海藻修復富營養化海域與內陸缺碘環境的潛力

李 睿,劉嘉偉,洪春來,周 駿,胡春琴,宋明義,戴之希,翁煥新*(.浙江大學環境與生物地球化學研究所,浙江 杭州 007；.浙江省農業科學院,浙江 杭州 00；.中國地質調查局中國農業地質應用研究中心,浙江 杭州 0007)

海藻修復富營養化海域與內陸缺碘環境的潛力

李 睿1,劉嘉偉1,洪春來2,周 駿1,胡春琴1,宋明義3,戴之希1,翁煥新1*(1.浙江大學環境與生物地球化學研究所,浙江 杭州 310027；2.浙江省農業科學院,浙江 杭州 310021；3.中國地質調查局中國農業地質應用研究中心,浙江 杭州 310007)

系統測定了采自中國渤海、黃海、東海、南海海域的大型海藻——海帶的主要營養元素和微量營養元素含量水平,分析了海帶營養元素的區域性差異及其對富營養化海域水體中氮磷的去除能力.結果顯示，海帶中的氮、磷和碘的含量分別是海水中相應元素含量的9.80×104倍、2.00×105倍和5.80×104倍.同時,利用海帶制成海藻有機碘肥,培育富碘蔬菜,其碘含量可比普通蔬菜高10余倍.揭示了外源碘對提高土壤碘背景含量的生物地球化學過程.從而建立了海帶修復生態環境的潛在模式,將修復沿海水域富營養化和改善缺碘生態環境的技術串聯起來,為建立包括規模化海帶養殖、海帶發酵提取生物質能源、海藻有機碘肥生產、含碘植物性食品培育在內的生態產業鏈,提供了技術路線.

碘缺乏病；海水富營養化；海帶；海藻碘肥；生態修復；生態產業鏈

根據國家海洋局歷年海洋環境狀況公報[1],我國渤海、黃海、東海、南海近岸海域的無機氮和活性磷酸鹽常年超標.如何有效地遏制中國沿海海域水質富營養化的趨勢,使近岸海域的生態環境得到修復,成為人們關注的環境熱點[2-4].另一方面,在我國廣闊的內陸地區,由于土壤中碘的背景含量很低,導致糧食和蔬菜等植物性食品碘含量也普遍很低,從而使大量人群受到“碘缺乏病(IDD)”的威脅[5-6].如何改善缺碘地域的生態環境,使人體能通過平常膳食自然補碘,從而克服食鹽加碘的缺陷[7-9],也是一個全球共同努力的目標.

大型海藻——海帶(Saccharina japonica)在其生長過程中,除了可以從海水中大量地吸收氮、磷、鉀等營養元素,還可以通過生物富集作用,將海水中的碘濃縮數萬倍至數百萬倍,從而使海帶中的碘含量高達 0.3%～0.5%[10].海帶不僅高產,而且適合在我國整個沿海海域養殖,多年來,人們都將海帶作為一種具有經濟價值的海產品進行養殖[11-12].為了拓展海帶在醫療、工業、環保等領域的應用,眾多海洋學家對海藻蛋白質、基因也做了深入的研究[13-14].然而,對于海帶在修復海洋環境和改善缺碘環境的雙重作用方面所具有的巨大潛在價值,卻長期被忽略.

