中国生物多样性保护与绿色发展基金会:正如您在第一篇章“初识沙产业”中所强调的“对人与自然关系的认识是最紧迫的必须跨越哲学问题”这个重大命题,这也是时代赋于每个人都要面对的任务。这段讨论结合非常具有警示和教育意义的案例,收获很大。下面想听听您将微藻产业园区的岀现作为沙产业发展进入“拾级而上”新阶段的第二个标志的解读。
刘恕:微藻产业起始于20世纪。欧洲学者研究微型藻类,发现了实用价值,探索了养殖技术,逐渐形成产业。微型藻类是微生物中特殊的一类,具有通过光合作用,获取营养物质的机能,是自养低等的绿色植物。事实上,个体渺小的单细胞的微型藻类与有庞大根系和茂密树冠的乔木,其光合作用的基本规律和原理并无差异。但是与高等植物相比,“微藻是原始的单细胞生命体,结构简单,有相对强大的光合作用器官;个体小,比表面积大,因而与环境进行物质交换的速度快;生命周期短,生长速度快,以几何级数增值。
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。”具有如此特点的微藻,理论上,能最大量地提高单位受光面面积上的叶绿体数量,这让提高太阳能利用效率,进而产出更多的碳水化合物、蛋白质、脂类等生命活动的所需的营养素,成为可能。有关报导记载,微藻有直接为人类食用的价值。分析数据也证明了在小球藻的干粉中,通常含蛋白质45%、碳水化合物20-30%、脂肪4.5%,还有丰富的维生素含量等;而1公斤螺旋藻的营养则被视作相当于1吨蔬菜的营养价值。曾呈奎院士曾夸奖螺旋藻,“一个物种含有如此丰富和全面的营养物质,在整个生物界是非常难得的。”微藻可作为高品质蛋白质等营养素的特质,可用以补充食物,引起人们的极大关注。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:在前篇的讨论中,我们也了解到钱学森先生十分关注微藻产业的发展。1994年9月29日他在会见沙产业研讨会部分代表时,提出了“将来食品原料的范围也大大扩大,人口不断在增加,老一套是不行的。要提高生产效率,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,微藻生产就是扩大食品原料。”在提及青海、甘肃河西等地区阳光比较充足是那些地区的优点后,他更提到,“我想到田裕钊同志要开发的微藻,只要阳光充足,恐怕像西藏那地方也一样可以开发利用。那么至于说盐藻,用盐藻生产胡萝卜素,这个在盐湖地区是大有希望的。” 1996年7月4日,钱老在给您的信中,也写道,“微藻开发利用还不限于沙产业,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。” 您是如何认识微藻产业与践行中沙产业之间关系的?
刘恕:我国干旱荒漠戈壁区是日照时数在3000～3300小时的阳光充沛地区,按沙产业理念要求,要“运用全部的现代化技术最大限度地留下阳光,通过光合作用最大限度地固定转化太阳能”。为此人们需要想出办法,找出手段,来完成沙产业的使命。但传统的在露天大田之上经营管理种植业,受到干旱荒漠多维的自然要素和人为条件的制约。我们已在有关沙产业的践行活动的讨论中明确了,要完成通过光合作用最大限度地固定转化太阳能,除打破传统,构建人工设施,改善稙物光合作用条件,来提高太阳能的利用率,构建出高效、节水、可周年生产的设施农业新绿洲之外,寻求用微型藻类这一可极大地提高太阳能利用效率的低等自养植物,来替代传统作物,作新的高效太阳能转化器,也是推进沙产业发展的重要技术环节。这是一种类似“单细胞叶绿素工厂”式的生产方式,使太阳能的利用率呈现革命性倍增。高效、高纯净和安全的“单细胞叶绿素工厂”创建,无疑可摆脱沙漠戈壁自然条件和高等植物属性的限制,实现最大限度的转光合作用效率。因此,发展微藻产业无疑是依托现代技术构建起集约的农业型沙产业,进而完成“变不毛之地为沃土”使命的必要路经。
