□於滬寧 劉昌明(中國科學院地理科學與資源研究所)
在水資源形勢日益嚴峻，農業發展已達到相當水平的華北平原中緣的半乾旱半溼潤區，創建農業生態系統試驗站，充分利用自然降水，同時改良土壤，調控農業生態系統結構功能，精細監測農業生態過程和地表物質能量傳輸，融匯多學科的理論與方法；以站為基點以華北平原為擴展目標，是黃秉維先生20世紀70年代以來努力求索的目標，是對竺可楨地理學為農業服務思想的繼承、發展與具體實施。我們有幸自70年代末以來在黃秉維先生直接精心指導下開展研究，探索學術問題，研讀學術著作，90年代以來仍然得到他關懷和指點。值此黃先生九十誕辰，最好的懷念莫過於縷述他的學術思想，重溫他的諄諄教誨，追憶他的實踐活動，緬懷他壯心不已的情懷。從他殷切期望的講話，學術內涵深刻而廣博富含表敘力的論著中，深切體會他對地理學尊嚴的維護，對科學精神的執著守望，為中國農業之崛起的巨大熱忱，對事業目標的不懈追求，從而獲得十分難得的教益。
一、開拓以水分為中心的農業生態研究
1978年仲秋，正當欒城縣農業自然資源考察與農業區劃結題之際，黃秉維先生百忙之中來到欒城，在選站址的同時，考察了一片片高產農田，路過水井和池塘，都要親自察看地下水位。當時地下水位較淺，有些地方僅數米而已，但為保證小麥高產澆水達11水之多，黃先生認為澆得太多了提出少澆水也可獲得高產同時提高水分利用效率。當21世紀來臨之際，聯合國糧農組織認為，華北平原已成為世界上最大地下水漏鬥區之一，證實了黃先生「及早綢繆」之慮是有依據的。
20世紀70年代後期黃先生投入了建立農業生態站，進行以水分為中心的農業生態研究的設想。黃先生研究了歐、美、澳等國的情況，認為70年代以來發達國家日益重視農業生態和農業生態系統的研究，但進展依然是有限的「農業生態系統的論述雖然很多，但農業生態系統的試驗工作似仍含蕾未發。原因就在於跨學科的綜合性工作，組織協調困難很多。不但農業生態系統試驗不易建立，夠得上稱為作物生理或作物群體生理試驗工作似亦不多。但局部的觀測研究卻進展很快，70年代超出60年代很多，已出現零金碎玉，如能博收精選，便可集腋成裘，構築作物群體與環境相互關係的輪廓」 [1]。
經過幾年醞釀，於1981年4月給中國科學院領導寫了建議書《中國科學院需要建立一個農業生態場所》[2]，1981年8月由黃秉維先生倡導，並與馬世駿、李慶逵、曾昭順、王天鐸及王世之等提出「關於在北京建立農業生態系統試驗站的建議」。此建議得到中國科學院地學部和生物學部14位委員的積極支持，同年12月經中國科學院院務會議批准，成立中國科學院北京(大屯)農業生態系統試驗站。
建站之初，我們反覆領會黃先生關於以水分為中心開展農業生態系統研究的見解，一再斟酌修改，提出了研究方向，即研究我國北方乾旱半乾旱區農業生態系統和農林業複合系統的結構與功能、物質遷移與能量轉化的基本規律；探索農作物與林木生長發育、產量形成與環境因素的關係，探求充分發揮自然生產潛力、高效與資源節約型持久農業的優化模式，為農業持續發展提供科學依據和實踐途徑。
為準確把握以水分為中心的農業生態系統研究，黃先生又確定了近期的研究任務：以充分利用降水、改良土壤和高產農業為中心，進行提高農業生態系統水分利用效率的試驗研究。採取綜合農業技術措施，使土壤接納和容蓄更多的降水，充分利用降水，保持土壤，為探索解決華北農業缺水的有效途徑做出貢獻。
幾年後黃秉維先生寫出了當時的設想：「華北農業和水利在目前存在著幾個很棘手的問題。首先是水源利用已超過適當的限度，今後工農業和城市的發展又都要求巨量的水源。其次黃土高原是世界上土壤侵蝕最強烈的區域，既嚴重影響當地農業和其它植物生產，更以很大量的泥沙輸入河流，使下遊水庫壽命短促，河道淤墊日高。黃河下遊決溢危險與時俱增，尤為心腹之患。最後是華北平原有大面積排水不良的土地，鹽鹼化土壤分布甚廣。所有這些都是人所共知的事實，其關鍵都在於『水』」。[3]
