農業的起源
正是尋求各種可食植物的努力，促使人類逐漸獲得了對各種可食植物和許多不可食植物的種種經驗和知識，慢慢地，隨著人類植物學知識的不斷積累，原始的農業誕生了。
人們普遍認為，原始農業起源於新石器時代，距今不過1萬年的曆史。從人類的整個曆史來看，1萬年前已經是距現代很近的事了。
人們當初是怎樣開始馴化野生植物、學會栽培的呢?由於遺留下來的古代資料比較少，我們現在了解的還很不夠，根據已有資料顯示，原始人類進行植物馴化活動主要是從采集食用種子(包括植物的根莖等)開始的。在我國新石器時代的仰韶文化——西安半坡遺址中，還保存著原始的氏族社會采集經濟的痕跡——人們在他們的居室內發現了陶罐盛裝的粟粒，並且還有窖藏的粟堆。這清楚地證明，遠在6000年以前，我們祖先的生活便離不開穀物了。
應該承認，人們通過播種和栽培植物來保證獲得大量食物，是一項非常了不起的發明。在這以前，男人們四出去捕魚打獵，以作為人們食物的來源。但是，僅僅靠漁獵獲得食物並不是那麽可靠的，為了不餓肚子，女人們就在居住點附近尋找一些可以充饑的東西作為補充。她們從草叢中搜集種子，從樹上采集果實，還從土壤裏挖掘可以吃的根、塊莖和球莖等。有的時候，人們無意中掉在地上或者因吃不完而埋藏在土裏的植物種子竟然發了芽，並在那裏生長起來。後來，人們終於認識到：如果把種子撒到土壤裏，植物就能夠發芽生長，還會產生更多的種子，這樣就可以不必費很多時間跑很遠的路去采集了。
經過了無數代人的觀察和探索，人類關於植物種植的知識終於積累到了一個新的水平。大約在1萬多年以前，人們便開始有意將一些植物的種子播撒在土壤裏，讓它們生長、開花、結果。人們發現，運用這種方法比到處尋找采集既方便、又可靠，於是就產生了“原始種植技術”。到新石器時代，人們終於將一些可供食用的野生植物，逐步馴化培育成為更符合人類要求的栽培植物，使野草慢慢變成了人們需要的作物，原始農業終於走上了曆史的舞台。
原始的農業被稱為“刀耕火種農業”，因為那時候人們賴以生產的工具主要是石器和火。人們用簡陋的石斧之類的原始工具將樹叢砍倒，把枝葉丟棄在地上曬幹以後，連同地麵的野草一並燒掉，然後在地麵上撒上植物種子，或者用石鋤、削尖的木棒之類的工具在地上挖坑播種，任其生長。作物成熟後，人們用石鐮或蚌鐮等工具割下穀穗，再用石磨或石碾加工成可口的食物。後來，人們又逐漸學會了製造和使用石耜和石犁等農具，並認識到經過人為耕鋤的土地會明顯改善作物的生長，增加收成，於是，原始農業就發展成為“耕鋤農業”。
在植物中，最早受人們青睞的是一些籽粒好吃又容易保存的禾穀類植物的種子，其中粟就是最早被原始人類馴化的栽培植物之一，在河北省武安縣磁山遺址上，考古學家發現了距今已經有7000多年的粟粒，除此之外，我國的考古學家還在江蘇、江西、湖北、廣東，安徽、河南、雲南等地發現了碳化的稻穀，其年代距今都在4000～7000年之間。類似的發現在國外也有很多報道，可見，在六七千年以前，當時的人們對於這些禾穀類植物已經是非常熟悉了。
那麽，是不是這些植物一開始就是非常適宜於種植呢?並不是。古人早就注意到了這樣一種現象：植物的開花結實期和種子成熟期是不一致的，有些種子還要通過休眠才能夠發芽，而且種子發芽也都不是很整齊的，這就是野生植物的“野性”。野生植物的這種“野性”是長期適應自然的進化的結果，是野生植物爭取在自然界中生存的法寶，但是對於植物栽培來說，這些性狀就不符合人們的要求了，於是，我們的祖先就對它們進行了改造。
通過人工選擇和栽培，人們使植物對人類有利的性狀逐漸突出，而不受歡迎的性狀逐漸消失，使野生植物逐漸向著有益於人類的方向發展。其實，原始人類所種植的栽培植物與現在我們所種植的同類植物許多方麵已經大不相同，有的甚至“麵目全非”了，當我們吃著碩大、甜美的梨或蘋果時，你肯定不會相信它們的祖先僅僅是一些又酸又澀、既硬且小的果實；而現在播種後發芽整齊、種子成熟一致、非常便於人們收獲和栽培管理的禾穀類，其祖先不過是一些果穗脆弱、籽粒成熟期不一致、成熟後又很容易散落的“雜草”罷了；豆類的野生祖先，其莢果成熟後幾乎全部自行裂開，把種子全部散播掉了，根本無法大麵積收集；我國的芍藥、牡丹富麗華貴，其中牡丹又被我們定為“國花”，而在很早以前，它們的祖先卻是很不中看的；還有，菜豆的祖先富含有劇毒的氰化物，這樣才會免得它具有高蛋白的種子給動物們吃掉，因此人們在馴化時就選擇了含這類有毒物質少的品種；與此相反，原始的煙草本來隻在幼葉中含有煙堿，人們因為需要，選擇就偏重於提高其煙堿含量，並使其葉子在整個生長期中都含有這種生物堿……
再譬如，番茄又叫西紅柿，是現今人們非常喜愛的蔬菜之一。番茄原產於南美洲安第斯山區的北部，隨著新大陸的發現，被西班牙殖民者帶到了歐洲。當年，首次見到這種植物的希臘人說它是“狐狸吃的桃子”，英國人懷疑吃了它會得絕症，更有不少人認為它有毒，所以都不敢嚐試去吃。說實話，如果我們看到番茄當年的外貌，也不會對它有多大興趣的。因為它的枝葉有一種難聞的氣味，果實也很小，又有棱角，而且種籽還很多。但是，經過了人們的長期培育以後，番茄的果實由小變大，外形由多角變為圓形，果肉變厚，種籽也變少了，逐漸就變成了我們現在所見到的樣子。誰會想到，當年如此“醜陋”的番茄，居然會有朝一日風靡全世界，成為人們喜歡的日常蔬菜呢!