為了深入了解中國沿海海域規模化養殖海帶的環境效應,本研究選取了產自渤海、黃海、東海、南海大型海帶養殖基地自然生長的成品海帶,通過測定海帶樣品中的N、P、K、Ca、Mg等主要營養元素及I、Fe、Zn、Cu、Mn等微量營養元素的含量,在研究海帶中營養元素含量區域分布差異性特征及其與海水環境關系的基礎上,分析了海帶修復沿海海域水體富營養化的能力.與此同時,為了深入了解不同地區土壤碘的背景差異,對地處浙江沿海地區的寧波姚江河谷平原和內陸地區的麗水碧湖盆地土壤中碘的背景含量,以及生長在兩地的一些蔬菜中碘的含量水平,開展了對比性調查,并采用含碘量較高產自渤海的海帶為原料,制成海藻有機碘肥,在缺碘的內陸區,通過大田試驗,除了直接培育高含碘量較高的蔬菜外,還論證了海藻碘對于培育富碘蔬菜和改善土壤缺碘環境的生物有效性.最后,結合海帶提取生物質能源的最新研究成果,提出海藻修復近岸海域水體富營養化和改善內陸缺碘生態環境雙重作用的潛在模式,為建立以規模化海帶養殖為基礎的產業鏈,提供科學依據和技術支撐.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

海帶樣品采集.本研究選取的海帶樣品,在生物分類上,屬于褐藻門,海帶目,海帶科,海帶屬.4組海帶樣品分別產自遼寧大連、山東日照、福建連江和廣西北海的海帶規模化養殖區,其海域分別地處中國渤海、黃海、東海、南海.海帶采用人工低溫育苗,筏式養殖技術,養殖區離周圍污染源較遠,外源污染對海帶生長的影響較小,海域氮、磷含量狀況大多符合水產養殖的水質要求(表 1).每組樣品由隨機采集的3株成熟海帶樣品組成,海帶植株生長狀態良好,長約1～2m,寬約30～40cm.

表1 樣品海帶養殖區海域的無機氮及活性磷酸鹽含量Table 1 The dissolved inorganic nitrogen(DIN)and active phosphate (PO-P) concentration in the cultured sea areas of the sample kelps

表1 樣品海帶養殖區海域的無機氮及活性磷酸鹽含量Table 1 The dissolved inorganic nitrogen(DIN)and active phosphate (PO-P) concentration in the cultured sea areas of the sample kelps

海域 DIN (mg/L) PO43--P (mg/L) N:P 數據來源渤海(大連金州灣) 0.168 0.012 14.00 王富貴等[15]黃海(日照近海) 0.140 0.006 23.33 孟娜等[16]東海(連江近海) 0.456 0.032 14.25 鄭小宏[17]南海(北海近海) 0.021 0.004 5.53 楊艷等[18]

土壤及蔬果樣品采集.分別選擇地處浙江東部沿海地區的寧波姚江河谷平原和浙江西南部內陸地區的麗水碧湖盆地為研究區,進行土壤碘背景含量及植物性食品碘含量的對比性調查.在寧波姚江河谷平原的12個村和麗水碧湖盆地的10村采集了土壤表層樣,并在余姚采集了3個土壤剖面樣,麗水采集了 1個剖面樣,剖面深度230cm,每10cm采集1個土樣.同時,在兩地分別隨機采集了青菜、菠菜、包心菜、大白菜、蒿菜、菜苔、紫菜苔、雪菜、芥菜、青蒜、萵苣、蘿卜、草莓、番茄等14種常見蔬菜/水果的樣品各3份,每份鮮重至少 1kg,樣品用去離子水沖洗干凈后,用吸水紙吸干表面的水分,稱鮮重后,在 50℃恒溫條件下烘干,粉碎過30目篩備測.

1.2 海藻有機碘肥制備與蔬菜碘強化

海藻有機碘肥制備.選用渤海海帶加工下腳料,經粉碎后,與硅藻土按質量比1:1混合,制成海藻有機碘肥[19].經放大反應光度法標定[20],該海藻有機碘肥的碘含量為500mg/kg.

