□于沪宁 刘昌明(中国科学院地理科学与资源研究所)

在水资源形势日益严峻，农业发展已达到相当水平的华北平原中缘的半干旱半湿润区，创建农业生态系统试验站，充分利用自然降水，同时改良土壤，调控农业生态系统结构功能，精细监测农业生态过程和地表物质能量传输，融汇多学科的理论与方法；以站为基点以华北平原为扩展目标，是黄秉维先生20世纪70年代以来努力求索的目标，是对竺可桢地理学为农业服务思想的继承、发展与具体实施。我们有幸自70年代末以来在黄秉维先生直接精心指导下开展研究，探索学术问题，研读学术著作，90年代以来仍然得到他关怀和指点。值此黄先生九十诞辰，最好的怀念莫过于缕述他的学术思想，重温他的谆谆教诲，追忆他的实践活动，缅怀他壮心不已的情怀。从他殷切期望的讲话，学术内涵深刻而广博富含表叙力的论著中，深切体会他对地理学尊严的维护，对科学精神的执着守望，为中国农业之崛起的巨大热忱，对事业目标的不懈追求，从而获得十分难得的教益。

一、开拓以水分为中心的农业生态研究

1978年仲秋，正当栾城县农业自然资源考察与农业区划结题之际，黄秉维先生百忙之中来到栾城，在选站址的同时，考察了一片片高产农田，路过水井和池塘，都要亲自察看地下水位。当时地下水位较浅，有些地方仅数米而已，但为保证小麦高产浇水达11水之多，黄先生认为浇得太多了提出少浇水也可获得高产同时提高水分利用效率。当21世纪来临之际，联合国粮农组织认为，华北平原已成为世界上最大地下水漏斗区之一，证实了黄先生“及早绸缪”之虑是有依据的。

20世纪70年代后期黄先生投入了建立农业生态站，进行以水分为中心的农业生态研究的设想。黄先生研究了欧、美、澳等国的情况，认为70年代以来发达国家日益重视农业生态和农业生态系统的研究，但进展依然是有限的“农业生态系统的论述虽然很多，但农业生态系统的试验工作似仍含蕾未发。原因就在于跨学科的综合性工作，组织协调困难很多。不但农业生态系统试验不易建立，够得上称为作物生理或作物群体生理试验工作似亦不多。但局部的观测研究却进展很快，70年代超出60年代很多，已出现零金碎玉，如能博收精选，便可集腋成裘，构筑作物群体与环境相互关系的轮廓” [1]。

经过几年酝酿，于1981年4月给中国科学院领导写了建议书《中国科学院需要建立一个农业生态场所》[2]，1981年8月由黄秉维先生倡导，并与马世骏、李庆逵、曾昭顺、王天铎及王世之等提出“关于在北京建立农业生态系统试验站的建议”。此建议得到中国科学院地学部和生物学部14位委员的积极支持，同年12月经中国科学院院务会议批准，成立中国科学院北京(大屯)农业生态系统试验站。

建站之初，我们反复领会黄先生关于以水分为中心开展农业生态系统研究的见解，一再斟酌修改，提出了研究方向，即研究我国北方干旱半干旱区农业生态系统和农林业复合系统的结构与功能、物质迁移与能量转化的基本规律；探索农作物与林木生长发育、产量形成与环境因素的关系，探求充分发挥自然生产潜力、高效与资源节约型持久农业的优化模式，为农业持续发展提供科学依据和实践途径。

为准确把握以水分为中心的农业生态系统研究，黄先生又确定了近期的研究任务：以充分利用降水、改良土壤和高产农业为中心，进行提高农业生态系统水分利用效率的试验研究。采取综合农业技术措施，使土壤接纳和容蓄更多的降水，充分利用降水，保持土壤，为探索解决华北农业缺水的有效途径做出贡献。

几年后黄秉维先生写出了当时的设想：“华北农业和水利在目前存在着几个很棘手的问题。首先是水源利用已超过适当的限度，今后工农业和城市的发展又都要求巨量的水源。其次黄土高原是世界上土壤侵蚀最强烈的区域，既严重影响当地农业和其它植物生产，更以很大量的泥沙输入河流，使下游水库寿命短促，河道淤垫日高。黄河下游决溢危险与时俱增，尤为心腹之患。最后是华北平原有大面积排水不良的土地，盐碱化土壤分布甚广。所有这些都是人所共知的事实，其关键都在于‘水’”。[3]

对于华北农业的问题，黄先生进一步点明：“乍看起来，似乎问题很多，疑云密布，草木皆兵，很不好办。然而，根据现有的科学知识来看，如果采取适当的措施，最大限度地利用降水，便有可能一部分问题得到解决，另一部分问题比较容易解决。” [3]