這些變化說起來似乎很容易，但卻是我們的祖先付出了多少勞動、流出了多少汗水、又曆經了多少代人的努力才得到的。
現今，世界上許多主要的農作物，如小麥、大麥、水稻、玉米、甘蔗、亞麻、棉花和多種蔬菜、豆類等等，都是在很早很早以前的原始社會就被人們所種植了。現在，人類賴以生存的栽培植物共約2000種(不包括觀賞植物)，這些栽培植物在1萬多年以前並不存在於自然界中，可見，在利用野生植物方麵，我們的祖先付出了多少難以數計的艱辛，顯示了多麽不可思議的智慧，給我們留下了多麽豐富而寶貴的遺產！
陸地上最早的植物
大家知道，地球上最早的生命是在海洋裏，後來逐漸“爬”上了陸地，陸地上才有了植物。可是，哪一種植物最先登上陸地的呢?一涉及到這個具體問題，分歧就大了。
有人認為最先登陸的是裸蕨類植物，其理由是這種植物有維管束，它可以把水分輸送到植物體的各個部位，供葉片進行光合作用和蒸騰作用。它們把有無維管束作為判斷是不是陸地植物的標準。持這種觀點的科學家認為，自從裸蕨出世500萬年以後，便朝著兩個方向發展：一類是工蕨屬挺水植物，在長期進化過程中，把光禿無葉的枝莖表麵細胞突出體外，像突起的鱗片，逐漸變成小型葉的公類植物和楔葉類植物；另一類是萊尼屬植物是生長在沼澤地中的半陸生植物，逐漸朝著大葉型方向演化，最後形成真蕨類植物和種子植物。
有人認為最早的陸生植物應該是苔蘚。持這種觀點的人認為，因為陸地上最早的植物比較原始，不一定非有維管束不可。盡管苔蘚類植物的體內結構比較簡單，輸導組織不發育或不甚發育，但是，植物界從苔蘚開始已出現頸卵器與**器，這是一種保護生殖細胞的複雜的有性**，尤其是在頸卵器中能發育成幼態植物——胚，胚才是陸生植物特有的象征。
有人認為最早登陸的植物是藻類。持這種觀點的人著眼於植物的光合作用。科學家們從藻類中已經發現葉綠素、岩藻黃素、藻紅素和藻藍素等多種光合色素，其中綠藻門類植物所含的色素種類及組成比例與陸地植物的光合色素比較一致，而且細胞內的貯藏物質也都是澱粉。由此推論，最先登陸的植物應該是綠藻門類。
以上種種假說，還都有不能自圓其說的地方，要想揭開先登陸植物之謎，還需要有力的證據。
植物與光合作用
綠色植物要生存，要繁衍，就必須進行新陳代謝，而要進行新陳代謝就必須利用能量，這個能量就是從自然界中最常見的、最普遍的太陽光中獲得的。植物正是利用陽光提供的能量，來完成自然界中最偉大的合成作用——光合作用。
事實上，由於經過長期對生存環境的適應和進化，不同的植物對光的要求也不同。有很多植物隻有在較強的光照下才能健壯生長，在陰暗的地方則會發育不良、生長緩慢，這類植物人們叫做陽生植物。我們所見到的許多高大喬木都是陽生植物，例如鬆、杉、楊、柳、樺、槐等。它們為了獲得充足的陽光照射，都努力向空中伸展身姿，接受陽光的洗禮。此外，一般的農作物也都是陽生植物，例如我國北方農民普遍種植的小麥、玉米、棉花等等。陽生植物大多生長在空曠的地方，它們的枝葉一般較疏鬆，透光性比較好；植株的開花結實率也比較高，生長快。還有，陽生植物的葉片質地較厚，葉麵往往有角質層或蠟質層用來反射光線，以避免特強光線的損傷。它們的氣孔通常小而密集，葉綠體個頭小，但是數量很多。尤其有趣的是，陽生植物葉部的葉綠體在細胞中的位置是可以改變的!當光照過於強烈時，葉綠體就會排列在光線射來的平行方向，以減少強光的傷害；當光照較弱時，葉綠體的排列又可以與光線射來的方向成直角，以增強照射在葉綠體上的光照強度，進行有效的光合作用。你看，小小的綠色的葉子也有著自己生存的智慧呢!
還有一些植物則喜歡生長在光線較弱的地方，它們在弱光下反而比在強光下生長發育得更好，對應於陽生植物，這樣的植物就被人們叫做陰生植物。森林中高大樹木下生長的許多草本植物、蕨類植物、藥用植物以及山毛櫸、紅豆杉等等，都是陰生植物。當然，稱它們為陰生植物，並不是說這類植物對光照的要求越弱越好，它們對弱光的要求也是有一個最低限度的。如果光照低於這個限度，這類植物也不會進行正常的生長和發育，所以陰生植物要求較弱的光照強度也僅僅是相對陽生植物而言的。陰生植物的葉片大都比較平展，葉的上部接收的陽光比較多，葉子上麵的顏色較深。陰生植物的葉鑲嵌現象特別明顯，葉柄有長有短，葉形有大有小，每一片葉子都能充分利用空間，以便更充分地利用陽光。對於這些植物而言，如果光照過強，就會出現植株生長緩慢、葉片變黃、嚴重時葉子甚至會出現“灼斑”，影響這類植物的生存。因此，在引種這類陰生植物時，如果環境光照較強，就必須采取遮蔽措施來減少植物受到的光照，保護植物順利生長。
光照對植物的開花也有很重要的影響。科學家們認為，日照強度對植物的開花有決定性的影響。有些植物開花需要較長時間的日照，這樣的植物叫做長日照植物，例如作物中的冬小麥、大麥、菠菜、油菜、甜菜、蘿卜等；有些植物需要較短的日照長度才會開花，這樣的植物類型叫做短日照植物，常見的這類植物有蒼耳、牽牛、水稻、大豆、玉米、煙草等。
利用光對植物開花作用的機理，園藝師們就可以通過人為的延長或縮短日照時間，促使植物在我們需要的時間開花。舉一個簡單的小例子：大家經常見到的植物**是一種典型的短日照植物，一般都是在秋季才開花的。現在，人們經過人工處理(遮光成短日照)，在六七月份也可以讓**開出鮮豔的花朵來!如果人為的延長光照，還可以使花期延後，讓我們在寒冷的春節欣賞到剛剛盛開的美麗的**呢!