對於華北農業的問題，黃先生進一步點明：「乍看起來，似乎問題很多，疑雲密布，草木皆兵，很不好辦。然而，根據現有的科學知識來看，如果採取適當的措施，最大限度地利用降水，便有可能一部分問題得到解決，另一部分問題比較容易解決。」 [3]
黃秉維先生曾多次在講話和文章中說自己是建站的「始作俑者」，從1973年就開始考慮生產潛力問題，「十年動亂結束後繼續耕耘。志趣的核心是以熱水平衡為對象，以田間試驗為手段，與自然生產力的其他因素相結合，而輔以野外考察和室內資料分析。先從華北入手，最後擴大到自然區劃各個單元。……恰好中國科學院決定在河北建立農業現代化所，責令地理所協助。我乘此時機，積極推動該所試驗站工作」黃先生「為此奔走，已心力俱疲。」回憶黃先生當年困難愈多，奔走愈頻，呼籲愈力；感受著黃先生力圖為中國農業作貢獻的激情[4]。
二、富蘊創先性的學術思想
1、堅持定位實驗的必要性與嚴格選點
近代農業科學的實驗傳統是堅實的，但實驗數據往往缺乏精確性。黃先生在撰寫《中國自然地理》叢書第13分冊時深感中國農業實驗數據之欠缺，有限的數據又不精確而難以利用。深感進行嚴格實驗的必要性。為此撰寫了近十萬言的中英文稿，論述在中國進行農業生態實驗的必要性和可行性。這類試驗在國內缺少成熟的經驗，所以黃先生向許多外國科學家請教。「他們的答覆一般都是坦率、認真的」。
黃先生認為：「大體地說，試驗站的設備、工作項目和內容，在國內帶有創先性。工作成果之中有少數發前人所未發，在科學前沿邁出了一步，但需要更多的實驗和數據。」黃先生最重視的是連續多年的定位試驗，多次說到英國的羅桑試驗站，美國內布拉斯加實驗站的工作，表示了讚賞，應學習借鑑他們的經驗。
1996年9月初綿綿秋雨，年屆83歲的黃秉維先生，來到兩站合併後的欒城站，二個多小時的講話著重指出實驗科學，特別是農業科學必須進行實驗的重要性和必要性，表示深刻理解實驗工作的困難，儀器設備的缺乏和無力更新，經費不足與實驗之辛勞，參觀之後感悟到：「假使沒有實驗來支持，持續發展是不可能的。」
黃秉維先生對實驗站場地的要求是很嚴格的，首先要求對周圍背景要求空曠和有成片的農田，是由於空氣湍流運動的隨機性、輸送過程的擴散性，故而要求實驗場地的均一性以保持有足夠的平坦因子(flattening factor)以避免各向異性的湍流發展，迄今關於這方面知識進展甚微。
黃先生嚴格要求地下水位在3米以下，而且沒有或基本沒有砂姜。經過華北地區連年乾旱，水資源進一步緊缺，地下水位連年不斷下降呈不可遏制之趨勢，考慮到對廣大華北平原發展節水農業和旱作農業的代表性問題，我們才深刻理解了地下水常年在3米以下必然是實驗必要的先決條件。以水分為中心的農業生態研究，必須精確地確定農田蒸散及作物耗水量，旱地作物的根系伸展，最深有達到3米或更長的。排除目前尚不能精確確定的地下水的幹擾，而更基本的要求是具有對廣大缺水地區處於水分脅迫條件下的作物生產的代表性問題。基本上沒有砂姜層則排除了水分運行的「阻斷作用」(brocking action)。
2、「臨深履薄」地「精益求精」
黃先生經常舉例說明實驗條件不具備或實驗儀器方法使用不當，所取得的資料不足以反映實際情況，從而影響理論的建樹。黃先生曾多次指出農田生態系統研究中由於地下水的補給不能精確確定從而影響水量平衡計算與作物耗水量的估算。不止一次提出要求，對實驗儀器進行嚴格的calibration(標定)，數據要注意accuracy(精確性)，所建立的實驗公式要有物理基礎。
黃先生一再強調，在田間條件下取得準確的數據極不容易。在國內外，以及我們自己都有很多教訓。常常花了很多人力物力的觀測，由於儀器精度及儀器使用不當，得不到有用而可靠的結果，有時甚至導致錯誤的論斷，不但無益而且有害。告誡我們應隨時抱著「臨深履薄」的心情，「精益求精的要求」。「任何一個機構，人力物力有限，既要有周到的考慮，又要求作嚴密的試驗，那就必須在複雜的，處於辨證互相關聯的實際中有所選舍，『有所不為而後有為』，所以北京(大屯)站的工作是介乎holistic approach 與reductionistic approach 之間的。現在如此，將來也如此。」 [3]
