，目前其研究比较薄弱，需要有新的认识，许多方面刚起步，还有一些方面没有开展。

例如在十五期间863节水重大专项，抗旱节水品种筛选和应用这个专题险些没有，是石元春院士等努力争取的结果。目前973项目包括以前的攀登计划，已经有三个植物抗旱抗逆的项目，但基本都是利用模式植物研究抗旱和耐旱性，对植物水分利用效率的研究还很少，水分利用效率还不是研究重点，离节水农业、作物抗旱节水栽培育种应用研究较远。实际上，在我国科研经费有限的情况下，更应该面向国家需求，面向生产应用，作物抗旱高效水分利用机理及应用才是当前的重点，山仑院士为此写信给有关部门，呼吁抗旱节水研究要紧密结合生产实际应用。

我国在作物的水分利用效率生理遗传育种及分子生物学等方面的研究还很薄弱。因此，还有待大力加强，应该组织一个“生物节水机理和应用”或者是“提高作物水分利用效率的机理和应用”的研究项目，对我国节水农业和可持续农业的深入发展有重要意义。

主持人：生物节水与粮食安全的关系是什么？生物节水在节水农业和可持续发展农业中起什么重要作用？有什么应用前景？

嘉宾：我国灌溉面积占耕地面积的一半，粮食生产贡献占50-70%，对我国粮食持续增产稳产发挥了重要作用，但每年干旱灾害和旱地产量是决定和影响我国，甚至是世界粮食安全的关键因素，绝不可轻视。特别是随着气候日趋干旱，农业水资源明显减少，生物节水将越来越受到重视。我们都知道中国是小麦、大豆等粮食作物的重要进口国，如果因为干旱等自然灾害，引起我国小麦等作物大幅度减产，国际粮食价格一定会受到影响，因此，以前美国学者布朗发表“谁来养活中国人”的文章，引起了世界关注。

我们认为，在半干旱地区，抗旱、节水、高产并不十分矛盾，要通过基因组合，培育抗旱节水高产优质作物品种，培育超高产品种提高水分养分光能利用效率。

我们近年来的研究结果表明，小麦叶片WUE、单株WUE和大田群体WUE在进化过程中都有了一定程度的提高。小麦的WUE在干旱半干旱条件下低的为0.1 kg/mm, 高者达1 kg/mm；玉米的WUE由0.2 kg/mm可上升到2 kg/mm，可以相差10倍。即在年降水量为500 mm条件下，小麦产量可以达到7 500 kg/ha，玉米产量可以达到15 000 kg/ha。“斤水斤粮” 的概念已经被品种改进、栽培施肥等措施突破。

因此在通过品种改良、培肥地力、优化栽培、提高土壤水分和降水及灌溉水分利用效率方面还有很大潜力可挖。通过作物遗传育种学家和栽培学家的长期共同努力，使C3植物水稻、小麦等的最高产量潜力已经赶上甚至将要超过C4植物玉米、高粱等，这些都充分说明作物WUE改良的潜力和重要性。在9 000 kg/ha的生产水平上，由于各种作物的需水量的不同，小麦的WUE要高于玉米再高于水稻。

从旱地作物高产发展趋势来看，中国旱地小麦有50%的旱薄地产量为2 250 kg/ha，有20%～30%的中产旱地产量为3 750 kg/ha；有15%左右的旱肥地产量为6 000 kg/ha；有5% 旱地育种和示范地产量可达7 500 kg/ha左右。

我们的长期实践发现，同样一个抗旱品种，在同一地区和年份，产量和WUE高低的不同，关键是与土壤肥力的高低有关。因此，目前旱地低产的原因，还主要是土壤肥力不足，而不是降水不足的原因。目前在年降雨量为400～500 mm的地区，旱肥地小麦产量可以达到4 500～7 500 kg/ha。从目前中国小麦旱地品种区域试验的结果来看，许多旱地小麦新品种产量都可以达到6 000～7 500 kg/ha，但在生产推广中，却只有很小的面积能达到这么高的产量水平。因此，关键还是土壤肥力不高和品种适应性不广等问题。