微藻营养丰富,含有各类生物活性物质和微量元素,非洲乍得湖附近的居民,在湖水中捞出漂浮微藻晒干后食用己有多年的历史。如今沙产业将其变成全然一新的一项产业,为人类社会增添为营养食物。
在1995年召开的甘肃河西走廊沙产业开发工作会议上,按宋平指示,为与代表展示并讲解有关微藻产业知识的10年之后, 2005年10月9日,宋老再次在电话中嘱告我,“重点要讲明白:这是(指微藻产业)光合作用转化太阳能效率最高的一种方法、一种手段,产出的是未来的食品,补充了食物中的蛋白质。用这个办法生产,产量是无穷尽的,是前途非常大的一个事业;将来人口一天天增多,耕地一天天减少,总得找到一个生产粮食的新出路。这个办法就是出路,可以在任何有太阳光的地方生产,可以在戈壁滩上,也可以在房屋的顶上布局生产。用这个办法可以解决中国人口多的食品问题;用这个办法可以解决世界上人口多的食品问题。草原是牧场,但载畜量有限。发展沙产业用的是阳光,潜力大,开发微藻,开始可能不赚钱,但前景远大,因为这是未来的粮食,未来的能源。”
面对地球家园上人口增加,可耕地面积减少,自然灾害多发的现实,钱学森和宋平这两位心怀大爱,关心沙产业发展的领导,共同用睿智的目光关注着这一战略性新兴生物产业。发展微藻产业已逐渐被认为是沙产业变不毛之地为沃土的最佳选择之一。”
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:实现高效率固定转化太阳能的微藻产业,有它独特的农业生产过程吧?
刘恕:是的,微藻生产体系,是一个开放型的生产系统。它有一个开放的接口,即可以吸纳取之不尽、用之不竭的阳光;生产过程所用的工具是微型藻类的光合作用器官——叶绿体,叶绿体有神奇的光合用功能,能固定转化太阳能,又能自我更新自我复制。以微型藻类取代农业生产中的高等植物的工艺手段有其独特性。
微型藻类的养殖工艺要有养殖装置。养殖装置必须有一个界面,这个界面可以把阳光捕捉下来;要有流动的水作为介质,便于二氧化碳吸收、交换,这两方面要素是最原始的,也是最根本的需要。到现在为止,这些要素也没有从本质上改变。微型藻类养殖有开放池生产和封闭装置两大类型。开放池生产,基本设施简单,制作费用少,易于推广实施。但生产过程中微藻的悬浮体是与外界环境直接接触的,不好控制工艺参数,很难收获高效率。封闭装置方式养殖微藻,一般采用构建管道式的养殖装置——光生物反应器。基于微藻元件的特征“小”,又是无根系固定的水生悬浮物的特点,个体小,与环境的物质交换、进行新陈代谢都高,光合能力强,没有废弃物;生长速度快,繁殖方式简单,只要条件适中,以几何级增加,现在的技术可以保障装置中的悬浮液在几天后就达到一个极高的密度,即2亿个/C.C。为了维持悬浮液中高密度、大基数,可用信息技术的手段及时准确地调控CO2的补充、O2的排放、温度的升降、营养物的补充等。悬浮液中高密度、大基数就确保了高产、高效。微藻的生长,就个体而言,表现为重量的增加和个体的增大,当到达一定的极限值后,就转入分裂繁殖。分裂繁殖增殖的基本过程是:将一定浓度的悬浮液引入管道式光生物反应器,具有高光合作用的微型藻类,在合宜的管道环境内,能高效率地捕捉光子,转化和储存太阳能,为人类提供生存发展的必需生物质。结构简单的藻类是理想的、有着诱人潜力的太阳能转化器,更是工业化固定太阳能的技术手段”(田裕钊,2002)。现在,光合反应器产业化技术,已经成为微藻生物技术应用研究的重要方向。钱老曾说过,以微型藻类取代农业生产中的高等植物的工艺手段,是21世纪中国需要的“尖端科学技术”。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:据我们了解,沙产业专项基金的专家曾实地考察了国际上封闭式微藻养殖装置,并结合我国实际设计了适应沙漠环境的全封闭管道式养殖装置,这套装置已于1993年6月19日在甘肃庆阳正式运行。在践行沙产业的后续实践过程中,这套装置是否得到应用?
