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郑绵平院士提出的盐湖农业与海水西调 精选

已有 9839 次阅读 2013-11-3 12:17 |系统分类:观点评述| 海水西调, 盐湖农业

郑绵平院士提出的盐湖农业与海水西调

霍有光

(西安交通大学社会工程研究中心)

摘自《海水西调与再造西北》(河北人民出版社2005)与《绸缪中国水战略》(西安交通大学出版社2012

国家社会科学基金资助项目(03BSH035

国家软科学研究计划指导性项目(2003DGQ3B168

关键词:盐湖农业,海水西调

 

退一步讲,就算沙漠人造海演化成盐湖,仍可以发展沙漠养殖业或曰“盐湖农业”。


中国地质科学院盐湖与热水资源研究发展中心郑绵平院士(1995,1999)指出:盐湖是湖泊中的一种极端的类型,是一种特殊的水生和陆生生物生态环境。由于含盐量较高,超过一般生物种群的耐盐度,一般的生物不易在其中生存。在这种极端的高盐环境中,仍有个别生物种与其种群的多数成员不同,能够适应高盐环境,在盐湖(盐田)中生长、繁衍,这种生物称之为盐生生物。同时,随着盐湖湖水含盐度的增高,盐生生物的属种越来越稀少,那些能适应高(超)盐度的盐生生物,由于寡有天敌,反而更加孳生、繁盛,在条件适宜时其繁殖范围可扩展至整个盐湖(盐田)。


郑绵平院士(1999)认为所谓“盐湖农业”是:“盐湖及其生态环境可发展成为一种新型的农业,它既是一种盐水域水产养殖业,又与盐水域周缘耐盐生物群密切关联,而构成水产——农牧业研究开发新领域。但是它仍然具有农业生产的基本属性。”“盐湖不仅是无机盐产地,而且也是一种新型‘农田’:它不但可用于捕捞、养殖盐藻、卤虫、螺旋藻、某些耐盐鱼种和鸟禽等新形态农作物以及将盐湖盐菌特殊机制应用在工农业,也可种植湖缘耐盐农作物。它是人类索取蛋白质、食物色素、脂肪等食物和多种工业、科学材料的新领域。”著名科学家钱学森先生在给郑绵平院士的回函中说:“盐湖农业不同于一般意义的农业,是利用盐湖生态环境及日光,通过生物生产商品,是农、工、贸易与现代科技相结合的知识密集型产业。”“盐湖农业是21世纪的产业。”


目前已知的“盐水域水产养殖业”,最具有实用意义的盐湖生物是盐藻、卤虫、螺旋藻、轮虫、嗜盐菌和嗜碱菌等。


杜氏藻(Dunaliellasp.):属于耐盐或嗜盐的杜氏藻属,为真核藻类。杜氏藻(D.Salina)体内β-胡萝卜素(均为干重)可高达8%~10%,并富含大约30%甘油和30%~40%蛋白质以及脂肪酸、叶绿素和四烯油等,是一种重要经济藻类和新的“农作物”。其中特别是其β-胡萝卜素为维生素A源,具有较高营养价值,并经临床实验表明有防癌和治癌的疗效,其价格300~1500美元/公斤。目前其在国外已广泛用于医药和人造黄油、奶酪、饮料、面包、冰淇淋等食品中,也用作化妆品的原料,对皮肤有滋润和抗衰老作用。盐藻的其他产品在化工、轻工和养殖业中都有用场,如其中的藻渣含多种氨基酸和蛋白质,可作为优质牲畜饲料。其生态特点是:①可在20‰~390‰盐度的盐水中存活(注释:渤海海水的含量为23‰~31‰),但低于2‰盐度则细胞破裂死亡。它的最佳繁殖盐度为120‰,最佳生长β-胡萝卜素盐度为150‰。②是一种光能转化率高、生长繁殖快的单细胞藻,在条件合适时,每天可繁殖数十代,进行养殖时采收周期可达1周(美国Mi-CrobioResources InC.机械化精养)至3~5周(澳大利亚Western BioteChnology LiMit-ed,粗化式养殖),大大地高于一般农作物产率。③盐藻是一种光合植物,它的能源来自阳光,养料是CO2以及少量N、P,比一般农作物施用肥料少得多。④盐藻类便于进行生物工程控制和诱导新的品种。⑤杜氏藻群体有明显的季节变化,在夏季水温高时,自然群体最为富集,但一般红色D.Salina和粉红色D.Parva聚集在卤水表层,而绿色D.Viridis常聚集在底卤或底沉层表面。郑绵平院士(1999)说:“目前,我国除吉蓝泰盐湖外,新疆中泉子盐湖也进行了盐藻养殖与提取β-胡萝卜素中试,海南岛也进行了小规模试产,但均未形成规模产业,与先进国家相比,在科技及管理水平上均有相当差距。”