一方面说明中国旱地小麦育种有了很大的发展，同时，说明旱地作物高产育种和栽培还有很大的潜力可挖。我们相信随着栽培条件特别是肥料投入的普遍增加，在本世纪中期，中国旱地小麦可以平均可达3 000 kg/ha以上，甚至有50%的旱地面积可以达到3 750 kg/ha产量水平。因此，通过作物自身的WUE提高，对中国粮食持续增产有重要意义。

另外，随着抗旱节水高产品种的推广，原来的水稻栽培将变成旱稻栽培，原来水地小麦一生种要灌溉10-5次，现在只灌溉1-3次，照样可以亩产500公斤。特别是玉米、水稻、小麦等作物超高产品种的培育成功和推广应用，即通过作物自身的水分利用效率提高，对我国农业水资源节约和高效利用，及可持续农业发展有重要意义和很大潜力可挖。

在节水农业种植制度改革方面，在埃及等许多国家和地区，由于地表河流水资源的短缺，他们改种耗水量大的水稻为抗旱节水的小麦、棉花、玉米和高粱等旱地作物。美国、巴西等许多国家改种耗水量和需肥量较大的玉米为抗旱耐瘠的高粱，利用高粱发展酒精等生物能源产业，同样取得了农业和经济的良性发展，值得我们借鉴。这一方面在我国南方湿润地区和季节性干旱地区，就有很大的潜力可挖。例如，在夏秋季节性干旱条件下，可以改种水稻为旱稻、玉米、高粱、小麦等相对耐旱的作物。因此，通过不同植物的布局、和种植制度的改变，和生物抗旱节水品种的选育和推广，生物节水和水分高效利用还有很大的潜力可挖。

主持人：从您介绍的以上宏观水资源及节水农业问题来看，发展生物节水确实有重要意义，我们现在就生物节水展开具体讨论，什么叫生物节水？生物节水理论与研究发展过程有那几个阶段？

嘉宾：关于生物节水概念的发展，我们认为，大概经历了作物生理节水、作物遗传节水、生物(包括动植物、微生物)节水的三个阶段。

从现有资料来看，“生物节水”一词是山仑院士1991年在“应用生态学报”上发表的“节水农业及其生理生态基础”一文中提出来的，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。

石元春院士在“科技导报”上1999年发表了一篇“开拓中的蹊径：生物节水。”他对生物节水进行了更加详细的论述：节水是一种俗称，学术上的提法是指提高农业生产过程中的水分利用效率(water use efficiency, WUE)，即提高单位耗水(蒸散量)的经济产量。作物的不同生育期对水分亏缺的反应不同，水分亏缺对产量形成的有关生理过程的影响也不一样，这正是非充分灌溉的理论基础。

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。以减少输灌水过程中无效损失为目标的工程性节水，其技术性强，研究开发程度高，工作重点在于产业化开发及相关技术研究。而生物性节水面对的不是材料和设计、工程和技术，而是复杂的生物体。其特点是研究难度大、开发程度低、应用中投入小而效益高，潜力大而前景广阔。分子生物学和生物技术的兴起和发展，为生物性节水带来了巨大活力，正孕育着新的突破和进展。近20年，我国年均旱灾面积3.4亿亩，损失粮食5000－6000万吨，如果通过调整作物类型、品种和种植制度；培育优良抗旱品种；提高农业灌溉和抗旱技术等生物性节水措施，必将低投入高效益地减少干旱造成的损失，增加农业产出。生物性节水的蹊径正在开拓中。

他进一步指出，节水是为了在一定水量条件下增加农业的产出。通过调动生物体的生理和基因潜力以增加农业产出的生物性节水是相对于以减少无效耗水的工程性节水而言，二者相辅相成，不可替代。工程性节水技术性强，开发程度高，投入大。生物性节水需要深厚的理论基础，难度大，开发程度低，但具有潜力大，低投入高产出，厚积薄发的特点。分子生物学和生物技术的兴起和发展正在揭示这个崭新而诱人的领域，生物性节水的蹊径正在开拓中。抗旱性分子育种与新品种培育、作物生理过程和根－土微生态系的调控、提高作物水分利用效率的灌溉技术和施肥技术、抗旱性制剂的研制和施用等将逐渐形成生物性节水的技术体系。低投入高产出的生物性节水与工程性节水相结合，将成为具有中国特色的农业节水之路。

