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第四章:藻类的竞争优势是什么?
 纳米大小的单细胞藻类是地球上最早的生命形式之一。它们在地球上最恶劣的环境中生存了37亿年。藻类的简单性使这些植物非常健壮——它们不仅能生存，而且能在恶劣的环境中产生高价值的生物量。在良好的栽培条件下，藻类产生蛋白质和能量生物量，每英亩的产量是陆地植物的30到100倍。

藻类对地球上的生命至关重要，因为它们产生了处于食物链最底层的有机物。从最小的磷虾到巨大的蓝鲸，所有生物都吃这些生物。藻类还产生了其他水生生物所需的大部分氧气，并提供了我们日常大气中70%的氧气。

藻类，藻类的拉丁名称，呈现出各种形状和大小。微藻是单细胞的微生物，通常小于5 μ g(微米)宽。这个句子末尾的句号大约是100µ。

藻类在地球上到处生长，包括在两个冰盖下。它们喜欢的环境是潮湿的地方或水中，但藻类在陆地和水生环境中很常见。土壤、岩石、树木和冰中含有干燥的藻类细胞，而且许多藻类仍然存活。各种各样的藻类生长在各种各样的水中，这使得它们非常适合于污染控制。

藻类约占藻类的10%，还有一些更大的物种生活在海洋环境中，比如藻类:可以长到180英尺的棕色藻类。藻类可能看起来有类似于陆地植物的树干和叶子，但这些结构实际上是未分化的细胞，称为假叶。在热带地区，珊瑚藻帮助建造珊瑚，支持珊瑚礁和其他与海绵共生的物种的形成。

藻类、硅藻及纤维绿藻
远离海洋，大多数藻类不是生活在水路，而是生活在土壤中。藻类在陆地植物的根部共生，它们分解土壤化合物，使植物可利用的营养物质。蓝绿藻，也被称为蓝藻细菌，通过将大气中的氮固定在根瘤中或直接固定在植物表面，也为农作物提供服务。许多平原、山脉和沙漠都覆盖着藻类壳，藻类壳能固定土壤，为有根的植物提供基础，并保持关键的土壤水分。藻类生物工程建筑材料，如石灰石，这是埃及人用来建造大金字塔的材料。

藻壳
各种藻类最大限度地利用了不同的成分。一些物种提供超过50%的脂质(油)，其他60%的蛋白质和其他90%的碳水化合物。某些种类的食品蛋白质几乎没有自然的气味或味道，因此产品可能具有所需的气味、颜色、质地、密度或味道等特征。藻类和大豆之间的盲测有利于藻类，因为藻类没有未经加工的大豆的苦味和淀粉味。和粮食一样，藻类生物从食品加工中获益，使味道、质地、颜色和口感最大化。

藻类能非常有效地将光、水和碳转化为含有油性化合物(脂类)的生物质，这些化合物可以被提取并加工成汽油、绿色柴油或航空燃料。其余的生物量，主要是蛋白质和碳水化合物，可制成食品、药品、疫苗、矿物质、动物饲料、化肥、色素、沙拉调味料、冰淇淋、布丁、泻药和护肤霜。一个藻类组成的例子显示了一种藻类，其中40%的植物生物量是石油。

藻类组成
脂肪藻类，也称为产油藻类，是一种产生大量脂质。绿藻可能看起来不像生物原油的原料，但今天车辆使用的石油主要来自史前生物质，这些生物质大部分来自古代湿地和海洋中的藻类。

自然界的生物质分解始于2亿多年前的石炭纪，当时处于巨大的高温和压力下。从北海抽上来的石油由被称为颗石藻的腐烂的附着植物藻类组成。藻类也是硅藻土、煤泥和煤的主要成分。埃及人用藻类形成的石灰石建造金字塔。

藻类的优势
藻类每年每英亩产量30-100倍的生产力优势主要是由于陆生植物和水生植物之间的差异。藻类表现为几乎无限数量的物种和菌株，这使它们成为一种独特的生物。把藻类与陆生植物区分开来的几个关键特征。

藻类是生长在淡水、盐水、半咸水、海水或废水中的水生生物。陆地植物需要淡水来生长，因为大量的盐离子堵塞了它们的管道和根系，使植物缺水和缺乏营养。藻类在咸水中大量生长是因为它们是在非常咸的古代海洋中进化的。盐离子对藻类没有问题，因为藻类没有根。

