编者按 本刊在今年第6期发表了采访张正斌研究员谈生物节水这一新兴学科的文章——《聚焦生物节水》，文章发表后引起了各界广泛关注。《新华文摘》很快转载了此文。据张正斌研究员介绍，该文还得到了多位院士的肯定。同时，北京市政府相关部门在本刊看到此文后，在很短的时间内给张正斌研究员写了信,并同张正斌研究员就生物节水这一话题进行了深入的探讨。信中谈到：“北京市相关部门对生物节水非常重视。北京市是一个严重缺水的城市，此文对北京市在水资源的利用方面具有很现实的参考意义。”因此,本刊决定在本期刊登张正斌研究员的最新文章——《再谈生物节水》。希望能对北京市在推动生物节水方面起到一定的促进作用。
　　
　　生物节水研究学科地位日趋上升
　　
　　从生物节水发展来看，生物节水从文章中的一个简单词句、一篇论文的题目，再到现在关注热潮（并非是研究热潮），经历了15年艰难的历程。近年来生物节水研究的科学意义逐渐引起科学家和政府部门的高度重视，生物节水学科地位日趋上升。
　　近年来，以我国科学家为主在开辟和提倡生物节水研究方面做了大量工作，对生物节水的概念进行了不断的发展开拓和完善。
　　国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)中在不同地方分别明确指出，把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置，下决心解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题。水资源已列到重点领域及其优先主题。中国科学院已经将作物水分高效利用生物学基础研究列为知识创新重要方向性项目等。
　　因此，生物节水不是一个单纯的科学用语，而是有一个很明确的应用目标。生物节水已经成为国家的重点研究领域，有关部门和省份还把它作为突破重点和主攻方向之一，生物节水研究虽方兴未艾，但任重而道远。目前，生物节水应当主攻发展和建立生物节水型农业，同时也要发展和建立生物节水型城市，最终达到建立生物节水型社会的总体目标。本文通过国内外生物节水的具体实例，说明生物节水大有作为。
　　
　　主攻生物节水型农业
　　
　　建立生物节水型农业包括两个方面,一是生物节水型种植业,二是生物节水型养殖业。生物节水型种植业是主攻方向，但生物节水型养殖业也势在必行。
　　
　　生物节水型种植业
　　
　　生物节水型种植业是节水农业的核心，是重中之重。第一是要发展和建立生物节水型的作物种植业，主要是水稻、小麦，玉米、棉花、油菜等大宗作物，二是要发展和建立生物节水型的蔬菜果树和经济作物的种植业。
　　在灌溉农业地区，群众最关心的问题是节水灌溉是否能够增产和高产？请看以下实例，这些实例说明关键还是要加强节水意识和观念的转变——
　　水稻是中国的主要粮食作物，目前我国农业用水占总用水量的 80%，其中水稻用水量占农业用水的 70%。这意味着：仅水稻的生产耗水就占到全国总用水量的 56%。
　　大家知道水稻是水生植物，但也不是需要长期泡在水中生长，还需要干湿交替的生长环境，这样既节水同时又高产。2005年，由浙江省余姚市水利局申报的“水稻薄露灌溉技术推广”项目入选“可持续发展在中国”优秀案例。近年来，他们又深化这项技术，开展了更加节水的水稻无水层灌溉技术的示范和推广，这项技术的应用可使每亩水稻节水125立方米，增产9～31.5公斤。全国4.6亿亩水稻如都采用节水灌溉，每年可节水460多亿立方米，相当于黄河的水量。
　　


　　另外，小麦品种里就有旱地小麦、水地小麦、水旱兼用型小麦之分；还有许多抗旱节水蔬菜和果树，种植这些抗旱节水型品种，不仅可以节水，还可以提高农民的收入。