植物為何開花
在綠色帝國裏，花總是不可缺少的，有的開在春天，有的開在夏天，有的開在秋天，甚至有的還開在冬天。花兒點綴著草原，點綴著生活，給人們帶來希望與歡樂。世界上如果沒有花朵，那該是多麽單調啊!花對人類、對自然是這麽重要，因此，多少年來人們就試圖解開花兒開放之謎，可時至今日，植物開花問題，仍給人們留下了種種謎團。
當人們把探索的目光投向植物開花時，發現它的機理極為複雜，隻好認為植物內部有一種“特殊物質”支配著花的開放。這一說法是德國植物學家薩克斯於1808年提出來的。但“特殊物質”是什麽東西，留給人們的仍是問號。無論薩克斯本人，還是其他科學家，都為尋找這種“特殊物質”付出了艱辛，可結果所獲無幾。
科學家們沒有找到“特殊物質”，卻發現環境的微妙變化，對植物的開花起到了一定的作用。比如人們發現，當森林裏發生火災時，濃煙會喚醒沉睡的風梨，促進了花的開放。更奇怪的是，有人把風梨平放起來，就是在不開花的季節，它也會開出花來。再比如人們常見的鼠尾草，在充足的陽光下反而不易開花，如果幾天連續對它進行黑暗處理後，卻加速了花的開放。還有些植物，把其葉子全部摘去後，反而能很快開出花來。這些現象說明，植物從形成花芽到開出花來，並不是由植物內部的“特殊物質”決定的，而是取決於周圍環境。
不過科學家們還是願意從陽光上找開花的原因。1930年，德國植物學家克列勃斯通過實驗，證明給植物創造某些條件可使它開花。他曾經做過這樣的實驗：把一種香連絨草放在很弱的光照下，栽培幾年，開始它隻是不停地生長，可就是不開花。後來，把它放到陽光充足的地方，竟然很快開了花。他又用其他植物做實驗，也取得了同樣的結果。經研究認為，光之所以能促進植物開花，是因為植物可以通過光合作用，促使體內不斷積累碳水化合物。但克列勃斯經研究發現還不完全是這樣，還與植物細胞內糖氮的比例有關。當細胞內糖的比例比氮多時，花就容易開放，如果氮少糖多，花就不易形成。這就是克列勃斯提出的著名的糖氮比例學說。
盡管克列勃斯的學說得到了許多讀者的擁護和高度評價，可經過深入實驗和研究，發現有些植物並不都喜歡陽光，比如有一種名叫“馬裏蘭巨象”的煙草，它跟一般煙草不一樣，花並不在夏末開，從夏到秋，隻長葉，不開花。當把它栽到花盆裏，放到溫室後，竟然在秋冬季節開了花。在1920年發現這一現象的兩位美國植物學家加納爾和阿拉德，經過分析研究，估計白晝的長短是這種煙草開花的決定因素。為驗證這種想法是否正確，他們在煙草地裏建造了一座小木房，在白晝最長的7月間，每天下午4點就把它搬進屋內，第2天上午9點再搬出去。就這樣幾個星期以後，這種煙草終於在夏天開了花。這件事使人們發現，不同植物的開花，對日照長短的要求也不一樣。
日照的長短對植物的開花是怎樣產生作用的?德國的兩位植物學家保斯維克和漢特立克從1959年開始，專門就這一問題進行了研究、經研究發現，原來是植物體內有一種叫“光敏素”的東西在起作用。這種色素對光特別敏感，當它吸收紅光之後便會發生結構變化，就像計時器一樣，讓花兒什麽時候開放就什麽時候開放。但光敏素到底是什麽東西，人們一直也沒有搞清。
因為光敏素這一假說還有不能達到令人信服滿意的地方，所以，前蘇聯科學家柴拉軒又提出了“開花素”的假說，他曾做過這樣一個實驗，他把5株蒼耳嫁接在一起，隻要有一片葉子得到正確的光周期處理，它們就全都開了花。這說明受到處理的葉子產生某種開花刺激物，這種物質可以通過嫁接傳遞到沒有被處理的4株蒼耳中，這4株蒼耳也就開了花。柴拉軒把這種開花刺激物叫“開花素”。那麽開花素是不是就是前麵提到的光敏素呢?不是的。但科學家們認為二者有密切關係，是光敏素接受到正確的光處理以後，便像開關一樣觸發了開花素的合成，導致了鮮花盛開。
可有些科學家又從其他途徑找到了植物開花的秘密。前蘇聯植物學家柯洛米耶茨認為，植物開花與植物體內細胞液的濃度有關。一般的蘋果樹苗在自然環境下，要3～4年才能開花結果，可這位科學家能讓蘋果樹在一年內開花，他是經過多次實驗之後才得出這一結果的。他在果樹枝條生長快要停止之前的夏秋季節，進行大量施肥，大大提高了植物細胞液的濃度，就會導致蘋果樹開花，如果施肥的時間過早或過遲，都不會促進開花。
科學家們通過研究發現，人們可以用藥物來調節植物的開花。幾年前，中國科學院植物研究所的陸文梁等人以風信子花瓣為外植體進行培養，當培養莖中附加玉米素時，能直接誘導發生花芽，並在瓶中的培養物上直接開出鮮豔的花朵。若附加其他植物生長調節劑，就不會形成花芽。
看來，人們對植物開花的研究，從必然王國向自由王國邁進。但在前進的道路上，植物開花仍有許多謎團等待著人們去破譯。
淺談畝產量
俗話說：“民以食為天。”這“食”主要來源於稻、麥等糧食作物。所以糧食作物的畝產量，曆來都是人們普遍關注的熱點問題。
實踐證明，要進一步提高糧食的畝產量，最有潛力的是怎樣充分利用太陽光能。因為，太陽光能是自然界取之不盡、用之不竭的最豐富的能源。
近半個世紀以來，隨著人們對作物光合作用的深入研究，現已知道農作物產量的幹物質大約有90%～95%是通過光合作用形成的，而通過土壤吸收的各種營養物質所構成的幹物質隻占50%～10%。因此，如何提高作物對太陽光能和二氧化碳的利用率，就成為提高作物單產最突出的研究課題。