在地球上的几十亿年里，藻类发展出了关键的生长、繁殖和生存策略。陆生植物从5亿年前的藻类进化而来，需要整整一个生长季节，120-140天的时间来产生新一代的种子。在陆生植物生长一代的时间里，藻类可能会繁殖数百万代，因为藻类没有生长季节。藻类在很多方面与陆地植物不同。

藻类的竞争优势

• 上层建筑。陆生植物将大量的能量用于构建纤维素结构，包括树干、叶子和茎，以抵御风吹雨打。藻类没有这样的要求。水就像一个天然的子宫一样支持着藻类。
  
• 性。陆地植物将它们35%的能量用于建造和支持它们的性器官。藻类是一种简单的单细胞生物，不需要考虑性结构。条件好的时候，藻类有性繁殖。当应激源出现时，这些细胞可以无性繁殖。
  
• 根源。陆地植物将25%的能量投入到根系中，根系将它们固定在原地，使植物依赖于土壤水分和生物可利用的营养物质，这些营养物质通常由土壤微生物(如藻类)提供。藻类没有根，有些种类还长有鞭毛，它们可以通过鞭毛摆动来获取营养、水分或太阳能。
  
• 增长速度。粮食等陆地植物需要一个完整的生长季节，从春季到秋季，通常需要140天或更多的时间来生产一种作物。藻类学会了在得到营养的情况下繁茂生长，可以迅速成长成熟。一个藻类细胞可以在一天内产生超过一百万个后代。
  
• 方向。陆地植物朝着太阳的一个方向缓慢生长，10天内生物量可能会增加一倍。然后，它们逐渐缓慢成长至成熟。藻类向四面八方360度生长，每天的生物量可以增加三到四倍。
  
• 持续的收获。藻类生长如此之快，每天可以捕获一半的藻类生物量。在亚利桑那州、新墨西哥州、科罗拉多州和德克萨斯州等地，每年可能有360天的时间在阳光普照的每一天进行收获。
  
• 连续的生长季节。一些藻类生产者全年都在种植藻类，使用适合每个季节的品种。一些生产商使用种植灯来增加太阳能。一些生产商正在用LED和其他形式的光进行实验，以延长日光下的生长时间。
  
• 强大的生产。在整个生长季节的一个单一事件，如气温上升、干旱、昆虫、风或冰雹可以摧毁整个粮食作物。当坏天气发生时，藻类会休息，放慢生长速度或进入休眠状态。当天气好转时，藻类恢复快速生长。
  
• 固氮作用。被称为蓝藻细菌的蓝绿藻能够从大气中固定氧气，这促进了生长，因为氮通常是固定水体中的限制性营养物质。
  
• 组成。陆地植物绿色生物量如玉米可能是80%的非油类或废物，因为大多数植物组成是纤维素结构，而不是用于食物或能源生产的蛋白质。一些藻类菌株可以产生50%的油脂，这些油脂可以直接转化为航空燃料或绿色柴油。
  
• 存储能量。像玉米这样的陆地植物可以转化为乙醇，燃烧的热量更少，每加仑只能提供汽油的64%。藻类将阳光、二氧化碳和其他营养物质转化为长碳链，这些碳链可以转化为更强大的液体运输燃料，如JP-8、航空燃料和绿色柴油，这些燃料每加仑的能量可能比汽油多30 - 50%。
  
• 积极的能量。用玉米生产乙醇是一种能量汇，因为它消耗了更多的能量，主要是柴油和燃料提供的电力。藻类可以用最少或不使用化石燃料产生燃料。
  
• 可持续的。土地作物消耗大量即将耗尽的化石资源——肥沃的土壤、淡水、化石燃料、化肥和化石农业化学品。藻类不会与土地作物争夺资源，可以在充足的资源下生长，这些资源包括阳光、废水和过剩的二氧化碳。
  
• 生态的积极。现代粮食生产每英亩增加2.5吨二氧化碳，加上一氧化氮、微粒和烟雾。每英亩作物会侵蚀6吨土壤，这些土壤所携带的营养物质和化学物质会污染湿地、河流和湖泊。藻类养殖只向大气中排放氧气，同时封存二氧化碳，避免土壤侵蚀和生态系统污染。
  
• 地理上的独立性。与陆地作物不同，许多藻类物种生长在地球上最恶劣的环境中。在封闭和半封闭的生长系统中，藻类几乎可以在任何海拔、纬度、经度或地理位置生长

藻类是一种生命力很强的生物，与陆地上的作物相比，它们具有许多优势。藻类仍然是地球上最不发达的生物。驯化藻类以获得其许多好处是21世纪最具吸引力的挑战之一。