1.生物节水概念的不断发展
1991年山仑院士提出“生物节水”一词，他指出：“生物节水措施是按照作物需求规律采取对策，例如，根据不同作物的需水量、需水临界期制定灌溉计划，进行作物布局；同时，也是改善工程和耕作措施的依据。从长远来看，通过研究需水规律提高植物本身的水分利用效率，这一条途径十分重要，是未来节水增产的最大潜力所在。”现在看来这句话内涵丰富，意义深远。
1999年石元春院士发表了一篇“开拓中的蹊径：生物性节水”的文章。他对生物节水进行了更加详细的论述和明确的定义。他指出：“所谓生物性节水，是指利用和开发生物体自身的生理和基因潜力，在同等水供应条件下能够获得更多的农业产出”。这个概念非常富有创新性和前瞻性。
2003年我们对生物节水的概念进行了扩展，在干旱半干旱地区，水资源量决定了动植物和微生物的生存分布和产量，其水分利用效率对农业经济效益和可持续发展有重要意义，但目前有关生物节水的研究较少。植物抗旱节水在过去应用研究较多，动物和微生物抗旱节水应用研究较少。随着生物节水发展，通过培育抗旱节水和水分高效利用的动植物和微生物品种，利用各种抗旱节水栽培和管理措施，提高生物链过程由微生物→植物→动物的不同能量级生物的水分利用效率，产生出更多和质量优良的食物和价值，将成为未来农业研究的关键问题。
近年来我们认为，生物节水是一个广泛的概念。广义的生物节水应该是指利用森林和草原进行水土保持，产生更大的经济和生态效益。狭义的生物节水应该是利用抗旱和高水分利用效率、高产优质的动植物品种，特别是以农作物为主的生物节水，产生更大的经济和生态效益。将水分高效利用从旱地农业向湿润地区和盐碱滩涂湿地以及江河湖海等水资源利用方向全面开拓，将提高粮食水分利用效率向提高经济水分利用效率的层次发展，发展高水效农林复合型农业，特别是农产品出口，才能使中国农业走向世界，才能发展中国的生态农业和保障中国农业的可持续发展。是我们在中国旱地和高水效农业研究与发展方面的新思路。
现在从生物节水科学发展的趋势看来，生物节水已经成为一个系统工程。生物节水个概念还在继续扩大和延伸，生物节水除了在农业的种植业特别是粮食种植业中有头等重要地位外，还应该在蔬菜、水果、花卉等经济植物种植业中占有重要地位；在养殖业的动物节水方面也有很大的潜力可以挖掘；另外在城市园林绿化节约用水、污水资源治理以及水土保持环境治理等方面有重要意义。
因此，生物节水或者更确切的概念是生物水分高效利用，其定义应该是“利用和开发生物(包括动植物和微生物)自身的生理和基因潜力，利用少量或同等水分或劣质水资源能够获得更多更好的农业产出和经济及生态效益”。
2.生物节水研究学科地位日趋上升
从以上生物节水发展来看，生物节水从文章中的一个简单词句，到一篇论文的题目，确实是开拓中的蹊径，再到现在关注热潮，还并非是研究热潮，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，令人振奋，这是我们从事水资源和生物节水研究等方面科研人员的机遇与挑战!
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，于2005年11月2～4日在北京举行了以“生物节水技术及其发展前景”为主题的香山科学会议第267次学术讨论会。2006年5月21-25日在北京召开了第一届国际生物节水理论与实践大会。这些都推动了生物节水的广泛关注和深入研究。
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。重点研究农业高效节水，开发灌溉节水、旱作节水与生物节水综合配套技术。植物抗逆性及水分养分和光能高效利用机理，成为面向国家重大战略需求的基础研究问题。
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。农业部部长杜青林2006年7月 6日在全国农业科技创新工作会议上部署了未来15年我国农业科技创新六大战略任务。其中在“开发农业生态环境保护和资源综合利用技术，为发展循环农业提供保障”的战略中，指出：开发和应用节地、节水、节肥、节药、节种等实用技术，重点突破生物节水、农艺节水等水资源安全高效利用技术，研发多功能、智能化节水农业关键设备与重大产品。
河北省副省长宋恩华最近也指出，加强生物节水技术的开发应用，将为干旱缺水地区带来一场农业节水的技术革命。河北省严重干旱缺水，应进一步开拓生物节水技术研发的新领域，把生物节水作为农业节水的主攻方向，加大推广应用力度，建设高水效农业，并按照高产、优质、高效、生态、安全的要求，加快建立抗旱节水型农业结构，促进河北省农业的可持续发展。
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。生物节水研究，不应仅局限于一些纯基础的理论研究，既在解决科学问题上具有重大作用，又要为解决我国国民经济可持续发展所面临的水危机、生态安全、粮食安全等方面做出实实在在的贡献。我们应该抓住这个大好机遇，建议国家和有关部门成立生物节水中心，在生物节水方面组织力量，加强科研投入，自主创新生物节水技术，综合集成组装配套国内外生物节水技术，引导国际生物节水研究的新潮流，树立生物节水研究和推广应用的示范样板，对我国节水农业和可持续农业的深入发展有重要意义。
3.生物节水大有作为
生物节水研究内容复杂广泛，基础薄弱，刚刚起步，因此开发潜力巨大。生物节水技术是节水增产的“终极诉求”。现在看来生物节水不仅是农业节水的终极目标，而且也是建设资源节约和环境友好型社会的终极目标。已经成为国家的重点研究领域和有关部门和省分重点突破和主攻方向之一，但生物节水方兴未艾，任重道远。我们认为目前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。我们在此通过国内外生物节水的具体实例，说明生物节水大有作为!