據測算，畝產269.5千克的小麥，在生長過程中需要消耗184×1011焦耳的太陽光能(隻限於0.3～3微米波長範圍內)，15噸二氧化碳，300噸水。水稻和玉米大體上也接近這個數值。
令人遺憾的是，目前農作物在整個生長期間對太陽光能的利用率還很低，水稻為0.93％～1.43％，玉米為0.95％～2.18％，大豆僅為0.58％～0.86％。
當然，我們應該相信科學的力量。隨著作物高光效育種、品質育種以及基因工程育種的發展，科學家完全有可能把光能利用率普遍提高到1.5％～2.0％以上，這樣，農作物的單產自然就會成倍地增長了。
在通常情況下，如果單季稻在生長季節對太陽輻射能總量按稻田光能利用率5％計算，那麽，每畝幹穀最高產量可達1250千克。在長江下遊和華南廣大稻區，如果水稻對光能利用率提高到1％，那麽，單季稻畝產幹穀可達700千克；如果光能利用率提高到3.1％，畝產幹穀可達到1400千克；如果進一步提高到4.6％，畝產幹穀就可達到2800千克。若以廣州地區太陽輻射能平均值來推算，全年三季稻連作，每畝稻田最高產量可達到3807千克。
這是多麽誘人的前景啊!科學家正在奮力拚搏，相信一定會實現這個目標。
一些作物在同一塊地上連作會減產
我們知道，水稻、甘蔗、麥類、大豆、南瓜、胡蘿卜、煙草等作物，在同一塊地上連年種植，是不會出現生長發育不良和減產的。但是，番茄、茄子、西瓜、豌豆、蠶豆、花生、木薯以及無花果等作物，在同一塊地上連作，就往往會生長不良，或者發生病害而減產。
為什麽會出現這種情況呢?
同一種作物在同一塊地上連作造成減產的原因是多種多樣的，目前已知的有下列幾個原因：
連作會使土壤中養分缺乏。土壤中的氮、磷、鉀、鈣、鎂等各種養分和微量元素的含量是有限的，而同一種作物對土壤各種養分的需求是比較固定的，因此在同一塊地上連作同一種作物，就必然會使這種作物所必需的養分逐漸在土壤中減少，以至消失，造成這種作物的生長發育不良。例如，芋頭在同一塊地上連作，土壤中的石灰質含量就會減少一半，從而使芋頭減產。
積累在土壤中的前作根係分泌物，影響後作生長。一般作物在生長過程中，除由根係的呼吸作用放出二氧化碳外，還分泌出各種如酒石酸、肉桂酸、檸檬酸等有機酸和各種酶類。前作留在土壤中的這些物質，對第二作的根係有毒害作用，從而使作物生長發育不良而減產。
前作遺留物的影響。有人做過這樣的試驗，將同一種作物的根、莖、葉、花的浸出液，分別澆灌同一種作物的幼苗，結果對幼苗是有影響的。因此前作遺留在土壤中的根、莖、葉、花等的殘體，也和根係分泌物一樣，會影響第二作的生長發育。這一情況，在桃樹和豌豆的連作中比較明顯。
病毒和微生物的影響。前作患病收獲後，一些致病的病原菌會留存在土壤裏，第二作幼苗就會得病，如番茄、茄子、豌豆和花生的青枯病等。其中花生青枯病最為顯著，同一塊地上連作花生，必然出現青枯病，嚴重的會全部死亡。
上述原因有的是單個起減產作用，有的是多個綜合作用。因此，這些作物在減產時首先要弄清楚原因，然後采取相應的措施。
目前解決連作減產的措施，最有效的辦法是：改連作為輪作；增施肥料；噴施藥劑，以毒殺土壤中殘留的病原菌；果林則采用換土或給土壤消毒。
水泵
在公元前1世紀末葉，古希臘數學家兼工匠特斯比亞發明了最古老的水泵，它是用一個柱塞在圓筒裏往複運動來抽水，這可以說是今天活塞泵的原形。幾乎與其同時，公元前200年的古希臘著名科學家阿基米德發明了一種“螺旋汲水器”，它利用螺杆來提水，其原理與今天的螺旋泵相同。
公元前100年左右，古羅馬的建築家畢多斯發明了一種揚水泵，泵內有兩個青銅做的缸，缸內的活塞可上下運動，將水抽上來。在羅馬時代，由於水利工程非常發達，因而產生了許多不同類型的抽水機械。
公元5世紀，葡萄牙人製造出木質兩葉片泵，這是近代離心泵的雛形。到了15世紀意大利文藝複興時期，藝術、科學巨匠達·芬奇設計了與畢多斯原理相同的活塞泵。16世紀以後，人們開始在生產中使用活塞泵，新的抽水揚水裝置不斷湧現。
1581年，英國的貝塔·莫裏斯建造的抽水設施利用泰晤士河水流帶動水車轉動，再以水車為動力帶動活塞泵抽水。這是最早用水力驅動的水泵，也是世界上最早的大型抽水站，它為倫敦市輸送自來水。1588年，意大利的拉梅裏也設計了與莫裏斯相同原理的抽水裝置。這以後，歐洲許多城市都用水泵輸送自來水。
18世紀末，蒸汽機誕生後，逐步被用作水泵的動力。英國的蘇梅塞特侯爵從1682年開始進行蒸氣泵研究，1633年他獲得八項蒸汽泵的專利。此後，美國的溫辛頓於1859年，又製造出性能更好，用他的名字命名的“溫辛頓活塞泵”。
在水泵的發展過程中，人們逐漸發現，在水泵的內部抽水方式上，旋轉運動與往複運動相比，前者的結構更簡單，對外來動力的利用也更方便。所以進入18世紀後，旋轉結構的水泵發展得比活塞更快，應用得也更廣。
18世紀初，法國製成了第一台蝸殼葉片泵。1818年，美國發明了一種利用離心葉片的簡易離心泵。在此基礎上，麥卡錫於1830年製造出了性能更好的離心泵，曾在當時的紐約大量使用。在19世紀中葉，又誕生了多極葉片泵和扭曲葉片泵，這使水泵的工作效率和揚水高度都有了很大提高。從這以後，對泵的研究更加深入，又有了渦輪泵。