黄秉维先生曾多次在讲话和文章中说自己是建站的“始作俑者”，从1973年就开始考虑生产潜力问题，“十年动乱结束后继续耕耘。志趣的核心是以热水平衡为对象，以田间试验为手段，与自然生产力的其他因素相结合，而辅以野外考察和室内资料分析。先从华北入手，最后扩大到自然区划各个单元。……恰好中国科学院决定在河北建立农业现代化所，责令地理所协助。我乘此时机，积极推动该所试验站工作”黄先生“为此奔走，已心力俱疲。”回忆黄先生当年困难愈多，奔走愈频，呼吁愈力；感受着黄先生力图为中国农业作贡献的激情[4]。

二、富蕴创先性的学术思想

1、坚持定位实验的必要性与严格选点

近代农业科学的实验传统是坚实的，但实验数据往往缺乏精确性。黄先生在撰写《中国自然地理》丛书第13分册时深感中国农业实验数据之欠缺，有限的数据又不精确而难以利用。深感进行严格实验的必要性。为此撰写了近十万言的中英文稿，论述在中国进行农业生态实验的必要性和可行性。这类试验在国内缺少成熟的经验，所以黄先生向许多外国科学家请教。“他们的答复一般都是坦率、认真的”。

黄先生认为：“大体地说，试验站的设备、工作项目和内容，在国内带有创先性。工作成果之中有少数发前人所未发，在科学前沿迈出了一步，但需要更多的实验和数据。”黄先生最重视的是连续多年的定位试验，多次说到英国的罗桑试验站，美国内布拉斯加实验站的工作，表示了赞赏，应学习借鉴他们的经验。

1996年9月初绵绵秋雨，年届83岁的黄秉维先生，来到两站合并后的栾城站，二个多小时的讲话着重指出实验科学，特别是农业科学必须进行实验的重要性和必要性，表示深刻理解实验工作的困难，仪器设备的缺乏和无力更新，经费不足与实验之辛劳，参观之后感悟到：“假使没有实验来支持，持续发展是不可能的。”

黄秉维先生对实验站场地的要求是很严格的，首先要求对周围背景要求空旷和有成片的农田，是由于空气湍流运动的随机性、输送过程的扩散性，故而要求实验场地的均一性以保持有足够的平坦因子(flattening factor)以避免各向异性的湍流发展，迄今关于这方面知识进展甚微。

黄先生严格要求地下水位在3米以下，而且没有或基本没有砂姜。经过华北地区连年干旱，水资源进一步紧缺，地下水位连年不断下降呈不可遏制之趋势，考虑到对广大华北平原发展节水农业和旱作农业的代表性问题，我们才深刻理解了地下水常年在3米以下必然是实验必要的先决条件。以水分为中心的农业生态研究，必须精确地确定农田蒸散及作物耗水量，旱地作物的根系伸展，最深有达到3米或更长的。排除目前尚不能精确确定的地下水的干扰，而更基本的要求是具有对广大缺水地区处于水分胁迫条件下的作物生产的代表性问题。基本上没有砂姜层则排除了水分运行的“阻断作用”(brocking action)。

2、“临深履薄”地“精益求精”

黄先生经常举例说明实验条件不具备或实验仪器方法使用不当，所取得的资料不足以反映实际情况，从而影响理论的建树。黄先生曾多次指出农田生态系统研究中由于地下水的补给不能精确确定从而影响水量平衡计算与作物耗水量的估算。不止一次提出要求，对实验仪器进行严格的calibration(标定)，数据要注意accuracy(精确性)，所建立的实验公式要有物理基础。

黄先生一再强调，在田间条件下取得准确的数据极不容易。在国内外，以及我们自己都有很多教训。常常花了很多人力物力的观测，由于仪器精度及仪器使用不当，得不到有用而可靠的结果，有时甚至导致错误的论断，不但无益而且有害。告诫我们应随时抱着“临深履薄”的心情，“精益求精的要求”。“任何一个机构，人力物力有限，既要有周到的考虑，又要求作严密的试验，那就必须在复杂的，处于辨证互相关联的实际中有所选舍，‘有所不为而后有为’，所以北京(大屯)站的工作是介乎holistic approach 与reductionistic approach 之间的。现在如此，将来也如此。” [3]

