深入探究石莼的生态和生理特性

这里有来自于Galway Institute（爱尔兰）的一些复印的数据：一种绿藻（长至30cm），宽宽的褶皱的叶状体韧性十足，半透明，膜状，如图8-3所示。

图8-3 石莼的图片和不列颠与爱尔兰的石莼分布图（wwwalgaebaseorg） ［石莼。图像宽度为6cm（图片：Steve Trewhella，图片版权信息］

SOFT计划的关键数据是，在自然光照和普通海水温度及化学组分的条件下石莼的产量。爱尔兰（Yantovsky and McGovern，2006）有过一次石莼丰收的经历，产量非常大。除了石莼，还存在许多类似的高产海草。

我们试着估算大型藻类在它的枝杈在1～10mm范围内时的可能的生长率。简化起见，假定有机物颗粒的形状是球形。它的体积是V＝（4/3）π×r³，截面积是A＝π×r²。太阳能流密度（辐照强度）是δ＝220W/m²。产出的有机物的低位发热量是H_v＝19MJ/kg，生物质密度是ρ＝800kg/m³，光合作用效率η′＝10％。由于光合作用的结果，半径r在增大。根据相对生长率的标准定义RGR＝M′/M，M′是植物在一秒或者一天内的生长量，M是有机物颗粒的质量，我们有

随时间增长M（t）＝M₀·exp（t·RGR）（8-4）这里假定RGR＝常数。

在这个公式中，至少要知道的两个量是：光合作用的效率（假定为10％）和所考虑颗粒半径的大小（假定r＝1mm）。在这些初步的假设下，我们有

M′/M＝RGR＝（3/4）×220×0.1/（19000×800000×0.001）

＝0.108×10^-5［s^-1］＝0.00373hr^-1～0.091/天

计算的结果与观察到的数据在数量级上相吻合。很明显的一点是r越大，RGR越小。在一些研究中表明，在颗粒半径达到足够大时，RGR值下降了。

对在丹麦Roskild Fjord的浅水（40～70cm深）中，不同日照下生长的石莼的直接测量由O.Geertz-Hansen和K.Sand-Jensen在1992年完成。观测的表面积A，初值是17mm直径的石莼片的面积。由μ₀表示生长率，计算式：

RGR＝μ₀＝（1/t）·ln（A/A₀）（8-5）式中，t是养殖天数。

这些实验生动地展现了在纬度相当高的丹麦将太阳能转化成石莼生物质的化学能的过程，如图8-6所示。

所有5个图都表示相对生长率RGR随当地辐照的变化，RGR单位为1/天，当地辐照单位是mol/（m²·天）。最后一个单位要转化成我们常用的单位W/m²。这里摩尔＝摩尔光子＝1爱因斯坦＝210kJ，1天＝86400秒，因此，10mol/（m²·天）＝24.3W/m²。最重要的数据是，在纬度55°、适度的隔离和自然温度的自然环境中，颇高的生长率（高达每天0.3L）。

大部分高产的海藻已经在用于水的净化（脱氮）了，如表8-1所示。表8-2中所示的关于藻类最大产量的新的研究结果是由Giusti和Marsili-Lielli（2005）给出的。这些经验对SOFC循环有很重要的意义。(www.xing528.com)

表8-1脱硝水池中的石莼产量

（续）

注：源自于Vezzulli L.et al.，2006。

表8-2 海藻的最大生长率和其他过程的比率 估计的参数值和区间置信度

注：源自于Giusti，E.andS.Marsili-Libelli，2005。

当池水深度是1m时，水中的石莼生物质干重是1.5kg/m³，生长率是0.1/天。每天的生物质产量是1200kg（在B情况＝13.8g/s）。如果假定生物质的LHV＝19kJ/g，作为燃料的生物质的能量流是262.2kW。假定燃料转化成电能的实际效率为25％（即使使用小机组比如微型燃气轮机或ZEMPES型活塞发动机），从这样一个08ha面积的水池产出的电功率是655kW或122ha（公顷）的水池100kW。在后来的计算中，由于假定的生物质产量少很多，产生相同的功率需要4ha。这是合理的，因为脱氮池中的光合作用比没有硝酸盐的海水中的要高产。在早期的著作（AFDW是不含灰分的干重，NGR＝RGR）中提到的氮化物的作用已经被证实：

我们在2个月的时间里重复地进行短期实验，采用相对低的初始海藻密度（300～500gAFDWm^-3）记录到的具体的生长率（NGR）范围为0025～0081/天。这些NGR结果明显的与水体中溶解的无机氮（DIN）有关系。组织中富集的总氮（TN）几乎是恒定的，但是可提取的硝酸盐含量与水体中的无机氮含量的下降趋势一致。总的磷含量表现出相当大的变化，可能与间歇性的淡水流入有关。

在长期的孵化实验中，石莼的NGR与浓度有反比关系。内部富集的总的磷和氮的量在1个月后达到了最大值；之后磷的浓度保持在几乎恒定的范围内，但是氮降低到2％w/w（干重）以下。氮的下降也伴随着组织中硝酸盐浓度的急剧降低。在生物质养殖的超过2个月的时间里，通过逐渐地减少NY率（494到146）来进行氮限制，如所示的那样。石莼与生物地球化学环境的相互作用，反过来也是解释以石莼为主导的初级生产群落的资源竞争和群落演替的关键因素。然而，当生物质超过了一个临界的水平，大约为1kgAFDWm^-3时，海藻群落由活跃的生长转变为持续的腐烂，这可能是由于海藻自身遮盖、生物质密度和在海藻床缺氧环境的发展的结果。

图8-4 不同纬度的平均辐射量

0N—赤道 90N—北极

Viaroli等人（2005）对在意大利亚得里亚海SaccadiGoro环礁湖海岸的自然环境中生长的石莼进行了系统测量。在面积为26km²、平均深度约为1.5m的场地内，通过观察水中的不同化学成分，他们记录到石莼的RGR为0.05～0.151/天。这是一种兆瓦级别的SOFT循环的可再生燃料源。用到的不同纬度的月平均日照数据由图8-4给出。