3.1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。
3.1.1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。
在旱地，人们都知道要抗旱高产，在旱地高产的植物，其实就是水分高效利用的植物，我国的旱地品种有很多，但产量潜力的进一步提高是生物节水(水分高效利用)的目标。国家旱地作物品种区域比较实验的标准就是，筛选具有一定抗旱性和广泛适应性，能够在相同有限降水条件下在广大地方获得更高产量的品种；在水地品种区域比较实验里，在相同的灌溉条件下，筛选能够获得更高产量的品种。因此生物水分高效利用实际上已经成为品种审定评价标准之一，但我国目前还没有明确提出使用这一标准。
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，足以说明问题。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，2000年水稻播种面积29962千公顷，占粮食播种面积的27.6%。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%。因此水稻节水灌溉潜力巨大。
我们知道水稻是水生植物，但也不是需要长期泡在水中生长，才能更加高产，还需要干湿交替的生长环境，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。“薄”是指灌溉水层尽量薄，除水稻返青期遇低温或高温灌深水外，每次灌水深2厘米左右，土壤水分饱和即可；“露”是指每次灌水(包括降雨)后，都要自然落水露田，淹灌连续超过5天，就应排水落干，简单说就是“薄灌水，常露田”。 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m3，相当于黄河水量!
在相同水分条件下，水稻高产的关键还是品种，例如，我国科学家袁隆平院士等培育的亩产800公斤的超级稻。另外，水稻育秧就是从水地育秧到旱地湿润育秧的转变，水稻可以变成少浇水的旱稻。巴西的旱稻全球有名，他们作为国宝赠送给了中国政府。上海农业基因中心目前已经培育出了抗旱节水高产和品质优良的杂交旱稻。我国的旱稻品种很多，旱稻育种目前也受到普遍重视，可以在许多湿润地区的缺水高地(望天田)和季节型干旱地区种植，水稻节水潜力巨大。
小麦品种里就有旱地小麦，水地小麦，水旱兼用型小麦之分。例如，在华北地区广为种植的抗旱节水小麦优良品种石4185和石家庄8号等许多品种就是水旱兼用型品种，在没有浇水的条件下亩产达300-400公斤，在灌溉1-3次的条件下，亩产400-600公斤。
目前在400-500mm降雨的半干旱地区，小麦亩产250公斤的地方很多，亩产达到500公斤的例子也不少。国家旱地小麦品种区域实验中，许多优良品种亩产已经达到400-500公斤，甚至更高。2005年山东莱阳农学院农学系林琪教授采用“旱地小麦肥料早施深施节水栽培技术”，播种的小麦新品系“莱农0144”良种，在一滴水不浇的情况下，亩产超过600公斤。目前该技术已被列为山东省重大农业技术成果推广项目。
因此，并不是没有灌溉就不能高产，并不是没有抗旱节水高产品种，当然这方面的广适应性品种还比较少，小麦抗旱节水育种还需要进一步加强，这样才能解决北方农业用水第一大户的节水问题。关键是要培育出能够高效利用自然降水和土壤水分的抗旱水分高效利用的高产品种。
另外，如果抗旱节水品种灌溉过多，还可能造成倒伏和减产。因此，并不是所有的品种都需要灌溉和充分灌溉。
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。
在新疆利用膜下滴灌种植棉花，大大减少了灌溉用水，比大水慢灌节约水资源10倍多。同时，提高了棉花产量，因为大田湿度降低，还减少了病虫害的发生，提高了棉花的品质和经济价值。这样的例子不胜枚举。因此，说明粮食作物种植业生物节水的潜力还很大，节水灌溉不但能够增产还能够高产。
在抗旱节水蔬菜种植方面，例如，马铃薯、红薯都是抗旱的粮食和蔬菜及水果三用植物，近年来马铃薯和红薯已经成为保健食品，价格有时比水果还贵，如果进行深加工，可以有更高的附加值，例如，用红薯生产的柠檬酸，就价值不菲。可以延伸产业链，取得很好的经济效益。葱、辣椒、南瓜、豇豆等都是耐旱蔬菜品种。
在抗旱节水果树方面，例如，柿子、大枣、杏都是相对耐旱的果树，苹果和梨也有耐旱品种。种植抗旱节水蔬菜果树，一方面可以提高农民经济收入，另一方面可以大量减少地下水的开采。因此，要加强抗旱节水蔬菜和果树的新品种培育和推广。