张正斌2003年在《作物抗旱节水生理遗传育种基础》一书中，对生物节水的概念进行了扩展，他指出：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。植物抗旱节水在过去应用研究较多，动物和微生物抗旱节水应用研究较少。随着生物节水发展，通过培育抗旱节水和水分高效利用的动植物和微生物品种，利用各种抗旱节水栽培和管理措施，提高生物链过程由微生物→植物→动物的不同能量级生物的水分利用效率，产生出更多和质量优良的食物和价值，将成为未来农业研究的关键问题。

我国目前还主要是强调发展节水农业，从宏观角度来看，第一目标是首先提高水资源的利用率，主要是靠工程节水。但工程节水必须和生物节水紧密结合，才能实现真正的节水!所以第二目标是提高作物的水分利用效率和产量。作物节水育种虽然是个新名词，但在以往的作物抗旱节水育种实际进展中已有不小的成效!只不过是我们以前对这一问题重视不够，理论研究相对落后。虽然有高的农艺WUE，没有高的经济效益是没有发展前途的；因此第三个目标是提高生物水分利用效率的同时提高经济效益，即经济水分利用效率。植物用水最多，因此植物的价值水分利用效率的研究的重要性将日趋重视；第四个目标是随着生物节水研究的深入，要进一步提高动物和微生物的水分利用效率。第五个目标是随着许多地区未来环境问题的不断恶化，植物水的生态WUE将逐渐引起人们的重视!

我们认为，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。将水分高效利用从旱地农业向湿润地区和盐碱滩涂湿地以及海河湖等水资源利用方向全面开拓，将提高粮食水分利用效率向提高经济水分利用效率的层次发展，发展高水效农林复合型农业，特别是农产品出口，才能使中国农业走向世界，才能发展中国的生态农业和保障中国农业的可持续发展。这是我们在中国旱地和高水效农业研究与发展方面的新思路。

农艺节水经过几千年的发展，工程节水因为目前我国的经济实力问题，难以大面积推广应用，生物遗传性多样性广泛，可以适应各种环境条件，但开发程度浅。生物节水简单易行，物美价廉，附加值高，如干旱条件下的生物产品质量好，病虫害少，绿色食品。各种农艺和工程节水措施必须结合和落实到生物节水，因此是生物节水是节水农业的终极目标。
网友：从目前的资料来看，生物节水是我国提出来的，在我国也已经有了一定的影响，国际上都有那些与生物节水有关重要项目？

嘉宾：生物节水和生物水分高效利用的意思基本相同。从国外发展来看，1983年就出版了《美国干旱和半干旱地区可持续农业发展水分相关技术》，其中有一章为影响动植物水分利用效率的技术。澳大利亚长期将提高小麦等作物的抗旱和水分利用效率作为育种目标。世界先进节水农业国家以色列科学家Stanhill(1992)就指出：“只有提高生物自身的水分利用效率，才能取得节水上的新突破”。绿色革命的发起人，诺贝尔和平奖的获得者，布劳格2000年提出了“让每一滴水生产出更多的粮食”，要让“蓝色革命”继续完成“绿色革命”的号召。2001年美国启动了一个“植物水分利用效率基因组”研究项目。国际农业研究磋商小组2003年启动了关于水资源与粮食等问题的“挑战计划” (CGIAR Challenge Program on Water and Food)。2005国际农业组织成立了物种挑战项目(The Generation Challenge Program )，其中就有对植物抗旱抗逆种质资源的搜集保护和利用。2005年欧洲和西非及北非国家启动了一个“硬粒小麦水分利用效率改良及稳产性”研究项目(IDuWUE)，同时，欧洲和地中海地区启动了“提高地中海地区农业水分利用效率”的研究项目(WUEMED)。2007国际生物观察(Biovision)会议就有一个主题是“自然资源的可持续利用：水和土壤”。说明生物节水和水分高效利用已经受到国内外有远见的科学家的重视，已经成为国内外的研究热点。

