一、农业概述

农业的起源

正是寻求各种可食植物的努力，促使人类逐渐获得了对各种可食植物和许多不可食植物的种种经验和知识，慢慢地，随着人类植物学知识的不断积累，原始的农业诞生了。

人们普遍认为，原始农业起源于新石器时代，距今不过1万年的历史。从人类的整个历史来看，1万年前已经是距现代很近的事了。

人们当初是怎样开始驯化野生植物、学会栽培的呢？由于遗留下来的古代资料比较少，我们现在了解的还很不够，根据已有资料显示，原始人类进行植物驯化活动主要是从采集食用种子（包括植物的根茎等）开始的。在我国新石器时代的仰韶文化——西安半坡遗址中，还保存着原始的氏族社会采集经济的痕迹——人们在他们的居室内发现了陶罐盛装的粟粒，并且还有窖藏的粟堆。这清楚地证明，远在6000年以前，我们祖先的生活便离不开谷物了。

应该承认，人们通过播种和栽培植物来保证获得大量食物，是一项非常了不起的发明。在这以前，男人们四出去捕鱼打猎，以作为人们食物的来源。但是，仅仅靠渔猎获得食物并不是那么可靠的，为了不饿肚子，女人们就在居住点附近寻找一些可以充饥的东西作为补充。她们从草丛中搜集种子，从树上采集果实，还从土壤里挖掘可以吃的根、块茎和球茎等。有的时候，人们无意中掉在地上或者因吃不完而埋藏在土里的植物种子竟然发了芽，并在那里生长起来。后来，人们终于认识到：如果把种子撒到土壤里，植物就能够发芽生长，还会产生更多的种子，这样就可以不必费很多时间跑很远的路去采集了。

经过了无数代人的观察和探索，人类关于植物种植的知识终于积累到了一个新的水平。大约在1万多年以前，人们便开始有意将一些植物的种子播撒在土壤里，让它们生长、开花、结果。人们发现，运用这种方法比到处寻找采集既方便、又可靠，于是就产生了“原始种植技术”。到新石器时代，人们终于将一些可供食用的野生植物，逐步驯化培育成为更符合人类要求的栽培植物，使野草慢慢变成了人们需要的作物，原始农业终于走上了历史的舞台。

原始的农业被称为“刀耕火种农业”，因为那时候人们赖以生产的工具主要是石器和火。人们用简陋的石斧之类的原始工具将树丛砍倒，把枝叶丢弃在地上晒干以后，连同地面的野草一并烧掉，然后在地面上撒上植物种子，或者用石锄、削尖的木棒之类的工具在地上挖坑播种，任其生长。作物成熟后，人们用石镰或蚌镰等工具割下谷穗，再用石磨或石碾加工成可口的食物。后来，人们又逐渐学会了制造和使用石耜和石犁等农具，并认识到经过人为耕锄的土地会明显改善作物的生长，增加收成，于是，原始农业就发展成为“耕锄农业”。

在植物中，最早受人们青睐的是一些籽粒好吃又容易保存的禾谷类植物的种子，其中粟就是最早被原始人类驯化的栽培植物之一，在河北省武安县磁山遗址上，考古学家发现了距今已经有7000多年的粟粒，除此之外，我国的考古学家还在江苏、江西、湖北、广东，安徽、河南、云南等地发现了碳化的稻谷，其年代距今都在4000～7000年之间。类似的发现在国外也有很多报道，可见，在六七千年以前，当时的人们对于这些禾谷类植物已经是非常熟悉了。

那么，是不是这些植物一开始就是非常适宜于种植呢？并不是。古人早就注意到了这样一种现象：植物的开花结实期和种子成熟期是不一致的，有些种子还要通过休眠才能够发芽，而且种子发芽也都不是很整齐的，这就是野生植物的“野性”。野生植物的这种“野性”是长期适应自然的进化的结果，是野生植物争取在自然界中生存的法宝，但是对于植物栽培来说，这些性状就不符合人们的要求了，于是，我们的祖先就对它们进行了改造。

通过人工选择和栽培，人们使植物对人类有利的性状逐渐突出，而不受欢迎的性状逐渐消失，使野生植物逐渐向着有益于人类的方向发展。其实，原始人类所种植的栽培植物与现在我们所种植的同类植物许多方面已经大不相同，有的甚至“面目全非”了，当我们吃着硕大、甜美的梨或苹果时，你肯定不会相信它们的祖先仅仅是一些又酸又涩、既硬且小的果实；而现在播种后发芽整齐、种子成熟一致、非常便于人们收获和栽培管理的禾谷类，其祖先不过是一些果穗脆弱、籽粒成熟期不一致、成熟后又很容易散落的“杂草”罢了；豆类的野生祖先，其荚果成熟后几乎全部自行裂开，把种子全部散播掉了，根本无法大面积收集；我国的芍药、牡丹富丽华贵，其中牡丹又被我们定为“国花”，而在很早以前，它们的祖先却是很不中看的；还有，菜豆的祖先富含有剧毒的氰化物，这样才会免得它具有高蛋白的种子给动物们吃掉，因此人们在驯化时就选择了含这类有毒物质少的品种；与此相反，原始的烟草本来只在幼叶中含有烟碱，人们因为需要，选择就偏重于提高其烟碱含量，并使其叶子在整个生长期中都含有这种生物碱……

再譬如，番茄又叫西红柿，是现今人们非常喜爱的蔬菜之一。番茄原产于南美洲安第斯山区的北部，随着新大陆的发现，被西班牙殖民者带到了欧洲。当年，首次见到这种植物的希腊人说它是“狐狸吃的桃子”，英国人怀疑吃了它会得绝症，更有不少人认为它有毒，所以都不敢尝试去吃。说实话，如果我们看到番茄当年的外貌，也不会对它有多大兴趣的。因为它的枝叶有一种难闻的气味，果实也很小，又有棱角，而且种籽还很多。但是，经过了人们的长期培育以后，番茄的果实由小变大，外形由多角变为圆形，果肉变厚，种籽也变少了，逐渐就变成了我们现在所见到的样子。谁会想到，当年如此“丑陋”的番茄，居然会有朝一日风靡全世界，成为人们喜欢的日常蔬菜呢！