到近代，汽油機、柴油機和電力的發明，又為水泵提供了更強大、更可靠和更靈活的動力，使水泵的使用範圍大大擴展。在中世紀及其以前的年代裏，水泵主要是為上流社會提供自來水。到了17、18世紀，水泵的服務對象擴大到了城市平民和工廠、礦山。而水泵真正成為普通農田排灌機械，則是在19乃至20世紀以後的事。有了水泵，就可以大量利用豐富的地下水，就可以引水上山。在現代農田灌溉排澇中，水泵扮演著十分重要的角色。
節水灌溉
渠道防滲和平整土地是節約用水的基礎。
通過各種渠道將灌溉水引入田間，是實現地麵灌溉的一個重要環節。但在渠道輸水過程中，通過渠側、渠底的各種漏洞、裂隙所滲漏而損失掉的水量極為嚴重。如上文所述，有50％～80％的灌溉水在引入田間之前就滲漏損失掉了。
渠道防滲技術就是防止灌溉水在渠道滲漏損失所采取的措施，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、瀝青、塑料薄膜等防滲材料，修建渠道防滲層及其保護層等，是防止渠道滲漏最根本的技術措施。按其特點可以分為三大類，即：在渠**加做防滲層(襯砌護麵)，改變渠係土壤的滲漏性能和新的防滲渠槽結構形式。
平整土地是保證灌水質量，提高灌水勞動生產率，節約灌溉用水的一項重要措施。平整土地涉及到山、水、田、林、路、渠、井、村等各個方麵的安排，必須適應農田基本建設規劃的要求。畦灌要求的地麵坡度以0.001～0.003為宜，最大不宜超過0.01；溝灌要求地麵坡度以0.003～0.008為宜，最大不宜超過0.02。田塊內的橫方向，一般要水平沒有坡度。平整土地時應盡量保留表土，通常挖方處應保留表土厚度20～30厘米。
在美國，低壓管道灌溉技術被認為是節水最有效、投資最節省的一種灌水技術。在加利福尼亞的圖爾洛克灌區，早在20世紀20年代就開始用混凝土管道代替明渠輸水。自60年代開始廣泛推廣管道化輸水，現在美國近一半大型灌區已實現了管道化。
節水灌溉製度是指在一定的氣候、土壤和農業技術條件下，為了促進農作物獲得高產、穩產及節約用水而製訂的適時、適量灌水的具體方案。其內容包括農作物生長期內(含播種前)的灌水次數、灌水時間、灌水定額和灌溉定額。製訂節水灌溉製度的核心問題，是確定總灌水量及其在作物生育期時程上的合理分配，以充分發揮水對作物生長環境的調節作用，收到增產、節水、節能的綜合經濟效益，為農業生產保駕護航。
美國在重視改善灌溉節水技術的同時也非常重視改善灌溉管理，在這方麵，一是對灌溉係統進行全麵改進；二是從土壤—植物—大氣的特性及相互關係的原理著手提高灌溉水效率，改善作物供水狀況，促進節能節水；三是幫助用水戶製訂水管理和節水計劃，提供製訂灌水方案的技術，並向管理區提供操作技術方麵的幫助。
根據我國北方地區的經驗，節水灌溉製度的關鍵是，抓作物需水臨界期灌水，減少灌水次數；適當降低土壤適宜含水量的下限，減少灌溉定額。例如，在黃淮海平原和關中地區，小麥、玉米一年兩作，茬口銜接很緊，為兼顧前後茬，節水節能，在小麥收割前10天左右澆一次麥黃水，定額為每公頃600立方米，既可提高小麥抗旱能力，減輕幹熱風的危害，又有利於夏玉米及時播種，促進快長、早發，一水兩用。
集雨節灌
集雨節灌是利用塘、堰、水窖，把雨水集存起來，在關鍵期用於灌溉。
在半幹旱和半濕潤易旱地區，降水有限，季節分布不均，年際變化大。一些國家分別采用了各種攔截雨水、減少蒸發和選用對雨水利用率高的作物等措施。如墨西哥自20世紀70年代初開始，在7個州對玉米、大麥、大豆和其他豆類等十多種作物，開發了多種類型的集水農業。中東各國則自古以來就實行集水農業，利用小農業集水區挖掘水池，攔截地麵徑流，保存雨水進行補充灌溉。
在我國幹旱缺水地區，很難修建骨幹水利工程，大都采用土辦法解決現實的缺水困難。據不完全統計，到2000年，西北、西南、華北13個省、區共修建各類水窖、水池等微型蓄水工程464萬個，總蓄水量13.5億立方米，發展灌溉麵積150多萬公頃，解決了約2 380萬人、1 730多萬頭牲畜的飲水困難，使近1 740萬人的溫飽得以解決。“微”水不微，為旱地農業闖出了一條新路。
在作物缺水的關鍵時期進行補充灌溉，用很少的水量，就可能發揮很大的作用。科技工作者的試驗表明：玉米每666.7平方米補灌50立方米，可以比旱地增產320千克；寧夏西吉縣1998年統計，全縣采用集雨節灌的地膜平均每666.7平方米產玉米440千克、小麥205.8千克、蔬菜1 603千克，與傳統種植方式比較，增產率分別為47.6％、55.8％、13.8％。
目前在全球範圍內，以缺水著稱的以色列，節水農業的研究和開發居世界領先水平。以色列農業自然資源條件十分惡劣，人均水資源隻有370立方米，每666.7平方米平均252立方米，三分之二的國土是沙漠。但其農業增長速度20世紀六七十年代即達12％，80年代為7.5％。90年代初期，人均國民生產總值超過1 3000美元，進入發達國家行列，這是由於全麵實施“高投入、高技術的節水創匯農業戰略”起了決定性的作用。