3、构建两类研究的桥梁

对于国内外的农业试验，黄先生有自己的深入的分析与独特的见解。他认为“与农业有关的试验大体有两类：一类寻求一项或多项措施的结果，往往只以测产考种或其他类似的资料来说明，所得的结果基本上是经验性的。这类试验对指导生产有很大作用，但在实际应用中有时间和地域上的局限性。我国农业试验多缺乏精确而必要的数据，因此许多有争议的问题都得不到明确的有说服力的答案。另一类试验是深入某一物质体系或过程，往往会脱离自然界和许多有关因素，研究对象狭窄，因此，这类结果在实际应用中也有很大局限性。”这些认识迄今看来仍然是中肯而切入要害的。为此黄秉维先生力图构建一种新型的农业生态系统试验研究，对此寄予很大希望，黄先生进一步作了深刻的阐明：“农业生态系统试验可以在这两类试验之间架起一道桥梁。因此，站的试验工作以农业生态系统的理论为指导，以比较精密的田间观测数据为基础，深入探索农业生态系统中物质与能量的迁移、传输、贮存的基本规律，全面了解作物群体生长发育和产量形成同环境因素的关系。以此为基础，进一步弄清哪些因素的作用尚未充分发挥，哪些因素限制着生产的提高，从而探讨改变限制因素和充分发挥有利因素作用的途径和措施。”

4、分析性与综合性

黄先生特别指出，研究项目有一些是分析性的，但总体上是综合的，其中包括一些亚系统的综合。例如非生物性环境因素之间的综合，非生物性与生物性环境因素的综合，地上环境与地下环境的综合，可改变的因素与不可改变因素的综合，源(光合产物、养分)与尾闾(接受光合产物与养分的器官)的关系，各生长发育期之间的关系，等等。其目的是为说明性的预见提供必要的科学依据。

正由于农业生态系统试验研究是一项综合性很强的研究工作，应以较精密的田间测量和较坚实的理论基础，不是一项经验性的工作，因此，有必要也有可能把研究结果外延到区域之中，使“点”上工作同“面”上的工作紧密联系在一起。重温黄秉维先生这些精辟的论述迄今仍有重要的指导意义。

5、倡导原创性与前沿性的研究

黄秉维先生要求农业生态系统的研究工作，从仪器设备到工作任务和内容“在国内带有创先性”。这是一项当时条件下不易做到的很高的要求。

为使研究工作尽快与国际先进水平接轨，在80年代中期试验全面展开之际，陆续邀请了国外著名学者蒙太斯(Monteith，J.L)，罗森拜格(Rosenberg，N.J)，瑞津那托(Reginato，R.J)，筑波大学教授吉野正敏(M.Yoshino)，澳大利亚科工组织大气物理所麦克伊洛(I. Moilroy)等先后来所访问讲学。常邀请上海植物生理研究所王天铎先生即席翻译，聘请北京大学地球物理系陈家宜教授作站的顾问，他们参与并指导工作。

就仪器选购而言，黄先生嘱曾昭顺，胡朝炳和于沪宁在西颐宾馆集中，拟出订购仪器清单不受财力的限制，以后订的这些仪器在北京(大屯)站的研究中起了较大作用，迄今仍然是很先进的传感器。这些仪器保证了原创性与前沿性工作的开展。

审视黄秉维先生当年的这些要求，不得不使我们想起默顿(R.K.Merton)1942[5]年首次提出从事学术科学的规范，即公有性(communalism)、普遍性(universalism)、无私利性(Disinterstedness)和独创性(Originality)；尤以独创性倡导科学研究对未知的发现，因而迫使科学家必须有不同形式的“创造性行为”和“富含想象力”的思想。当然，创造性和批判性张力应同时存在，因而科学崇尚实践，始终将可重复性实验作为重要标准，以确认科学的发展和科学的理论；也凭此将科学理论与科学假说、科学猜想以及伪科学相区别。默顿的这些论述是得到许多学者的认可与引用。

显然，黄秉维先生这些设想是经过长期深思熟虑的，研读他的著作不难发现殚精竭虑的苦心。在竺可桢先生逝世十周年之际，黄先生充满深情地忆起，建国以来竺老在他办公室里放一张桌子，常来谈农业与粮食、人口，气候与土壤保持，华北平原和黄土高原问题。在历经旧中国农业衰微，新中国农业举步维艰，心情是沉重的。遇到难题时竺老满怀忧郁，默默沉思。“为农业服务，为黄土高原、华北平原和黄河问题而工作，这是竺可桢同志对地理所以至全国地理界特别殷切的期望。在某一个意义上，这也是对我们的托付”[6]。随后黄秉维先生反躬自问，认为在他主持地理所工作期间为农业服务方针有时候不那么明确，有时浅尝辄止，很难深入提高，缺少总的设想，缺少严格的要求。“对乱流交换辐射传输、多孔介质中流体运动、植物体水分流通等等基本机制懂得很少，而田间测试仪表是此一工作的难关，我对此认识也很肤浅，未作好准备，便仓促上阵”，常常处于迟疑坐困中，十年动乱猝起，便一切都中止了。使我们感受到欲为不能欲罢不忍的沉重心态。“竺可桢同志对此期望殷殷，而他生前所看到的却是一片破瓦残垣”。重温黄秉维先生这些叙述，不能不使人体会到二位地理学先驱者所蕴含的公有性，普遍性和无私利性的精神，是一种令人高山仰止的地理学精神象征。

