劉浩宇 韓西紅 秦益民 王曉輝

（1.青島明月海藻集團(tuán)有限公司農(nóng)業(yè)部海藻類肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266400；2.海藻活性物質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266400）

我國是世界傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的海藻資源，但海藻肥在中國的研究和應(yīng)用相對較晚。為了促進(jìn)綠色海藻肥在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用，本文介紹和總結(jié)了海藻肥的發(fā)展歷程、材料來源、制備工藝以及功效成分等，并以目前備受關(guān)注的明月海藻肥為例，對我國的海藻肥應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)一步討論了海藻肥的應(yīng)用前景和發(fā)展建議，旨在為海藻肥的應(yīng)用和我國的綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

海藻是一種廣泛存在于海洋中的低等隱花植物，具有分布范圍廣、適應(yīng)能力強(qiáng)、繁殖生長速度快、富集作用明顯等特點(diǎn)，具有極高的開發(fā)利用價(jià)值。目前在世界范圍內(nèi)，海藻利用已經(jīng)形成了非常豐富的產(chǎn)業(yè)鏈，涉及海藻養(yǎng)殖、化工、食品、保健、醫(yī)藥、化妝品、飼料、肥料、生物質(zhì)新能源等方面。海藻肥是指以天然海藻為原料，通過一定的技術(shù)手段生產(chǎn)加工而成或者添加一定數(shù)量的外源有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀及微量元素等加工而成的新型肥料。海藻肥具有環(huán)保、綠色、有機(jī)、高效等優(yōu)勢，非常契合未來肥料的發(fā)展趨勢。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)的研究和需求將會(huì)成為熱點(diǎn)。

我國是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，許多農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界前列，以不到全球10%的耕地面積滿足了世界上近20%人口的糧食需求，創(chuàng)造了世界農(nóng)業(yè)的一大奇跡。但是，高產(chǎn)的背后是對土地的無節(jié)制索取和化肥農(nóng)藥超量使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國1年使用的各類農(nóng)藥超過175萬t，達(dá)到世界平均水平的2.5倍，其中，超過70%的農(nóng)業(yè)殘留進(jìn)入了土壤、空氣和水域中，只有30%直接作用于目標(biāo)生物體。在化肥的用量上，平均每公頃實(shí)際用肥超過440 kg，是世界平均用肥水平的3倍。不合理的耕作和用肥用藥習(xí)慣以及多年積累下來的環(huán)境污染等問題，給當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)峻考驗(yàn)，水土流失、土壤荒漠化、土壤污染、土壤板結(jié)以及鹽堿化等問題日益突出[1]。與之相對應(yīng)的，民眾的環(huán)境保護(hù)意識和食品安全意識越來越強(qiáng)，“低農(nóng)殘、高營養(yǎng)”的無公害有機(jī)食品需求量與日俱增。同時(shí)，“綠水青山就是金山銀山”的理念從環(huán)境、市場、政策三方面對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了新的挑戰(zhàn)。海藻肥作為一種以海藻為原料的新型肥料，具有生態(tài)高效的特點(diǎn)，能夠有效降低化肥農(nóng)藥施用量，提高作物營養(yǎng)成分含量，日益受到人們的重視[2]。

本文搜集查閱了海藻肥的相關(guān)文獻(xiàn)資料，并結(jié)合自身相關(guān)知識，在海藻肥發(fā)展歷程、原料、制備工藝、有效成分、應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望等方面進(jìn)行了總結(jié)，并提出海藻肥未來發(fā)展的建議。