蔬菜碘強化培育.在麗水碧湖盆地沙岸村,選擇常態耕地為試驗田,進行施用海藻有機碘肥培育富碘蔬菜的大田試驗,試驗田的種植土壤為青紫泥,土壤的基本理化性質見表2.大田實驗覆蓋了當地常見的蔬菜類型,其中根類蔬菜包括:紅蘿卜、紫蘿卜、白蘿卜、生姜;葉類蔬菜包括:包心菜、菠菜、大白菜、蒿菜、芥菜、青菜、生菜、雪菜、苦菜;果類蔬菜包括:草莓、番茄、黃瓜、辣椒、茄子、長豇豆;莖類蔬菜包括:芹菜、青蒜、萵苣、紫云英、紫菜苔.海藻有機碘肥施用量為 1.5kg/hm2,通過基肥的形式一次性施入土壤表層(深度約20cm),其他田間管理依照常規耕作方式進行.

當各類蔬菜可食部位達到上市標準時即開始取樣,取樣時將蔬菜連根拔起,取可食部位樣品用去離子水沖洗干凈后,用吸水紙吸干表面的水分,稱鮮重后,在50℃恒溫條件下烘干,粉碎過30目篩,測定蔬菜的碘含量.

為了深入了解施用外源碘對土壤碘含量的影響,于頭茬受試農作物收獲后,分別在實驗區內和試驗區外20～60m處各挖3個土壤剖面,剖面深度約1m.刨去表層20cm土壤,以下每隔10cm取1個樣,風干磨碎過篩備測.

表2 供試土壤的基本理化參數Table 2 Physical and chemical parameters of the soil under test

1.3 樣品分析

海帶樣品用細毛刷輕輕刷洗,去除表面泥沙、雜藻及其他附著物.在 50℃烘箱中烘 24h,水分充分蒸干后,取出磨細過 0.25～0.50mm篩,保證整株海帶各部分被均勻粉碎,放入樣品袋中保存備用.

海帶中氮(N)的測定,采用凱氏定氮法;磷(P)的測定,采用鉬銻抗比色法;鉀(K)的測定,采用火焰光度計法;碘(I)的測定,采用放大反應光度法[20].其它營養元素Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn的測定,采用濃H2SO4-HNO3消煮,電感耦合等離子體質譜測定法.

土壤和蔬菜樣品碘的測定均采用放大反應光度法(又稱溴水氧化法)[20-21].

每組樣品設置3組平行樣.所有空白和重復樣品測定的分析誤差＜5%.

2 結果與討論

2.1 海帶的固氮和固磷作用

從表3中可看到,海帶中主要營養元素N的含量范圍為1.61%～2.27%,平均含量1.92%;P的含量范圍為0.16%～0.36%,平均含量0.26%;K的含量范圍為0.86%～2.34%,平均含量1.29%;Ca的含量范圍為 0.63%～0.92%,平均含量 0.79%;Mg的含量范圍為0.49%～0.68%,平均含量0.60%.海帶中微量營養元素 Fe的含量范圍為 57.30～361.60μg/g,平均含量157.10μg/g;Zn的含量范圍為13.60～26.70μg/g,平均含量20.50μg/g;Cu的含量范圍為 0.78～1.79μg/g,平均含量為 1.49μg/g; Mn的含量范圍為 2.50～17.20μg/g,平均含量7.40μg/g;I的含量范圍為 2896.00～3406.00μg/g,平均含量3203.00μg/g,為海水中碘濃度(約50.00 μg/L～60.00μg/L)的5.80～6.80×104倍[10],表明海帶對海水中的碘具有十分強大的生物富集作用.

表3 中國各海域所產海帶的營養元素含量Table 3 Nutrient content of kelps growing in various sea areas of China

不同海域出產的海帶,同種營養元素的含量水平存在明顯差異(圖1),生長在東海和渤海的海帶樣品中主要營養元素N和P的含量明顯高于生長在其它海域的海帶,其中東海海帶中N的含量分別是南海和黃海海帶的1.41倍和1.23倍;P的含量分別是南海和黃海海帶的2.24倍和1.64倍.海帶中N、P含量區域性差異與所生長海域中N、P的濃度密切相關(圖 1,表 1),海水中 N、P的濃度越高,海帶的N、P含量也越高 (相關系數分別為 r=0.9343和 r=0.7522),平均而言,海帶中N、P含量分別為海水中N、P濃度的9.8×104,2.0× 105倍,這意味著海帶具有彈性較強的凈化水體和修復沿海海域水體富營養化的能力.