三、水分研究的重要进展

黄秉维先生将200亩左右试验田区分为充分湿润、干旱和介于其间的农民惯用水分管理方式，以保持农田下垫面较大面积的不同湿润状态。配以80年代水平的先进仪器进行全生育期监测，这就具备了当时十分可贵的实验基础条件。

从学术思想看，黄秉维先生力图从多方面实施其探索性研究，从而从“十年动乱”一片空白中脱颖而出，步入国内外的前沿领域。现在按其学术源流试作如下的归纳：①从水量平衡理论出发，融合在发展中的SPAC理论，从水文地理方向发展与实际工作中的土水势、根水势、叶水势、大气水势的化学势梯度驱动理论相汇流；②深入到植物生理生态学方向，与提出已久的“上行液流”理论、“内聚力学说”相联系，从气孔导度、冠层阻抗、冠层温度、到缺水的生理生态反映即作物水分胁迫方向；从而也融汇了生态过程理论中的“接口”、“界面”理论；③从自然地理学水热平衡方向，与国内外气象学、微气象学、农业气象学所进行的传统的近地面水汽、热量、动量、CO2传输理论包括蒸发理论相结合，以相似理论、混合长理论、梯度扩散理论为表征，形成带有“唯象理论”(phenomendogical theory)色彩的工作[7]；④从生产潜力理论与“波文比”(Bowen ratrio)方法出发，对光合效率的能量汇入与水分耗散的同量纲化进行类比，以获取瞬时态的水分利用效率信息；

这些理论与刘昌明[8，9]80年代中期以来从水文地理学角度提出的自然地理过程中的界面理论，“五水转换”理论相汇合，反映在重大自然科学基金(1993-1997)[10]的工作中，从而形成了坚实的理论基础。

(1) 微气象学方法的引用和发展

早期的工作即引入了微气象学理论和方法，作为农田生态研究的手段和方法[11～16]，深入研究了农田能量平衡和热量平衡及其各分量，水汽通量及其阻抗。本文仅作概略讨论。大量的工作从理论上分析研究了Penman-Monteith方法和Brown-Rosenberg方法，提出了蒸腾蒸散的估算模式，通过田间观测资料对估算模式进行验证和改进。卢振民等应用Penman-Monteith的阻力法模式计算大田作物的蒸腾量，提出作物需水量的新定义：“在给定生长环境条件下，作物叶片气孔开度最大(阻力最小)时的蒸腾需水量”。并给出了Penman-Monteith模式相应的各项参数及其改进的计算公式。用作物需水量与蒸腾能力的比值来表示作物系数，以区别以往一些作物系数概念，有较好的物理和生物基础。以冠层平均温度代替气孔阻力建立蒸腾新的计算方法[17]，与Penman-Monteith方法计算结果相一致。张鸿儒[3]利用Brown-Rosenberg模式研究了农田蒸散，与波文比方法相吻合，在叶面积较大时适用于估算黄淮海中北缘麦田蒸散。

(2) 气孔行为与环境条件的联系

气孔是植物与外界环境进行气体交换的通道，气孔扩散传导力是衡量光合强度与蒸腾速率的参数之一。北京(大屯)站国内为最先引进气孔导度及其阻力的研究，1984年以来进行大量研究[16～21]。进行了气孔近轴面(adaxial)和远轴面(abaxial)气孔导度及分层气孔导度测定，在适宜条件下气孔导度在抽穗后达到最高值，气孔导度与温度、辐射、土壤和空气湿度、水汽压、风速均有密切联系，建立了响应曲线。推导出气孔导度垂直分布模式。从气孔活动研究了冬小麦“午睡”现象，认为是土壤水分亏缺而导致的气孔关闭现象，可以通过改善土壤水分条件而消除。

(3) 农田植被与大气间的动量、能量、物质输送与交换

作物植被与外部大气环境之间的湍流输送问题是农田生态系统能量、物质输送的重要工作内容之一。张翼等[22]用Monin-Obukhov相似理论研究了北京麦田上方湍流交换系数KH、KM的变化规律；Monin-Obukhov长度尺度L和普适函数φM、φH ，与理查森数Ri之间的关系；讨论了KH、KM与Ri的关系，并得出Ri>0时，KH/KM ≤1；Ri<0时，KH/KM>1，最大为1.46。张翼等[23]从单林带防护区中风速分布模式出发，得到网格中风速矢量的合成模式，可以计算出任何林带特征、任何网格面积、形状和任意偏风角度条件下网格中风速分布和防风效应，从而影响农田水汽传输和土壤蒸发，当时至90年代中后期国外尚未开展同类工作。