   据郑绵平院士(1995)介绍,杜氏盐藻是150多年前,在地中海海滨盐湖中首先发现的。直到20世纪70年代末至80年代初,以色列、美国、澳大利亚、原苏联和智利等多盐湖的国家才相继进行以商业化开发为目标的生物工程、水化学、地质生态研究,并不惜投入大量资金进行开发前期研究。澳大利亚政府在1984~1986年就投入350万美元以上研究经费,1987年建成年产5吨的中试工厂,产品为30%的β胡萝卜素油液,售价约1000美元/公斤,同时也直接出售干藻体。据1995年报道,该公司年产值达2500万美元。目前澳、美、以色列均已相继达到实用商品化阶段,形成相当生产规模。


   卤虫(Artemia):又名盐卤虫、卤虾。它属于节肢动物门、甲壳纲、鳃足亚纲、无甲目。卤虫有很高的营养价值,其成虫的干重含蛋白质达57%~60%,脂肪约18%,并含有多种氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素等,特别是含鱼虾蟹生长所需要的EPA和矿物质,可作为性腺发育激素和抗病害载体,能使鱼虾早成熟,因而成为对虾、蟹幼体和高档鱼的最优质饲料之一。如以卤虫喂幼虾,可增加对虾产量30%。据统计,人工养殖海洋虾鱼,约有85%以卤虫为饲料。世界对虾需求量很大,1988年世界对虾总产量已达45万吨,其产值达25亿美元。养虾业发展的关键是要解决其幼体的活饵料卤虫来源。目前世界卤虫供不应求,每吨孵化率70%~80%的卤虫卵为4万~5万美元。其生态特点是:①适应性很强,分布范围广,除了两极外,在全球不同水化学类型的盐湖和盐田(即高超盐水域)均有产出。通常在5%~22%盐度盐水中均能成长,生长温度15℃~35℃,最宜温度为25℃左右,但是在青藏高原地区0℃以上亦可生长。卤虫因环境不同,可卵生或胎生,其卵具有抗高盐和抗低温结构,在恶劣条件下保存数年后仍可在适宜条件下孵化。②繁殖周期短,生长迅速,在条件适宜时,卤虫采取胎生,每个成虫约4天产一次幼体,一次产虫40~120个。从幼体到成虫只需2周,在此期间卤虫虫体增长20倍,体重增加500倍,每个虫体可生存3~6个月。③属于非滤食性动物,除吸食各种藻类外,还可食各种有机物碎屑,人工养殖的饵料代价较低。调查表明,青海尕海卤虫卵质量为世界上乘,新疆盐湖卤虫远景较大。青海、新疆、内蒙产卤虫大小盐湖达90~100个之多(任慕莲等,1996)。卤虫又称“水黄金”,仅国内市场,每年就有2000万吨的需求量。由于捕捞容易,获利大,往往发现一处,竭泽而渔,以至发生抢捞和伤亡事件,亟待解决。


   螺旋藻(Spirulina):属于蓝藻纲、颤藻目、颤藻科,它是地球上最古老的生物物种之一,至少已有35亿年的历史。螺旋藻的生态特点:①为多细胞生物,呈独特的螺旋状线状体。②呈青绿色,系由黄色和红色系列的类胡萝卜素所造成。③是一种光能转化率高达18%~24%的藻类。由于其藻黄蛋白(PC)高效捕获太阳光量子,并传递至叶绿素a(Chl.a),导致极高的光合作用速度,光能之大比粮食作物高6~8倍。它适合于温度较高、光照好的水生环境下生长,最适合其生长的温度接近35℃。它对于紫外线的抵抗力较强,可利用此特点培养出无菌的螺旋藻。④适应性强,是广盐性浮游生物,可在不同的盐度水体环境中生长,从高盐水、海水至淡水均可生长,大致可分为“淡水性”和“盐水性”两种,而大量培殖以后者较多。⑤养殖技术较简单,产率较高,其线状体细胞系以二次分裂的方式增殖,藉助分裂,分成小片线状体,逐渐生长变长,重复增殖。它可在盐碱湖或盐湖中生长,也可工厂式生产。单位面积生产蛋白质的速度比大豆高20倍。螺旋藻的营养价值:该藻种细胞壁极薄,且柔软,核也不明显,而极易为人体所吸收。它比其他任何食物都具有更丰富和均衡的优质蛋白质以及多种氨基酸、叶绿素、亚麻酸矿物和胡萝卜素等。其蛋白质干重达58%~70%,相当于大豆的5倍,大米的10倍,猪肉的5倍,鱼肉的3倍,且其蛋白质与人血蛋白相似,而易为人体和动物所吸收,消化率可达95%。1公斤螺旋藻的营养成分相当于100公斤各种蔬菜的营养的总和。此外,螺旋藻还含大量抗衰老的歧化酶以及8种人类必需而不能自身合成的氨基酸。