1 海藻肥應(yīng)用歷史

海藻是一種多用途的海洋經(jīng)濟(jì)植物，應(yīng)用歷史悠久。從史料可知，海藻自古以來就作為人類的食品和藥品而被廣泛利用。我國最早在《爾雅》中出現(xiàn)了海藻的記錄。但是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面，直到公元4世紀(jì)才出現(xiàn)了海藻作為肥料利用的記載。到公元12世紀(jì)中葉，在歐洲的一些沿海地區(qū)，尤其是法國、英格蘭、蘇格蘭和挪威等地，海藻肥料在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。16世紀(jì)，法國、日本、加拿大等地沿海農(nóng)民已經(jīng)學(xué)會(huì)采集海藻來制作堆肥，英國南威爾士地區(qū)和德國一些地區(qū)的農(nóng)民收集岸邊腐爛的海藻或海藻灰作為土地肥料來種植農(nóng)作物，得到了良好的種植效果和市場反響。1880年，首次出現(xiàn)了海藻肥對照實(shí)驗(yàn)的報(bào)道，雖然當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并不完善，但是明顯展示了海藻肥的良好效果[3]。1949年，世界上第一款成型的海藻液體肥商業(yè)產(chǎn)品在英國誕生，海藻肥迎來了嶄新時(shí)期[4]。

海藻肥料的應(yīng)用可以分為逐級遞進(jìn)的三個(gè)階段：腐爛海藻、海藻灰、海藻提取物（液）。經(jīng)過不斷研究和發(fā)展，到二十世紀(jì)八九十年代，海藻肥產(chǎn)品在歐美等地區(qū)得到了快速發(fā)展。海藻肥在中國的研究和應(yīng)用相對較晚，我國直至20世紀(jì)90年代才開始進(jìn)行海藻肥的研究和應(yīng)用推廣工作，依托一大批科研院所、高校和企業(yè)，在海藻肥加工工藝、作用機(jī)理、推廣應(yīng)用等方面取得長足發(fā)展。其中，以中國科學(xué)院海洋研究所、中國海洋大學(xué)、青島明月海藻集團(tuán)等起到了突出的帶頭作用。由中國科學(xué)院海洋研究所研制成功的天然新型海藻肥已經(jīng)由青島明月海藻集團(tuán)成功推向市場，并得到了良好的應(yīng)用效果。由于良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，海藻肥在世界各地大受歡迎，中國的海藻肥市場前景廣闊。

2 海藻肥原料

海藻是海洋中廣泛分布的初級生產(chǎn)者，能適應(yīng)各種嚴(yán)酷的海洋環(huán)境，生物量巨大且再生能力強(qiáng)，是經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大的海洋資源。海藻光合作用強(qiáng)烈，其通過光合作用固定了大量有機(jī)質(zhì)并釋放氧氣，是地球生物圈物質(zhì)和能量循環(huán)的搬運(yùn)工。海藻有極強(qiáng)的富集作用，最高可濃縮超過44萬倍的海洋微量元素[5]。海藻富含多種有益植物生長的天然活性物質(zhì)，實(shí)制作新型有機(jī)肥料的絕佳原材料。

世界上的海藻種類超過3萬種，其中我國已鑒定的種類約2 500種。海藻種類繁多，形態(tài)千差萬別，小的如單細(xì)胞藻類只能通過顯微鏡觀察，大的如巨藻在海底延綿上千米，可形成壯觀的海藻森林。常見的海藻可分為綠藻、紅藻、褐藻等幾大綱，其中泡葉藻（Ascophyllum nodosum）、極大昆布（Ecklonia maxima）、海帶（Laminaria digitata&Laminaria japonica）、馬尾藻（Scagassum）和滸苔（Enteromorpha prolifera）等是現(xiàn)在生產(chǎn)上常用的海藻肥原料。

海藻中富含多種生物活性物質(zhì)，例如海藻酸、巖藻多糖、巖藻黃素、甘露醇、甜菜堿、高度不飽和脂肪酸、抗生素、維生素以及多種天然植物激素等。受生長環(huán)境和代謝條件的影響，不同種類海藻的活性物質(zhì)含量也各有不同，由表1可看出，不同的海藻體內(nèi)植物激素含量有明顯差別。深海中的海藻生長環(huán)境純凈嚴(yán)酷，遠(yuǎn)離人類活動(dòng)污染，體內(nèi)積累的內(nèi)源活性物質(zhì)含量要比淺海或人工養(yǎng)殖的海藻高，是更理想的海藻肥原料[5]。