3、構建兩類研究的橋梁
對於國內外的農業試驗，黃先生有自己的深入的分析與獨特的見解。他認為「與農業有關的試驗大體有兩類：一類尋求一項或多項措施的結果，往往只以測產考種或其他類似的資料來說明，所得的結果基本上是經驗性的。這類試驗對指導生產有很大作用，但在實際應用中有時間和地域上的局限性。我國農業試驗多缺乏精確而必要的數據，因此許多有爭議的問題都得不到明確的有說服力的答案。另一類試驗是深入某一物質體系或過程，往往會脫離自然界和許多有關因素，研究對象狹窄，因此，這類結果在實際應用中也有很大局限性。」這些認識迄今看來仍然是中肯而切入要害的。為此黃秉維先生力圖構建一種新型的農業生態系統試驗研究，對此寄予很大希望，黃先生進一步作了深刻的闡明：「農業生態系統試驗可以在這兩類試驗之間架起一道橋梁。因此，站的試驗工作以農業生態系統的理論為指導，以比較精密的田間觀測數據為基礎，深入探索農業生態系統中物質與能量的遷移、傳輸、貯存的基本規律，全面了解作物群體生長發育和產量形成同環境因素的關係。以此為基礎，進一步弄清哪些因素的作用尚未充分發揮，哪些因素限制著生產的提高，從而探討改變限制因素和充分發揮有利因素作用的途徑和措施。」
4、分析性與綜合性
黃先生特別指出，研究項目有一些是分析性的，但總體上是綜合的，其中包括一些亞系統的綜合。例如非生物性環境因素之間的綜合，非生物性與生物性環境因素的綜合，地上環境與地下環境的綜合，可改變的因素與不可改變因素的綜合，源(光合產物、養分)與尾閭(接受光合產物與養分的器官)的關係，各生長發育期之間的關係，等等。其目的是為說明性的預見提供必要的科學依據。
正由於農業生態系統試驗研究是一項綜合性很強的研究工作，應以較精密的田間測量和較堅實的理論基礎，不是一項經驗性的工作，因此，有必要也有可能把研究結果外延到區域之中，使「點」上工作同「面」上的工作緊密聯繫在一起。重溫黃秉維先生這些精闢的論述迄今仍有重要的指導意義。
5、倡導原創性與前沿性的研究
黃秉維先生要求農業生態系統的研究工作，從儀器設備到工作任務和內容「在國內帶有創先性」。這是一項當時條件下不易做到的很高的要求。
為使研究工作儘快與國際先進水平接軌，在80年代中期試驗全面展開之際，陸續邀請了國外著名學者蒙太斯(Monteith，J.L)，羅森拜格(Rosenberg，N.J)，瑞津那託(Reginato，R.J)，筑波大學教授吉野正敏(M.Yoshino)，澳大利亞科工組織大氣物理所麥克伊洛(I. Moilroy)等先後來所訪問講學。常邀請上海植物生理研究所王天鐸先生即席翻譯，聘請北京大學地球物理系陳家宜教授作站的顧問，他們參與並指導工作。
就儀器選購而言，黃先生囑曾昭順，胡朝炳和於滬寧在西頤賓館集中，擬出訂購儀器清單不受財力的限制，以後訂的這些儀器在北京(大屯)站的研究中起了較大作用，迄今仍然是很先進的傳感器。這些儀器保證了原創性與前沿性工作的開展。
審視黃秉維先生當年的這些要求，不得不使我們想起默頓(R.K.Merton)1942[5]年首次提出從事學術科學的規範，即公有性(communalism)、普遍性(universalism)、無私利性(Disinterstedness)和獨創性(Originality)；尤以獨創性倡導科學研究對未知的發現，因而迫使科學家必須有不同形式的「創造性行為」和「富含想像力」的思想。當然，創造性和批判性張力應同時存在，因而科學崇尚實踐，始終將可重複性實驗作為重要標準，以確認科學的發展和科學的理論；也憑此將科學理論與科學假說、科學猜想以及偽科學相區別。默頓的這些論述是得到許多學者的認可與引用。