近20年來，我國對節水農業的研究與應用非常重視，投入的研究經費已達數千萬元，投入的工程建設經費已達幾百億元。取得了一批具有較高水平的農業高效用水科研成果，如管道輸配水、渠道防滲、薄膜覆蓋、膜上灌、間歇灌、節水灌溉技術、旱地農業技術、種衣劑、抑蒸劑等。節水農業的發展推動了我國節水工程的建設，也為節水的產業化創造了有利條件。
滴灌技術
地球上人類可利用的水資源越來越少了，水資源的危機正在向人們步步逼近，在農業上采取怎樣的灌溉方式才能有效地發揮每一滴水的作用?這是每一位農學家、水利學家最關心的問題。
看到“滴灌”二字，人們一定會想到，一滴一滴地灌，那麽多的莊稼什麽時候才能喝飽呀!其實不然，滴灌不僅能使每個植株喝飽，而且還能節約用水，發揮每滴水的作用。
滴灌是滴水灌溉的簡稱，它是利用一套低壓管道係統，以及分布在作物根部地麵或埋入土壤內的滴頭，將通過管道係統運過來的水一滴滴地、經常而緩慢地濕潤根係附近局部土層，使植物根係生長層內土壤經常保持適宜的土壤水分狀況的一種先進的灌水方法。滴灌係統是由首部樞紐(水泵、過濾器、肥料罐等)、管道係統(主管、支管和毛管)及滴頭三部分組成，水源通過水泵加壓、過濾器過濾，需要時再在肥料罐中摻入可溶性肥料，經過管道係統輸入田間。
滴灌的優點是能有效地控製土壤最適宜水分，又使土壤通氣性良好，不會發生因灌水後土壤空氣顯著減少的現象，並可隨水摻入肥料，既灌水又施肥，一步完成，並可節省肥料。另外，它比其他的灌溉方式省水，比溝灌、畦灌要省水20％—50％，比噴灌省水12％—30％，而且還節省勞力，便於機械化作業，同時對土地平整要求不高，高地、坡地均能均勻灌水，避免了灌溉時大水流對土壤的衝刷，並阻止了雜草孳生。滴灌特別適合於幹旱缺水地區。其主要缺點是：滴灌的設備造價較高，投資大，積聚下來的水中物質很容易阻塞管道和滴頭。目前這種灌溉方式主要應用於果樹、蔬菜、棉花等經濟作物。對水源不足的幹旱地區，滴灌有廣闊的發展前景。
海水灌溉作物
濱海鹽漬土時時受到鹽分浸蝕，治理起來非常困難。現在各沿海國家均采取了選育耐鹽品種，發展鹽生植物的治理戰略，發展海水灌溉農業成為多國科學家關注的焦點。
中國科學家將福建海邊的水稻種子用鈷源處理，選育出了成熟早又耐鹽的新品種。蔬菜育種專家運用基因移植和細胞融合技術，將海邊生長的野生西紅柿和栽培品種雜交，獲得了能用70％海水灌溉的耐鹽西紅柿品種。中國“863計劃”設立了海岸帶鹽生經濟植物的開發項目。在三個海水灌溉植物培育基地中，科學家們通過基因改造，已經選育出了可以用海水直接灌溉、味美質優的耐海水芹菜、耐海水牛皮菜、耐海水紅添菜等一係列新品種。近年來走俏市場的饋贈佳果——火龍果，就是一種鹽生植物。相信，隨著耐鹽植物的深度開發，昔日不毛之地的濱海鹽土，將會變成五光十色的良田和經濟作物區。
美國科學家選取了世界各地6 000份大麥資源進行耐鹽品種篩選，在經過雜交定向培育後，獲得了可用全海水灌溉的大麥品係。美國亞利桑那大學的霍奇斯，從世界各地搜集了1300種野生鹽生植物，選育出一種價值很高的北美海蓬子，現已成立了國際海蓬子開發公司。他們已在大田種植海蓬子，並走上了商業化產品多途徑開發的道路。北美海蓬子種籽含油量可達26％～33％，高於大豆和棉花籽，可供人安全食用。嫩尖可作蔬菜，秸稈可作家畜飼料，還能提煉出供人使用的藥品和化妝品。
20世紀中，科學家們在科學理論的指導下，持續不斷地開展了對鹽漬土的治理，為提供更多的農產品做出了不懈的努力，使鹽漬土得到了較好的開發和使用。但人為的經濟活動，也影響到地下水文地質活動。在局部地區中，一些水利工程修建不當，造成地下水位猛烈上升，使地下水和土壤水隨土壤毛管水運動向土壤表層累積，導致土壤的次生鹽漬化。據聯合國糧農組織和教科文組織1976年的統計，全世界灌區有50％的土地遭受鹽化，每年都有數百萬公頃的土地荒棄。由於水鹽運動是一個亙古不息的運動，局部氣象條件的變化，比如雨多雨少，均會影響到土壤中鹽分的升降。所以新世紀鹽堿地的治理，仍是世界各國重要的課題。相信21世紀高科技的發展，將會在人類治理鹽漬土的曆史上，續寫更加輝煌的篇章。
人工降水
在幹旱季節，水對於作物來說是相當重要的。每一株莊稼在炎熱太陽的照射下，無精打采，再也看不見它們原有的生機勃勃的樣子了，農民們的心裏也沉甸甸的，再不下雨，莊稼就都要幹死了!人們向蒼天祈求，忽然，有一片烏雲從天空的那一邊飄了過來，農民的心中又重新喚起了希望，也許他們的祈求真起作用了，可是烏雲就像是戲弄人似的，不緊不慢地從人們眼前飄了過去。科學技術發展了，人們發明了人工降水，它是一種用人為的方法，增加雲中的冰晶或使雲中的冰晶和水滴增大，而形成降水的。