主持人：我国旱地农业历史悠久，节水农业也了很大的发展，为什么现在国家中长期规划里会提出生物节水这个新概念？

嘉宾：我国很早就在农艺抗旱节水方面取得了不少成就，例如，我国约在6世纪30-40年代写成的古农学专著《齐民要术》的最大功绩之一，就是它全面完整地总结了以耕—耙—耱为主体，以防旱保墒为中心的旱地耕作技术体系，以增进地力为中心的轮作倒茬、种植绿肥等耕作制度，以及良种选育等项措施,更加丰富和发展了我国精耕细作的传统思想。此书中就有旱稻栽培的记载。

我国在上世纪50年代在水利工程节水方面取得了很大的成就，修建筑了许多大坝水库，治理了黄河和淮河。80年代以后，在旱地主要是通过大量施用化肥，以肥调水促水效，水肥耦合，大大提高了旱地作物产量；90年代发展了雨水集流高效利用的窑窖农业。我们认为，我国旱地农业研究中应该有三大观念的转变，一是从缺水到缺肥，二是从缺水到提高水资源利用效率；三是从抗旱到高水分利用效率育种的观念转变。从被动的耐旱性研究到主动的抗旱性研究再到节水研究，在未来必将转向水分高效利用研究。这些都与生物节水有密切关系。

在灌溉地区，大田渠系和灌溉设备等工程节水技术方面有了很大推广。目前，我国灌溉面积已经占全国的耕地的一半，这些都大大提高了我国河流和雨水资源利用率，对我国粮食稳定生产有重要作用。

在利用农艺和工程节水措施，提高水资源利用率之后，随着淡水资源数量短缺和质量污染严重发生及气候日趋干旱，就要利用现代农业和生物新技术，开拓生物节水的深入研究，培育和推广抗旱抗逆节水生物新品种，让每一滴水生产出更多的食物和经济价值(more food and dollar for every drop)。这是节水农业发展的根本出路。

从农业和生态环境科学发展的历史来看，和从现代广义的水资源保护和高效利用的概念理解，水土保持可能是我国最早提出的广义节水农业或者是水(土)分高效利用农业概念的雏形。它包括了旱地农业、灌溉农业、生态环境改善等更大的内涵，明显有建立新学科的意义，不但是要利用生物、工程措施等，在农田和非农田地区，充分保持和高效利用水分，同时也包括对土壤养分等资源保持和高效利用；不但要抗旱还要防洪，协调改善水资源循环和生态环境。目前水土保持这一概念逐渐被国内外认同。生物节水应该是水土保持和节水农业的基础和核心。

主持人：我国在十五期间对节水农业非常重视，节水农业下一步应该怎样发展？我看到您在有关论文里提到了高水效农业，发展高水效农业在粮食增和经济增收方面有那些意义？生物节水在高水效农业中起什么作用？

嘉宾：山仑院士指出，节水(Water saving)和节水农业(water saving agriculture)是我国提出的名词,和国外的高效用水(water efficient; efficient water use)概念相同。

我们认为，在我国，节水农业是针对灌溉农业中节约用水提出来的，现在也包括旱地农业中的水分高效利用。从对水分高效利用的核心来看，节水农业和旱地农业都可以称为高水效农业。

高水效农业是指同时追求和实现单位耗水的高水分利用效率、高经济效益、高生态效益及社会效益的一种具有高新科学技术体系和经济市场紧密结合的新型农业体系。例如以色列等国家，发展管道输水，利用滴灌等节水灌溉技术，一方面大大提高了水资源的利用效率，同时生产附加值高的蔬菜、水果、花卉等农副产品，出口创汇，成为欧洲农产品的后花园，是典型的高水效农业。生物节水是高水效农业的关键。因此，水里有金!土里也有金!生物里也有金，要挖掘水土资源的金，生物资源的金，就要发展高科技，发展教育，还是应了中国那句古话，书里自有黄金屋!因此，提高农民文化教育水平，掌握农业科学技术，发展生物经济和生物节水，也在一定程度上可以解决三农问题。