顯然，黃秉維先生這些設想是經過長期深思熟慮的，研讀他的著作不難發現殫精竭慮的苦心。在竺可楨先生逝世十周年之際，黃先生充滿深情地憶起，建國以來竺老在他辦公室裡放一張桌子，常來談農業與糧食、人口，氣候與土壤保持，華北平原和黃土高原問題。在歷經舊中國農業衰微，新中國農業舉步維艱，心情是沉重的。遇到難題時竺老滿懷憂鬱，默默沉思。「為農業服務，為黃土高原、華北平原和黃河問題而工作，這是竺可楨同志對地理所以至全國地理界特別殷切的期望。在某一個意義上，這也是對我們的託付」[6]。隨後黃秉維先生反躬自問，認為在他主持地理所工作期間為農業服務方針有時候不那麼明確，有時淺嘗輒止，很難深入提高，缺少總的設想，缺少嚴格的要求。「對亂流交換輻射傳輸、多孔介質中流體運動、植物體水分流通等等基本機制懂得很少，而田間測試儀表是此一工作的難關，我對此認識也很膚淺，未作好準備，便倉促上陣」，常常處於遲疑坐困中，十年動亂猝起，便一切都中止了。使我們感受到欲為不能欲罷不忍的沉重心態。「竺可楨同志對此期望殷殷，而他生前所看到的卻是一片破瓦殘垣」。重溫黃秉維先生這些敘述，不能不使人體會到二位地理學先驅者所蘊含的公有性，普遍性和無私利性的精神，是一種令人高山仰止的地理學精神象徵。
三、水分研究的重要進展
黃秉維先生將200畝左右試驗田區分為充分溼潤、乾旱和介於其間的農民慣用水分管理方式，以保持農田下墊面較大面積的不同溼潤狀態。配以80年代水平的先進儀器進行全生育期監測，這就具備了當時十分可貴的實驗基礎條件。
從學術思想看，黃秉維先生力圖從多方面實施其探索性研究，從而從「十年動亂」一片空白中脫穎而出，步入國內外的前沿領域。現在按其學術源流試作如下的歸納：①從水量平衡理論出發，融合在發展中的SPAC理論，從水文地理方向發展與實際工作中的土水勢、根水勢、葉水勢、大氣水勢的化學勢梯度驅動理論相匯流；②深入到植物生理生態學方向，與提出已久的「上行液流」理論、「內聚力學說」相聯繫，從氣孔導度、冠層阻抗、冠層溫度、到缺水的生理生態反映即作物水分脅迫方向；從而也融匯了生態過程理論中的「接口」、「界面」理論；③從自然地理學水熱平衡方向，與國內外氣象學、微氣象學、農業氣象學所進行的傳統的近地面水汽、熱量、動量、CO2傳輸理論包括蒸發理論相結合，以相似理論、混合長理論、梯度擴散理論為表徵，形成帶有「唯象理論」(phenomendogical theory)色彩的工作[7]；④從生產潛力理論與「波文比」(Bowen ratrio)方法出發，對光合效率的能量匯入與水分耗散的同量綱化進行類比，以獲取瞬時態的水分利用效率信息；
這些理論與劉昌明[8，9]80年代中期以來從水文地理學角度提出的自然地理過程中的界面理論，「五水轉換」理論相匯合，反映在重大自然科學基金(1993-1997)[10]的工作中，從而形成了堅實的理論基礎。
(1) 微氣象學方法的引用和發展
早期的工作即引入了微氣象學理論和方法，作為農田生態研究的手段和方法[11～16]，深入研究了農田能量平衡和熱量平衡及其各分量，水汽通量及其阻抗。本文僅作概略討論。大量的工作從理論上分析研究了Penman-Monteith方法和Brown-Rosenberg方法，提出了蒸騰蒸散的估算模式，通過田間觀測資料對估算模式進行驗證和改進。盧振民等應用Penman-Monteith的阻力法模式計算大田作物的蒸騰量，提出作物需水量的新定義：「在給定生長環境條件下，作物葉片氣孔開度最大(阻力最小)時的蒸騰需水量」。並給出了Penman-Monteith模式相應的各項參數及其改進的計算公式。用作物需水量與蒸騰能力的比值來表示作物係數，以區別以往一些作物係數概念，有較好的物理和生物基礎。以冠層平均溫度代替氣孔阻力建立蒸騰新的計算方法[17]，與Penman-Monteith方法計算結果相一致。張鴻儒[3]利用Brown-Rosenberg模式研究了農田蒸散，與波文比方法相吻合，在葉面積較大時適用於估算黃淮海中北緣麥田蒸散。
(2) 氣孔行為與環境條件的聯繫
氣孔是植物與外界環境進行氣體交換的通道，氣孔擴散傳導力是衡量光合強度與蒸騰速率的參數之一。北京(大屯)站國內為最先引進氣孔導度及其阻力的研究，1984年以來進行大量研究[16～21]。進行了氣孔近軸面(adaxial)和遠軸面(abaxial)氣孔導度及分層氣孔導度測定，在適宜條件下氣孔導度在抽穗後達到最高值，氣孔導度與溫度、輻射、土壤和空氣溼度、水汽壓、風速均有密切聯繫，建立了響應曲線。推導出氣孔導度垂直分布模式。從氣孔活動研究了冬小麥「午睡」現象，認為是土壤水分虧缺而導致的氣孔關閉現象，可以通過改善土壤水分條件而消除。