在抗旱高效的经济植物种植方面，澳大利亚等国家利用分根交替灌溉，既减少了50-60%的灌溉，又减少了葡萄叶片的冗余生长，增加葡萄的受光面积，提高了葡萄外观质量和内在质量，进而提高了经济效益。我国近年来在果树和玉米等作物进行隔沟灌溉、分根交替灌溉方面也取得了很大的成绩。
埃及大力发展节水的低压喷灌，积极发展旱作农业、耐旱品种研究。在上世纪90年代中期决定减种耗水较多的水稻，改种抗旱节水的小麦、玉米和棉花等，并通过进口粮食，缓解农业用水压力。
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，并不需要等待很久，也不能等待太久。例如，在华北平原小麦-玉米种植地区，目前小麦许多地区灌溉3-6次，每次60方，如果减少灌溉1-3次，可以节水100多方；玉米灌溉3-6次，减少到1-3次，就可以减少灌溉100方，总共年节水200多方。因此，节水灌溉的潜力巨大。
在灌溉农业的发展中，上世纪80年代以前主要是靠水，在小麦等作物灌溉方面要保持地皮不湿的充分灌溉甚至是过量灌溉(6-10次)，但灌溉小麦平均产量水平仍然不高，亩产在250-400公斤左右，80 年代以后主要是靠肥，通过增加施肥，显著提高产量，许多灌溉小麦地区普遍亩产在300-500公斤，90年代以后主要是靠抗旱节水和高产品种，例如，随着超高产育种的进展，今年国家丰产科技工程项目验收中，山东省、河北省、河南省等许多地方出现了亩产600和700公斤超高产田。品种对粮食增产的科技贡献在30%左右，甚至更高，因此，我们认为在粮食种植业中，生物节水的潜力巨大，生物节水大有作为。
3.1.2 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，是农业节水的一个重要方面。
发展集约化节水型养殖技术。提倡家畜集中供水与综合利用；推广“新型”环保畜禽舍、节水型降温技术和饮水设备；科学设置牲畜饮水点，有效保护水源地或给水点；鼓励研制节水型、多种动力、构造简单、使用方便、供水保证率高的自动给水设备。促进节水、高效的工厂化水产养殖设施的研究和推广使用。逐步淘汰水槽长流供水技术。
推广养殖废水处理及重复利用技术。推广养殖废水厌氧处理后的再利用技术及深度处理和消毒后用于圈舍冲洗的循环利用技术；提倡分质供水和多级利用；改变传统水冲清粪和水泡粪为干清粪方式；研究和开发低耗、高效的养殖废水处理设施。
发展畜产品、水产品加工节水技术。鼓励研究和开发多功能、低成本、节水、环保型加工工艺和技术装备。
内蒙古草原兴发集团的绿岛养鸡技术就是生物节水型养殖业的典型和示范样板。生态型养殖小区建设在远离村庄的野外，建设在临近耕地的田边地头，畜禽粪便就近移入农田，就地转化变废为宝，实现了种植业与养殖业的直接结合良性循环。部分畜禽粪便等排泄物，在林地草地里被植物直接吸收利用，进行无害化处理，不污染环境。因此生态型养殖小区，节地节材节煤节电节水，是资源节约型畜牧业。生态型畜禽养殖小区，几乎适用所有畜禽品种，如草原兴发就建设了“绿鸟鸡牧场”、“肉羔羊牧场”等生态型养殖小区，并取得了成功，可以作为健康的养殖方式，在我国许多地区进行推广普及。
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。他们发展节水型水产养殖业，由淡水养殖向海淡水养殖展开，通过水资源循环利用，可以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。
3.2 生物节水型城市
城市园林灌溉用水和巨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。
3.2.1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，政府给予补贴。澳大利亚首都堪培拉就种植有大量的不需要灌溉的抗旱节水沙漠绿化植物，积极推广抗旱草坪，限制草坪灌溉，这样可以大大减少城市园林用水。在美国等国家都建立有旱生园艺项目网页，推广旱生园艺植物及栽培技术等。例如，有美国科罗拉多州旱生园艺项目 ，美国西南地区的节水植物 ，美国新墨西哥州旱生园艺理事会 等许多网页。在美国的很多城市，常见园林植物在何时、何地、何种生长状况、何种气候条件下需要多少灌水量都有精确的测定，这些数据是制定整个园林节水灌溉方案的基础。
我国北方许多城市也面临严重缺水，因此也要主动的适应干旱，选择适应干旱缺水条件的园艺和产业及生活方式。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个省会或首府城市大面积成功种植，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到1/15。
