访山仑院士：旱地跋涉60年

■我们的记者王青

回顾他60年的科研生涯，山仑认为他正在走一条“中间人”的道路，将抗旱生理学与旱地农业、理论研究与实际应用相结合。

如今，81岁的中国工程院院士山仑仍在工作。

回顾他的科研生涯，山仑认为他正在走一条“中间人”的道路，将抗旱生理学与旱地农业、理论研究与实际应用结合起来。然而，业界对他有不同的看法。一些人认为他是“独一无二的”，而另一些人认为他的研究“不同于其他任何东西”，尤其不同于现代植物生理学。

“但无论如何，是客观情况和主观条件促使我扮演这个角色。起初我是被动的，后来我变得有意识了。”山仑说。

谦逊和与众不同是山仑在接受《中国科学日报》采访时总是表现出的鲜明特征。然而，他在旱地农业研究和应用方面的成就足以称得上是卓越的成就。

山仑长期担任中国科学院水利部水土保持研究所和西北农林大学的研究员，是中国旱地农业领域的学术带头人和旱地农业生理生态研究方向的开拓者。他热衷于研究作物的生理生态基础及其在半干旱地区有限水分高效利用中的应用，提出了作物对多变的枯水环境适应性的科学概念。

根据多年的研究，他揭示了适度的水分亏缺可以使作物在一定的生长阶段产生生长、生理和产量形成的补偿效应，从而实现节水和增产并举的目标，为推广节水农业提供了有力的依据。他还对黄土丘陵区农业发展方向、目标和实现途径提出了一系列新的论点，实施后取得了显著的经济效益和社会效益。

特殊干旱事件

2008年11月1日至2009年2月6日，我国北方冬小麦主产区基本没有超过5毫米的有效降水量，受干旱影响面积达1.5亿亩。国家防汛抗旱指挥部启动了一级抗旱应急响应。自2月7日以来，北部一些地区下了小雨，自2月15日以来一直有大雨。3月2日，相关部门宣布解除应急状态。

干旱是“50年一遇”，但奇怪的是，那一年小麦收成仍然很好，甚至比2008年略高。2010-2011年同一地区也出现了类似情况，初始有效降水量推迟了约一周，但夏季粮食仍实现了“八个连续增长”。据报道，这场干旱“持续了很长一段时间，遭受了范围广泛的干旱，并且达到了历史上罕见的程度”。

然而，在山仑看来，这种说法“恰当地估计了时间和范围，但夸大了麦田干旱的程度”。

为什么这两次长期的大规模干旱没有导致产量下降？山仑首先发现，前一年秋雨基本正常，冬小麦田耗水量相对较低，长期的气象干旱尚未导致严重的土壤干旱。及时采取措施加强现场管理也发挥了重要作用。

此外，他认为还有一点值得特别注意:这个时期不是小麦生长和灌溉的关键时期。麦田遭受中度干旱(中等水平以下缺水)后，如果随后及时供水(降雨或灌溉)，将形成一定的生理补偿效应，有利于增产节水。

基于这种认识，在对陕西省和中国工程院的响应建议中，以及在相关报刊上发表的文章中，山仑除了给出一些具体的措施和建议外，还强调已经发生的干旱不会对小麦的最终产量产生太大的影响，关键是要为下一个小麦拔节期做好有雨或无雨的准备。

陕西有关部门认为，事实证明，当时这一判断是准确的。山仑告诉《中国科学》的记者，“这样的干旱事件表明作物对干旱和缺水有很强的适应和调节能力，需要进一步加强研究和努力挖掘。我之所以能就此类生产问题提出一些看法，与我的学术经历和工作情况密切相关。”

理想的自然实验室

1954年从山东农业大学毕业后，山仑被分配到位于陕西杨凌的中国科学院水土保持研究所。他已经工作了60年。

这是一个非常面向任务的研究单位。在退休年龄之前，山仑在野外工作了大约三分之一的时间。

20世纪60年代初，在他从前苏联科学院植物生理学研究所毕业两年后，他所在的单位发起了一场社会教育运动。活动结束时，他被告知，该研究所必须坚持以黄土高原水土保持研究为中心，不能在远离该中心的地方发展植物生理学系，并被动员转行。

