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英国诗人William Blake曾写道：“To see a world in a grain of sand（一沙一世界）”，意喻微小中蕴含宏大，微观处可现繁复。这一表述也精确适用于硅藻。
硅藻是自然界中常见的微生物。在池塘里随手掬水，取其中一滴放在光学显微镜下观察，一个富含微米数量级硅藻的微观世界就呈现在眼前。若将硅藻颗粒挑出置于电子显微镜下，更会发现，一粒硅藻便是一座精巧的微型“宫殿”，其结构中孔洞丰富，表面“纹饰”纷呈。实际上，硅藻的种属和形态丰富多彩，并且在水体、沉积物、土壤等诸多环境中均存在。因此，尽管硅藻貌似微不足道，却以其独特的微结构和出色的环境适应能力，诠释了地球生态系统的多样性和复杂性，堪称奇妙。
硅藻早在侏罗纪时期便亮相于地球舞台。自此至今，硅藻种群经历了地球的板块飘移、山川沧桑，见证了恐龙的消逝和人类的崛起，却始终位列水体微生物的主流。如今，硅藻的细分种类已达约20万种，数量和种属都十分庞大。作为地球上最重要的光合微生物，硅藻通过光合作用产生的氧气，贡献了地球氧气总量的五分之一以上，对支撑地球生态体系起着关键作用。尽管硅藻如此重要，在Antonie van Leeuwenhoek发明出能够直接观察微生物的光学显微镜之前，人类从未察觉到地球上生存着硅藻。在侏罗纪到人类纪长达亿年的时间长河里，硅藻默默进化，默默塑造地球生态。直到1703年，在伦敦皇家学会收到的一篇稿件中首次出现显微镜观察硅藻的记录，硅藻的显微形态精美，观察硅藻成为当时的一种雅趣甚至时尚。这驱使了人们对硅藻的日益关注，并留下了丰富的观察记录。1904年，Ernst Haeckel的《自然界的艺术形态》收录了硅藻显微图，已称得上多姿多彩，令读者领略硅藻之美。这些古典时期的光学薄片标本的一部分保存至今，对当今的硅藻研究也颇具宝贵价值。
与硅藻显微观察的兴盛几乎同期，随着工业革命的技术突破和产业繁荣，硅藻沉积成岩形成的矿产——硅藻土也开始得到广泛应用。其中，最突出的例子是Alfred Bernhard Nobel利用硅藻土作为稳定硝化甘油炸药的载体，研发出取得巨大商业成功的新型炸药。就此角度而言，硅藻土对诺贝尔奖的贡献可谓巨大。20世纪开启了从简单观察硅藻到基于硅藻开展多门类科研的新篇章，特别是20世纪30年代扫描电镜和透射电镜的发明，帮助人们首次实现在微米尺度上观察硅藻的精细结构。水生硅藻、土壤硅藻及其生态环境效应研究，乃至硅藻或硅藻土的应用研究，相继兴起。其中极富创造性的一个应用，当属法医学上通过研究逝者身体中的硅藻来判断其是否属于溺亡。随后，基于20世纪下半叶以来多种测试分析新技术（精细谱学、基因测序等）的运用，硅藻和硅藻土的生物、化学、物理和材料学研究在近几十年来得到了快速发展。研究者如今已能够利用聚焦离子束（FIB）减薄技术和飞行时间-二次离子质谱（TOF-SIMS）等技术来研究硅藻壳体内部的超精细结构。研究者在硅藻光合作用的关键机制方面也取得了突破，解析出了硅藻主要捕光天线蛋白的高分辨结构。此外，基于硅藻的先进能源和材料研究（如生物燃料和太阳能电池材料）正在兴起。近年来，研究者还提出了基于硅藻-矿物相互作用的水体二氧化碳固碳策略假说。总体上，硅藻和硅藻土研究呈现出蓬勃发展的喜人局面。
本书原著作者Joseph Seckbach博士和Richard Gordon博士，他们从事藻类微生物的研究和教学已超过半个世纪，在耄耋之年仍笔耕不辍，推出这本内容丰富的硅藻著作。本书的译者重庆大学张育新教授团队在硅藻土材料领域的研究深耕多年，本书的出版无疑将推动我国硅藻相关研究的持续深入，对提高我国硅藻和硅藻土研究水平起到重要作用。
袁鹏
2024年8月14日