受海藻生長區(qū)域的影響，海藻肥的原料選擇有很明顯的地域特點(diǎn)。極大昆布主要分布在非洲南部海岸，莖葉粗壯高大，是南非Kelpak公司的海藻肥原料。海帶在大西洋和太平洋沿海分布廣泛，尤其是中國，人工養(yǎng)殖規(guī)模巨大，為海藻肥生產(chǎn)提供了充足的原料。馬尾藻生長在暖溫海域，我國南方有馬尾藻分布，是生產(chǎn)海藻肥的一種新型原料。滸苔是大型綠藻，在世界各地水域都有分部，近年來在我國北方海域生長旺盛，造成環(huán)境污染，中國海洋大學(xué)等以滸苔為原料制造海藻肥，走出了一條變廢為寶的環(huán)保新路。泡葉藻主要生長在大西洋冷水海域，其海藻酸、植物激素等活性物質(zhì)含量較高，生長旺盛，是國際上海藻肥生產(chǎn)的主流原料。其中，青島明月海藻集團(tuán)是國內(nèi)唯一一家以泡葉藻為原料的海藻肥生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)的海藻肥應(yīng)用效果顯著，改善了目前國內(nèi)市場上海藻肥料的應(yīng)用現(xiàn)狀。

表1 不同原材料中內(nèi)源植物激素含量

3 海藻肥制作工藝

海藻活性物質(zhì)是海藻肥肥效的關(guān)鍵，不同的制備工藝對于海藻活性物質(zhì)的提取效率、穩(wěn)定性、作用功效及成肥工藝等均有影響，直接造成了海藻肥產(chǎn)品生產(chǎn)成本、功效不同。如何有效提取穩(wěn)定、持久的海藻活性物質(zhì)是海藻肥生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵，也是目前海藻肥生產(chǎn)研究的熱點(diǎn)。在海藻肥生產(chǎn)工藝中，以細(xì)胞破碎或增溶等方法提取海藻細(xì)胞內(nèi)含物，并將大分子物質(zhì)降解為可溶性易吸收小分子物質(zhì)的過程叫藻體消解。依據(jù)原理不同，目前行業(yè)內(nèi)藻體消解方法主要有3類，即物理方法、化學(xué)方法、生物方法。

3.1 物理方法物理方法即機(jī)械破碎法，是采用高壓研磨、冷凍粉碎、超聲波等物理手段破壞海藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放并提取活性物質(zhì)。常用的物理方法主要有均質(zhì)過濾、滲透休克、超聲波破碎、研磨、高壓勻漿和冷凍粉碎等。物理方法的特點(diǎn)是環(huán)保，提取物活性高，但是能耗較大，對設(shè)備要求較高，不適用于工業(yè)生產(chǎn)，可在實(shí)驗(yàn)室級別使用。

3.2 化學(xué)方法化學(xué)方法是用化學(xué)試劑破壞海藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)，通過溶解或與海藻活性物質(zhì)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)濃縮提取。常用的化學(xué)方法有有機(jī)溶劑提取法、酸解法、堿解法以及酸堿法等。有機(jī)溶劑能夠溶解細(xì)胞膜釋放細(xì)胞內(nèi)溶物，提取的有效成分以多酚類物質(zhì)為主。用酸或堿處理海藻，能有效破壞海藻細(xì)胞，有效提取海藻中的植物生長調(diào)節(jié)劑、多糖、寡糖、氨基酸及海藻酸等物質(zhì)?；瘜W(xué)方法工藝相對成熟，能夠大規(guī)模處理原材料，效率也較高，是目前工業(yè)上海藻處理的主流方法，缺點(diǎn)就是有環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)備要求較高。