目前人工降雨的一種方法是用飛機把冷卻劑(幹冰或其他化學藥劑)撒播到雲中，幹冰是固體二氧化碳，它在一個大氣壓下溫度為-78.5℃，撒播在雲內的幹冰在下降過程中，使其周圍的空氣溫度迅速降低，在局部範圍內，造成雲中的過冷水滴很快凝結成許多小的冰晶，或者使雲中的水汽直接凝結成冰晶，迫使它下降，形成降雨或降雪。在遇到密雲無雨時，就可以用飛機或氣球將幹冰播到雲裏，不一會兒就會雨水不斷。另一種是在雲中撒播吸濕性強、性能良好的凝結核(如食鹽、碘化銀、氯化鈣和尿素等)，使雲滴之間相互並合，形成大水滴，迅速降水。碘化銀隻要在溫度為-4℃時，水汽就會以它為核心而凝結成冰晶，在空中較長時間也不會失效，一般可用飛機、土炮、高射炮或火箭等把碘化銀微粒播入雲內，也可從地麵或在高山上依靠上升氣流把碘化銀煙送入雲中。還有最後一種方法是物理方法，它是利用土炮、土火箭向雲層轟擊，產生強大的衝擊波，使雲滴與雲滴發生碰撞，合並增大成雨滴降落下來，可見人類隻有掌握了科學知識，才能具備戰天鬥地的本領，祈求蒼天是無用。
但值得一提的是，不論用哪種方法進行人工降雨，雲的存在是首要條件，這是內因，而向雲中撒播凝結核等催化劑則是外因，外因必須通過內因才能發揮作用，所以人工降雨也不是每時每刻都可以進行的，關鍵是要及時抓住農田上麵飄過來的那片烏雲。
持續農業
農業是我們最宏偉的事業，人類的衣、食、住、行都直接或間接地與農業生產有關。無論資產，還是工人就業和產品的出口方麵，農業都占重要的地位。誰都不願意農業的發展受到任何的障礙，但傳統農業的發展已對生態環境產生了不利的影響，森林砍伐和草地的不合理開墾使大量的肥沃土壤白白流失，農藥化肥的大量施用，造成了土壤和地下水的汙染，使農業的持續發展構成了威脅。持續農業就是要盡力避免和消除這些不利的影響，想方設法使農業生產持續不斷地發展，並滿足當代和今後世代人的基本營養需求，而且不造成資源環境的退化。
持續農業強調不可再生資源的節約和高效循環利用和可再生資源再生能力的提高，不斷提高資源的產出效率，減少不利的自然、社會經濟因素和其他風險給農業帶來的危害，重視保護自然資源基礎和人類生存的環境。它與有機農業的共同之處是強調可再生資源如水、養分等的永續利用和保護資源環境。主要的不同是持續農業並不排斥農藥和化肥的使用，而是把它們作農業措施的必要補充；有機農業則強調避免使用農藥和化肥，而用動物糞肥、綠肥豆科作物和有機廢物、礦質岩石等代替，農藥也以耕作、覆蓋和生物控製等自然防治措施替代。在持續農業中，農藥、化肥和農業機械等仍占一定的地位，但不像傳統農業對它們的依賴，化肥的用量減少，作物所需的養分主要由豆科作物、植物殘茬、綠肥和當地有效的有機廢物提供。病蟲害主要靠輪作、覆蓋和生物防治等自然技術控製，農藥隻是病蟲害綜合管理係統的一部分，隻有在自然控製沒有效果時才使用農藥，而且選用的農藥也是低殘毒、容易被微生物徹底分解的品種。這既降低了生產的成本，也節約了能量，減少或避免了潛在的汙染。生長調節劑和機械的應用會減少持續農業的勞動力需求，但與傳統農業比較有保守的趨勢，並在探索更有效的機械。持續農業在資源環境保護與保持最佳生產力和減少勞動力投入之間維持一個平衡。
持續農業目前還沒有一個具體的可操作係統，不過因地製宜地選擇適宜技術，使農業生產取得最優的生產效率，有機農業是持續農業的一種實踐，但並非持續農業就是有機農業。持續農業的技術包括，水土資源保護；土壤肥力和結構的管理；病蟲害和雜草控製和植物生長的潛在生產量以及資源和能量的高效率利用和替代能源的開發管理和利用等。總的目標就是要實現高效、優質、高產的農業生產係統，使世代人民都有充夠的食物和良好的生活環境。
農業的持續發展
目前，發展持續農業已成為全人類的共同目標。持續農業就是使經濟、社會、技術與環境協調發展的農業，就是持續農業。1980年，世界自然與自然資源保護聯盟第一次提出“持續發展”的概念。1987年7月，世界環境與發展委員會等國際組織提出“2000年轉向持續農1980年，世界自然與自然資源保護聯盟第一次提出“持續發展”的概念。如今，持續發展農業已成為全人類的共同目標業的全球政策”。1991年4月，聯合國糧農組織在荷蘭的丹波斯召開了持續農業與環境會議。1993年5月，第一次在中國舉行了國際持續農業和農村發展研討會，對於國內外的進展情況，提出了具體行動的建議。
有機農業
有機農業就是在農業生產中盡量避免農藥和化肥的使用，而主要靠有機肥、輪作和機械耕作等措施維持農業生產的發展的一種農業方法。傳統農業生產係統主要依靠農藥、化肥的投入控製病蟲害、雜草和作物的營養。而有機農業則以農畜糞肥、綠肥、豆科作物和有機廢物等維持土壤的生產力，以輪作、覆蓋、適時播種和耕作以及生物防治等措施控製作物的病蟲害。
有機農業已有很久的曆史，在農藥和化肥發明之前，我國古代農民就主要靠有機肥和耕作措施維持較高的生產力。他們用作物輪作和適當的耕作措施以及一些設誘餌的辦法較有效地控製了病蟲害和雜草危害。現在的有機農業是在傳統農業出現了對生態環境和人類健康的不利影響的情況下被重新提出來的，她繼承了我國古代有機農業思想的精華，強調生產係統中作物種類和品種的多樣性，提高農業抗禦自然災害的能力，強調自然資源的保護和生態環境的改善。