(3) 農田植被與大氣間的動量、能量、物質輸送與交換
作物植被與外部大氣環境之間的湍流輸送問題是農田生態系統能量、物質輸送的重要工作內容之一。張翼等[22]用Monin-Obukhov相似理論研究了北京麥田上方湍流交換係數KH、KM的變化規律；Monin-Obukhov長度尺度L和普適函數φM、φH ，與理查森數Ri之間的關係；討論了KH、KM與Ri的關係，並得出Ri>0時，KH/KM ≤1；Ri<0時，KH/KM>1，最大為1.46。張翼等[23]從單林帶防護區中風速分布模式出發，得到網格中風速矢量的合成模式，可以計算出任何林帶特徵、任何網格面積、形狀和任意偏風角度條件下網格中風速分布和防風效應，從而影響農田水汽傳輸和土壤蒸發，當時至90年代中後期國外尚未開展同類工作。
(4) 物生態的模擬和模型研究
黃秉維先生非常重視模擬和模型的作用，在1983年10月16日一次長篇講話中，特別提到要為搞模擬和模型打好基礎，「雪梨大學英國的蒙太斯發展建立的四種類型的模式，取得較好效果。」又認為我們現在建立模型還很不成熟，需要更多的進行試驗，做深入細緻的工作，以建立子方程闡述細節，這樣才能從總體上建立模型模擬。要從站上做起，了解一天的日變化，一旬的變化，了解以數學描述概括過程和真實之間有多少區別。黃先生直接指導了楊春虹[24]研究了第一性生產力的經驗模式，穩態模式和動態模式，利用Dynamo語言模擬了冬小麥、夏玉米營養生長期乾物質增長的動態過程，考慮了光合作用、呼吸作用及同化物分配等三個生理過程，並對第一性光合生產力模擬的實用性作了討論。在全國玉米生產工作會議上作了報告。盧振民根據田間實際工作資料，導出了冬小麥根系分布函數[25]。王宏研究建立了冬小麥北界的數學模型，提出了中國冬小麥安全種植北界與可能種植北界。1993年以來在欒城站進行了土壤—作物—大氣系統水分運行綜合模擬與界面調控研究，在理論與實踐應用方面均不斷有新進展[9～11]。
(5) 農田輻射平衡(淨輻射)與熱量平衡
太陽輻射傳輸是農田生態系統研究的基礎性工作，為作物光能利用率研究的前提。項月琴、周允華、趙文廣、董顏等大量研究深入到同類研究的前沿性領域[26～29]，進行了不同水分處理條件下的輻射平衡、長波有效輻射、反射輻射的對比觀測，以及光合有效輻射、天空散射輻射和直接輻射等研究，迄今開展仍很少。由於這部分工作與水分研究直接聯繫較少，本文就不贅述了。熱量平衡各分量與輻射平衡及微氣象學方法協同進行，莫興國[10，11，29]研究了界面水汽傳輸及其阻抗，以平流—乾旱模型估算麥田潛熱和冠層蒸騰，典型農田蒸散均進行大量研究。
(6) 瞬態(transient)水分利用率與光合效率協同研究及農田CO2傳輸
於滬寧、劉萱[30，31]和北京大學地球物理系合作研製成交替翻轉差動測量二氧化碳濃度差分析系統，基本上消除了分析器短時間漂移和發展變化對零點的影響，取得了較精確可靠數據，與微氣象要素同步觀測估算群體冠層二氧化碳通量，推算群體光合作用強度與微氣象要素的關係，同時進行群體界面CO2通量研究。黃秉維先生於1978年秋指出，用葉室或同化箱法測定光合效率有許多缺陷，主要是改變了環境條件，黃先生指出用空氣動力學方法和進一步用渦度相關技術測定CO2交換比用葉室法或同化箱法更接近實際[16]。80年代中期利用Brown-Rosenberg方法估算了麥田蒸散[30～33]，用紅外分析儀測定二氧化碳濃度梯度，計算了二氧化碳通量；用蒸散量與二氧化碳通量估算了麥田瞬時水分利用率。1989至1991年連續3年通過田間釋放CO2，使冠層周圍二氧化碳濃度增加並維持在600ppmv左右，以適應將來可能的全球變暖，證明冬小麥有不同程度的增產效應[34，35]。在欒城1996年工作證明，增施有機肥與秸稈覆蓋可使高產麥田株間CO2濃度略增，有助於提高光合效率並抑制氣孔開張[10，11，34]。