   嗜盐菌(紫膜):盐湖、盐碱湖中还赋存有大量的各种具有重要科学和实用意义的嗜盐、嗜碱或嗜盐碱细菌。这类微生物实质上是湖泊由淡水向盐湖演化过程中,经过漫长地质历史时期的自然选择与自我改造而适应其变化的高盐(碱)环境,从而已形成具有稳定的嗜盐或嗜盐碱或嗜碱的特殊结构、性能和遗传基因。由于这类细菌所具有的特殊结构和机制,通过深入研究可望在工农业生产中加以应用而具有重要的和深远的实用意义。如可把嗜盐菌及嗜碱菌作为特殊基因库,用以创建抗盐或抗盐碱的新的生物品种。目前某些嗜碱细菌已开始用于工业生产中,如碱性蛋白酶在国内外均已投入生产。嗜盐菌中的紫膜具有光能转换功能——光驱动质子泵(又称H+泵),它是一种比叶绿素光合作用简单得多的新奇的光能量转换膜,是迄今已知最简单的有机光能转换体系。它的光能转换特性如能为人类利用或模拟,很可能成为未来生物太阳能电池较理想的材料,也为揭示生命现象,诸如视觉过程、能量转递、细胞膜运输等研究提供理想的实验材料。


   轮虫:盐湖中的低等生物。我国盐湖中已发现12个盐水种轮虫,其中最高耐盐上限可达165克/升。轮虫也是虾、鳖、螃蟹的优良活饵料,1克轮虫卵达600元。又如目前已知蓝藻纲的盐生隐杆藻(Ahpan-othe Cehalophyti Ce),经分析含43%~76%的粗蛋白和23种氨基酸,0.67%~2.76%胡萝卜素,8种脂肪酸和丰富的藻蓝素等。该微藻具有生长快、成本低、耐盐度高和在开放培养中不易被其他微生物污染等特点,因此也是一种有前景的藻类。广泛分布于半干旱——干旱区弱盐水——高盐水域的蒙古裸腹蚤,其耐盐度达74.5‰,仅次于卤虫和盐藻,其繁殖快,也已推广作为鱼虾的优质活饲料(何志辉等,1990)。


   内蒙古农业大学乔辰等先生(2001),于1995~2001年对内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙地和库布齐沙漠的八个盐碱湖进行了实地调研,发现四个碱湖中有四种螺旋藻,其中两个为新种,另两个为中国新记录种。这四个碱湖所处的生态环境是:冬季寒冷漫长,夏季温热短暂,寒暑变化剧烈,气温日、年变化较大,年均温度6.4℃,极端最低气温为-30℃ ~ -31℃(一月份),极端最高气温为36.5℃~36.7℃(七月份),≥10℃积温2796℃~2820℃,无霜期130~136天;太阳能丰富,年日照时数2957~3076小时,年均太阳辐射总量为5730~5930MJ/平方米;降水少,不均且集中,变率大,强度大,年降水量呈单峰曲线,年平均降水量280~360毫米,7~9月降水量占全年降水量的60%~70%,并多以大雨和暴雨的形式出现,全年湿润度为0.18~0.28;年蒸发量2470~2691毫米,蒸发量是降水量的7~10倍;风多风大,盛行西北风,一年四季均有风,但风期集中在11月到第二年5月,其中春季风最大,大风占全年的47%,年平均风速3.5米/秒,最大风速28米/秒,扬沙日数40~50天/年,沙暴日数12~16天/年,风速≥3米/秒的频率为51%~60%,年平均有效风能密度为81~129瓦/平方米,年风能贮量为363~690千瓦时。碱湖周围为盐渍化土壤,生长有碱蓬(Suaeda Corni Culata)等耐碱性植物。


