科研蒙太奇

不擅言谈的沈彦俊写出这个令记者云山雾罩的公式后，话匣子打开了。他是中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心（以下简称农业资源研究中心）的一名研究员。这个公式是开展农业节水科学研究的基础。

WUE全称水分利用效率，是评价植物生长过程中所消耗水分的生产效率的综合指标，它反映了植物耗水与其干物质生产之间的关系，最终体现为单位体积水分消耗量所获得的产量。在节水农业研究与实践中，它被用于评价一个地区农业水资源的管理、利用水平和节水农业技术措施的实施效果。

水分利用还需效率？

“这一系列的比例是从Y/(P+Irr)，即产量与农田水分输入量之比分解得来，农田节水就是使这个比例最大化，分解后的每个比例体现了节水实践过程中所需要调控的环节。其中前两个比例涉及到土壤水分管理，增加土壤的储水和保水能力，B/T与Y/C与育种有关，其他因素可通过栽培管理实现。”沈彦俊将因素拆分，科研方向跃然纸上。

然而，在农业生产过程中，目前人们抽取的地下水资源是免费的，仅支付抽水所消耗的电费。在没有水价的调控下，人们对用水缺乏节约意识。即使有意识，究竟如何才能做到最合理的节水，使之与当地的经济发展矛盾减到最小？

因此，一系列的科学问题需要解决。

水是庄稼种植和食物生产中最大的单一制约因素。社会的水资源竞争日益加剧，而农业是用水大户之最。

“农业节水是一个非常复杂的系统。”中国科学院院士刘昌明积极呼吁大力研发新一代农业节水技术和科学的水资源管理措施。

拉伸科研的焦距

为了突破农业水资源问题的复杂系统。科学家们先从宏观的遥感手段入手。

“早期一直想做过去几十年来华北平原水系统恶化、水资源危机的过程重演和评估农业用水与节水的阈值。”沈彦俊的地理学背景，常使他从区域尺度的长期变化角度思考问题，并借助遥感数据入手对华北地区的水资源消耗进行建模分析。

他的电脑上，保存着1980年和2010年的华北平原卫星影像图。两张地图上，该地区所有的河道都显示为白色，即为干涸。

通过宏观的研究，使得对问题的解析进入了立体空间：华北平原在中国粮食生产处于什么位置，其面临的问题在世界上可以和哪些地区类比，又有何差异？未来如何实现水资源的可持续利用？

“随着研究的深入，我们越来越发现华北平原的问题是立体的、多学科交错的，甚至在自然科学的问题上耦合了许多人文和政策方面的因素，而后者对于未来的发展方向有着更重要的影响。”沈彦俊试图连接地理学研究地标空间不同要素组合在时空尺度和手段方法上，与农业生产实践和农田节水研究的尺度与方法间存在的巨大鸿沟。这具有一定的野心。他的课题组在石家庄附近的农田进行长期的农田小气候和土壤—植物—大气系统水热通量观测。这些小尺度的田间试验研究，使他的研究镜头能够从区域上拉伸至一块田，甚至聚焦到一片叶子。

“刘先生一直告诫我们真理在野外、在田间，一定要到田间，扎实做工作。不要怕做书呆子。”作为刘昌明先生在农业资源研究中心的第一位学生，沈彦俊对入学初期先生说的这句话记忆犹新。

有意思的是，他们在田间有了新发现。

“我们做气孔实验时，突然一阵风吹过，气孔马上就会发生变化。”敏感的气孔是植物水分蒸腾交换CO2进行光合作用的通道，是研究作物水分利用效率的关键所在。他通过中国科学院爱因斯坦讲习教授计划引进世界著名的植物光合作用和气孔生理生态学家格拉罕姆·法夸尔教授开展科学交流与合作。从一片叶子的气孔到整片农田乃至整个华北地区的农业区域的用水效率与变化开始被逐渐串联起来。

科研的镜头在不同尺度之间转化，令人目眩神迷。而这种科研焦距变化的蒙太奇手法使得科学家的思维保持了深度与广度的融合。

挽留透支的地下水

近期，研究组得出结论：华北平原区的区域性地下水位下降和地面沉降主要由于农业灌溉引起。

通过在栾城农业生态系统试验站的观测数据并利用粮食统计资料建立模型，袁再健博士表示，1984-2008年期间，栾城县地下水位累积净消耗量为12亿立方米用于粮食生产，获得的粮食增益累计34.5亿公斤。灌溉水的增产效益每立方米2.9公斤。据此推算的地下水下降量为17米，实际观测值下降量为20.8米。而对河北中南部平原而言，此期间用于粮食生产的地下水净消耗量为1400亿立方米，引发区域性地下水位下降量平均达7.4米。

回顾我国这些年来的农业发展，粮食生产稳步增长，解决了庞大人口的吃饭问题。粮食生产重心发生了南北对调的格局变化，南方地区由于工业化和城镇化进程较快，农业从业人口流失较快，而地表水匮乏的北方逐渐担当了粮食生产的重任，埋下了地下水急剧消耗的危机。

“华北平原是我国乃至世界的重要粮食产区。上世纪70年代以来，随着灌溉技术的发展，农业产量得到了大幅度提升。但高产主要依赖地下水灌溉来实现，造成了地下水超采，区域性地下水位下降，形成多个大型地下水位降落漏洞，并引发地面沉降等问题。”沈彦俊非常担心这笔透支的债务无法还清。

他坚持不应以地下水的高消耗来换取有限的粮食产量的观点。短视的看，过度消耗满足了一时的需要，但带来的利息却是人们无法承受的。

“作为华北腹地的河北省，已经不再适合进行高耗水的农作物种植，而应以逐步恢复生态和水系统功能为主要方向，尽快调整作物种植结构，研发微咸水等边缘水资源安全利用技术。在农村变革土地经营权模式，发展特色农村生态旅游产业，探索地下水、生态与农业和谐的可持续发展模式。这也是本区域生态文明建设的重要需求。”通过多年的田间水热平衡观测试验和产量形成过程研究，沈彦俊等人已经找到保证粮食总量不变，改变种植结构的方法来缓和这一矛盾。

他们分析近年来的北方粮食数据发现，东北将是未来粮食生产的主要阵地，而他们也将带着积累的研究经验将研究区域扩展到那里。