(7) 作物水分脅迫機制與利用
在實驗的基礎上初步研究了作物水分脅迫的生理生態機制的若干問題[37]，水分脅迫的影響機制，判別方法及可能採取的適宜措施。從水分脅迫觀點看黃先生將200畝農田區分為基本上不受水分脅迫狀態的溼潤處理，經常水分虧缺作物周期性處於輕度和中度水分脅迫狀態的處理；以及乾旱與溼潤交替的對照處理。為進行多年大面積大量實驗觀測奠定基礎：作物氣孔的水分反應，水分虧缺的診斷，水分脅迫的判識，乾旱程度的判識，水分利用效率，體內激素的反應等均有顯著進展，形成了多項研究方向，對以後國內的研究起了啟迪作用。
王宏、於滬寧(1993)[38]進行了小麥不同生育期乾旱處理的盆栽試驗，兩年試驗趨勢大致相同，孕穗期乾旱對產量影響最大，分別比對照減產43%和50%，平均減少48%。雖然灌漿期對籽粒的減少有一定的補償作用，即以千粒重增加補償粒數之減少，但作用很有限。分析表明，水分脅迫主要通過減少籽粒數來影響產量。第二個敏感期是開花期，分別減產25%和28%，平均26.5%。起身期的乾旱減產14-18%，游離脯氨酸(proline)在受水分脅迫時可能出現大量積累。70年代曾有學者認為游離脯氨酸的積累是逆境表徵，可作為選育耐旱品種的指標。楊春虹(1987)[3]實驗發現，冬小麥葉片游離脯氨酸含量不僅在土壤水分脅迫時會發生積累，而在大氣乾旱造成短期缺水時也會發生積累。當土壤相對含水量低於62%時，游離脯氨酸是正常情況下的6倍。
(8) 溫度對作物與土壤水分和養分的影響
冠層溫度與地溫、氣溫、土壤水分有密切聯繫。1984年用AG-42型和ER-2008型紅外觀測儀確定農田冠層溫度，用ELF-4型植物水分狀況測定儀同步測定葉水勢(ΦL)。董振國等[39，40]用紅外測溫儀觀測了冬小麥、夏玉米作物層溫度。觀測結果表明，充分供水農田，冬小麥作物層溫度在一晝夜的大部分時間內比氣溫低；提出了用作物層溫度與氣溫差作為植物水分虧缺指標，可用於指導農田水分管理和灌溉。劉瑞文[14，41]研究了冬小麥葉溫和葉面積持續時間對灌漿的影響；溫度條件對土壤溶液養分濃度的影響。
(9) 水勢理論的應用
對葉水勢的實質性研究為國內較早起步的工作，儘管有諸多內部和外部因素影響葉水勢，但土壤水分則是影響葉水勢變化的基本因素，許多學者主張用葉水勢指示土壤水分虧缺，並歸結為兩種方法，一是測定黎明前的葉水勢，二是建立葉水勢與環境因素的數學模型。但實測發現，利用黎明前葉水勢有兩個問題，黎明前有露水時的葉水勢遠遠高於無露水時的值，而大多數天氣條件下均有露水。另一個問題是黎明前的葉水勢亦隨發育期而下降，要進行趨勢判別[15] 。
王宏[15]建立了土壤溼潤條件下葉水勢與環境條件的經驗關係式，影響較大的依次為生育期，光量(以光量子通量密度表示)和空氣飽和差(VPD)，考慮到因素間的交互作用而建立的回歸方程取得了良好的擬合效果。根據(1984-1987)連續4年5個不同水分水平的處理觀測，葉水勢的差ΔΦL與根區的相對含水量有密切的關係，可作為根區土壤水分虧缺判別指標。此後在欒城站又做了大量工作[10，11]，土—氣界面的水分傳輸與土壤水分運動的水勢驅動及界面調控取得進展。
(10) 土壤—作物—大氣系統水流動態模擬與數學模式
早期工作主要收錄於《作物與水分關係》專著[15]，在SPAC模型中考慮以蒸騰項及根系吸水項，對氣孔阻力及冠層總阻力也通過實驗觀測建立了數學模型，可用於一般水流運動模擬。劉萱、於滬寧對葉片氣孔對環境因子的響應與植物體水分平衡進行了現象模擬，這些僅是起步性的工作。90年代以來進行了系統性的工作，對界面過程進行模擬，建立了多個模型，對華北平原發展節水農業起了重要的促進作用[10，11]。
黃秉維先生對類似SPAC有關內容的論述，可以追溯到上個世紀60年代初就提出的「研究植物及其地上與地下部分所能達到的大氣圈與巖石圈所組成的物質體系，並稱之為『作用層』而不規定其上下限，綜合研究這些物質能量轉換過程，以及交換過程的條件、因素強度和結果」[36]。聯繫到他所提出的熱水平衡在地理環境中的作用問題，其視野的寬闊與內涵的深刻，無疑領先於當時philip所提出的SPAC理論。