(4) 物生态的模拟和模型研究

黄秉维先生非常重视模拟和模型的作用，在1983年10月16日一次长篇讲话中，特别提到要为搞模拟和模型打好基础，“悉尼大学英国的蒙太斯发展建立的四种类型的模式，取得较好效果。”又认为我们现在建立模型还很不成熟，需要更多的进行试验，做深入细致的工作，以建立子方程阐述细节，这样才能从总体上建立模型模拟。要从站上做起，了解一天的日变化，一旬的变化，了解以数学描述概括过程和真实之间有多少区别。黄先生直接指导了杨春虹[24]研究了第一性生产力的经验模式，稳态模式和动态模式，利用Dynamo语言模拟了冬小麦、夏玉米营养生长期干物质增长的动态过程，考虑了光合作用、呼吸作用及同化物分配等三个生理过程，并对第一性光合生产力模拟的实用性作了讨论。在全国玉米生产工作会议上作了报告。卢振民根据田间实际工作资料，导出了冬小麦根系分布函数[25]。王宏研究建立了冬小麦北界的数学模型，提出了中国冬小麦安全种植北界与可能种植北界。1993年以来在栾城站进行了土壤—作物—大气系统水分运行综合模拟与界面调控研究，在理论与实践应用方面均不断有新进展[9～11]。

(5) 农田辐射平衡(净辐射)与热量平衡

太阳辐射传输是农田生态系统研究的基础性工作，为作物光能利用率研究的前提。项月琴、周允华、赵文广、董颜等大量研究深入到同类研究的前沿性领域[26～29]，进行了不同水分处理条件下的辐射平衡、长波有效辐射、反射辐射的对比观测，以及光合有效辐射、天空散射辐射和直接辐射等研究，迄今开展仍很少。由于这部分工作与水分研究直接联系较少，本文就不赘述了。热量平衡各分量与辐射平衡及微气象学方法协同进行，莫兴国[10，11，29]研究了界面水汽传输及其阻抗，以平流—干旱模型估算麦田潜热和冠层蒸腾，典型农田蒸散均进行大量研究。

(6) 瞬态(transient)水分利用率与光合效率协同研究及农田CO2传输

于沪宁、刘萱[30，31]和北京大学地球物理系合作研制成交替翻转差动测量二氧化碳浓度差分析系统，基本上消除了分析器短时间漂移和发展变化对零点的影响，取得了较精确可靠数据，与微气象要素同步观测估算群体冠层二氧化碳通量，推算群体光合作用强度与微气象要素的关系，同时进行群体界面CO2通量研究。黄秉维先生于1978年秋指出，用叶室或同化箱法测定光合效率有许多缺陷，主要是改变了环境条件，黄先生指出用空气动力学方法和进一步用涡度相关技术测定CO2交换比用叶室法或同化箱法更接近实际[16]。80年代中期利用Brown-Rosenberg方法估算了麦田蒸散[30～33]，用红外分析仪测定二氧化碳浓度梯度，计算了二氧化碳通量；用蒸散量与二氧化碳通量估算了麦田瞬时水分利用率。1989至1991年连续3年通过田间释放CO2，使冠层周围二氧化碳浓度增加并维持在600ppmv左右，以适应将来可能的全球变暖，证明冬小麦有不同程度的增产效应[34，35]。在栾城1996年工作证明，增施有机肥与秸秆覆盖可使高产麦田株间CO2浓度略增，有助于提高光合效率并抑制气孔开张[10，11，34]。

(7) 作物水分胁迫机制与利用

在实验的基础上初步研究了作物水分胁迫的生理生态机制的若干问题[37]，水分胁迫的影响机制，判别方法及可能采取的适宜措施。从水分胁迫观点看黄先生将200亩农田区分为基本上不受水分胁迫状态的湿润处理，经常水分亏缺作物周期性处于轻度和中度水分胁迫状态的处理；以及干旱与湿润交替的对照处理。为进行多年大面积大量实验观测奠定基础：作物气孔的水分反应，水分亏缺的诊断，水分胁迫的判识，干旱程度的判识，水分利用效率，体内激素的反应等均有显著进展，形成了多项研究方向，对以后国内的研究起了启迪作用。

王宏、于沪宁(1993)[38]进行了小麦不同生育期干旱处理的盆栽试验，两年试验趋势大致相同，孕穗期干旱对产量影响最大，分别比对照减产43%和50%，平均减少48%。虽然灌浆期对籽粒的减少有一定的补偿作用，即以千粒重增加补偿粒数之减少，但作用很有限。分析表明，水分胁迫主要通过减少籽粒数来影响产量。第二个敏感期是开花期，分别减产25%和28%，平均26.5%。起身期的干旱减产14-18%，游离脯氨酸(proline)在受水分胁迫时可能出现大量积累。70年代曾有学者认为游离脯氨酸的积累是逆境表征，可作为选育耐旱品种的指标。杨春虹(1987)[3]实验发现，冬小麦叶片游离脯氨酸含量不仅在土壤水分胁迫时会发生积累，而在大气干旱造成短期缺水时也会发生积累。当土壤相对含水量低于62%时，游离脯氨酸是正常情况下的6倍。