这些变化说起来似乎很容易，但却是我们的祖先付出了多少劳动、流出了多少汗水、又历经了多少代人的努力才得到的。

现今，世界上许多主要的农作物，如小麦、大麦、水稻、玉米、甘蔗、亚麻、棉花和多种蔬菜、豆类等等，都是在很早很早以前的原始社会就被人们所种植了。现在，人类赖以生存的栽培植物共约2000种（不包括观赏植物），这些栽培植物在1万多年以前并不存在于自然界中，可见，在利用野生植物方面，我们的祖先付出了多少难以数计的艰辛，显示了多么不可思议的智慧，给我们留下了多么丰富而宝贵的遗产！

陆地上最早的植物

大家知道，地球上最早的生命是在海洋里，后来逐渐“爬”上了陆地，陆地上才有了植物。可是，哪一种植物最先登上陆地的呢？一涉及到这个具体问题，分歧就大了。

有人认为最先登陆的是裸蕨类植物，其理由是这种植物有维管束，它可以把水分输送到植物体的各个部位，供叶片进行光合作用和蒸腾作用。它们把有无维管束作为判断是不是陆地植物的标准。持这种观点的科学家认为，自从裸蕨出世500万年以后，便朝着两个方向发展：一类是工蕨属挺水植物，在长期进化过程中，把光秃无叶的枝茎表面细胞突出体外，像突起的鳞片，逐渐变成小型叶的公类植物和楔叶类植物；另一类是莱尼属植物是生长在沼泽地中的半陆生植物，逐渐朝着大叶型方向演化，最后形成真蕨类植物和种子植物。

有人认为最早的陆生植物应该是苔藓。持这种观点的人认为，因为陆地上最早的植物比较原始，不一定非有维管束不可。尽管苔藓类植物的体内结构比较简单，输导组织不发育或不甚发育，但是，植物界从苔藓开始已出现颈卵器与精子器，这是一种保护生殖细胞的复杂的有性生殖器官，尤其是在颈卵器中能发育成幼态植物——胚，胚才是陆生植物特有的象征。

有人认为最早登陆的植物是藻类。持这种观点的人着眼于植物的光合作用。科学家们从藻类中已经发现叶绿素、岩藻黄素、藻红素和藻蓝素等多种光合色素，其中绿藻门类植物所含的色素种类及组成比例与陆地植物的光合色素比较一致，而且细胞内的贮藏物质也都是淀粉。由此推论，最先登陆的植物应该是绿藻门类。

以上种种假说，还都有不能自圆其说的地方，要想揭开先登陆植物之谜，还需要有力的证据。

植物与光合作用

绿色植物要生存，要繁衍，就必须进行新陈代谢，而要进行新陈代谢就必须利用能量，这个能量就是从自然界中最常见的、最普遍的太阳光中获得的。植物正是利用阳光提供的能量，来完成自然界中最伟大的合成作用——光合作用。

事实上，由于经过长期对生存环境的适应和进化，不同的植物对光的要求也不同。有很多植物只有在较强的光照下才能健壮生长，在阴暗的地方则会发育不良、生长缓慢，这类植物人们叫做阳生植物。我们所见到的许多高大乔木都是阳生植物，例如松、杉、杨、柳、桦、槐等。它们为了获得充足的阳光照射，都努力向空中伸展身姿，接受阳光的洗礼。此外，一般的农作物也都是阳生植物，例如我国北方农民普遍种植的小麦、玉米、棉花等等。阳生植物大多生长在空旷的地方，它们的枝叶一般较疏松，透光性比较好；植株的开花结实率也比较高，生长快。还有，阳生植物的叶片质地较厚，叶面往往有角质层或蜡质层用来反射光线，以避免特强光线的损伤。它们的气孔通常小而密集，叶绿体个头小，但是数量很多。尤其有趣的是，阳生植物叶部的叶绿体在细胞中的位置是可以改变的！当光照过于强烈时，叶绿体就会排列在光线射来的平行方向，以减少强光的伤害；当光照较弱时，叶绿体的排列又可以与光线射来的方向成直角，以增强照射在叶绿体上的光照强度，进行有效的光合作用。你看，小小的绿色的叶子也有着自己生存的智慧呢！

还有一些植物则喜欢生长在光线较弱的地方，它们在弱光下反而比在强光下生长发育得更好，对应于阳生植物，这样的植物就被人们叫做阴生植物。森林中高大树木下生长的许多草本植物、蕨类植物、药用植物以及山毛榉、红豆杉等等，都是阴生植物。当然，称它们为阴生植物，并不是说这类植物对光照的要求越弱越好，它们对弱光的要求也是有一个最低限度的。如果光照低于这个限度，这类植物也不会进行正常的生长和发育，所以阴生植物要求较弱的光照强度也仅仅是相对阳生植物而言的。阴生植物的叶片大都比较平展，叶的上部接收的阳光比较多，叶子上面的颜色较深。阴生植物的叶镶嵌现象特别明显，叶柄有长有短，叶形有大有小，每一片叶子都能充分利用空间，以便更充分地利用阳光。对于这些植物而言，如果光照过强，就会出现植株生长缓慢、叶片变黄、严重时叶子甚至会出现“灼斑”，影响这类植物的生存。因此，在引种这类阴生植物时，如果环境光照较强，就必须采取遮蔽措施来减少植物受到的光照，保护植物顺利生长。

光照对植物的开花也有很重要的影响。科学家们认为，日照强度对植物的开花有决定性的影响。有些植物开花需要较长时间的日照，这样的植物叫做长日照植物，例如作物中的冬小麦、大麦、菠菜、油菜、甜菜、萝卜等；有些植物需要较短的日照长度才会开花，这样的植物类型叫做短日照植物，常见的这类植物有苍耳、牵牛、水稻、大豆、玉米、烟草等。