刘恕:上线一年多来,甘肃庆阳这套微藻养殖装置运行正常,证明设计思想是合理。之后,在甘肃武威,内蒙鄂尔多斯恩格贝生态示范区以及甘肃定西富民微藻养殖企业均有建设。全封闭的管道可防范沙漠地区的风沙和蒸发,能充分利用太阳能做光源,有较高的光合效率,即单位受光面积上转化、固定太阳能的效率。在内蒙鄂尔多斯恩格贝生态示范区,构建了相当于一亩土地受光面积、7000米长度管道的封闭生产小球藻装置,置放于日光温室内,形成示范车间。
可以做个比较:在我国,全国农田大豆平均每公顷年生产蛋白质约为0.5吨;但在恩格贝小球藻养殖示范车间生产蛋白质,折合每公顷达45吨,比大豆高出几十倍。全封闭的管道式养殖方式,光合效率高,工艺上保证了微藻产品的高纯净,可避免混入开放池常有的杂藻、杂菌、飞虫污染,无疑是在干旱不毛之地创建新绿洲的有效方案。但全封闭的管道式微藻养殖方式,对资金投入和管理的要求也较高。
微型藻类的研究和产业发展起始于欧洲,南亚的一些国家以及我国台湾地区,微藻生产起步也比我国西北地区早20～30年。在我国的微藻生产中,研究人员广泛筛选具有极端适应特征的微藻(螺旋藻、盐藻),充分利用沿海滩涂、盐碱荒地,在阳光充沛的不毛之地上,建立起低成本和开放式微藻养殖的小型基地,成为初起阶段微藻生物技术开发应用和研究的重要方向,微藻产业异军突起。例如,在鄂尔多斯高原的毛乌素沙地上零星散布许多天然盐碱湖泊,是世界上盐碱湖密集区之一。湖泊周边土地严重的盐渍化,几乎寸草不生,是农牧业无法利用的不毛之地,但这里就如同非洲乍得湖螺旋藻原产地一样,专家们开始寻找湖泊中微藻的新品种。聪明的当地居民为谋求生路,就地取材养殖微藻。于是在鄂托克旗毛乌素沙地上适合螺旋藻生长的、以碳酸钠、碳酸氢钠为主要成份的盐碱湖周边,开始了以设施简单的开放池养殖螺旋藻的活动。由于螺旋藻开发利用的经济价值逐渐显现,当地的农牧民和其他企业,开始购、租沙区的土地,用于开发螺旋藻产业。结果在鄂托克旗毛乌素沙地上出现了二十多家自主经营的开发螺旋藻养殖的企业。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:毛乌素沙地有着独特的地理条件,于是在客观上促成了微藻产业发展。还有很多不毛之地是不具备毛乌素沙地的自然地理条件的。在已把发展微藻产业作为沙产业变不毛之地为沃土的最佳选择的情况下,又如何帮助解决微藻产业实践中的矛盾,并推动其向高质量发展呢?