(8) 温度对作物与土壤水分和养分的影响

冠层温度与地温、气温、土壤水分有密切联系。1984年用AG-42型和ER-2008型红外观测仪确定农田冠层温度，用ELF-4型植物水分状况测定仪同步测定叶水势(ΦL)。董振国等[39，40]用红外测温仪观测了冬小麦、夏玉米作物层温度。观测结果表明，充分供水农田，冬小麦作物层温度在一昼夜的大部分时间内比气温低；提出了用作物层温度与气温差作为植物水分亏缺指标，可用于指导农田水分管理和灌溉。刘瑞文[14，41]研究了冬小麦叶温和叶面积持续时间对灌浆的影响；温度条件对土壤溶液养分浓度的影响。

(9) 水势理论的应用

对叶水势的实质性研究为国内较早起步的工作，尽管有诸多内部和外部因素影响叶水势，但土壤水分则是影响叶水势变化的基本因素，许多学者主张用叶水势指示土壤水分亏缺，并归结为两种方法，一是测定黎明前的叶水势，二是建立叶水势与环境因素的数学模型。但实测发现，利用黎明前叶水势有两个问题，黎明前有露水时的叶水势远远高于无露水时的值，而大多数天气条件下均有露水。另一个问题是黎明前的叶水势亦随发育期而下降，要进行趋势判别[15] 。

王宏[15]建立了土壤湿润条件下叶水势与环境条件的经验关系式，影响较大的依次为生育期，光量(以光量子通量密度表示)和空气饱和差(VPD)，考虑到因素间的交互作用而建立的回归方程取得了良好的拟合效果。根据(1984-1987)连续4年5个不同水分水平的处理观测，叶水势的差ΔΦL与根区的相对含水量有密切的关系，可作为根区土壤水分亏缺判别指标。此后在栾城站又做了大量工作[10，11]，土—气界面的水分传输与土壤水分运动的水势驱动及界面调控取得进展。

(10) 土壤—作物—大气系统水流动态模拟与数学模式

早期工作主要收录于《作物与水分关系》专著[15]，在SPAC模型中考虑以蒸腾项及根系吸水项，对气孔阻力及冠层总阻力也通过实验观测建立了数学模型，可用于一般水流运动模拟。刘萱、于沪宁对叶片气孔对环境因子的响应与植物体水分平衡进行了现象模拟，这些仅是起步性的工作。90年代以来进行了系统性的工作，对界面过程进行模拟，建立了多个模型，对华北平原发展节水农业起了重要的促进作用[10，11]。

黄秉维先生对类似SPAC有关内容的论述，可以追溯到上个世纪60年代初就提出的“研究植物及其地上与地下部分所能达到的大气圈与岩石圈所组成的物质体系，并称之为‘作用层’而不规定其上下限，综合研究这些物质能量转换过程，以及交换过程的条件、因素强度和结果”[36]。联系到他所提出的热水平衡在地理环境中的作用问题，其视野的宽阔与内涵的深刻，无疑领先于当时philip所提出的SPAC理论。

四.殷切的期望

黄秉维先生曾担心农业生态系统研究的综合性工作难以开展，深知综合的难度其实很大，1986年在给孙鸿烈副院长的信中写道：“杜润生同志上半年对我说，现在农业试验工作都太粗疏。一有争论，都站不住脚。现在许多综合性工作，可以说基本是comprehensive(混合的)和multidisciplinary(多学科的)，而不是integrative(综合的)和interdisciplinary(多学科交叉的)”[1]。多次提出搞综合相当难，但仍要为之努力。

1990年以来，黄秉维先生又多次说到一些作物与水分研究中一些重要性机制问题没有进展。1995年9月3日黄先生在一系列讲话中谈到“现在作物耗水量测不准，植物为什么耗那么多水，问题没有解决，作物耗水量从60代到现在没有解决，有几个原因。……很多阴地植物蒸腾很小，长得很好，没有一个数据清楚说明植物多少水带多少养份。”又说，“现在没有个道理说明少浇些水蒸发也可以维持，……这个问题Monteith最初从植物搞蒸腾，后来Penmam和Monteith从气象搞，后来从土壤水分搞，还是植物本身的问题没有解决。假设没有水，400卡的热量平衡，植物一下子就烧死了。但是在沙漠里，植物气孔关起来根本不开，也没有烧死，搞来搞去，60年到现在，这些方面还没有进步。”约在1996年黄先生又一次说：作物散热需要多少水分？维持膨压需要多少水分？负载养分需要多少水分，即多少水分可发负载作物所需要的养分？这些问题都不清楚，都需要加以深入研究。并认为这些过程都不需要这么多水分，其中许多个环节是可以调控以节约水分提高水分利用率的[34]。这些启发性理论触及了光能与水分利用的实质性问题，其机制的阐发必将对华北平原节水农业、旱作农业有根本性的指导意义。其实陈世庆、陈同斌等[12，13，14]等对于土壤溶液的研究，其实质就是阐明水分载养分的问题。