利用光对植物开花作用的机理，园艺师们就可以通过人为的延长或缩短日照时间，促使植物在我们需要的时间开花。举一个简单的小例子：大家经常见到的植物菊花是一种典型的短日照植物，一般都是在秋季才开花的。现在，人们经过人工处理（遮光成短日照），在六七月份也可以让菊花开出鲜艳的花朵来！如果人为的延长光照，还可以使花期延后，让我们在寒冷的春节欣赏到刚刚盛开的美丽的菊花呢！

植物为何开花

在绿色帝国里，花总是不可缺少的，有的开在春天，有的开在夏天，有的开在秋天，甚至有的还开在冬天。花儿点缀着草原，点缀着生活，给人们带来希望与欢乐。世界上如果没有花朵，那该是多么单调啊！花对人类、对自然是这么重要，因此，多少年来人们就试图解开花儿开放之谜，可时至今日，植物开花问题，仍给人们留下了种种谜团。

当人们把探索的目光投向植物开花时，发现它的机理极为复杂，只好认为植物内部有一种“特殊物质”支配着花的开放。这一说法是德国植物学家萨克斯于1808年提出来的。但“特殊物质”是什么东西，留给人们的仍是问号。无论萨克斯本人，还是其他科学家，都为寻找这种“特殊物质”付出了艰辛，可结果所获无几。

科学家们没有找到“特殊物质”，却发现环境的微妙变化，对植物的开花起到了一定的作用。比如人们发现，当森林里发生火灾时，浓烟会唤醒沉睡的风梨，促进了花的开放。更奇怪的是，有人把风梨平放起来，就是在不开花的季节，它也会开出花来。再比如人们常见的鼠尾草，在充足的阳光下反而不易开花，如果几天连续对它进行黑暗处理后，却加速了花的开放。还有些植物，把其叶子全部摘去后，反而能很快开出花来。这些现象说明，植物从形成花芽到开出花来，并不是由植物内部的“特殊物质”决定的，而是取决于周围环境。

不过科学家们还是愿意从阳光上找开花的原因。1930年，德国植物学家克列勃斯通过实验，证明给植物创造某些条件可使它开花。他曾经做过这样的实验：把一种香连绒草放在很弱的光照下，栽培几年，开始它只是不停地生长，可就是不开花。后来，把它放到阳光充足的地方，竟然很快开了花。他又用其他植物做实验，也取得了同样的结果。经研究认为，光之所以能促进植物开花，是因为植物可以通过光合作用，促使体内不断积累碳水化合物。但克列勃斯经研究发现还不完全是这样，还与植物细胞内糖氮的比例有关。当细胞内糖的比例比氮多时，花就容易开放，如果氮少糖多，花就不易形成。这就是克列勃斯提出的著名的糖氮比例学说。

尽管克列勃斯的学说得到了许多读者的拥护和高度评价，可经过深入实验和研究，发现有些植物并不都喜欢阳光，比如有一种名叫“马里兰巨象”的烟草，它跟一般烟草不一样，花并不在夏末开，从夏到秋，只长叶，不开花。当把它栽到花盆里，放到温室后，竟然在秋冬季节开了花。在1920年发现这一现象的两位美国植物学家加纳尔和阿拉德，经过分析研究，估计白昼的长短是这种烟草开花的决定因素。为验证这种想法是否正确，他们在烟草地里建造了一座小木房，在白昼最长的7月间，每天下午4点就把它搬进屋内，第2天上午9点再搬出去。就这样几个星期以后，这种烟草终于在夏天开了花。这件事使人们发现，不同植物的开花，对日照长短的要求也不一样。

日照的长短对植物的开花是怎样产生作用的？德国的两位植物学家保斯维克和汉特立克从1959年开始，专门就这一问题进行了研究、经研究发现，原来是植物体内有一种叫“光敏素”的东西在起作用。这种色素对光特别敏感，当它吸收红光之后便会发生结构变化，就像计时器一样，让花儿什么时候开放就什么时候开放。但光敏素到底是什么东西，人们一直也没有搞清。

因为光敏素这一假说还有不能达到令人信服满意的地方，所以，前苏联科学家柴拉轩又提出了“开花素”的假说，他曾做过这样一个实验，他把5株苍耳嫁接在一起，只要有一片叶子得到正确的光周期处理，它们就全都开了花。这说明受到处理的叶子产生某种开花刺激物，这种物质可以通过嫁接传递到没有被处理的4株苍耳中，这4株苍耳也就开了花。柴拉轩把这种开花刺激物叫“开花素”。那么开花素是不是就是前面提到的光敏素呢？不是的。但科学家们认为二者有密切关系，是光敏素接受到正确的光处理以后，便像开关一样触发了开花素的合成，导致了鲜花盛开。

可有些科学家又从其他途径找到了植物开花的秘密。前苏联植物学家柯洛米耶茨认为，植物开花与植物体内细胞液的浓度有关。一般的苹果树苗在自然环境下，要3～4年才能开花结果，可这位科学家能让苹果树在一年内开花，他是经过多次实验之后才得出这一结果的。他在果树枝条生长快要停止之前的夏秋季节，进行大量施肥，大大提高了植物细胞液的浓度，就会导致苹果树开花，如果施肥的时间过早或过迟，都不会促进开花。

科学家们通过研究发现，人们可以用药物来调节植物的开花。几年前，中国科学院植物研究所的陆文梁等人以风信子花瓣为外植体进行培养，当培养茎中附加玉米素时，能直接诱导发生花芽，并在瓶中的培养物上直接开出鲜艳的花朵。若附加其他植物生长调节剂，就不会形成花芽。

