不断加深对微藻价值和地位的认识

田裕钊

2012年出版的《钱学森文集》卷一，收录了钱学森1958年发表在《科学大众》杂志6月号的文章《展望十年》。钱学森在文中详细地阐述了小球藻在养殖业，特别是在循环、废弃物利用中的地位和作用。在插图《将来的农场》中，钱学森把小球藻与农作物并列，突出了小球藻转化太阳能的价值和地位。早在半个世纪以前钱学森的这些构想，今天依然鲜为人知，说明我们应当努力学习，加深对微藻价值和地位的认识。

钱学森在1984年发表的《创建农业型的知识密集产业》一文中说到“海产业”时指出：我国近海面积有22亿亩，一个技术措施是投放人工鱼礁。创建知识密集型海业产业的道路，就是“转‘猎’为‘牧’”。我国近海有70亿亩，其中浅海滩涂为22亿亩，的确是一个庞大的资源。海洋中，“大鱼吃小鱼”这条食物链，反映的是能量转化。浮游生物中能进行光合作用的微型藻类是海洋生产力的根本，因为微型藻类的光合作用可以把太阳能转化为有机质保存下来供鱼类食用。海洋中的浮游生物是固定转化太阳能的主体。藻类通过光合作用固定无机碳，使之转化为碳水化合物，从而为水域生产力提供基础。海洋浮游藻的总生产力估计每年为31×109吨碳。在食物链的转换中，1千克鱼肉约需100千克～1000千克浮游藻，因此浮游藻类资源丰富的海区都是世界著名渔场所在地，而浮游藻类的产量就成为估算海洋生产力的指标。水生系的植物每年生产3250亿吨有机物，其主要的产品就是一些微小的、单细胞的藻类。鱼、鲸只消耗藻类很小的一部分。浮游植物是生活在海洋、湖泊、河流、水塘甚至各种临时水体中的微小植物。浮游植物的种类很多，每一种都有其特有的形态。浮游植物在海洋中最为丰富，是海洋食物链的基础。小型鱼类及某些鲸鱼都直接摄食浮游植物，大鱼则吃小鱼，而人类则捕捉并食用这些大鱼。由于浮游植物需要一定的条件才能正常生长，因此单细胞的藻类是反映环境变化的良好指示生物。因为这一点，也因为浮游植物还能反过来对全球性气候施加影响，所以全世界的地球科学家和海洋学家对浮游植物都特别感兴趣。

喂养贝加尔湖鱼类的浮游生物，主要是微藻。这些淡水藻类，每年向湖水中释放300万吨的有机化合物。浮游藻类的生态意义首先在于它是鱼类和其他一些经济动物直接或间接的饵料基础，在决定水域生产性能上具有重要的意义，与渔业生产有十分密切的关系。如海洋浮游藻类中的硅藻Bacillariophyta是浮游甲壳动物、对虾的主要食物来源，我国毛虾的全年食物中，硅藻占54%。甲藻和硅藻也是海洋的重要饵料之一，如真蓝裸甲藻Gymnodinium eucyaneum是鲢鳙的优质饵料。此外，浮游藻类绿藻门中的绿球藻目（小球藻Chlorella、衣藻Chlamydomonas等）富含蛋白质，是鱼池浮游生物的重要组成成分，在作为滤食性鱼类的饵料或是鱼池生物环境方面都起着积极的作用。

目前，光合作用所储存的太阳辐射能量仅占百万分之一。地表植物和藻类每年同化碳素1700到1800亿吨；这个总数的90%是藻类活动的结果。

实践钱学森的海产业理论，必须认识微藻的价值和地位。

钱学森在会见沙产业研讨会代表时的讲话（1994年9月29日）中说：“将来食品的原料的范围也大大扩大，人口不断在增加，老是老一套是不行的。要提高效率，生产效率，要提高利用太阳光生产食品的效率。食品原料的范围要扩大，微藻生产就是扩大的食品原料，那么我们沙漠的贡献就大了”。微藻生产不需要好的土地，可以利用那些农田灌溉不能使用的碱水地（养殖螺旋藻）、盐水（养殖盐藻）地，这样，不毛之地变沃土就有了路径，有了技术支撑。

1996年7月4日钱学森在给刘恕的信中说：“沙产业基金会理事会确定今年工作的3条我看很好。对微藻开发，我想其意义还不限于沙产业，但要想到微藻产品的利用；例如，用微藻调制人们爱吃的食品，开发微藻烹饪，形成微藻工业。请考虑。”

钱学森的论述，正在被实践证明具有准确的科学品质和超前的预见性。鄂托克旗累计投融资8亿多元，创建螺旋藻产业园。目前，园区完成规划面积12000亩，配套开发面积7000亩，修建“三纵三横”道路21公里，实施给排水、天然气管网22公里，进驻螺旋藻生产企业26家。螺旋藻净养殖面积4000亩，年藻粉产量3500多吨。螺旋藻产业园区实行统一质量检验、统一技术规程、统一定价销售、统一品牌管理的模式。组建了企业集团，变不毛的沙地为“叶绿素工厂”。实现着钱学森“变不毛之地为沃土”的宏愿。

如果20滴水是1毫升，那么一滴健康的自然水体中大概活跃着10个左右的浮游藻类。如果这滴水取自内陆水华区或是海洋赤潮发生区，那么它里面的浮游藻类就有可能达到50个、100个，甚至更多了。