自栾城联合站开展工作以来，黄秉维先生于1993年和1996年两次到站检查并指导工作，对以水分为中心的农业生态研究有许多宝贵的指示。对华北水资源形势严峻尤为关切，在刘昌明先生主持的《华北平原节水农业应用基础研究》一书的序言[9]中写道：“华北平原是中国的心腹之区，农业生产在全国亦居于举足轻重的地位。目前水资源什九用于农业，已深感捉襟见肘，挹注技穷，将来其他产业与城市需水日益增多，对农产品的要求逐年增大，农业用水困难重重。不能临渴掘井，必须及早绸缪。”……对于课题的评价黄先生写道：“可以肯定其中好些与节水增产有关的科学概念与知识单元，需要及时进一步地工作，构筑通向应用目标的桥梁。”可见黄先生语重心长的殷切嘱托深感任重而道远。

自上世纪90年代以来，黄先生常出入于医院，缠绵于病塌，当体力稍有恢复时便研读不缀，思索有关国计民生的科学问题。常说自己已到了风烛残年，研究工作要依靠年青人，然而我们总是“大计赖先生支撑”。2000年3月24日找黄先生商量联合站之事，黄先生全神贯注地听取了刘昌明关于联合站工作近期情况的汇报，同意以自己的名义起草一个几百字的信交刘纪远所长，希望给一个以水分研究为主题的创新课题给联合站，以及人事和体制的安排意见，同意建议开个碰头会他作个发言。4月初与6月中旬又询问此事有无进展。10月4日我们和于强同去医院看望黄先生时已不宜再讨论问题了，再也无法聆听先生已有所准备的发言了。然而我们仍然希望他早日病愈，如国外学者企盼一些德高望重年迈的学术大师“The creakimg door hangs the longest on hinges”(英谚：扉虽危却长不倒)，不料先生竟疴沉不起。值此黄秉维先生90周年诞辰之际，特撰此文以志不尽的追思与怀念。

参 考 文 献

1.于沪宁，黄秉维农业地理学思想研究，《自然地理综合研究——黄秉维学术思想探讨》气象出版社，65—75，1993.

2.黄秉维，中国科学院需要建立一个农业生态试验场所，《自然地理工作六十年——黄秉维文集》(郑度主编)，科学出版社，284—289，1993.

3.牛文元、周允华、张翼等，农田生态系统能量物质交换，气象出版社，1987.

4.于沪宁、陈同斌、杨春虹，为了中国农业之崛起，生态农业研究，Vol.1 Nol，83—90，1993.

5.R.K.Merton.The sociology of science,Chicago ：Unirersity of Chicago.Press,1973.

6.黄秉维，竺可桢同志与农业地理研究，特别是华北农业地理研究(原文载于《地理学报》第39卷第1期，1984)，黄秉维文集，科学出版社，390—396，1993.

7.于沪宁，农业气象学的前沿性问题，生态农业研究，Vol.8.No3，5—8,2000.

8.刘昌明，自然地理界面过程及水文界面分析，《自然地理综合研究——黄秉维学术思想探讨》，气象出版社，19—28，1993.

9.刘昌明，土壤—植物—大气系统水分运行界面过程研究，地理学报，52(4)，366—372，1997..

10.刘昌明、于沪宁，土壤—作物—大气系统水分运动实验研究，气象出版社，1997.

11.刘昌明、王会肖等，土壤—作物—大气界面水分过程与节水调控，科学出版社，1999.

12.项月琴、于沪宁等，北京农业生态系统试验站研究进展，《自然地理综合研究——黄秉维学术思想探讨》，气象出版社，39—50，1993.

13.中国科学院北京农业生态系统试验站，农业生态环境研究，气象出版社，1989.

14.中国科学院北京农业生态系统试验站，农田作物环境实验研究，气象出版社，1990.

15.中国科学院《农作物耗水量》课题组(谢贤群、于沪宁主编)，作物与水分关系研究，中国科学技术出版社，1992.

16.董振国、于沪宁，农田生态环境，北京农业科技出版社，1994.

