“盐湖农业”与发展战略，本文主要内容关键词为：盐湖论文,发展战略论文,农业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
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）。
1 “盐湖农业”资源
盐湖系统的生物资源包括盐沼带和盐水域两个亚系统。盐沼带往往有多种盐生植物分布，如盐蒿、盐生藜科、田菁、红柳、紫穗槐、沙枣、沙柳、杞柳、沙拐柳、花棒以及沙棘、麻黄、沙冬青、甘草等，多为牛羊喜吃的饲料或可作燃料，有的还可作苗林（如后列3种）， 故在盐沼带以盐生植物发展牧场是大有前景的，我国许多盐湖区的盐沼带往往就是重要牧场。有的盐生植物还有吸取大量盐碱、改良土质的效果。如盐蒿含丰富的粗脂肪、钾、钙等成分，不但是牲畜喜食饲料，还可聚集大量盐分。据测定，每0.66hm[2]生长1年的盐蒿，能吸取盐土中72kg盐和64kg粗碱。澳大利亚的一种ataciplex盐生植物， 亦有吸取土壤盐分特性，并已用其帮助印度改造盐碱地。据印度科学家反映，该植物是极好的饲料和廉价燃料，对于将沙漠中的含盐土壤改造为良田极有意义。阿拉伯联合酋长国用盐地上2种藜科遍生性的肉质盐生植物喂养山羊、 绵羊，其结果：羊的体重比用一般干草饲养增长快，估计每公顷盐地的盐生植物的收获量可养20只羊。
盐水域作为一种生物资源生产基地，是一个新的领域。目前已知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。
1.1 杜氏藻（Dunaliella sp.）
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30%左右甘油和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／kg。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。
耐盐杜氏藻有以下几个主要生态特点（S.H.Hurlbert,1993；Ami Ben－ Amotz,1982;L.J.Borowitzka,1983;郑绵平，1993，1995， 1997）：
（1）它是嗜盐性生物，在20‰～390‰盐度的盐水中均可存活，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‰，增加光照有利于增加β-胡萝卜素含量。 当盐度大于20%时，杜氏藻是最重要的原初生产者。由于其养殖盐度高，故共存动植物极少，天敌少，“杂草”混杂情况也极少发生。
（2）它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Microbio Resources Inc.机械化精养）至3 ～5 周（澳大利亚Western Biotechnology Limited，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CO[,2]， 以及少量N、P，比一般农作物施用肥料少得多。
（4）便于进行生物工程控制和诱导新的品种。 当加人工光照时可以产生更多β-胡萝卜素；当增大盐度时，可增加甘油产量， 这是细胞的主动保护反应：为了平衡外部盐水的渗透压，藻细胞产出内部渗透调节物甘油；当光强增加超过正常生长所需光强及缺N、P和低溶氧时，杜氏藻可合成积累大量的类胡萝卜素。它为有性生殖，并可能是单倍体，对诱导和筛选特殊种类的突变种比双倍体细胞容易。如以色列研究者用光与类胡萝卜素合成积累的关系，筛选了抗强蓝光而积累高量类胡萝卜素的突变种。
（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。盐藻属于植物， 但是却有一对鞭毛，成天上下往复游动。在盐度高（≥25 %）和高光强时， D.Parva向卤底移动，而D.Salina仍在卤表悬浮，呈一片耀眼红色，如1984年作者等在西藏扎布耶盐湖北湖所见（郑绵平等，1985）。
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。
1.2 卤虫（Artemia）
卤虫又名盐卤虫、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t，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。我国是世界第一养虾大国，优质人工虾占世界养殖虾产量的30%。因此，卤虫（卵）是一种值得重视的新的盐湖（盐田）宝贵资源和值得发展的“农作物”。
卤虫生态特点（P.Sorgeloos，1987；任慕莲等，1992，1996； 郑绵平等，1989，1995，1997；刘俊英等，1991，1998）：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；卤虫是广盐性生物，耐高盐性和抗低氧性强，体内含有血红色素，是一种高效率呼吸素，因溶氧和盐度成反比，为适应高盐水，卤虫分泌的血红素可增加，而呈血红色。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。因此，人工养殖的饵料代价较低。