看来，人们对植物开花的研究，从必然王国向自由王国迈进。但在前进的道路上，植物开花仍有许多谜团等待着人们去破译。

浅谈亩产量

俗话说：“民以食为天。”这“食”主要来源于稻、麦等粮食作物。所以粮食作物的亩产量，历来都是人们普遍关注的热点问题。

实践证明，要进一步提高粮食的亩产量，最有潜力的是怎样充分利用太阳光能。因为，太阳光能是自然界取之不尽、用之不竭的最丰富的能源。

近半个世纪以来，随着人们对作物光合作用的深入研究，现已知道农作物产量的干物质大约有90%～95%是通过光合作用形成的，而通过土壤吸收的各种营养物质所构成的干物质只占50%～10%。因此，如何提高作物对太阳光能和二氧化碳的利用率，就成为提高作物单产最突出的研究课题。

据测算，亩产269.5千克的小麦，在生长过程中需要消耗184×1011焦耳的太阳光能（只限于0.3～3微米波长范围内），15吨二氧化碳，300吨水。水稻和玉米大体上也接近这个数值。

令人遗憾的是，目前农作物在整个生长期间对太阳光能的利用率还很低，水稻为0.93％～1.43％，玉米为0.95％～2.18％，大豆仅为0.58％～0.86％。

当然，我们应该相信科学的力量。随着作物高光效育种、品质育种以及基因工程育种的发展，科学家完全有可能把光能利用率普遍提高到1.5％～2.0％以上，这样，农作物的单产自然就会成倍地增长了。

在通常情况下，如果单季稻在生长季节对太阳辐射能总量按稻田光能利用率5％计算，那么，每亩干谷最高产量可达1250千克。在长江下游和华南广大稻区，如果水稻对光能利用率提高到1％，那么，单季稻亩产干谷可达700千克；如果光能利用率提高到3.1％，亩产干谷可达到1400千克；如果进一步提高到4.6％，亩产干谷就可达到2800千克。若以广州地区太阳辐射能平均值来推算，全年三季稻连作，每亩稻田最高产量可达到3807千克。

这是多么诱人的前景啊！科学家正在奋力拼搏，相信一定会实现这个目标。

一些作物在同一块地上连作会减产

我们知道，水稻、甘蔗、麦类、大豆、南瓜、胡萝卜、烟草等作物，在同一块地上连年种植，是不会出现生长发育不良和减产的。但是，番茄、茄子、西瓜、豌豆、蚕豆、花生、木薯以及无花果等作物，在同一块地上连作，就往往会生长不良，或者发生病害而减产。

为什么会出现这种情况呢？

同一种作物在同一块地上连作造成减产的原因是多种多样的，目前已知的有下列几个原因：

连作会使土壤中养分缺乏。土壤中的氮、磷、钾、钙、镁等各种养分和微量元素的含量是有限的，而同一种作物对土壤各种养分的需求是比较固定的，因此在同一块地上连作同一种作物，就必然会使这种作物所必需的养分逐渐在土壤中减少，以至消失，造成这种作物的生长发育不良。例如，芋头在同一块地上连作，土壤中的石灰质含量就会减少一半，从而使芋头减产。

积累在土壤中的前作根系分泌物，影响后作生长。一般作物在生长过程中，除由根系的呼吸作用放出二氧化碳外，还分泌出各种如酒石酸、肉桂酸、柠檬酸等有机酸和各种酶类。前作留在土壤中的这些物质，对第二作的根系有毒害作用，从而使作物生长发育不良而减产。

前作遗留物的影响。有人做过这样的试验，将同一种作物的根、茎、叶、花的浸出液，分别浇灌同一种作物的幼苗，结果对幼苗是有影响的。因此前作遗留在土壤中的根、茎、叶、花等的残体，也和根系分泌物一样，会影响第二作的生长发育。这一情况，在桃树和豌豆的连作中比较明显。

病毒和微生物的影响。前作患病收获后，一些致病的病原菌会留存在土壤里，第二作幼苗就会得病，如番茄、茄子、豌豆和花生的青枯病等。其中花生青枯病最为显著，同一块地上连作花生，必然出现青枯病，严重的会全部死亡。

上述原因有的是单个起减产作用，有的是多个综合作用。因此，这些作物在减产时首先要弄清楚原因，然后采取相应的措施。

目前解决连作减产的措施，最有效的办法是：改连作为轮作；增施肥料；喷施药剂，以毒杀土壤中残留的病原菌；果林则采用换土或给土壤消毒。

水泵

在公元前1世纪末叶，古希腊数学家兼工匠特斯比亚发明了最古老的水泵，它是用一个柱塞在圆筒里往复运动来抽水，这可以说是今天活塞泵的原形。几乎与其同时，公元前200年的古希腊著名科学家阿基米德发明了一种“螺旋汲水器”，它利用螺杆来提水，其原理与今天的螺旋泵相同。

公元前100年左右，古罗马的建筑家毕多斯发明了一种扬水泵，泵内有两个青铜做的缸，缸内的活塞可上下运动，将水抽上来。在罗马时代，由于水利工程非常发达，因而产生了许多不同类型的抽水机械。

公元5世纪，葡萄牙人制造出木质两叶片泵，这是近代离心泵的雏形。到了15世纪意大利文艺复兴时期，艺术、科学巨匠达·芬奇设计了与毕多斯原理相同的活塞泵。16世纪以后，人们开始在生产中使用活塞泵，新的抽水扬水装置不断涌现。

1581年，英国的贝塔·莫里斯建造的抽水设施利用泰晤士河水流带动水车转动，再以水车为动力带动活塞泵抽水。这是最早用水力驱动的水泵，也是世界上最早的大型抽水站，它为伦敦市输送自来水。1588年，意大利的拉梅里也设计了与莫里斯相同原理的抽水装置。这以后，欧洲许多城市都用水泵输送自来水。

18世纪末，蒸汽机诞生后，逐步被用作水泵的动力。英国的苏梅塞特侯爵从1682年开始进行蒸气泵研究，1633年他获得八项蒸汽泵的专利。此后，美国的温辛顿于1859年，又制造出性能更好，用他的名字命名的“温辛顿活塞泵”。