目前我们主要强调，在雨养农业地区，特别是我国北方缺水地区发展节水农业，节约用水，利用有限的水分生产出更多的粮食。但实际上在我国南方不缺水的地区更应该强调高水效农业的发展，即在水分不成为粮食高产潜力发挥限制因子的地区，应该利用高产和超高产、高经济效益的优质动植物品种，间作套种，立体农业，温室大棚，地膜栽培，无土水培，工厂化农业生产等先进的科学栽培技术，生产出更多的优质农副产品，取得更大的经济效益和社会效益及生态效益。同时也要发掘对劣质水资源的开发和高效利用，走水资源和水分高效利用和高效产出之路。

在我国历史上，大部分情况下，是南粮北运；到改革开放的二十世纪八十年代后，我国进行了数次的大规模北粮南运。这充分说明我国南方粮食生产能力下降快，北方粮食能力不但不缺，还有一定程度的上升。因此应该对我国粮食生产和消费的宏观变化要有新的认识和新的分析。这有助于强调对在湿润的和经济发达的地区，而目前粮食生产发展倒退、不足和缓慢的地区，恢复粮食生产和发展高水效农业的理解。

按照虚拟水，虚拟水土资源、虚拟能量、虚拟经济等理论来看，北粮南运，引发出来的地区间经济分配亏赢问题，其实也是水资源和土地生产资源和投入能量等资源的宏观转移和分配亏赢问题，是个与水土资源可持续发展及高水效农业发展有密切相关的问题。因为粮食是碳水化合物，北粮南运，即将北方并不富裕的珍贵水资源、土壤养分资源、光温资源和能量资源，补贴和转移给不缺水、光温资源丰富、高产潜力巨大的南方的“鱼米之乡”和“天府之国”。这种反常的补贴和资源掠夺转移的后果，不但严重打击了北方粮食主产地区的生产积极性，而且造成了北方地区农业水土资源的严重消耗，加快了水土资源危机，扼杀了北方农业可持续发展的潜力。我国华北和东北平原粮食生产基地，势必都面临这样的发展趋势。

我国农业发展目前同时有五大变化，由原始的手工人畜力农业发展到了机械化农业。由有机农业→无机化学农业→无机和有机(大量秸秆还田)相结合的生态农业→优质商品农业。由粮食农业→粮食和经济作物并重农业→粮食、经济作物、副业(包括养殖业和加工业)协调发展农业。由自给型农业→内向市场型农业→外向出口型农业发展。在南方由水地农业(长期浸水)→灌溉农业(定期灌溉)→节水农业(定期定量灌溉)→高水效农业，在北方由旱地农业→灌溉农业→节水农业→高水效农业发展。这是必然的发展趋势。

随着水资源的日益危机，我国农业发展已经和将要经历“以粮为纲，全面发展”→“以钱为纲，全面发展”→“以水为纲，和谐发展”的三个重要阶段。农业的发展已经和将要从林草型农业→粮食型农业→粮食经济型农业→经济粮食型农业→高水效农林复合型农业。

在我国稳定生产4-5亿吨粮食的情况下，农业的发展方向目前应该是稳粮抓钱。发展高水效农业，发展高附加值的农产品出口创汇，这样才能解决好三农问题。在新的形势下，“绿色革命”应该有两层含义，一是大幅度提高粮食产量，二是生产出更多的无污染的优质高价的“绿色食品”。我们要在水资源短缺的西北和华北等地区，开展以有限水资源高效利用为中心的“蓝色革命”以完成“绿色革命”可持续发展，生产出更多的粮食。在河流、海洋、微咸水等资源丰富的南方和东部沿海地区，开展以提高水分利用经济价值的“蓝色革命”，生产出更多无污染的优质和高附加值的“绿色食品”。同时我们要在草原地区和农业发达地区开展以奶牛为主的“白色革命”。在水资源日益短缺和水质量不断下降的今天，发展高水效农业是我国现代农业发展和走向世界的关键。