一年之中太阳投射到地面的平均能量为1.3×106千卡/平方米，现代农业的光能利用率为0.1％～1％。在大面积上突破这个数值不仅是困难的，而且往往得不偿失。微藻却是一个理想的，高效能的，有着诱人的巨大潜力的太阳能转化器。微生物是指肉眼看不清楚，非常微小的生命体，有神奇的强大生命力！微生物包括病毒、细菌、微型藻类以及某些真菌和原生动物。微生物中有特殊的一类，被称为光能无机自养型，用光作为能源，吸收二氧化碳作为碳源，以水为电子供体，通过光合作用，获取营养物质。这个光能无机自养型的微生物群体，主要的是微型藻类。

生物学家很久以前就注意到，生物越小，每克生物量的代谢越大。有机体愈小，其更新的效率也愈高。微型藻类具有利用无机形式的碳和碳水化合物合成高品质蛋白的能力。因为它不同于生长周期长的高等绿色植物，所以，被看作是用来进行工业化方式固定太阳能的对象。换言之，微藻是一个理想的，有着诱人的巨大潜力的太阳能转化器。

长期研究小球藻的科学家认为，在适中的环境条件下，1个小球藻细胞在1个月后可增多到100亿个。人工控制的手段可以使微藻的繁殖稳定地停留在几何级数增殖阶段。

高等植物，从下种到收获，都有各自的周期，少则几十天，多则几年（果树）、十几年、几十年（林木）。作为产业，长周期影响效益，长周期孕育着多风险。绿色植物的生长周期长，在生命活动的全过程中，也要自身耗费部分光合作用所固定、转化的能量。例如，大豆的整个生命活动过程中，至少有光合总能量的25%被呼吸作用所消耗；5%以上的能量被根瘤中的固氮菌和其他真菌利用；病虫害一般造成的损失占总能量的5%～10%。

微藻光合生产过程中，无废弃副产品。唯一的伴生排放物是氧气。每生产1000千克藻粉，释放氧气1200千克。而高等作物所固定的光能，有2/3不能为人们所直接利用。以小麦为例，其净光合作用产物的干物质，地下的根茬平均占11%。地上部分中，籽实和茎叶大致相当，各占50%左右。籽实中的皮壳，占26%。所以，人们吃食的部分，仅占净光合作用产物的33%。（注：1英亩=6.07亩）

藻类作为一种原料来说有许多优点。根据来自Valcent公司的数据，玉米每英亩每年只会生产出18加仑的生物柴油，棕榈达到700到800加仑，但是如果是藻类再加上使用开放式的池塘，每年每英亩可以生产出20000加仑。而新的封闭循环的“生物反应器”系统现在可以实现更高的效率。

利用微型藻类完成光合作用，目前利用的主要是小球藻、螺旋藻、盐藻和栅列藻等。小球藻（Chlorella），是微型藻类的一种，其个体是一个长约10微米的椭圆形的单细胞低等孢子植物。小球藻的干粉中通常含蛋白质45%（50％～58%），碳水化合物20％～30%，脂肪4.5%。据研究，小球藻的葡萄糖和果糖以及丰富的叶绿素，对动物体的造血过程有益；丰富的维生素（胡萝卜素A；B族：硫胺素、核黄素、叶酸、泛酸和B6；抗坏血酸C；PP组尼克酸及E组生育酚）含量等，使它可以用于包括人体在内的动物营养素摄取，主要为高品质蛋白质的及时补充，人们将对此更加重视。

小球藻富含维生素A（C20H29OH，小球藻含1000～3000单位，碗豆含0.06，菠菜含600，奶粉含4，牛肝含110）；小球藻含维生素C（C6H8O6）相当于柠檬之多（小球藻含2000～5000单位，菠菜含13000，奶粉含50，牛肝含1000）。

小球藻还含有促长因子（CGF），对发育成长有利。因而，在国外已经有不少人将其应用于人体保健和家禽、牲畜、伴侣动物、鱼虾养殖、蜜蜂和桑蚕养殖业。试验喂养显示，小球藻对提高幼畜的保存率和提高产品质量及产量有明显的效果。

《科技日报》2007年2月15日报道：二次世界大战期间，美国有个研制原子弹的“曼哈顿计划”。如今，美国又出了个“微型曼哈顿计划”，它的宗旨不是研制原子弹，而是向藻类植物要燃油。以“微型曼哈顿计划”命名，微藻的重要性和潜力可见一斑。

科学家们研究发现，从绿藻等藻类植物中提炼燃油有很多优势，不仅产油效率高，工艺简便，而且产油过程清洁。藻类植物可以长在露天池塘里，不像玉米那样占用农田。藻类植物可通过现有炼油设备产油，这些原油可进一步被提炼成各种油品。每亩藻类植物产油的数量，要比目前作为生物柴油主要来源的大豆多得多。藻类植物能捕获电厂废气中的二氧化碳，有助于控制温室气体排放。美国圣地亚国家实验室的生物燃料与生物能源技术专家安德鲁·克瑞穆说：“藻类植物有产出大量石油的潜能。”

把绿色植物这个叶绿素的载体，用来当作光合作用的元件，组建成自动化的厂房，能够构筑成工厂化的流水线为人类做工，把“取之不尽，用之不竭”的天赐阳光，变成粮食和能源，既高效，又便于控制的，就只有这存活在水中的微型藻类了。

（作者系中国国土经济学会沙产业专业委员会副主任委员）