圖1 海帶中N、P含量的區域分布差異Fig.1 N and P contents of the kelps produced in different sea areas

東海海域水體中N、P的平均濃度是南海和黃海海域水體的2倍多,但是,東海海帶中N含量比南海和黃海海域海帶中N含量,P含量比黃海海域海帶中P含量小于2倍.另外,生長在不同海域海帶中的N/P比值在6.09～10.04之間,而相應海域水體中的N/P比值在5.53～23.33之間,變幅明顯高于前者,這說明海帶對N、P的吸收除了受海水中N、P濃度的影響,還受到其它因素影響.先前的研究表明[22],不同的 N/P、溫度、光照、鹽度等因素均對海帶吸收N、P產生不同程度的影響.東海連江海域和渤海大連海域的N/P比值接近Redfield比值(16:1),其它兩處海域的N/P比值則明顯偏離Redfield比值,N、P限制也可能是導致海帶中N、P含量區域性差異的原因之一.

據統計[23],中國大型海藻的養殖面積達1.107×105萬hm2,海藻產品的總產量為(1.0～1.6)× 106t/a,按照光合作用換算的固碳量為(4.8～5.4)× 105t/a、固氮量為(0.96～1.08)×105t/a、固磷量為(4.8～5.4)×103t/a.在我國的海藻產品中,海帶的產量約為 9.0×105t/a[24].按干海帶含水量 70%,以本實驗數據推算,目前我國通過海帶養殖,可以去除海水中的N和P分別為5.2×103和7.29×102t/a,分別約占中國大型海藻年固氮量和年固磷量的5%和8%;分別相當于2015年閩江入海無機氮和總磷的6%和7%[1],由此可見,海帶養殖已經在降低海水富營養化過程中起著重要的作用.

2.2 海藻碘對內陸缺碘環境的改善作用

圖2 寧波姚江河谷平原(圖上部)和麗水碧湖盆地(圖下部)表層土壤碘的背景含量Fig.2 The background concentration of iodine in the soil of the Ningbo Yaojiang Valley Plain (above) and the Lishui Bihu Basin (below)

對土壤碘背景值的調查結果表明,寧波姚江平原各采樣點表層土壤中碘的含量范圍 26.53～12.87mg/kg,平均含量為19.35mg/kg,遠高于浙江省表層土壤中碘的平均含量(1.95mg/kg),屬于典型的高碘地區;而麗水碧湖盆地各采樣點表層土壤中碘的含量范圍 2.33～1.27mg/kg,平均值為 1.65mg/kg,低于浙江省表層土壤中碘的平均含量,屬于典型的缺碘地區.濱海河谷平原與內陸盆地表層土壤中碘的背景含量差異很大,兩地土壤碘的平均含量之差達到17.70mg/kg,其中寧波姚江河谷平原的車廄村土壤碘含量比麗水碧湖盆地大陳村高出25.26mg/kg(圖 2).如此大的差異,與兩地土壤中碘的來源不同直接相關.寧波姚江河谷平原土壤剖面I、F、Cl的相對百分含量集中在三角相圖中很小的區間內,反映出其土壤中較高的碘背景含量一定程度上與該地區第四紀以來的海侵相關聯[25],而麗水碧湖盆地土壤剖面I、F、Cl的相對百分含量卻分散在三角相圖中,反映出其土壤碘的背景含量與當地巖石風化物相關聯,各類巖石中碘含量偏低必然導致土壤較低的碘背景含量(圖 3).產自寧波姚江河谷平原的蔬菜碘含量高出麗水碧湖平原的同類蔬菜約19倍(圖4),土壤碘的背景含量決定了植物性食品中的碘含量.