在这种背景下，1965年春，在山仑的带领下，一共有7人被派往山西省离石县(今柳林县)的后五里乡进行水土保持科学研究的锻炼。“这显然是被动的。”山仑回忆道。

五英里之后是一个典型的丘陵山村，位于黄河流域，以从村子到公社的五英里山路命名。山仑到达五英里后的一年，整个黄土高原经历了历史上罕见的干旱。根据他的基点气象记录，年降雨量仅为年平均450毫米的一半。

结果，山仑和他的六个同事利用他们的专业知识与村民们一起抗旱。他们采取了适时早播、适时浇水、适时施肥、适时辅助授粉等措施，使当年五里后的粮食总产量仅略低于正常年份，明显高于周边社队，并在大旱年实现了粮食自给。同时，他们还利用空闲季节指导农民建造一批高质量的水平梯田，并通过少量的水使全村小麦如期播种，以确保“满苗”。

这些做法在当地产生了巨大的反响。山西省领导认为，中国科学院的科技人员能够解决生产中的难题。

“当我对科学研究的未来感到困惑时，这件事给了我一个鼓舞。它向我展示了将我所学与实践相结合的可能性。”山仑说。

那一年，他目睹了田间作物从正常生长到逐渐枯萎的全过程，也看到了各种作物在干旱下的各种姿态。特别是7月和8月干旱加剧，植物在中午枯萎，晚上表现不同。上午不同程度恢复增长的景象引起了山仑的极大兴趣。那时，他每天去不同的田地几次观察和记录，以便掌握干旱和作物生长发育的第一手资料。他不禁叹了口气:“这是一个多么理想的自然实验室！”

同时，他还在有限的实验条件下进行了一系列的野外研究。例如，根据正常玉米田土壤含水量远低于严重萎蔫玉米田的现象，为“黄土高原低产的主要原因不是降水不足，而是降水利用不足和有效，低产条件下增产一倍的主要利润限制因素是肥料而不是水”的结论提供了直观的依据。更重要的是，山仑已经初步确立了在实践中“在农业中有效利用少量水”的可行性。

“由于今年的‘意外收获’，尤其是最初将植物抗旱生理研究与农业抗旱实践直接联系起来的想法，对我未来的研究道路产生了很大影响。”山仑认为这是他科学生涯的“关键时期”。

从生物节水到半旱地农业

随后，山仑的学术实践从研究生物水源保护转向发展半干旱农业，并把自己定位为理论和应用之间的“中间人”。

它是否能显著减少农业生产中的农业用水问题一直存在争议。20世纪60年代初，当山仑在前苏联留学时，当时的主流观点是“充分灌溉”，即任何时候任何程度的缺水都会导致减产。

然而，山仑使用C14示踪法来测试供水的效果。结果表明，灌浆期干旱加速了光合产物向籽粒的运输，在一段时间内籽粒增重显著高于有充足水分供应的植株。回到中国后，他的团队经过反复试验证明，小麦灌浆期间减少1/3的供水量不会影响最终产量，并进一步阐明了其机理。

与此同时，山仑带领研究团队对植物高效用水这一中心命题进行了广泛的研究和论证，从实验室、试验点到田间基地，利用多种作物，进一步证明了某一生长阶段适度缺水的有益效果，探讨了节水与增产并举的生理生态基础和实践基础。

1991年，山仑发表了一篇题为《节水农业及其生理生态基础》的文章，提出了与工程节水和农艺节水并行的生物节水概念。他强调，生物节水是一个科学命题，有明确的应用目标，它超越了植物水分利用效率的最初含义(WUE)。通过开发植物自身的生理和遗传潜力，可以充分利用所有能够提高植物水分利用效率和增强抗旱性的性状，从而实现高效利用有限农业水资源的目标。