在水泵的发展过程中，人们逐渐发现，在水泵的内部抽水方式上，旋转运动与往复运动相比，前者的结构更简单，对外来动力的利用也更方便。所以进入18世纪后，旋转结构的水泵发展得比活塞更快，应用得也更广。

18世纪初，法国制成了第一台蜗壳叶片泵。1818年，美国发明了一种利用离心叶片的简易离心泵。在此基础上，麦卡锡于1830年制造出了性能更好的离心泵，曾在当时的纽约大量使用。在19世纪中叶，又诞生了多极叶片泵和扭曲叶片泵，这使水泵的工作效率和扬水高度都有了很大提高。从这以后，对泵的研究更加深入，又有了涡轮泵。

到近代，汽油机、柴油机和电力的发明，又为水泵提供了更强大、更可靠和更灵活的动力，使水泵的使用范围大大扩展。在中世纪及其以前的年代里，水泵主要是为上流社会提供自来水。到了17、18世纪，水泵的服务对象扩大到了城市平民和工厂、矿山。而水泵真正成为普通农田排灌机械，则是在19乃至20世纪以后的事。有了水泵，就可以大量利用丰富的地下水，就可以引水上山。在现代农田灌溉排涝中，水泵扮演着十分重要的角色。

节水灌溉

渠道防渗和平整土地是节约用水的基础。

通过各种渠道将灌溉水引入田间，是实现地面灌溉的一个重要环节。但在渠道输水过程中，通过渠侧、渠底的各种漏洞、裂隙所渗漏而损失掉的水量极为严重。如上文所述，有50％～80％的灌溉水在引入田间之前就渗漏损失掉了。

渠道防渗技术就是防止灌溉水在渠道渗漏损失所采取的措施，包括管理措施和工程措施。工程措施主要是采用砌石、混凝土、沥青、塑料薄膜等防渗材料，修建渠道防渗层及其保护层等，是防止渠道渗漏最根本的技术措施。按其特点可以分为三大类，即：在渠床上加做防渗层（衬砌护面），改变渠系土壤的渗漏性能和新的防渗渠槽结构形式。

平整土地是保证灌水质量，提高灌水劳动生产率，节约灌溉用水的一项重要措施。平整土地涉及到山、水、田、林、路、渠、井、村等各个方面的安排，必须适应农田基本建设规划的要求。畦灌要求的地面坡度以0.001～0.003为宜，最大不宜超过0.01；沟灌要求地面坡度以0.003～0.008为宜，最大不宜超过0.02。田块内的横方向，一般要水平没有坡度。平整土地时应尽量保留表土，通常挖方处应保留表土厚度20～30厘米。

在美国，低压管道灌溉技术被认为是节水最有效、投资最节省的一种灌水技术。在加利福尼亚的图尔洛克灌区，早在20世纪20年代就开始用混凝土管道代替明渠输水。自60年代开始广泛推广管道化输水，现在美国近一半大型灌区已实现了管道化。

节水灌溉制度是指在一定的气候、土壤和农业技术条件下，为了促进农作物获得高产、稳产及节约用水而制订的适时、适量灌水的具体方案。其内容包括农作物生长期内（含播种前）的灌水次数、灌水时间、灌水定额和灌溉定额。制订节水灌溉制度的核心问题，是确定总灌水量及其在作物生育期时程上的合理分配，以充分发挥水对作物生长环境的调节作用，收到增产、节水、节能的综合经济效益，为农业生产保驾护航。

美国在重视改善灌溉节水技术的同时也非常重视改善灌溉管理，在这方面，一是对灌溉系统进行全面改进；二是从土壤—植物—大气的特性及相互关系的原理着手提高灌溉水效率，改善作物供水状况，促进节能节水；三是帮助用水户制订水管理和节水计划，提供制订灌水方案的技术，并向管理区提供操作技术方面的帮助。

根据我国北方地区的经验，节水灌溉制度的关键是，抓作物需水临界期灌水，减少灌水次数；适当降低土壤适宜含水量的下限，减少灌溉定额。例如，在黄淮海平原和关中地区，小麦、玉米一年两作，茬口衔接很紧，为兼顾前后茬，节水节能，在小麦收割前10天左右浇一次麦黄水，定额为每公顷600立方米，既可提高小麦抗旱能力，减轻干热风的危害，又有利于夏玉米及时播种，促进快长、早发，一水两用。

集雨节灌

集雨节灌是利用塘、堰、水窖，把雨水集存起来，在关键期用于灌溉。

在半干旱和半湿润易旱地区，降水有限，季节分布不均，年际变化大。一些国家分别采用了各种拦截雨水、减少蒸发和选用对雨水利用率高的作物等措施。如墨西哥自20世纪70年代初开始，在7个州对玉米、大麦、大豆和其他豆类等十多种作物，开发了多种类型的集水农业。中东各国则自古以来就实行集水农业，利用小农业集水区挖掘水池，拦截地面径流，保存雨水进行补充灌溉。

在我国干旱缺水地区，很难修建骨干水利工程，大都采用土办法解决现实的缺水困难。据不完全统计，到2000年，西北、西南、华北13个省、区共修建各类水窖、水池等微型蓄水工程464万个，总蓄水量13.5亿立方米，发展灌溉面积150多万公顷，解决了约2380万人、1730多万头牲畜的饮水困难，使近1740万人的温饱得以解决。“微”水不微，为旱地农业闯出了一条新路。

在作物缺水的关键时期进行补充灌溉，用很少的水量，就可能发挥很大的作用。科技工作者的试验表明：玉米每666.7平方米补灌50立方米，可以比旱地增产320千克；宁夏西吉县1998年统计，全县采用集雨节灌的地膜平均每666.7平方米产玉米440千克、小麦205.8千克、蔬菜1603千克，与传统种植方式比较，增产率分别为47.6％、55.8％、13.8％。