3.3 生物方法生物方法就是以微生物發(fā)酵或者酶解直接處理海藻。微生物發(fā)酵的方法是選擇合適菌種，以海藻為培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，微生物通過分解海藻來釋放出其中的有效活性成分，同時(shí)生長的菌體可合成微生物特有活性物質(zhì)。酶解法是用纖維素酶、果膠酶等分解細(xì)胞壁中的纖維素、果膠質(zhì)等成分，促使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)松散，達(dá)到釋放細(xì)胞活性物質(zhì)的目的。生物方法作用條件溫和，能夠有效保留海藻活性物質(zhì)，增強(qiáng)海藻肥肥效，是很有前景的生產(chǎn)工藝。

相關(guān)學(xué)者對四種提取工藝的海藻肥肥效進(jìn)行了對比研究發(fā)現(xiàn)，肥效從高到低的順序是：微生物提取液＞酶解提取液＞酸堿提取液＞酸提液。對比以上方法的優(yōu)劣：化學(xué)方法是目前工業(yè)上主流方法，但是會(huì)影響海藻物質(zhì)的活性；物理和生物方法能最大程度保留海藻活性物質(zhì)，是未來行業(yè)發(fā)展的主要方向，但需要克服一系列技術(shù)設(shè)備和工藝難題。

4 海藻肥的有效成分

海藻富含有機(jī)質(zhì)及多種天然活性物質(zhì)，如海藻酸、褐藻多酚、海藻多糖、巖藻黃素、甘露醇、甜菜堿、維生素、氨基酸和礦物質(zhì)（鉀、鈣、鐵、鋅、碘、鎂及硼等）等，同時(shí)含有多種內(nèi)源性植物生長調(diào)節(jié)劑。因此，以海藻為原料生產(chǎn)的海藻肥具有改土、抗逆、增產(chǎn)、保質(zhì)、調(diào)節(jié)作物生長等優(yōu)質(zhì)特性。

4.1 海藻酸海藻酸是海藻中的主要活性物質(zhì)，也是海藻肥中的重要成分。海藻酸的親水性較強(qiáng)，能有效結(jié)合土壤中的水分，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，降低土壤水分的自然蒸發(fā)，提高土壤保墑保水能力，具有改善土壤板結(jié)、增加土壤透氣性的效果。

4.2 海藻多糖海藻多糖可在作物根系形成活性水膜，促進(jìn)根系吸收土壤中營養(yǎng)物質(zhì)，提高水肥利用率，增強(qiáng)作物的抗逆能力，調(diào)節(jié)作物的營養(yǎng)生長和生殖生長，增加實(shí)際產(chǎn)量。

4.3 褐藻多酚褐藻多酚是從海藻中提取出來的多酚類化合物總稱，能夠防止病菌、病毒侵害，增強(qiáng)植株抗病能力；螯合土壤中的重金屬，降低土壤重金屬毒害作用，提高作物對金屬離子的吸收，增強(qiáng)抗旱抗凍能力。褐藻多酚還可促進(jìn)植物體內(nèi)酚酸類、類黃酮、植物生長激素、紅果素等化學(xué)物質(zhì)合成，有效促進(jìn)植物生長發(fā)育，增強(qiáng)植物抗逆性，促進(jìn)果實(shí)轉(zhuǎn)色。

4.4 甘露醇甘露醇是山梨糖醇的同分異構(gòu)體，是海藻中特有成分。它能參與植物的光合作用，提高作物的光合能力，是天然的營養(yǎng)溶劑，能調(diào)節(jié)作物機(jī)體的營養(yǎng)滲透平衡，提高作物免疫力。

4.5 甜菜堿甜菜堿是一種生物堿，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透作用，提高細(xì)胞滲透能力，增強(qiáng)作物抗寒、抗旱和抗鹽堿能力，同時(shí)具有較強(qiáng)的驅(qū)蟲、抗真菌作用，對植物的生長具有調(diào)節(jié)和促進(jìn)作用。

4.6 植物內(nèi)源激素海藻肥中含有多種內(nèi)源性植物激素，如生長素、細(xì)胞分裂素、赤霉酸等，能夠有效調(diào)節(jié)作物的生理狀態(tài)，增強(qiáng)作物對環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，促進(jìn)機(jī)體內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸和利用，從而促進(jìn)植物生長，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