圖3 土壤中碘(I)氟(F)氯(Cl)三角相圖Fig.3 The triangle phase diagram of the relative percentage of I, F, and Cl contents of the soil in Ningbo Yaojiang Valley Plain and Lishui Bihu Basin

圖4 產自寧波姚江河谷平原和麗水碧湖盆地的蔬菜/水果食用部位的碘含量Fig.4 Iodine content in the edible parts of vegetables and fruits produced in the Ningbo Yaojiang Valley Plain and the Lishui Bihu Basin

選擇缺碘地區麗水碧湖盆地沙岸村的菜園地,進行了培育蔬菜碘強化的大田試驗.結果表明,未施用海藻有機碘肥的蔬菜(CK),其食用部位的碘含量處于較低水平,除了個別蔬菜,如菠菜、苦菜、芹菜分別達到 0.87、0.52、1.14mg/kg外,各類蔬菜食用部位中碘的平均含量均低于 0.40mg/ kg.但是,當農田施用海藻有機碘肥(碘劑量為1.50kg/hm2)后,各類蔬菜食用部位碘的含量水平均有明顯的提高,具體表現為葉類蔬菜由原來的0.15～0.87mg/kg提升至14.57～22.71mg/kg,平均含量達到 18.13mg/kg;莖類蔬菜由原來的 0.14～1.14mg/kg提升至4.03～13.67mg/kg,平均含量達到10.96mg/kg;根類蔬菜由原來的0.14～0.38mg/kg提升至1.70～8.71mg/kg,平均含量達到4.65mg/kg;果類蔬菜由原來的 0.12～0.31mg/kg提升至 1.68～4.67mg/kg,平均含量達到 3.51mg/kg.通過施入外源碘后,缺碘土壤所產蔬菜食用部位的含碘水平有了大幅度提高,海藻有機碘肥對蔬菜含碘量的提升作用非常明顯(圖5).

未添加外源碘肥的農田土壤(圖 6,4～6剖面),其碘含量隨深度變化特點表現為:在20～50cm無明顯變化,當深度＞50cm時,土壤碘含量隨深度增加而逐漸減少.施加海藻有機碘肥后,土壤碘含量明顯增加,且在 20～50cm的深度范圍,土壤(圖 6,1～3剖面)碘含量隨深度增加而增加;當深度＞50cm后,碘濃度隨深度驟然下降,直至80～90cm的深度與本地土壤相接近.這反映了土壤外源碘存在垂直向的生物地球化學遷移過程,海藻有機碘肥施入土壤的深度一般在表層20cm處,而土壤剖面中所顯示的土壤外源碘最高濃度出現在30～50cm處,這個深度正是植物根系最發達的位置,因此,土壤外源碘垂直向下遷移的動力除了來自淋濾作用外,還與蔬菜植物根系對碘的生物吸收作用相關.另外,經測定,實驗區表層土壤的碘溶出率都小于 6.5%,表明海藻有機碘為一種長效緩釋肥.

上述研究結果表明,內陸缺碘土壤通過施用海藻有機碘肥,可以提高土壤碘的背景含量,這不僅能夠直接培育出含碘水平高的農作物,從而使人們可以通過日常膳食得到自然補碘,而且能夠使缺碘的生態環境得到改善,最終使土壤、水體、作物和整個食物鏈中碘的含量水平得到提高,從而為逐步消除“碘缺乏病”創造有利的自然條件.

圖5 施用海藻有機碘肥培育的蔬菜食用部位碘含量水平Fig. 5 The iodine contents in the edible parts of vegetables fertilized by seaweed organic iodine