刘恕:历经20年来对沙产业的认知和践行,在推动微藻产业向优化生产方式,增强发展动力发展方向上,大家是有共识的。
2010年春,鄂尔多斯市主要领导曾就此事征询我们的意见。之后,中囯生物多样性保护与绿色发展基金会沙产业专项基金专家提供了建设《鄂尔多斯市培育新兴产业——建设微藻产业高地》方案。2010年7月23日,任继周、孙九林院士,于景元、李毓堂、陈建华、宋宜昌、朱雪芬等多名专家学者在中国科技会堂对该方案进行认真评审。方案得到了与会评审专家的一致赞同:
⑴ 在域内有着得天独厚的适宜微藻产业发展的自然条件,并己有云集的用简单开放池进行“山寨式”微藻开发的鄂尔多斯市,可发挥区域优势,重点培育发展新型微藻产业,建设“微藻产业高地”是适时而必要的;
⑵ 鄂托克旗毛乌素沙地上构建起的“微藻产业高地”,应明确产业主攻方向,实行统一设计规划,把产业高地打造成高质量发展的微藻产业聚集地作为目标;
⑶鉴于微藻生产本质上是生物工程,流程要有严格的监控,生产配套中需要监视和管理系统;园区建设要遵循“高起点规划、高标准建设、高强度投入以及高效能监管、高质量服务”的原则。
我们将建议提供给鄂尔多斯市领导部门,并以此推动“发展微藻产业作为沙产业变不毛之地为沃土的最佳选择”的落地生根示范区。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:实践检验科学的真理性,完美的建议也是需经过实践才好展现效果。
刘恕:是的,任何完美的建议需经过实践才好展现效果的。但令人欣喜的是,这份“建议”在鄂尔多斯并未被“束之高阁”,而是得到了实践的检验。在鄂托克旗毛乌素沙地上,一座规划面积12000亩,配套开发面积7000亩,建有“三纵三横”道路的螺旋藻产业园区,竟然只用了近10个月时间就完成建设任务。到2011年底,在遍地开花的螺旋藻养殖企业中,有26家摆脱“山塞”分散生产,进驻园区,迈上“高效能监管、高质量服务”的新业态。我们将其视之为沙产业高质量发展的标志。
毛乌素沙地上建设起的鄂托克旗的螺旋藻产业园
园区卫星照片显出,进驻园区的企业的微藻养殖开放池,均己设置于大棚之内,大棚覆盖了全园。
鄂托克旗的螺旋藻产业园的建设,标志着世界上最大的螺旋藻产业园建成。这也启示沙产业创业者,在广袤的干旱不毛之地上构筑改善植物光合作用条件的设施农业和以微藻新的高效太阳能转化器,创造最高水平的植物生产力的新型绿洲,不是遥不可及的幻想,也不是高不可攀的难事。
中国生物多样性保护与绿色发展基金会:从1991年3月在北京香山召开的首次沙产业学术研讨会,及至20年后的2011年,践行中的沙产业有了沙漠科学馆和微藻产业园这两件标志沙产业与时俱进进入新阶段的“新事儿”,您对此有何感悟?
刘恕:2011年,这些沙产业在践行中岀现的“新事儿”,是在完成钱老所论说的“沙产业的任务,…中间不断有所生产有所发展”。我认为“有所发展”所以能够产生,有两方面重要原因。其一,是有钱老的“引入高新技术以及高新技术产品—新材料、信息技术等,将会出现前所未有的新产业,一个真正知识密集型的农产业、林产业、草产业、海产业和沙产业将要在人类历史上登上舞台了。而这是从小弟弟沙产业做起的”总体设计大战略的引路;其二,是在宋平宋老关于发展沙产业“关键在人,在于教育人,培养人”的指导下,促进了践行沙产业的“人民中的实干家和“地方政府中的积极领导干部”认知水平的提升。
所以,“新事儿”出现,我们视其为“人民中的实干家(有科技人员、企业界人士和农民群众)和“地方政府中的积极领导干部”齐心协力,从“小弟弟沙产业”起步,留下天赋的阳光,创造高水平的生物生产力的结果;“新事儿”出现,更是钱学森第六次产业革命-创建知识密集型的大农业理论中“古老的农业作为第一产业的消失,退出历史舞台”的现实呈现。