5 海藻肥的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國擁有豐富的海洋資源，為實(shí)現(xiàn)“利用海洋資源，服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”的愿景提供了得天獨(dú)厚的條件。從海藻中提取適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的天然活性物質(zhì)被國家科技部列入了國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。當(dāng)前，青島明月海藻集團(tuán)聯(lián)合中國科學(xué)院海洋研究研制成功了一種新型高效植物肥，即明月藍(lán)能量海藻肥，且在農(nóng)業(yè)方面得到了良好應(yīng)用，是公認(rèn)的無公害綠色食品的理想肥料。目前，已經(jīng)報(bào)道了明月海藻肥在多種農(nóng)作物生產(chǎn)方面的應(yīng)用，證明了其在不同自然條件和土壤類型條件下具有顯著促進(jìn)黃瓜、豇豆、甜蕎、冬瓜、小油菜等多種農(nóng)作物產(chǎn)量提升的作用，并進(jìn)一步闡明了海藻肥作為農(nóng)作物肥料的典型優(yōu)勢。

6 海藻肥的應(yīng)用前景及發(fā)展建議

營養(yǎng)全面、功效獨(dú)特以及天然無公害是海藻肥的主要特性。與傳統(tǒng)化肥相比，海藻肥有很多獨(dú)特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)化肥易破壞土壤中的養(yǎng)分含量，而海藻肥則實(shí)現(xiàn)了促進(jìn)植物生長和保護(hù)土壤環(huán)境的雙向目標(biāo)，滿足了促進(jìn)植物產(chǎn)量和品質(zhì)提升的硬性要求。海藻肥作為純天然生產(chǎn)的綠色新型肥料，在營養(yǎng)、環(huán)保、技術(shù)等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，發(fā)展方向和定位與消費(fèi)需求相符合。隨著國家環(huán)保意識的加強(qiáng)以及市場對綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品需求量的增加，我國對有機(jī)肥的需求呈現(xiàn)逐年上升趨勢，給海藻肥提供了巨大的市場發(fā)展機(jī)遇。

在低碳經(jīng)濟(jì)理念盛行的大趨勢下，化肥行業(yè)正面臨高價(jià)運(yùn)行、資源日益匱乏和能源價(jià)格日益上漲的新形勢，行業(yè)發(fā)展面臨巨大壓力。因此，肥料產(chǎn)業(yè)如何發(fā)展成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)步的重要問題。我國擁有豐富的海藻資源，在充分利用我國海藻資源的前提下大力發(fā)展海藻有機(jī)肥，將有望解決肥料行業(yè)在原料、能源、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等各方面的困難。

隨著國家科技水平的提升，農(nóng)民種植水平不斷提高，用肥習(xí)慣已經(jīng)悄然改變，逐漸接受價(jià)高質(zhì)優(yōu)的有機(jī)肥料。其中，海藻肥因具有營養(yǎng)豐富、增產(chǎn)抗病、活化土壤、綠色無公害等多重功效，在我國多數(shù)地區(qū)得到了廣泛推廣和良好應(yīng)用，給海藻肥的全面應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。著眼目前中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的大趨勢，海藻肥的應(yīng)用必定前景廣闊。

要有效使用、研究和發(fā)展海藻肥，應(yīng)該進(jìn)一步完善海藻肥制取工藝，開發(fā)更加簡單、快捷、產(chǎn)品純度高、質(zhì)量好的生產(chǎn)工藝，確保海藻肥的高效生產(chǎn)及應(yīng)用。此外，完善海藻肥料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。在農(nóng)業(yè)市場上，應(yīng)以向廣大農(nóng)民普及海藻肥的功效和使用方法為基礎(chǔ)，進(jìn)一步推廣產(chǎn)品服務(wù)，助力海藻肥進(jìn)入我國肥料的主流市場，從而為國家綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。