　　北京市是严重的缺水地区,气候寒冷，同时因为冬小麦需要灌溉量大，因此不宜扩大冬小麦种植，而玉米生长与雨热同步、产量高，经济效益好。因此，有专家建议种植抗旱节水型玉米是北京农业生物节水之首选。
　　中国有8亿亩灌溉耕地，通过种植抗旱节水高产品种，减少灌溉次数和定额，每亩每年节水100立方米是完全可能的。因此，全国每年节水1000亿立方米也是完全可能的。
　　
　　生物节水型养殖业
　　
　　在中国节水技术政策大纲中明确指出：发展养殖业节水技术，提高牧草灌溉、畜禽饮水、畜禽养殖场舍冲洗、畜禽降温、水产养殖等养殖业用水效率，这是农业节水的一个重要方面。
　　节水渔业指的是使养殖过程中的养殖水体尽量减少大容量的更换水体，仅增加被蒸发的水量，同时使养殖水体中的生态系统处于一种动态的平衡状态，以达到水质不易污染恶化，养殖产品质量安全可靠、节约养殖用水、降低生产成本、提高经济效益的一种养殖技术。这项技术已经得到我国政府的重视和推广。
　　天津市的养殖用水源缺乏已成为制约天津市养殖生产的最大问题，发展节水型水产养殖业势在必行。天津市发展节水型水产养殖业，由淡水养殖向淡化海水养殖展开，通过水资源循环利用，可以有效解决水产养殖自身污染，保护渔业水域生态环境。同时可美化天津城市景观和环境。
　　
　　生物节水型城市
　　
　　城市园林灌溉用水和大量的污水处理问题已经引起了全社会的关注，是城市建设和可持续发展的关键问题之一。因此，发展生物节水型园林和生物节水型污水和环境治理是发展生物节水型城市的两大关键，并具有重要的现实意义和长远的影响。
　　
　　生物节水型园林
　　
　　城市园林绿化大量地消耗着宝贵的水资源，因此，应早日由“耗水型园林”向“节水型园林”方向发展，使城市绿化走上持续、健康的发展道路。最近几年，地处沙漠之中的美国拉斯韦加斯整个城市的园林灌溉几乎全部更换成了水资源利用率极高的滴灌。拉斯韦加斯也曾经大力发展人工草坪，但现在已经认识到在干旱的拉斯韦加斯发展人工草坪是个错误，因此政府敦促市民种植沙漠植物来代替草坪，并鼓励清除人工草坪，对愿意把人工草坪改为木屑、碎石覆盖地面的单位和家庭，政府会给予补贴。
　　


　　我国北方许多城市也面临严重缺水，因此也要主动地适应干旱，选择适应干旱缺水条件的园艺，以及相应的生活方式。通过引进和筛选抗旱节水绿化植物，即可以明显达到节约城市大量绿化用水，同时也可以美化环境。例如，我国宁夏林业研究所科研人员对贺兰山干旱地带一批具有观赏性的耐旱植物进行引种驯化，并成功用于城市的绿化美化。紫花醉鱼木、黄花矶松、马蔺等一批节水、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良园林绿化灌木和地被植物，具有好种、节水、好看、好管的特性，特别适用于北方缺水城市的绿化美化。这些耐旱观赏植物已在东北、华北、西北16个省会城市、首都北京大面积成功种植，成为都市里一道靓丽的风景。宁夏林业研究所选育的紫花醉鱼木、马蔺等不仅种到了北京长安街，还被推荐入选2008年奥运绿化推广新品种。宁夏林业研究所走出了一条“具有我国特色的城市植物绿化之路”，他们引种驯化的这些耐旱观赏植物的耗水量仅是从国外引进草坪的1/10～1/15。
　　植物有水生植物、旱生植物、荒漠植物之分，将旱生植物和荒漠植物用在城市园林绿化有广阔的前景。因此，我国在发展和建设生物节水型城市园林绿化方面还有巨大的市场。特别是我国北方许多城市，要大力提倡扩大种植耐旱耐寒的长绿树种和灌木，如松树、柏树等，减少需要灌溉和修剪的草坪面积。
　　
　　生物节水型污水和环境治理
　　
　　利用生物治理污水和环境，是20世纪70年代以后发展起来的一种自然处理生物技术。近20年来受到广泛迅速的研究和开发，利用这些技术处理的污水已逐渐从生活污水发展到城市污水和多种工业废水，使环境污染得到改善。
　　利用水生植物治理污水和环境
　　