   具有推广及产业化意义的是,乔辰等先生在对螺旋藻的分类、生理、生化和生态等基础研究的同时,还尝试了开发研究(被列为内蒙古自治区“九五”攻关项目)。1997年秋在巴彦淖尔碱湖畔建起了320平方米面积的日光型温室,温室内修建了跑道式培养池。藻种为当地土生土长的可以形成天然水华的、且是发现的四种螺旋藻中生长速率最快的中国新记录种——钝顶螺旋藻,这也是国家卫生部允许进行产业化的藻种之一。钝顶螺旋藻最适生长温度为24℃左右,生长温度范围为6℃~48℃,是天然的耐低温和广温型藻种,其蛋白质含量为60%~68%,氨基酸含量符合联合国粮农组织(FAO)的标准。培养液是经过处理和调制过的湖水,养殖获得成功。藻粉产量平均达到6~8克/天·平方厘米,每年可养殖7~8个月;藻粉通过了内蒙古自治区卫生防疫站“食准字”检验。乔辰等先生认为发展螺旋藻产业,在鄂尔多斯沙区具备得天独厚的优势,即拥有众多的碱湖资源与特有的螺旋藻资源,盐碱湖中天然碱储量占全国的四分之一。目前这些湖只被用来生产小苏打等化工产品,其中一半的小苏打被南方的螺旋藻厂家购买,用于螺旋藻的生产。若直接用经处理后的碱湖水来养殖螺旋藻,是最经济的投资方式:该区拥有丰富的光能资源并不占用耕地和牧场;养殖螺旋藻的废液,PH值高达10~11,盐碱含量远远高于一般环境的土壤溶液,若排放废液,会造成土壤和地下水污染,而在沙区盐碱湖畔进行养殖,废液归还到湖里,自然平衡,可循环利用,不会造成环境污染。“所以,在鄂尔多斯沙区开发螺旋藻是继化工产业化之后的又一项新兴产业。”


   1999年9月12日,美国死谷举办了著名的第七届国际盐湖会议。会议议题包括盐湖微生物和原生动物群落的营养动力学作用、栖息地的地球化学对动植物生物地理学的影响、盐湖中底栖和浮游生物的联系、模拟种群和生态过程与物理、地球化学过程、对极端环境的分子生物学适应性以及内陆盐湖的保护等。可以说,研究盐湖生物资源的诸多学科(如盐湖地质学、生物学、生态学、生物地球化学、生物成矿学、环境学)之发展方兴未艾,而且正在导致许多新的边缘学科不断涌现。

 

   (3)发展海水(盐水)养殖业


   郑绵平院士(1999)认为所谓“盐湖农业”是:“盐湖及其生态环境可发展成为一种新型的农业,它既是一种盐水域水产养殖业,又与盐水域周缘耐盐生物群密切关联,而构成水产——农牧业研究开发新领域。”“盐湖不仅是无机盐产地,而且也是一种新型‘农田’:它不但可用于捕捞、养殖盐藻、卤虫、螺旋藻、某些耐盐鱼种和鸟禽等新形态农作物,以及将盐湖盐菌特殊机制应用在工农业,也可种植湖缘耐盐农作物。它是人类索取蛋白质、食物色素、脂肪等食物和多种工业、科学材料的新领域。”


   早在1990年,山东东营农校的范庆民老师用矿化度为30/的全地下咸水,养殖中国对虾成虾越冬获得成功,其实这种“咸水”的含盐度与渤海水相当。海洋中生活着成千上万的经济生物,可利用高科技选育海洋动物、海洋植物(如渤海的)优良品种,将其移殖于沙漠人造海中。


   据贾丽等(2006)研究成果,将15万粒(达来诺尔湖的)瓦氏雅罗鱼受精卵移植到呼和浩特市“2814”项目区的盐碱池(水质情况为:Ca++ 19.14毫克/升,Mg++ 95.9毫克/升,K+ + Na+ 624.8毫克/升,pH 8.64),经过120天的养殖,生长速度比达来诺尔湖自然生长要快2~3倍。这表明:“瓦氏雅罗鱼能在土默特左旗盐碱鱼池中孵化并且正常的生长……瓦氏雅罗鱼非常适应盐碱池塘的生活环境……在池塘的移植取得了成功,并且当年养到体重20以上,体长为13厘米。这在大水面是难以达到的,这是一个很大的突破和创新,为我区今后的盐碱地开发利用及池塘养殖开辟了一条新路子,增加了一个新的养殖品种。”


   硅藻是湖泊中鱼类最好的饲料。据林碧琴(1986)研究,达尔诺尔湖及其主要附属水体的秋季硅藻种群,有28属、79种(其中5属、34种是本地区新记录),湖内硅藻资源极为丰富,如果人工大量繁殖硅藻,对进一步发展内蒙古咸水湖渔业具有重要的产业化意义。