圖6 土壤碘的含量隨深度的變化Fig.6 The iodine contents of the soil at various depth

2.3 海帶修復生態環境的潛在模式

海帶作為一種具有高經濟價值的海產品,在我國的養殖已有百年歷史,從最初的僅限于遼東、山東半島附近海域,發展至今,人工養殖已經推廣到浙江、福建、廣東等地沿海海域,基本覆蓋了整個中國的沿海海域.隨著對海帶開發利用研究的不斷深入,海帶除了本身作為有營養的海產品和作為某些食品工業的原料外,最新的研究表明,海帶是提取生物能源,如乙醇或沼氣理想的原料,Wargacki等通過設計的微生物平臺[26],順利地從1t干海帶中提取0.281t乙醇,等價于海帶中糖類得到乙醇的最大理論產值約為 80%,從而為海帶提取生物能源的工業化奠定了基礎.從圖 8可以看到,隨著海帶中甘露醇和褐藻酸的不斷減少,乙醇的產率逐漸增加,當海帶中的糖類轉化為乙醇后留下的殘渣,使海帶中富含的營養元素得到濃縮,特別是碘的含量進一步提高,將提取乙醇后的殘渣與硅藻土按一定的比例制成海藻有機肥碘肥,不僅生產成本降低,而且質量高,更重要的是,海帶提取乙醇過程產生的大量殘余物能被資源化利用,為海帶原料提取生物質能源的工業化,提供了清潔化生產的保障.

圖7 乙醇產出及糖類的消耗,根據Wargacki等(2012)[26]修改Fig.7 Ethanol production and the transformation of sugars, revised according to Wargacki et al.(2012)[26]

我國廣大的內陸地區普遍缺碘,若通過長期施用海藻有機碘肥,在培養富碘蔬菜、糧食和水果的同時,還可以使土壤碘的背景含量逐漸提高,從而使缺碘地區的生態環境得到改善.由于在自然狀態下,人體和動物所需要的碘 80%以上來自植物性食品[27-28],且人體對食物中碘的生物利用率最高可達99%,因此,這一方面在日常生活中通過食用含碘的植物性食品,人體可以得到自然有效的補碘;另一方面,土壤碘背景含量的提高,經過生物地球化學和環境地球化學作用過程,可以使整個食物鏈中的碘含量水平逐步得到提高,為最終徹底消除“碘缺乏病(IDD)”創造必要條件.

圖8 海帶產業鏈修復生態環境的潛在模式Fig.8 The potential model to use kelp industry chain for the remediation of ecological environment

綜上所述,根據中國所具有的廣闊沿海海域,構建海帶修復生態環境的潛在模式(圖8).該潛在模式不僅為修復沿海海域水體富營養化和改善缺碘生態環境提供了技術框架,而且也為建立包括規模化海帶養殖、海帶發酵提取生物質能源、海藻有機碘肥生產、含碘植物性食品培育等在內的一條完整的產業鏈,提供了技術路線.

表 3給出了海藻修復生態環境潛在模式的數值分析.我國72條主要河流輸入沿海海域的污染物中,總氮和總磷分別約為 2.70×106和 3.59× 105t/a,如果將我國沿海海域的海帶養殖量,從目前養殖量(約為 9.00×105t/a)的基礎上擴大 10倍[20],即達到9.00×106t/a,海帶對N和P的吸收量將分別達到5.20×104和7.29×103t/a,對凈化沿海海域水體的富營養化將起到重要作用.如果用海帶養殖量 9.0×106t/a的 90%提取生物質能源(其它10%依然作為海產品或工業原料),可以生產清潔生物能源—乙醇 2.3×106t/a;同時,海帶養殖對CO2的吸收量將達到4.0×106t/a,對CO2減排起重要作用.海藻提取乙醇后產生的殘渣,與硅藻土混合可以制成 8.0×106t/a海藻有機碘肥,在我國內陸地區施用海藻有機碘肥,不僅能夠直接培育2.5×107t含有機碘的植物性食品,還可以改善缺碘土壤1.8×105km2.