四.殷切的期望
黃秉維先生曾擔心農業生態系統研究的綜合性工作難以開展，深知綜合的難度其實很大，1986年在給孫鴻烈副院長的信中寫道：「杜潤生同志上半年對我說，現在農業試驗工作都太粗疏。一有爭論，都站不住腳。現在許多綜合性工作，可以說基本是comprehensive(混合的)和multidisciplinary(多學科的)，而不是integrative(綜合的)和interdisciplinary(多學科交叉的)」[1]。多次提出搞綜合相當難，但仍要為之努力。
1990年以來，黃秉維先生又多次說到一些作物與水分研究中一些重要性機制問題沒有進展。1995年9月3日黃先生在一系列講話中談到「現在作物耗水量測不準，植物為什麼耗那麼多水，問題沒有解決，作物耗水量從60代到現在沒有解決，有幾個原因。……很多陰地植物蒸騰很小，長得很好，沒有一個數據清楚說明植物多少水帶多少養份。」又說，「現在沒有個道理說明少澆些水蒸發也可以維持，……這個問題Monteith最初從植物搞蒸騰，後來Penmam和Monteith從氣象搞，後來從土壤水分搞，還是植物本身的問題沒有解決。假設沒有水，400卡的熱量平衡，植物一下子就燒死了。但是在沙漠裡，植物氣孔關起來根本不開，也沒有燒死，搞來搞去，60年到現在，這些方面還沒有進步。」約在1996年黃先生又一次說：作物散熱需要多少水分？維持膨壓需要多少水分？負載養分需要多少水分，即多少水分可發負載作物所需要的養分？這些問題都不清楚，都需要加以深入研究。並認為這些過程都不需要這麼多水分，其中許多個環節是可以調控以節約水分提高水分利用率的[34]。這些啟發性理論觸及了光能與水分利用的實質性問題，其機制的闡發必將對華北平原節水農業、旱作農業有根本性的指導意義。其實陳世慶、陳同斌等[12，13，14]等對於土壤溶液的研究，其實質就是闡明水分載養分的問題。
自欒城聯合站開展工作以來，黃秉維先生於1993年和1996年兩次到站檢查並指導工作，對以水分為中心的農業生態研究有許多寶貴的指示。對華北水資源形勢嚴峻尤為關切，在劉昌明先生主持的《華北平原節水農業應用基礎研究》一書的序言[9]中寫道：「華北平原是中國的心腹之區，農業生產在全國亦居於舉足輕重的地位。目前水資源什九用於農業，已深感捉襟見肘，挹注技窮，將來其他產業與城市需水日益增多，對農產品的要求逐年增大，農業用水困難重重。不能臨渴掘井，必須及早綢繆。」……對於課題的評價黃先生寫道：「可以肯定其中好些與節水增產有關的科學概念與知識單元，需要及時進一步地工作，構築通向應用目標的橋梁。」可見黃先生語重心長的殷切囑託深感任重而道遠。
自上世紀90年代以來，黃先生常出入於醫院，纏綿於病塌，當體力稍有恢復時便研讀不綴，思索有關國計民生的科學問題。常說自己已到了風燭殘年，研究工作要依靠年青人，然而我們總是「大計賴先生支撐」。2000年3月24日找黃先生商量聯合站之事，黃先生全神貫注地聽取了劉昌明關於聯合站工作近期情況的匯報，同意以自己的名義起草一個幾百字的信交劉紀遠所長，希望給一個以水分研究為主題的創新課題給聯合站，以及人事和體制的安排意見，同意建議開個碰頭會他作個發言。4月初與6月中旬又詢問此事有無進展。10月4日我們和於強同去醫院看望黃先生時已不宜再討論問題了，再也無法聆聽先生已有所準備的發言了。然而我們仍然希望他早日病癒，如國外學者企盼一些德高望重年邁的學術大師「The creakimg door hangs the longest on hinges」(英諺：扉雖危卻長不倒)，不料先生竟痾沉不起。值此黃秉維先生90周年誕辰之際，特撰此文以志不盡的追思與懷念。
參 考 文 獻
1.於滬寧，黃秉維農業地理學思想研究，《自然地理綜合研究——黃秉維學術思想探討》氣象出版社，65—75，1993.