有機農業的主要技術措施包括：輪作倒茬和間作套種，就是將主要的農作物如小麥、玉米、高粱和棉花等與豆科、綠肥作物進行輪作和間作套種，這樣豆科作物的固氮作用生成的有效態的氮可以供主要農作物利用，豆科和綠肥牧草還可以提高土壤養分的有效性，使主要農作物產量增加。輪作還可以打破病蟲的生存環境，使病蟲害得到一定程度的控製。施用牲畜糞肥、綠肥和有機廢物，可以增加土壤的有機質，提高土壤的肥力。及時的耕作和鋤草及播種既可以保持土壤的含水量，也可以起到控製病蟲害和雜草的作用。對病蟲害的控製常用生物防治的辦法，也就是利用害蟲的天敵來控製害蟲的危害。通過這些措施，有機農業可以獲得較穩定的產量。由於有機農業沒有用農藥、化肥等，而且維持土壤較高的有機質，使她有較強的抗禦災害的能力。在幹旱條件下比傳統農業的生產情況好，但在較好的條件下產量一般比傳統農業較低，另外有機農業需要較多的勞動力投入。雖然有機農業成本低，也不會產生生態環境的惡化，但若普及應用會使社會糧食產量供不應求，許多人可能會忍受饑餓之苦，因此不太可能被大多數農民和政府所接受。
生態農業
生態農業就是以生態學原理為指導，根據生態係統內有生命的生物群體與無生命的環境之間物質循環和能量轉化規律建立起來的一個綜合型的生產結構，在這個生產結構中植物通過生長發育和新陳代謝過程，從周圍環境中吸收光、熱、水、氣和養料，一部分通過植物轉化後，又歸還給環境；一部分為植物體積蓄、貯藏。這些貯藏的能量和物質，因動物吞食而轉移到動物體內；動植物的殘體被各種各樣的微生物分解，複雜的有機物質轉化為簡單的無機物質，重新又回到環境中，為植物再一次吸收利用，這就是自然界的能量和物質的循環轉移過程。在我國廣東、浙江等地，農民利用生物互生互養的原理，建立起田塘生態係統。他們挖塘養魚，在塘麵上種桑，利用桑葉養蠶，再用蠶沙喂魚，含有魚屎的塘泥作肥料還塘基，形成一個閉合的生態鏈環，稱為“桑基魚塘型”生態係統。在這個食物鏈中，桑樹是生產者，蠶是一級消費者，魚是二級消費者，魚塘中的微生物則是分解者，物質在其中周而複始地循環，生生不息，廢物得到了全麵的利用。
現在國內外對生態農業發展的總的精神就是要求農業生態係統中起主導作用的人，善於遵循自然規律，立足今天，放眼未來，在發展生產的過程中，創造最佳的生態環境。
有人對我國的生態農業提出一種觀點：切實根據生態學原理組織農業生產，充分利用當地自然資源，利用動物、植物、微生物之間相互依存關係，實行無廢物生產，提供盡可能多的清潔產品。既有效地利用機械設備、化肥、農藥，又盡量減少其汙染影響，也充分吸收傳統農業的經驗，力爭實現綠色植被最大，生物產量最高，光合作用最合理，經濟效益最好，生態平衡最佳等目標。
生態農業並不排斥化肥、農藥、除草劑等化學物質的使用，所以可能獲得較高產量。它比較注意生態平衡，做到山、水、日綜合利用，在施肥上看重有機肥料，在病蟲防治上注意生物防治和綜合防治，減少農藥汙染。所以我國大多數農業科學工作者認為，我國農業現代化隻有走生態農業的道路，才能避免發達國家農業生產中所遇到的一係列問題，在產出大量優質產品的同時，也可望建立一個優美宜人的環境。
生態農業與中國
生態農業指主要或完全依靠生物生產的有機物來提高產量的耕作製度，源於傳統的有機農業。
生態農業的推廣，不僅可以充分合理地利用自然資源，有效地提高農業生產力，而且可以保護農業生態環境，促進良性循環的形成，從而獲得生產發展、生態環境保護、能源的再生利用、經濟效益四者統一的綜合效果。中國自古以農業立國，在農業生產曆史上遺留下許多優良傳統和生產經驗，其中許多是符合生態農業原則的。如精耕細作，通過輪作、間作、套種提高單產；充分用地，施用農家肥料，種植綠肥，用地養地結合；循環利用，低能消耗；以種植業為主，農牧結合；充分利用太陽能、風能、水能等自然能源，改善生產條件；以生物防治為主，防治病蟲害等，這些都為建立中國式的生態農業提供了有利條件。
中國傳統的桑基魚塘可以看作是水域生態農業的一個雛型。80年代以來，對於中國生態農業的理論研究、論述、評價與日俱增，一些省市開始了有關生態農業的試驗。如北京環保所在京郊大興縣留民營村所進行的以沼氣為中心的生態農業係統的建設與研究已取得了明顯的經濟、生態、社會效益，受到了廣泛的重視。
在20世紀以前，世界各國都以傳統的有機農業為主，產量很低。進入20世紀以後，隨著石油、化工、機電工業的發展，興起了無機農業(又稱石油農業)。由於大量使用化肥、農藥、除草劑等，農業產量空前提高，但也造成了土充分利用和保護自然資源，是生態農業的目標壤、大氣、水源、食品的嚴重汙染，生態環境嚴重惡化。為此，1971年美國密蘇裏大學土壤學家W.A.阿伯奇特首先提出“生態農業”概念。1981年，英國的M.K.沃辛頓進一步指出，生態農業是生態上低輸入、自我維持、經濟上可行的小型農業係統，旨在對環境不致造成明顯改變的情況下具有最大的生產力。生態農業的特點是利用半數以上的耕地種植多年生牧草，發展養牛，實行農作物輪作，種植豆科植物，利用牲畜糞肥和含有礦物質的岩石，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、農藥等。它在有效地利用農業資源、保持水土、減少汙染等方麵均有較好效果。但由於生態農業主要依靠生物本身的物質循環和能量轉換進行生產，轉化效率低，農作物產量不高。