表3 海藻修復生態環境潛在模式的數值分析Table 3 Numerical analysis of the potential model to use kelp for the restoration of ecological environment

3 結論

3.1 中國沿海養殖的大型海藻—海帶中主要營養元素N、P、K、Ca和Mg的平均含量分別為1.92%、0.27%、1.29%、0.79%和0.60%,微量營養元素I、Fe、Zn、Cu和Mn的平均含量分別為3203.00μg/g、157.10μg/g、20.50μg/g、1.49μg/g和 7.40μg/g.雖然由于海帶自身的生理特性、海洋生態環境和物理化學等綜合作用的結果,海帶的營養元素含量水平存在明顯的區域性差異,但是海帶對受氮、磷污染海域的凈化作用和對碘的生物富集作用是非常明顯的.

3.2 利用海帶制成的海藻有機碘肥作為土壤外源碘,可被蔬菜植物根系吸收,并被輸送至各食用部位.外源碘施用量為1.50kg/hm2時,可使其碘含量提高10～20倍.施用海藻有機碘肥可以使土壤碘含量明顯提高,且其溶出率＜6.5%.表明海藻有機碘肥不僅可以直接培育出含碘蔬菜,而且可以有效的改善缺碘土壤的生態環境.利用海帶提取生物質能源(乙醇、沼氣)殘渣制取有機碘肥,不僅徹底解決了海藻提取生物質能源的殘渣問題而保障了清潔生產,而且可以進一步用于提高缺碘土壤的碘和氮、磷、鉀含量.

3.3 基于大型海藻—海帶富集碘和對氮、磷有較強吸收能力,以及海帶本身又是提取生物質能源的理想原料等特點所建立的修復生態環境潛在模式,不僅為修復沿海海域水體富營養化和改善缺碘土壤環境提供了技術框架,而且也為建立包括規模化海帶養殖、海帶發酵提取生物能源、海藻有機碘肥生產、含碘植物性食品培育在內的一條完整的產業鏈,提供了技術路線.

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The potential model of seaweeds to remediate eutrophic sea waters and improve inland iodine deficiency environments.

LI Rui1, LIU Jia-wei1, HONG Chun-lai2, ZHOU Jun1, HU Chun-qin1, SONG Ming-yi3, DAI Zhi-xi1, WENG Huan-xin1*
(1.Institute of Environmental and Biogeochemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China；2.Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310021, China；3.Geological Research Center for Agricultural Applications, China Geological Survey, Hangzhou 310007, China). China Environmental Science, 2017,37(1)：284～291

The contents of major elements and micronutrients of the kelps, macroalgaes produced in the Bohai Sea, the Yellow Sea, the East China Sea, and the South China Sea, were respectively determinated. Their differences in nutrient contents between regions were compared,and their ability to eliminate the excessive nitrogen and phosphorus in sea waters were analyzed. The results showed that the concentrations of nitrogen, phosphorus and iodine in the kelp were respectively 9.8 × 104 times, 2.0 ×105 times, and 5.8 × 104 times higher than that in the sea water. Meanwhile, the organic iodine fertilizer made from the kelp was applied to cultivate iodine-rich vegetables, and their iodine content could reach to about 10 times higher than the unfertilized controls. The biogeochemical process of using exogenous iodine to improve the iodine deficiency in the soil was revealed. At last, a kelp-based potential model to repair the ecological environment is established, which can link the remediation of eutrophic sea waters and the improvement of inland environment of iodine deficiency. The solution may provide a technical route to establish an environment-friendly iodine industry chain, including large-scale cultivation of kelps, extraction of biomass energy from kelp fermentation, manufacture of organic iodine fertilizer, cultivation of iodine-rich plant foods, and so on.

iodine deficiency disorders；eutrophic sea water；kelp；seaweed iodine fertilizer；ecological restoration；eco-industrial chain

X55,Q89,S3

A

1000-6923(2017)01-0284-08

李 睿(1965-),男,貴州織金人,副教授,博士,主要從事資源與環境生態研究.發表論文50余篇.

2016-03-03

國家自然科學基金(40873058,40373043);浙江省國土資源廳土地環境地質調查與應用示范項目(2014002)

? 責任作者, 教授, gswenghx@zju.edu.cn