我国盐湖卤虫调查研究起步晚，目前仅对西北三省（青海、新疆、内蒙）部分盐湖进行了较系统研究。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。三省产卤虫大小盐湖达90～100 个之多（任慕莲等，1996）。但对其他大盐湖区尚未进行系统调查，与其相应的生态系统、生物学和生物工程研究则尚待开展。迄今，我国内陆盐湖卤虫生产未形成专门产业，也没有一个归口部门统一领导、组织指导和发展生产。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。
1.3 螺旋藻（Spirulina）
螺旋藻属于蓝藻纲、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。拉丁文spirulina，即“螺旋”之意。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%。1kg螺旋藻的营养成分相当于100kg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。
我国自“七五”计划将螺旋藻的碱性淡水和海水培殖列入国家或地方重点科技攻关项目以来，取得显著成效。已形成了从品种纯化、大面积培养、采收加工到工厂生产的完整科技成果，首先在云南程海湖、海南岛三亚和湖北咸宁等地建立了螺旋藻生产基地，嗣后，广东、福建、山东、河北、四川也有螺旋藻生产，最近，内蒙古吉蓝太盐湖也建立螺旋藻中试厂。此外， 我国台湾也建有螺旋藻生产基地。 全国年产量在600t以上。
1.4 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。特别是自1967年W.Stopckenius发现嗜盐菌（视）紫膜（Purple membrane）以来， 由于盐菌重要的理论意义和潜在的应用前景，在国外立即引起了各方面的重视，相继对其特殊的机制进行了大量研究，并试图在盐湖中找到更理想、更有特色的嗜盐菌种（W.Stockenius，et al，1979；Diete Walz，1979； 王大珍等，1987，1996；郑绵平，1995，1997）。
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。
自70年代以来，西方国家、日本，甚至印度对嗜盐菌作了大量研究工作，如美国为大量繁殖和提取紫膜，专门开辟了盐菌养殖场；印度塔塔研究所投入大量经费，从事盐菌视紫膜的基础研究。我国自80年代初以来，在先师柳大纲教授等倡议下，中国科学院生物物理所、微生物所和中国地质科学院盐湖中心等，从不同学科开展了初步调查研究，并取得初步成果，如微生物所王大珍等从我国6个盐湖中鉴别出10个嗜盐、 嗜碱菌新种。在应用方面，嗜碱菌开发研究取得较大进展，如嗜碱芽孢杆菌产出碱性蛋白酶作洗涤剂添加剂，耐碱菌用于处理碱法纸浆黑液取得初步成功（王大珍，1996）。
国外已知的其他盐湖生物资源有耐盐罗非鱼类和火烈鸟等，对其已进行研究或部分开发。我国的盐湖生物资源尚未系统进行调查，目前已知其他盐湖高等生物资源有咸水鱼类资源，在盐度5‰～30‰盐湖中， 其资源量相当大。在盐湖区，飞禽走兽也是一类重要的生物资源，它的粪便可促进藻类及卤虫的生长，且有许多珍奇种类宜作为旅游资源加以利用。
盐湖中还有一些具开发前景的低等生物。在我国盐湖中发现12个盐水种轮虫， 其中最高耐盐上限可达165g/L。轮虫也是虾、鳖、螃蟹的优良活饵料， 1g 轮虫卵达600 元。又如目前已知蓝藻纲的盐生隐杆藻（Ahpanothece halophytice），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）。
2 “盐湖农业”的概念和特点
1983年，西澳生物技术公司曾就盐藻养殖的意义指出：“它和传统农业生产是完全能够互补的”。尔后，国内外对卤虫的研究和商业化开发，也多将其列入水产养殖业的范畴。按一般概念认为农业“是耕地、生产粮食以及饲养家禽的科学和技术”行业。这里，耕地成为农业最主要资源。广义的农业，即大农业应当包括农牧渔和林业等，渔业包括天然水产的捕捞和水产养殖，而以往则认为“水产养殖是包括淡水、咸水和海水的生产活动”（F.W.Wheath；何康等，1990）。以盐湖藻类和卤虫及盐生植物等生物的商品化开发为代表，标志着在人类长期研究与经营淡水—海洋生物与低盐耕地之后，另一个崭新的盐水域和盐沼生物开发领域的到来。笔者从盐湖（盐田）生态系统和开发远景分析出发，提出“盐湖农业”的见解。认为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，即它的经济再生产同自然再生产“交织”或一致。因之，盐湖生物资源的研究与开发产业仍然属于农业的范畴，故笔者称之为“盐湖农业”（郑绵平，1995）。按此概念：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。