   卤虫是一类生活于高盐水体中的鳃足纲甲壳动物,广布于全世界含有氯化钠、硫酸盐、碳酸盐等高盐水域中。中国科学院地质与地球物理研究所杨小平(2002)研究指出:在巴丹吉林沙漠中目前发现永久性咸水湖泊144个,在高盐度的湖泊中,生长有很多卤虫(Artemia),这种水生动物的卵在国际市场上售价4~5万美元/。卤虫虫体也是非常好的动物蛋白,在某些营养成份上甚至高于无节幼体。可制成保健食品诸如营养盐卤虾片、浓缩蛋白、鲜汁营养调味剂、复合氨基酸、卤虫干酪素等。


   内蒙古农业大学乔辰等(2001),通过1995-2001年对内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙地和库布齐沙漠的八个盐碱湖进行了实地调研,发现四个碱湖中有四种螺旋藻,其中两个为新种,另两个为中国新记录种。这四个碱湖所处的生态环境是,冬季寒冷漫长,夏季温热短暂,寒暑变化剧烈,气温日、年变化较大,年均温度6.4℃,极端最低气温为-30℃~31℃(一月份),极端最高气温为36.5℃~36.7℃(七月份),≥10℃积温2796℃~2820℃,无霜期130~136天。太阳能丰富,年日照时数2957~3076小时,年均太阳辐射总量为5730~5930兆焦/平方米。降水少,不均且集中,变率大,强度大,年降水量呈单峰曲线,年平均降水量280~360毫米

   ……


   盐湖微藻产品的开发已成为内蒙古盐业从传统盐业向高新科技生物制品发展的重大举措。本地拥有丰富的藻类培育所需的盐卤资源,最适于藻类生长的自然条件,并通过与国内外科研院所、大专院校合作进行了多年的实验及生产实践,近年又消化吸收了以色列NBT公司先进的盐藻养殖和盐藻粉加工生产技术,成为国内大规模培育盐藻并从盐藻中提取天然胡萝卜素,生产系列保健品、药品的地区。目前产品有天然胡萝卜素油溶液与晶体、口服液、胶丸、水分散性干粉等。据内蒙古吉兰泰盐化集团白福易(2002)介绍,内蒙古盐湖数量多、面积小,1平方公里以上的盐湖有378处,已发现有卤虫生长的大小湖泊50多处。专家推测内蒙古自治区境内具有卤虫分布的盐湖应该多达100处以上。内蒙古盐湖卤虫除人工移植于黄旗海的属于孤雌生殖类型外,土著卤虫皆为两性生殖类型。内蒙古卤虫具有卵径小的特点,为卤虫卵中的佳品,适于作为养殖鱼、虾之开口饵料。


   目前遇到的问题是,由于内蒙古盐湖面积小、水浅,湖水时丰时枯,甚至干涸,产量不稳定。盐湖丰水期,卤虫生物资源得到恢复和占满空间,资源丰富,当进入枯水期,资源又要逐年衰退,随着盐湖的干涸而暂时消失,给开发利用带来了难度。可见,在浑善达克沙漠中营造人造海,可对内蒙古发展卤虫、螺旋藻产业起到示范与带头作用。

 

敬请参见:

[1]霍有光.海水西调与再造西北[M].河北人民出版社,2005(9).

http://www.bookschina.com/1394136.htm

http://bbs1.people.com.cn/postDetail.do?id=97525623

http://bbs1.people.com.cn/postDetail.do?id=97525961

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5cdb83550100na74.html

[2]霍有光.绸缪中国水战略[M].西安交通大学出版社,2012-7.

http://xjtunews.xjtu.edu.cn/zhxw/2012-10/1349687369d38900.shtml

http://www.snuol.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=3428

http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=22874321(当当网)

http://www.suning.com/emall/prd_10052_22001_-7_3257368_.html(苏宁购物图书馆)

http://www.wl.cn/7794859(买书就上蔚蓝网)

http://www.amazon.cn/gp/product/B009IEBLIE/ref=fs_rd_1/477-6488282-5724467(亚马逊网)

http://www.winxuan.com/product/1200423101(文轩网)

http://www.bookdao.com/book/1811260/

http://www.baike.com/wiki/%E9%9C%8D%E6%9C%89%E5%85%89



[1]海水西调发展海水灌溉农业与绿化北方沙漠

http://blog.gmw.cn/blog-5777-108676.html

[2]海水西调与发展沙漠海水灌溉农业

http://hi.baidu.com/shuotian/item/e7106abc180f9474244b09ca




http://wap.sciencenet.cn/blog-533560-738574.html

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