　　美国早在1982年就已有水生植物塘2200座、40套芦苇床系统处理废水污泥。据1987年美国报道，美国佛罗里达州已有每天处理几百万立方米污水的大型凤眼莲塘设施。最近，加拿大爱德华岛省匹克顿市计划出资1.6千万美元建造一座最先进的、被称为“Living Machine”（“活的机器”）的污水处理工厂。其特点在于利用植物、动物和细菌三种活物同时对污水进行处理。与常规方法相比，它的优点是减少软泥产出量、减少有毒载物，使污水水质改善得更好。
　　目前我国许多城市都利用水生植物在河道里进行污水净化和建立了人工湿地，在水资源污染和环境治理方面取得很好的效果。
　　我国南京浦口区汤泉镇建成南京首座水生植物污水处理厂，利用水生植物结合生物氧化治污，处理全镇两万多人、4家企业的3000吨污水，投资仅花了300万元，而建设同等规模的生化污水处理厂，投资要1000多万元。这里没有像常规污水厂那样的一个个水泥结构的集水池、曝气池和生化池，所谓的“集水井”、“沉淀池”和“净化池”，全是一片片生长茂盛的芦苇、水芹、菱角、藕类的水塘，整个污水处理的面积约占80亩。这个水生植物污水处理厂的氧化池是整个污水处理工艺流程的唯一生化处理部分，主要是去除污水中的化学需氧量，而来自工业、生活和垃圾的污水，含有大量的氮、磷等污染成分，它们全部由各类水生植物过滤、吸收和净化。这样，就可以省掉依靠化学工艺处理的所需大笔投资，而处理运行成本也节约了80%以上。
　　鲜花也可以成为处理污水的“秘密武器”。在浙江长兴县“十里古银杏长廊”中间的小浦镇方一村，有一片种植着郁郁葱葱的美人蕉和绿色黑麦草的人工湿地花园。这是一项利用地下厌氧池及人工湿地法相结合的新型污水生态处理技术。在人工沙层上面种植的美人蕉、黑麦草，根系发达、喜湿、吸收能力强，扎根在人工沙层中，污水渗入沙层后，含氨氮的水体腐殖质、泥浆等被美人蕉发达的根系吸收并消耗掉。经过美人蕉过滤后，生活污水能够达标排放。长兴村里排出去的污水，在这些花草下面‘洗’过一遍后，都能达到国家一级排放标准，水质比城里的还好。
　　这些技术也可以在我国北方寒冷地区进行应用。例如，刚刚建成的辽宁省抚顺市海新河复兴生态园，迎来了一批特殊的居民——万条银光闪亮的草鱼跃入清澈的水中，它们在这里除供人观赏外，还将负有特殊的使命:清理水中有机污染物、监测水质处理情况。难以置信的是，生态园原址是座臭气熏天的垃圾山。将高污染河流和垃圾场“捆绑”起来进行综合整治，建设成一座集绿地、湿地、污水处理场为一体的生态园，这在国内目前还不多见。
　　
　　利用微生物治理污水和环境
　　
　　日本最重要的节水技术就是建立“中水道”系统，即城市废水的处理和再利用系统。这种系统可把各种生活废水集中起来，加以净化处理，用作冲洗厕所等用水。日本废水净化处理技术一般采用生物处理法。
　　中国科学院微生物研究所日前和山东金长城集团联合研制成功一种全新概念的免水冲型生物厕所，其特点是免水冲、不排放、无污染。与一座两个蹲位的水冲公厕相比，一座免水冲型生物厕所一年可节水730吨，同时，每年可节约清运等费用1万余元；安装简便，不用管道，不受场地限制，在维护和管理方面与普通厕所相比可节约2／3的费用和时间；一年可少污染36万吨清洁水。
　　中国工程院院士、南京林业大学教授张齐生创立的“生物改性竹炭”治污技术成果，先后培育出三大菌群10属80多种附着力强的微生物，这些微生物专门把污染物当“粮食”。这样，就可以让其去“吃掉”竹炭空隙中的污染物，使竹炭内部空隙长期保持清洁，以稳定发挥吸附功能。在紫湖溪120米的支流河床上，建成了日处理为1万吨的“生物改性竹炭”污水处理示范工程，经过一年运行，不仅使紫湖溪支流河水水质稳定达到国家相关标准，而且一年来的实际运行费用仅为2万元，是同等规模城镇污水处理厂的1/100。非常适合广大农村污染河流的治理。