植物有水生植物，旱生植物，荒漠植物，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，避免由于没有种植长绿树种，在冬天里看到这些城市是只有光秃秃楼房的城市，让人感到是干旱干燥和没有生机的气氛。
3.2.2 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及环境改善。
在水资源转化研究发展过程方面，刘昌明院士(1993)指出，“三水”(降雨、地表水与地下水)转化的研究，考虑到土壤水，称为“四水转化”，再进一步联系到植物水分，称为“五水转化”，这是研究工作的一种循回渐进，从简单到复杂的过程。我们认为现在应该进行“六水转化”研究，即降水-地表水-污染水-生物水-土壤水-地下水。因为人类的各种活动和工农业生产将洁净水资源利用后将变成了污染水，在城市和乡村中巨量存在，污水已经成为一种必须循环利用的资源，因此污染水的治理成为世界性的问题。生物不但可以水土保持，而且还可以自我修复治理污水，因此，生物节水在六水转化中有重要作用。
3.2.2.1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。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。处理设施的地理分布范围也已从热带、亚热带地区逐步扩大到温带地区。它经济便捷、效果可靠，特别适合大范围推广。在美国有40套芦苇床系统处理废水污泥。
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，减少有毒载物和使污水水质改善得更好。常规方法仅利用细菌一种活物，也可以说它是先进方法的一部分。这项创新技术是加拿大科学家约翰·托德发明的，得到了联合国的赏识。此人也被美国麻省理工学院列为20世纪的35位顶级发明家之一。
该系统基本上是一模拟自然的过程，也就是在沼泽地、池塘和河滩等湿地进行废物再循环。因为植物以废物为肥料，许多小动物又以废物为食，所以植物和动物都被包括在这个人造的生态系统中。新技术减少软泥的产出人们关注的一件事是来自污水处理工厂的软泥被蔓延到农田里，然而Living Machine产出的软泥比常规方法减少30%, 因为植物和小动物要消耗它们的。而且植物能把许多种合成的有机化合物分解成较小的无毒分子，包括14种被美国环境保护署列为主要的污染物质。
美国环境保护署认为就美学观点而言，这项废水处理和再循环技术是唯一的，能够提供令人高兴的环境。而且在生化需氧量，总悬浮颗粒物和总氮量方面均能可靠地达到指标。对处理城市和某些工业废水是很理想的新技术。目前，全世界有十多个国家建造了这种污水处理工厂。
常规的污水处理工厂是一个无底洞，化学制品、运营、维护和淤泥移除都要花费资金，而且它也是人们不喜欢接近的地方，更谈不上搞创收了。可是Living Machine 就不同了，因其具有热带温室气味和吸引人的外观，它不但是城市的一道风景，而且非常吸引游客前来参观。例如，建在新斯科舍省芬地湾熊河镇的污水处理厂，在其对外开放的前几周就有8000游客前来参观，该镇无法应对游客的大量流入，被迫停止参观。再例如，在佛蒙特州南柏林顿市, 每年就有20000游客专门来参观这里的污水处理工厂。如果每位的花销是100美元，包括吃、住和汽油钱，那么这些游客在该镇全年的消费就是200万美元。如果再计入顺路而来的参观者，每位收几美元，都加起来也很可观了。Living Machine消耗的化学制品比较少，消耗的动力也比较少，这意味着运营成本比较低廉。况且它还能生产一些适合于销售的农产品，比如花卉，某些鱼类，水上花园里的植物等等。综上所述，足见这类有利于环保的生物技术是很有发展前景的。
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，而要是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(COD)，而来自工业、生活和垃圾的污水，含有的大量氮、磷等污染成分，全部由各类水生植物来过滤、吸收和净化。这样，就可以省掉依靠化学法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。目前，汤泉镇水生植物污水处理厂只有两人来负责污水处理的运行。
鲜花成处理污水的“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的黑麦草的人工湿地花园。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，水质比城里的还强!