17.卢振民，估算田间水分蒸腾的新模式，水利学报，第5期，43—45，1988.

18.刘萱、于沪宁，麦田气孔导度的分层研究，植物学报，32(5)，390—396，1990.

19.王宏、杨春虹，农田小麦在土壤湿润条件下的气孔活动，生态学报，4(6)，330—337，1986.

20.卢振民，土壤水分含量对冬小麦气孔开度的影响，植物学报，28(4)，419—426，1986。

21. Zhenmin Lu, Ratio of stomatal resistance on two sides of wheat leaves as affected by soil water content, Agricultural and Forest Meteorology, 49(1989)1—7.

22.张翼，近地面稳定大气层中通量一廓线模式的适用性，科学通报，(1)，52—55，1987.

23.Zhang Yi, Wind speed distribution regularity and wind reduction effect of shelter net,SCIENTJA SINCA (Series B).Vol.xxx.No11.1211—1222，1987.

24.杨春虹，第一性光合生产力的数学模型，《现代生态学透视》(马世骏、牛文元主编)，科学出版社，291—259，1990.

25.卢振民，冬小麦根系各种参数垂直分布的实验研究，应用生态学报，2(2)，127—133，1991.

26.周允华、项月琴，太阳辐射光量子通量的气候学计算方法，地理学报，42(2)，116—128，1987.

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28.莫兴国、刘苏峡，麦田能量转化和水分传输特征，地理学报，54(1)，37—44，1997.

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30.于沪宁、刘萱，麦田CO2通量密度和水分利用效率研究，中国农业气象，11(3)，18—22，1990.

31.Yu Huning, Field carbon dioxide flux density,Jounal of Environmental Sciences,5(4)，470—480，1993.

32.李俊、于沪宁、刘苏峡，冬小麦水分利用效率及其环境影响因素分析，地理学报，52(6)，551—560，1997.

33.杨晓光、于沪宁，农田生态系统二氧化碳通量与群体水分利用率研究，地理科学进展，17(4)，16—24，1998.

34.于沪宁、王树森、刘萱等，农田二氧化碳浓度倍增对作物产量影响的实验研究，《气候变化对中国农业的影响》，(邓根云、于沪宁等主编)，北京科学技术出版社，118-127，1993.

35.Yu Huning, Study on the effects of carbon dioxide concentration doubing on crop yield in fields, Proceedings of international symposium on climate change and natural disasters and agricultural strategies, China Meteorological Press, 1993.

36.于沪宁，农业生态系统的水热耗散过程与节水调控，地理科学进展，19(1)，1-8，2000.

37.于沪宁，作物水分胁迫反应机制及其在节水农业研究中的应用，《节水农业应用基础研究进展》，中国农业出版社，89—99，1995.

38.Wang Hong, Yu Huning et al,Effects of water stress on Yield at different wheat development stages and drought diagnostic method. Acta,Agric,Boreali—Sinica,8(Suppl)：64—68，1992.

39.董振国，作物冠层温度与土壤水分的关系，科学通报，8，608—610，1986.

40.董振国，农田作物层温度初步研究—以冬小麦夏玉米为例，生态学报，4(2)141—148，1984.

41.刘瑞文、陈世庆、董振国、鲁全国，温度条件对麦田土壤溶液养分浓度的影响，生态学报，13(2)，164—170，1993.

The Research Centre on Water Use in Agroecology

The 90th Anniversary Commemoration of the Birth of Prof. Huang Bingwei

Yu Huning Liu Changming

(Institute of Geographical Sciences and Natural

Resources Research, Chinese Academy of Scieuces)

The paper summaries theoretical origin and methodological characteristics of Huang Bingwei’s academic idea on research about Agroecology basing on water use . There is a reminiscence of him, who used every effort practice action to achieve objective. Ever since the end of 70’s of the 20th century, the main research results of under field experiment at two agroecological experimental stations in Beijing and Luancheng, Hebei province, Chinese Academy of Sciences, were tentatively; some micrometeorological techniques and methods for the study of energy transfer and matter exchange in agroecosystems; water transfer and its forcing tunctions; relationship between stomatic actions and environmental factors; dynamic simulation and mathematical model, of crop ecological processes; determining instantaneous value of water use efficiency and light use efficiency of crop community; leaf water potential and canopy temperature and stomatic properties discriminating soil water deficit; the mechanism of crop water stress and its application etc. These took striking development in several fields. Through the research work on water use upon center issues within agroecological system, which will be the scientific basis for carring out water-saving agriculture and dry land agriculture and further insturcting the production practice. It is of the theoretical and practical significance for saving water and increasing crop yiled in agriculture and alleviating the present water dificit in the North China plain.

Key words: Huang Bingwei’s academic idea Agroecology Research on water use