目前在全球范围内，以缺水著称的以色列，节水农业的研究和开发居世界领先水平。以色列农业自然资源条件十分恶劣，人均水资源只有370立方米，每666.7平方米平均252立方米，三分之二的国土是沙漠。但其农业增长速度20世纪六七十年代即达12％，80年代为7.5％。90年代初期，人均国民生产总值超过13000美元，进入发达国家行列，这是由于全面实施“高投入、高技术的节水创汇农业战略”起了决定性的作用。

近20年来，我国对节水农业的研究与应用非常重视，投入的研究经费已达数千万元，投入的工程建设经费已达几百亿元。取得了一批具有较高水平的农业高效用水科研成果，如管道输配水、渠道防渗、薄膜覆盖、膜上灌、间歇灌、节水灌溉技术、旱地农业技术、种衣剂、抑蒸剂等。节水农业的发展推动了我国节水工程的建设，也为节水的产业化创造了有利条件。

滴灌技术

地球上人类可利用的水资源越来越少了，水资源的危机正在向人们步步逼近，在农业上采取怎样的灌溉方式才能有效地发挥每一滴水的作用？这是每一位农学家、水利学家最关心的问题。

看到“滴灌”二字，人们一定会想到，一滴一滴地灌，那么多的庄稼什么时候才能喝饱呀！其实不然，滴灌不仅能使每个植株喝饱，而且还能节约用水，发挥每滴水的作用。

滴灌是滴水灌溉的简称，它是利用一套低压管道系统，以及分布在作物根部地面或埋入土壤内的滴头，将通过管道系统运过来的水一滴滴地、经常而缓慢地湿润根系附近局部土层，使植物根系生长层内土壤经常保持适宜的土壤水分状况的一种先进的灌水方法。滴灌系统是由首部枢纽（水泵、过滤器、肥料罐等）、管道系统（主管、支管和毛管）及滴头三部分组成，水源通过水泵加压、过滤器过滤，需要时再在肥料罐中掺入可溶性肥料，经过管道系统输入田间。

滴灌的优点是能有效地控制土壤最适宜水分，又使土壤通气性良好，不会发生因灌水后土壤空气显著减少的现象，并可随水掺入肥料，既灌水又施肥，一步完成，并可节省肥料。另外，它比其他的灌溉方式省水，比沟灌、畦灌要省水20％—50％，比喷灌省水12％—30％，而且还节省劳力，便于机械化作业，同时对土地平整要求不高，高地、坡地均能均匀灌水，避免了灌溉时大水流对土壤的冲刷，并阻止了杂草孳生。滴灌特别适合于干旱缺水地区。其主要缺点是：滴灌的设备造价较高，投资大，积聚下来的水中物质很容易阻塞管道和滴头。目前这种灌溉方式主要应用于果树、蔬菜、棉花等经济作物。对水源不足的干旱地区，滴灌有广阔的发展前景。

海水灌溉作物

滨海盐渍土时时受到盐分浸蚀，治理起来非常困难。现在各沿海国家均采取了选育耐盐品种，发展盐生植物的治理战略，发展海水灌溉农业成为多国科学家关注的焦点。

中国科学家将福建海边的水稻种子用钴源处理，选育出了成熟早又耐盐的新品种。蔬菜育种专家运用基因移植和细胞融合技术，将海边生长的野生西红柿和栽培品种杂交，获得了能用70％海水灌溉的耐盐西红柿品种。中国“863计划”设立了海岸带盐生经济植物的开发项目。在三个海水灌溉植物培育基地中，科学家们通过基因改造，已经选育出了可以用海水直接灌溉、味美质优的耐海水芹菜、耐海水牛皮菜、耐海水红添菜等一系列新品种。近年来走俏市场的馈赠佳果——火龙果，就是一种盐生植物。相信，随着耐盐植物的深度开发，昔日不毛之地的滨海盐土，将会变成五光十色的良田和经济作物区。

美国科学家选取了世界各地6000份大麦资源进行耐盐品种筛选，在经过杂交定向培育后，获得了可用全海水灌溉的大麦品系。美国亚利桑那大学的霍奇斯，从世界各地搜集了1300种野生盐生植物，选育出一种价值很高的北美海蓬子，现已成立了国际海蓬子开发公司。他们已在大田种植海蓬子，并走上了商业化产品多途径开发的道路。北美海蓬子种籽含油量可达26％～33％，高于大豆和棉花籽，可供人安全食用。嫩尖可作蔬菜，秸秆可作家畜饲料，还能提炼出供人使用的药品和化妆品。

20世纪中，科学家们在科学理论的指导下，持续不断地开展了对盐渍土的治理，为提供更多的农产品做出了不懈的努力，使盐渍土得到了较好的开发和使用。但人为的经济活动，也影响到地下水文地质活动。在局部地区中，一些水利工程修建不当，造成地下水位猛烈上升，使地下水和土壤水随土壤毛管水运动向土壤表层累积，导致土壤的次生盐渍化。据联合国粮农组织和教科文组织1976年的统计，全世界灌区有50％的土地遭受盐化，每年都有数百万公顷的土地荒弃。由于水盐运动是一个亘古不息的运动，局部气象条件的变化，比如雨多雨少，均会影响到土壤中盐分的升降。所以新世纪盐碱地的治理，仍是世界各国重要的课题。相信21世纪高科技的发展，将会在人类治理盐渍土的历史上，续写更加辉煌的篇章。

人工降水

在干旱季节，水对于作物来说是相当重要的。每一株庄稼在炎热太阳的照射下，无精打采，再也看不见它们原有的生机勃勃的样子了，农民们的心里也沉甸甸的，再不下雨，庄稼就都要干死了！人们向苍天祈求，忽然，有一片乌云从天空的那一边飘了过来，农民的心中又重新唤起了希望，也许他们的祈求真起作用了，可是乌云就像是戏弄人似的，不紧不慢地从人们眼前飘了过去。科学技术发展了，人们发明了人工降水，它是一种用人为的方法，增加云中的冰晶或使云中的冰晶和水滴增大，而形成降水的。