虽然休闲地可以减少土壤水分和养分的消耗，但在有一定的条件下，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。

网友：关于水资源的问题，我们从有关资料看到有关不同颜色水的提法，什么叫蓝色水？绿色水？金色水？灰色水？虚拟水？生物水与这些不同颜色水有什么关系？

嘉宾：目前随着水资源研究的日趋深入，关于水资源的概念将越来越多。例如，以色列的科学家Uri Shamir等(2000)对水资源按应用方向进行了新的分类，提出了“蓝色水”，其中还包括多种色调，即浅色是纯净水，适于饮用和其他用途，较深的是轻度污染和质量较差的，但仍然可用于相同目的的中水等；深蓝灰色是指污水，这部分水常常被纳入供水系统。我们认为，蓝色水应该是指地上海洋、江河、湖泊、冰川等水资源和地下水资源(包括土壤水)的总和。

“绿色水”一般也称为“虚拟水”，原义主要是围绕农产品运动的水。我们认为，“绿色水”应该是指整个生物界生物体内的水分，包括森林、草地、海洋生物、农作物里的水，因此，也可以称为生物水。

“金色水”原义是指货币和资金意义的水，我们认为应该是指水资源的价值和水资源利用及循环利用后的效率及经济价值。

“灰色水”原义是指管理意义的水。我们认为“灰色水”应该是指利用各种科学技术进行科学调配管理及加工改造的水资源，如人工降(增)雨、跨区域人工调水、循环利用水、淡化海水、海冰水资源，节水灌溉工程和技术应用后节约的水，种植抗旱节水植物节约的水等等，随着水科学技术的发展，获得的“灰色水”将越来越多。

我们需要保护更多的蓝色水资源，通过人工调配和管理及加工改造，将更多的蓝色水尽可能多的转化为灰色水和绿色水(生物水)，建立绿色水库，改善生态环境，同时产生更多的金色水。生物水是各种水资源转换的中心环节之一，因此生物节水还有很大研究空间及开发潜力。

网友：什么叫绿色革命？什么叫蓝色革命？生物节水与他们有什么联系？

嘉宾：20世纪作物增产的关键因素, 国内外都公认是增加肥料, 扩大灌溉, 农药防治虫害, 栽培优良高产品种, 其中优良品种的增产作用占30%以上，20世纪出现了工业革命和绿色革命同时进步的大好形势。

但由于工业革命的快速发展, 能源在日益枯竭, 环境在不断的污染, 人口在不断的增加, 干旱洪涝等自然灾害的不断发生, 西方以能源投入为主, 牺牲生态环境为代价的“无机农业”出现了许多难以解决的问题。其中农药和除草剂危害最大, 改变了生态系统, 造成许多物种中毒死亡快速灭绝。另外工业废水的超标排放, 造成大区域的江河湖海水域及大面积农田污染,也严重地影响了世界各国农业和渔业及人类健康持续发展。

在水源不丰富的地区,发展耗水量大的工业生产,以及农业用水发展大规模粗放灌溉,特别是井灌区盲目地扩增超采,是导致地下水位急剧下降的一个主要原因。我国北方有的地区地下水位每年平均下降0.5-1m。井越打越深,水却越来越少,这成为限制我国北方城市和农村经济进一步发展的首要限制因素。农业水资源短缺成为21世纪世界粮食安全的头等限制因子。

因培育出矮秆抗倒高产小麦,带动世界粮食作物矮秆高产育种,使世界粮食产量在20世纪成倍增长,引起世界“绿色革命”的诺贝尔和平奖获得者 N E Borlaug (1999)讲到:“我们如何在有限可能利用的水资源条件下,生产更多的食物来满足日益快速增长的人口需要, 不可置疑的结论是, 人类在21世纪需要开展’蓝色革命—让每一滴水生产出更多粮食’, 去继续完成20世纪’绿色革命’的使命,科学技术的发展在召唤我们走上这条道路”。

因此，20世纪全球开展了为饥饿而战的绿色革命! 21世纪人类将开展为水而战的蓝色革命! 生物节水是绿色革命和蓝色革命的关键。