我国杰出科学家钱学森曾将21世纪的生物技术称为“第六次产业革命”，并在1994年4月24日给笔者的回函中指出： “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”。
3 发展“盐湖农业”的意义
现代盐湖在南北半球都有广泛分布，除了北极，各大洲均有盐湖分布，大致可概分为二带二区，其中有1/2以上分布于非洲、南美和亚洲等第三世界国家（郑绵平，1989），而沿海盐田则在亚、非、美洲有广泛分布。当今世界人口迅速增长，食品短缺，特别是廉价的高质量蛋白质不足，农业生产已不能满足许多国家，特别是第三世界人口迅速增长的需要；另一方面，由于一些国家人民生活水平的提高，防治某些疾病也需要更多营养食品。因此，大力研究和发展“盐湖农业”，可以变范围广大的盐湖、盐滩、盐田为“良田”，扩大耕地面积，增加多种食品来源，对世界农业生产的不足是一个重要补充，并可为某些新的科学技术提供重要的材料。同时，开辟盐水域生物管理，对增加盐业生产也有极为重要作用。此外，很多盐湖藻类和光自养细菌有大量吸取空气中二氧化碳而综合为有机碳的功能，在全球发展“盐湖农业”有助于缓解人类面临二氧化碳含量过高的难题。同时，在荒漠盐湖区发展“新农业”，扩大耐盐植物范围，对于改善干旱、半干旱地区生态环境可起到重要作用。因此，发展“盐湖农业”具有全球性的现实意义和长远的战略意义。
我国是多盐湖国家，有13个省区有盐湖分布，其广义盐湖面积约 4.1万km[2]，约占湖泊总面积的75%，其中约有542个为高盐度盐湖，约占湖泊总面积50%，在盐湖周围盐碱土面积在0.264亿hm[2]以上（席承藩，1990）。还有1.8万km海岸线和大量盐田和滨海盐碱土分布， 具备发展“盐湖农业”的良好物质条件。尤其是在西部和西北部干旱半干旱地区，受近期气候干暖、湖面下降、湖泊盐化、淡水生物锐减、湖区牧场退化等不利因素的影响，因地制宜地发展“盐湖农业”，对于扩大蛋白质和食物色素来源和弥补牧草不足，开拓具有干旱、半干旱区特色的农业有其现实和长远战略意义。
如上所述，美国在70年代就已开始重视盐湖生物R＆D的研究。美国政府，特别是企业有长远眼光，投入大量经费进行盐生物产品的开拓，使美国在盐生物工程及其产品的市场竞争方面处于世界领先地位。由于美国雄厚的科技基础和重视产品创新研究，自1994年以来，美国国际竞争力超过了连续8年位居世界之首的日本， 并一直保持世界领先水平（路甬祥，1998）。其中也包括盐湖技术产品的创新与市场开拓成果。今天，国际社会提出的知识经济，其核心仍然是知识的开拓与创新。针对我国盐湖与盐碱荒滩多、海岸线长和自然地理条件多样化特点，因地制宜地发展多样性盐湖（盐田）“农作物”，在国内外已经有一些实例证明是可行的，应引起国家和社会有关方面的高度重视。在发展战略上应加强盐湖地质生态系统和盐生物工程研究，除把“盐湖农业”列入国家科技近期和中长期规划以及建立必要的“孵化器”工程中心外，还需要企业有识之士投入必需的R＆D经费，集中多学科人才，逐步创建与发展我国盐湖全国性和地区性以至企业性专门研究开发机构或生物工程中心，并选择个别已有初步基础的盐湖企业（如内蒙吉蓝泰盐湖集团和北方沿海一个盐田企业），作为盐湖农业R＆D试点，以与全国性盐湖生态系统生物资源调查结合起来，为逐步建立具有我国特色的“盐湖农业”创新体系。
在发展“盐湖农业”的“农作物”选取上，在当前，盐藻、卤虫和螺旋藻开发具有最现实意义。同时，对盐碱菌、轮虫、卤蝇等也需积极安排研究和开发。兹分述如下：
（1）在盐藻养殖与提取方面， 需要进一步加强综合提取利用的生物技术研究和提高管理水平，进行规模开发和推广，在发现有大规模天然盐藻繁衍的盐湖时，也可采用贝塔庭公司粗放式低成本的开发方式。
（2）在卤虫开发方面，对已发现的重点产卤虫盐湖， 需统一归口，建立专门产业，加大力度研究提高虫卵孵化率和系列成虫虾片产品的试验。创建中国卤虫卵和成虫虾片名牌产品，打入国内外市场。
（3 ）扩大螺旋藻开发：利用我国不同地理区自然光热和碱湖资源（如内蒙、张北高原），因地制宜，大力发展螺旋藻产业，注重加强养殖和深加工的产业化研究，以充分提取有效成分蛋白质以及维生素、色素、多糖和不饱和脂肪酸。
（4）在有条件地区，建议进行盐湖集约化系列开发试验， 从盐湖天然生物系列（由初级生产者至二级消费者）的特点出发人工养殖与提取工艺相结合，进行产品系列化开发。还可结合盐业生产进行，形成盐藻—卤虫—鱼虾（蟹）—软体动物养殖与无机盐生产和β- 胡萝卜素—虾青素—甘油—蛋白质提取系列开发。这可能是发展“盐湖农业”盐水域亚系统的最优方案。
应加强对盐沼带亚系统盐生植物的研究，包括盐生植物种属系统调查、耐盐碱植物的耐盐机制，以及经济盐生植物的推广应用研究等，并建议与盐碱土的成因、改良和利用研究相结合。
展望21世纪，全世界人口将超过60亿。“民以食为天”，解决人类食物问题，除了有效控制人口增长和依靠传统农业生产食物外，还应采取全方位开发食物资源的战略，全球盐湖（盐田）和盐湖土广布，大力研究和发展盐湖农业，发挥盐业与盐碱养殖双重效益，对世界人口膨胀而农产品不足是一重要补充。在这个领域，我国得天独厚，应当为人类做出较大贡献。
收稿日期1998-08-28