目前人工降雨的一种方法是用飞机把冷却剂（干冰或其他化学药剂）撒播到云中，干冰是固体二氧化碳，它在一个大气压下温度为-78.5℃，撒播在云内的干冰在下降过程中，使其周围的空气温度迅速降低，在局部范围内，造成云中的过冷水滴很快凝结成许多小的冰晶，或者使云中的水汽直接凝结成冰晶，迫使它下降，形成降雨或降雪。在遇到密云无雨时，就可以用飞机或气球将干冰播到云里，不一会儿就会雨水不断。另一种是在云中撒播吸湿性强、性能良好的凝结核（如食盐、碘化银、氯化钙和尿素等），使云滴之间相互并合，形成大水滴，迅速降水。碘化银只要在温度为-4℃时，水汽就会以它为核心而凝结成冰晶，在空中较长时间也不会失效，一般可用飞机、土炮、高射炮或火箭等把碘化银微粒播入云内，也可从地面或在高山上依靠上升气流把碘化银烟送入云中。还有最后一种方法是物理方法，它是利用土炮、土火箭向云层轰击，产生强大的冲击波，使云滴与云滴发生碰撞，合并增大成雨滴降落下来，可见人类只有掌握了科学知识，才能具备战天斗地的本领，祈求苍天是无用。

但值得一提的是，不论用哪种方法进行人工降雨，云的存在是首要条件，这是内因，而向云中撒播凝结核等催化剂则是外因，外因必须通过内因才能发挥作用，所以人工降雨也不是每时每刻都可以进行的，关键是要及时抓住农田上面飘过来的那片乌云。

持续农业

农业是我们最宏伟的事业，人类的衣、食、住、行都直接或间接地与农业生产有关。无论资产，还是工人就业和产品的出口方面，农业都占重要的地位。谁都不愿意农业的发展受到任何的障碍，但传统农业的发展已对生态环境产生了不利的影响，森林砍伐和草地的不合理开垦使大量的肥沃土壤白白流失，农药化肥的大量施用，造成了土壤和地下水的污染，使农业的持续发展构成了威胁。持续农业就是要尽力避免和消除这些不利的影响，想方设法使农业生产持续不断地发展，并满足当代和今后世代人的基本营养需求，而且不造成资源环境的退化。

持续农业强调不可再生资源的节约和高效循环利用和可再生资源再生能力的提高，不断提高资源的产出效率，减少不利的自然、社会经济因素和其他风险给农业带来的危害，重视保护自然资源基础和人类生存的环境。它与有机农业的共同之处是强调可再生资源如水、养分等的永续利用和保护资源环境。主要的不同是持续农业并不排斥农药和化肥的使用，而是把它们作农业措施的必要补充；有机农业则强调避免使用农药和化肥，而用动物粪肥、绿肥豆科作物和有机废物、矿质岩石等代替，农药也以耕作、覆盖和生物控制等自然防治措施替代。在持续农业中，农药、化肥和农业机械等仍占一定的地位，但不像传统农业对它们的依赖，化肥的用量减少，作物所需的养分主要由豆科作物、植物残茬、绿肥和当地有效的有机废物提供。病虫害主要靠轮作、覆盖和生物防治等自然技术控制，农药只是病虫害综合管理系统的一部分，只有在自然控制没有效果时才使用农药，而且选用的农药也是低残毒、容易被微生物彻底分解的品种。这既降低了生产的成本，也节约了能量，减少或避免了潜在的污染。生长调节剂和机械的应用会减少持续农业的劳动力需求，但与传统农业比较有保守的趋势，并在探索更有效的机械。持续农业在资源环境保护与保持最佳生产力和减少劳动力投入之间维持一个平衡。

持续农业目前还没有一个具体的可操作系统，不过因地制宜地选择适宜技术，使农业生产取得最优的生产效率，有机农业是持续农业的一种实践，但并非持续农业就是有机农业。持续农业的技术包括，水土资源保护；土壤肥力和结构的管理；病虫害和杂草控制和植物生长的潜在生产量以及资源和能量的高效率利用和替代能源的开发管理和利用等。总的目标就是要实现高效、优质、高产的农业生产系统，使世代人民都有充够的食物和良好的生活环境。

农业的持续发展

目前，发展持续农业已成为全人类的共同目标。持续农业就是使经济、社会、技术与环境协调发展的农业，就是持续农业。1980年，世界自然与自然资源保护联盟第一次提出“持续发展”的概念。1987年7月，世界环境与发展委员会等国际组织提出“2000年转向持续农1980年，世界自然与自然资源保护联盟第一次提出“持续发展”的概念。如今，持续发展农业已成为全人类的共同目标业的全球政策”。1991年4月，联合国粮农组织在荷兰的丹波斯召开了持续农业与环境会议。1993年5月，第一次在中国举行了国际持续农业和农村发展研讨会，对于国内外的进展情况，提出了具体行动的建议。

有机农业

有机农业就是在农业生产中尽量避免农药和化肥的使用，而主要靠有机肥、轮作和机械耕作等措施维持农业生产的发展的一种农业方法。传统农业生产系统主要依靠农药、化肥的投入控制病虫害、杂草和作物的营养。而有机农业则以农畜粪肥、绿肥、豆科作物和有机废物等维持土壤的生产力，以轮作、覆盖、适时播种和耕作以及生物防治等措施控制作物的病虫害。

有机农业已有很久的历史，在农药和化肥发明之前，我国古代农民就主要靠有机肥和耕作措施维持较高的生产力。他们用作物轮作和适当的耕作措施以及一些设诱饵的办法较有效地控制了病虫害和杂草危害。现在的有机农业是在传统农业出现了对生态环境和人类健康的不利影响的情况下被重新提出来的，她继承了我国古代有机农业思想的精华，强调生产系统中作物种类和品种的多样性，提高农业抗御自然灾害的能力，强调自然资源的保护和生态环境的改善。