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有很好的效果。
这些技术也可以在我国北方寒冷地区进行应用。例如，刚刚建成投运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。他们将垃圾集中堆放后腾出的6万平方米空地，再一分为二，建设一座日处理能力6万吨的一级污水处理装置和一片占地4.6万平方米的人工湿地。湿地内植入芦苇、蒲草、茨白等具有净化污水功能的水生植物。污水处理场建成后，将海新河水截流，经过一级絮凝沉淀处理后，水质达到Ⅴ类水体标准。再经过人工湿地生物净化深度处理，使流入浑河的水质达到Ⅳ类水体标准。建设了污水处理厂后，不但治理了一条河，还彻底改变了这里的环境面貌。
3.2.2.2 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。其中最简便的方法是把使用过的乳酸饮料瓶作为曝气池的填充材料，采用中心导流曝气方式，构成生活用水净化系统，无须任何药物，30个小时后，微生物就能把污水变成清水。
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。该技术的核心是将特定的微生物与粪便搅拌，微生物就能将粪便降解成为无害物，并达到环保要求。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质当“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。试验中共建造了3座橡胶坝，将整治河段分成了预处理段、厌氧段、兼氧段、主生化段及强化景观段。试验共投入610.1万元，每立方米工程投资仅为102元，而且在20年内可不再需要大的投入。“扫黑”细菌挺便宜。“CMF”生物污水治理技术特别适用于过滤自来水、地下水、地表水和城市污水，去除细菌、微生物和悬浮物等，净化后的水清澈透明，浊度近于零。每立方米污水的处理成本仅需0.32元。
3.2.2.3 利用作物秸秆治理污水和环境
哈工大市政学院马放、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、环境和社会效益的新路。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。
3.3 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和改善，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。
3.3.1 生物节水型水土保持
严重的水土流水对工农业和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。浙江湖州市成功的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多年的研究试验，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、耐践踏和植被管理花工少的特点，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。通过对红旗水库、五四水库和导流东大堤吴沈门大闸旁实验段的观察证明，即使是日降50毫米以上的暴雨，也未见水土流失。该草一年的绿色生长期可达260天以上，即使在零下5-10度的严冬，其上部停止生长并呈黄色，但其地下匍匐茎仍然保持生命力，因而是一种优良的节水型的水土保持草种。
3.3.2 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，但是因为没有抗盐碱的植物品种，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抗盐的金银花种植，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。目前已经有30万亩，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。也正在开展深加工特别是生物制药等的开发。在当地农业可持续发展和农村经济发展及社会主义新农村建设方面最出重要贡献。还带动了山东省、河北省等地区的金银花生产和农民增收。
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。它开辟了一条松嫩平原苏打盐碱地生态恢复与羊草群落人工快速重建的新路。土地盐碱化和草原退化是人类面临的一个世界性生态环境问题。我国松嫩平原的苏打盐碱地是世界三大分布区域之一，盐碱化土地面积239万公顷，特别是pH>10的重度盐碱地具有代表性和典型性，治理难度很大。而且该地区土地盐碱化以每年1.4%～2.5%的速度扩展，不仅制约着当地农牧业的发展，而且危及人民的生存。因此，采用生物工程技术科学开发和合理利用盐碱地资源，改善生态环境，促进经济发展，成为人们期待已久的愿望。这种技术移栽后的羊草当年可以采种、采草，移栽3年后可作为秧苗地使用。该技术由于适合pH大于10以上的中重度盐碱地快速恢复顶级羊草植被，在荒漠化治理方法上，属于重大技术突破，也是该技术的显著特色。从吉林省来看，现有重度盐碱地60多万公顷，如果全面推广羊草移栽技术，每年可产干羊草150万吨，仅干草销售收入一项就可新增产值5.25亿元。如果直接用于干舍饲养羊，可养205.5万只，每年新增产值10.2亿元；用来养牛，可养41.1万头，每年新增产值13.2亿元；用来饲养奶牛每年可带来经济效益27.1亿元，市场前景广阔。因此，生物节水(水分高效利用)技术在生态环境治理和开发还有很大的潜力可以挖掘。
4.结束语
二十一世纪是生物的世纪，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，但生物节水生物遗传性多样性广泛，可以适应各种环境条件，星星之火，可以燎原，但开发程度浅；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，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也成立两个生物节水中心，不但包括生物节水工程技术还包括理论研究，不但涉及农业节水，还涉及工业节水、城市节水以及污水治理和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!
(作者系中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员)