2.黃秉維，中國科學院需要建立一個農業生態試驗場所，《自然地理工作六十年——黃秉維文集》(鄭度主編)，科學出版社，284—289，1993.
3.牛文元、周允華、張翼等，農田生態系統能量物質交換，氣象出版社，1987.
4.於滬寧、陳同斌、楊春虹，為了中國農業之崛起，生態農業研究，Vol.1 Nol，83—90，1993.
5.R.K.Merton.The sociology of science,Chicago ：Unirersity of Chicago.Press,1973.
6.黃秉維，竺可楨同志與農業地理研究，特別是華北農業地理研究(原文載於《地理學報》第39卷第1期，1984)，黃秉維文集，科學出版社，390—396，1993.
7.於滬寧，農業氣象學的前沿性問題，生態農業研究，Vol.8.No3，5—8,2000.
8.劉昌明，自然地理界面過程及水文界面分析，《自然地理綜合研究——黃秉維學術思想探討》，氣象出版社，19—28，1993.
9.劉昌明，土壤—植物—大氣系統水分運行界面過程研究，地理學報，52(4)，366—372，1997..
10.劉昌明、於滬寧，土壤—作物—大氣系統水分運動實驗研究，氣象出版社，1997.
11.劉昌明、王會肖等，土壤—作物—大氣界面水分過程與節水調控，科學出版社，1999.
12.項月琴、於滬寧等，北京農業生態系統試驗站研究進展，《自然地理綜合研究——黃秉維學術思想探討》，氣象出版社，39—50，1993.
13.中國科學院北京農業生態系統試驗站，農業生態環境研究，氣象出版社，1989.
14.中國科學院北京農業生態系統試驗站，農田作物環境實驗研究，氣象出版社，1990.
15.中國科學院《農作物耗水量》課題組(謝賢群、於滬寧主編)，作物與水分關係研究，中國科學技術出版社，1992.
16.董振國、於滬寧，農田生態環境，北京農業科技出版社，1994.
17.盧振民，估算田間水分蒸騰的新模式，水利學報，第5期，43—45，1988.
18.劉萱、於滬寧，麥田氣孔導度的分層研究，植物學報，32(5)，390—396，1990.
19.王宏、楊春虹，農田小麥在土壤溼潤條件下的氣孔活動，生態學報，4(6)，330—337，1986.
20.盧振民，土壤水分含量對冬小麥氣孔開度的影響，植物學報，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.張翼，近地面穩定大氣層中通量一廓線模式的適用性，科學通報，(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.楊春虹，第一性光合生產力的數學模型，《現代生態學透視》(馬世駿、牛文元主編)，科學出版社，291—259，1990.
25.盧振民，冬小麥根系各種參數垂直分布的實驗研究，應用生態學報，2(2)，127—133，1991.
26.周允華、項月琴，太陽輻射光量子通量的氣候學計算方法，地理學報，42(2)，116—128，1987.
27.左大康、周允華、項月琴等，地球表層輻射研究，科學出版社，1991.
28.莫興國、劉蘇峽，麥田能量轉化和水分傳輸特徵，地理學報，54(1)，37—44，1997.
29.莫興國，冠層表面阻力與環境因子系統模型及其在蒸發估算中的應用，地理研究，16(2)，81—88，1997.
30.於滬寧、劉萱，麥田CO2通量密度和水分利用效率研究，中國農業氣象，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、於滬寧、劉蘇峽，冬小麥水分利用效率及其環境影響因素分析，地理學報，52(6)，551—560，1997.
33.楊曉光、於滬寧，農田生態系統二氧化碳通量與群體水分利用率研究，地理科學進展，17(4)，16—24，1998.
34.於滬寧、王樹森、劉萱等，農田二氧化碳濃度倍增對作物產量影響的實驗研究，《氣候變化對中國農業的影響》，(鄧根雲、於滬寧等主編)，北京科學技術出版社，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.於滬寧，農業生態系統的水熱耗散過程與節水調控，地理科學進展，19(1)，1-8，2000.
37.於滬寧，作物水分脅迫反應機制及其在節水農業研究中的應用，《節水農業應用基礎研究進展》，中國農業出版社，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.董振國，作物冠層溫度與土壤水分的關係，科學通報，8，608—610，1986.
40.董振國，農田作物層溫度初步研究—以冬小麥夏玉米為例，生態學報，4(2)141—148，1984.
41.劉瑞文、陳世慶、董振國、魯全國，溫度條件對麥田土壤溶液養分濃度的影響，生態學報，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