有机农业的主要技术措施包括：轮作倒茬和间作套种，就是将主要的农作物如小麦、玉米、高粱和棉花等与豆科、绿肥作物进行轮作和间作套种，这样豆科作物的固氮作用生成的有效态的氮可以供主要农作物利用，豆科和绿肥牧草还可以提高土壤养分的有效性，使主要农作物产量增加。轮作还可以打破病虫的生存环境，使病虫害得到一定程度的控制。施用牲畜粪肥、绿肥和有机废物，可以增加土壤的有机质，提高土壤的肥力。及时的耕作和锄草及播种既可以保持土壤的含水量，也可以起到控制病虫害和杂草的作用。对病虫害的控制常用生物防治的办法，也就是利用害虫的天敌来控制害虫的危害。通过这些措施，有机农业可以获得较稳定的产量。由于有机农业没有用农药、化肥等，而且维持土壤较高的有机质，使她有较强的抗御灾害的能力。在干旱条件下比传统农业的生产情况好，但在较好的条件下产量一般比传统农业较低，另外有机农业需要较多的劳动力投入。虽然有机农业成本低，也不会产生生态环境的恶化，但若普及应用会使社会粮食产量供不应求，许多人可能会忍受饥饿之苦，因此不太可能被大多数农民和政府所接受。

生态农业

生态农业就是以生态学原理为指导，根据生态系统内有生命的生物群体与无生命的环境之间物质循环和能量转化规律建立起来的一个综合型的生产结构，在这个生产结构中植物通过生长发育和新陈代谢过程，从周围环境中吸收光、热、水、气和养料，一部分通过植物转化后，又归还给环境；一部分为植物体积蓄、贮藏。这些贮藏的能量和物质，因动物吞食而转移到动物体内；动植物的残体被各种各样的微生物分解，复杂的有机物质转化为简单的无机物质，重新又回到环境中，为植物再一次吸收利用，这就是自然界的能量和物质的循环转移过程。在我国广东、浙江等地，农民利用生物互生互养的原理，建立起田塘生态系统。他们挖塘养鱼，在塘面上种桑，利用桑叶养蚕，再用蚕沙喂鱼，含有鱼屎的塘泥作肥料还塘基，形成一个闭合的生态链环，称为“桑基鱼塘型”生态系统。在这个食物链中，桑树是生产者，蚕是一级消费者，鱼是二级消费者，鱼塘中的微生物则是分解者，物质在其中周而复始地循环，生生不息，废物得到了全面的利用。

现在国内外对生态农业发展的总的精神就是要求农业生态系统中起主导作用的人，善于遵循自然规律，立足今天，放眼未来，在发展生产的过程中，创造最佳的生态环境。

有人对我国的生态农业提出一种观点：切实根据生态学原理组织农业生产，充分利用当地自然资源，利用动物、植物、微生物之间相互依存关系，实行无废物生产，提供尽可能多的清洁产品。既有效地利用机械设备、化肥、农药，又尽量减少其污染影响，也充分吸收传统农业的经验，力争实现绿色植被最大，生物产量最高，光合作用最合理，经济效益最好，生态平衡最佳等目标。

生态农业并不排斥化肥、农药、除草剂等化学物质的使用，所以可能获得较高产量。它比较注意生态平衡，做到山、水、日综合利用，在施肥上看重有机肥料，在病虫防治上注意生物防治和综合防治，减少农药污染。所以我国大多数农业科学工作者认为，我国农业现代化只有走生态农业的道路，才能避免发达国家农业生产中所遇到的一系列问题，在产出大量优质产品的同时，也可望建立一个优美宜人的环境。

生态农业与中国

生态农业指主要或完全依靠生物生产的有机物来提高产量的耕作制度，源于传统的有机农业。

生态农业的推广，不仅可以充分合理地利用自然资源，有效地提高农业生产力，而且可以保护农业生态环境，促进良性循环的形成，从而获得生产发展、生态环境保护、能源的再生利用、经济效益四者统一的综合效果。中国自古以农业立国，在农业生产历史上遗留下许多优良传统和生产经验，其中许多是符合生态农业原则的。如精耕细作，通过轮作、间作、套种提高单产；充分用地，施用农家肥料，种植绿肥，用地养地结合；循环利用，低能消耗；以种植业为主，农牧结合；充分利用太阳能、风能、水能等自然能源，改善生产条件；以生物防治为主，防治病虫害等，这些都为建立中国式的生态农业提供了有利条件。

中国传统的桑基鱼塘可以看作是水域生态农业的一个雏型。80年代以来，对于中国生态农业的理论研究、论述、评价与日俱增，一些省市开始了有关生态农业的试验。如北京环保所在京郊大兴县留民营村所进行的以沼气为中心的生态农业系统的建设与研究已取得了明显的经济、生态、社会效益，受到了广泛的重视。

在20世纪以前，世界各国都以传统的有机农业为主，产量很低。进入20世纪以后，随着石油、化工、机电工业的发展，兴起了无机农业（又称石油农业）。由于大量使用化肥、农药、除草剂等，农业产量空前提高，但也造成了土充分利用和保护自然资源，是生态农业的目标壤、大气、水源、食品的严重污染，生态环境严重恶化。为此，1971年美国密苏里大学土壤学家W.A.阿伯奇特首先提出“生态农业”概念。1981年，英国的M.K.沃辛顿进一步指出，生态农业是生态上低输入、自我维持、经济上可行的小型农业系统，旨在对环境不致造成明显改变的情况下具有最大的生产力。生态农业的特点是利用半数以上的耕地种植多年生牧草，发展养牛，实行农作物轮作，种植豆科植物，利用牲畜粪肥和含有矿物质的岩石，采用生物防治等方法保持土壤特性，提高土壤肥力，完全不用或基本不用化肥、农药等。它在有效地利用农业资源、保持水土、减少污染等方面均有较好效果。但由于生态农业主要依靠生物本身的物质循环和能量转换进行生产，转化效率低，农作物产量不高。