　　成都市采用“CMF”（连续微滤）生物污水治理技术，利用微生物菌“吞噬”河水中污染物质的府南河生物治污试验取得成功。据介绍，府南河生物治污试验工程共用了18天时间，采用一种叫“C－M”的微生物复合剂，净化了5公里长的河段，日平均处理污水量达到6万立方米。
　　
　　利用作物秸秆治理污水和环境
　　
　　


　　哈尔滨工业大学市政学院马放、任南琪教授以农业废弃物秸杆类纤维素和生物制氢废液作为制备生物絮凝剂的原料，为污水处理走出了具有显著经济、社会效益的新路。该课题采用农业废弃物秸杆类纤维素作为制备生物絮凝剂的原料，通过对松花江源水、大庆中引水厂水源水、强酸性废水、生活污水、墨汁废水、中药废水和泥浆废水等的实际应用，证明该产品对不同的水质都表现出很好的脱色、除浊和去除有机物能力。
　　
　　生物节水型社会
　　
　　生物节水是一个系统工程，在生态系统的各个环节上都可以发挥重要作用。除了在建立生物节水型农业和生物节水型城市外,还要利用生物节水技术加强非农耕地区和山区生态环境治理及改善，特别是水土保持和对盐碱等劣质土地和水资源的开发利用，建成一个生物节水的生态型系统和社会。
　　
　　生物节水型水土保持
　　
　　严重的水土流失对工农业生产、城市发展等都有重要影响。植被是水土保持的基础和核心，生物节水技术在水土保持方面大有作为。利用植被种植改造沙漠的例子不胜枚举，成果显著。浙江湖州市成功地发现了乡土草生物护坡的优良品种——铁丝根草，学名结缕草，经过2年多的研究试验，每平方米草坪保土达175～176.6公斤，一棵鲜草的保土量可达自身重量的800倍左右。据实测，根系保土有效深度通常在8～10公分，最深可达30公分。该草适宜生长在有一定坡度和排水良好的微碱或微酸的砂壤土质，具有耐旱、耐瘠、耐践踏和植被管理成本低的特点，故有“踏不死”的美誉。该草形成植被后，杂草不容易生长，因而具有优良的保土功能。
　　
　　生物节水型生态环境治理和开发
　　
　　我国有15亿亩的盐碱地和沿海滩涂，这些地区水分并不是问题，但是因为没有耐盐碱的植物品种，难以对这些地区的水土资源进行开发利用。
　　中国科学院封丘实验站和河南省封丘县紧密联合，在黄淮海地区盐碱地大力发展耐盐的金银花种植，建立了金银花产业，在规范化栽培，采收加工等方面进行了5年研究，形成了成套高产技术。目前金银花规模已达30万亩，年产量9千万吨，经济效益3.2亿元。目前正在利用幼嫩枝条粉碎培养蘑菇，进行饲料添加培育肉牛等,形成了一个新的循环农业发展模式。
　　《科学时报》2005年7月25日报道，在中国科学院大安碱地生态试验站植被恢复试验田，昔日寸草不生的光板盐碱地，被一片绿葱葱的鲜嫩野生羊草所覆盖，这里显示的是中科院东北地理所科技人员在国内首次创建的以羊草移栽代替传统直播大面积改良重度盐碱地的最新研究成果。
　　
　　结束语
　　
　　21世纪是生物技术的世纪，生物节水（水分高效利用）在各个方面都大有作为。目前我国在北京和杨凌成立了两个国家节水灌溉中心，侧重于工程节水示范和推广方面，但要在大面积应用工程节水，还有一定难度。生物节水生物遗传性多样性广泛，可以适应各种环境条件；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，属绿色食品。农艺节水和工程节水必须落实到生物节水，通过生物节水去体现和完成，生物节水是旱地节水、灌溉节水的基础和核心，因此，生物节水是节水农业的终极目标。我们建议国家在南方和北方成立两个生物节水中心，进行生物节水工程技术、生物节水理论研究，研究包括农业节水，还涉及工业节水、城市节水、污水治理、环境改善及循环经济发展等问题。我们相信生物节水技术和理论将有更大更快的发展，成为中国继节水农业后又一特色的生物技术和农业革命。