生物节水的概念及其实现途径一直受到学术界和相关部门的关注。在2001年由国家农业综合开发办公室举办的“中国发展节水农业国际研讨会”上，山仑的生物节水研究被认为突破了传统的节水理念，符合中国农业发展的实际需要。

然而，2005年由山仑等人主办的主题为“生物节水技术与发展前景”的第267届香山科学大会，却引起了学术界的广泛关注。

第二年，由中国科学院主办，中国科学院遗传发展研究所农业资源中心研究员张具体推动，召开了“首届国际生物节水理论与实践会议”。包括许多国际知名植物水分生理学家在内的200多名代表齐聚一堂，通过会议报告和网络交流进一步强调这一主题的重要性。

会后，生物节水作为与灌溉节水和旱作节水并列的综合配套农业节水技术，被列入国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020)。

然而，山仑认为，生物节水的原则和技术要真正应用于实践，就必须有出口。它必须与相关学科紧密结合，并融入当前的农业体系。

因此，根据研究成果、生产经验和国内外学者对农业用水发展趋势的判断，他提出了在缺水地区发展以少量水精确补灌为特征的半旱地农业的思想。2008年，他与相关专家共同承担了中国工程院“黄淮海地区农业节水对策及实施半旱地农业可行性研究”咨询项目。

根据总体评价，特别是总结了山东、河北和北京的典型经验后，本项目认为因地制宜发展半干旱农业是必要和可行的。这一结论得到了一些农业和水利专家的积极响应。中国工程院向国务院提交咨询报告后，现已纳入国家“十二五”科技规划，并作为国家科技支撑准备项目逐步实施。

从山仑的角度来看，未来中国农业用水模式将是灌溉农业、旱地农业和半旱地农业并存的模式。这不仅是缺水背景下的最后手段，也是现代农业发展的需要。

传统植物生理学仍然是不可替代的

■我们的记者王青

《中国科学报》:你认为植物水分和抗旱生理的研究现状如何？

山仑:在植物生理学发展史上，植物水分和抗旱性是最早受到关注的研究领域之一。许多值得纪念的中外科学家为他们奋斗了一生，做出了历史性贡献，初步使他们成为干旱地区合理农业的重要基础。

然而，从农业发展的需求和日益严峻的干旱形势来看，植物水分和抗旱生理研究的实际进展并不十分令人振奋。正如一些学者指出的那样，总的来说，植物水分和抗旱生理的研究发挥的作用还不够。

《中国科学新闻》:你认为这种情况可以如何改变？

山仑:我的观点是，为了使今后的抗旱生理研究工作做得更好，应该从两个方面努力:一是在深入阐明植物抗旱的分子生理机制的基础上，与分子生物学紧密结合，提供或指出一条新的突破技术途径；二是与相关应用学科紧密合作，为解决当前生产中的实际问题做出直接贡献。一个“不屈不挠的精神”和一个“站起来”可以通过努力工作来实现。

《中国科学报》:你认为传统植物生理学与当前热门的分子生物学和转基因技术之间的关系如何？传统植物生理学在其中扮演什么角色？

山仑:随着分子生物学和主动抗逆转基因技术的迅速发展，传统植物生理学能否继续发挥其不可替代的作用？我的意见是肯定的。

中国科学新闻:你能举个例子吗？

山仑:例如，在阐明植物抗旱机制的问题上，揭示分子机制固然重要，但同时，必须注意阐明个体的生理机制，以便了解植物抗旱的整体潜力，实现与田间应用的更好联系。这也是目前的一个薄弱环节。在与生产问题的直接结合上，植物抗旱生理的研究成果也能发挥重要作用。例如，适度缺水可产生生理补偿效应的原则已成为半旱地农业发展的重要基础，而更详细的作物需水量规律和缺水生理指标数据可成为应用工程、农艺学和信息技术实施精确补充灌溉措施不可或缺的环节。

《中国科学》(人民周刊，第9版，2014年4月18日)