海藻肥的發展歷程與應用前景

劉浩宇 韓西紅 秦益民 王曉輝

（1.青島明月海藻集團有限公司農業部海藻類肥料重點實驗室，山東青島 266400；2.海藻活性物質國家重點實驗室，山東青島 266400）

我國是世界傳統農業大國，擁有豐富的海藻資源，但海藻肥在中國的研究和應用相對較晚。為了促進綠色海藻肥在我國農業發展中的應用，本文介紹和總結了海藻肥的發展歷程、材料來源、制備工藝以及功效成分等，并以目前備受關注的明月海藻肥為例，對我國的海藻肥應用進展進行了總結，進一步討論了海藻肥的應用前景和發展建議，旨在為海藻肥的應用和我國的綠色生態農業的發展提供參考。

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、適應能力強、繁殖生長速度快、富集作用明顯等特點，具有極高的開發利用價值。目前在世界范圍內，海藻利用已經形成了非常豐富的產業鏈，涉及海藻養殖、化工、食品、保健、醫藥、化妝品、飼料、肥料、生物質新能源等方面。海藻肥是指以天然海藻為原料，通過一定的技術手段生產加工而成或者添加一定數量的外源有機質、氮、磷、鉀及微量元素等加工而成的新型肥料。海藻肥具有環保、綠色、有機、高效等優勢，非常契合未來肥料的發展趨勢。隨著生態農業的發展，相關的研究和需求將會成為熱點。

我國是傳統農業大國，許多農產品產量位居世界前列，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，創造了世界農業的一大奇跡。但是，高產的背后是對土地的無節制索取和化肥農藥超量使用。據統計，目前我國1年使用的各類農藥超過175 萬t，達到世界平均水平的2.5 倍，其中，超過70%的農業殘留進入了土壤、空氣和水域中，只有30%直接作用于目標生物體。在化肥的用量上，平均每公頃實際用肥超過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慣以及多年積累下來的環境污染等問題，給當前的農業生產帶來了嚴峻考驗，水土流失、土壤荒漠化、土壤污染、土壤板結以及鹽堿化等問題日益突出[1]。與之相對應的，民眾的環境保護意識和食品安全意識越來越強，“低農殘、高營養”的無公害有機食品需求量與日俱增。同時，“綠水青山就是金山銀山”的理念從環境、市場、政策三方面對農業生產提出了新的挑戰。海藻肥作為一種以海藻為原料的新型肥料，具有生態高效的特點，能夠有效降低化肥農藥施用量，提高作物營養成分含量，日益受到人們的重視[2]。

本文搜集查閱了海藻肥的相關文獻資料，并結合自身相關知識，在海藻肥發展歷程、原料、制備工藝、有效成分、應用現狀及前景展望等方面進行了總結，并提出海藻肥未來發展的建議。

1 海藻肥應用歷史

海藻是一種多用途的海洋經濟植物，應用歷史悠久。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》中出現了海藻的記錄。但是在農業生產應用方面，直到公元4 世紀才出現了海藻作為肥料利用的記載。到公元12 世紀中葉，在歐洲的一些沿海地區，尤其是法國、英格蘭、蘇格蘭和挪威等地，海藻肥料在農業上的應用已經非常普遍。16 世紀，法國、日本、加拿大等地沿海農民已經學會采集海藻來制作堆肥，英國南威爾士地區和德國一些地區的農民收集岸邊腐爛的海藻或海藻灰作為土地肥料來種植農作物，得到了良好的種植效果和市場反響。1880 年，首次出現了海藻肥對照實驗的報道，雖然當時的實驗設計并不完善，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產品在英國誕生，海藻肥迎來了嶄新時期[4]。

海藻肥料的應用可以分為逐級遞進的三個階段：腐爛海藻、海藻灰、海藻提取物（液）。經過不斷研究和發展，到二十世紀八九十年代，海藻肥產品在歐美等地區得到了快速發展。海藻肥在中國的研究和應用相對較晚，我國直至20 世紀90 年代才開始進行海藻肥的研究和應用推廣工作，依托一大批科研院所、高校和企業，在海藻肥加工工藝、作用機理、推廣應用等方面取得長足發展。其中，以中國科學院海洋研究所、中國海洋大學、青島明月海藻集團等起到了突出的帶頭作用。由中國科學院海洋研究所研制成功的天然新型海藻肥已經由青島明月海藻集團成功推向市場，并得到了良好的應用效果。由于良好的經濟效益、生態效益和社會效益，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者，能適應各種嚴酷的海洋環境，生物量巨大且再生能力強，是經濟價值巨大的海洋資源。海藻光合作用強烈，其通過光合作用固定了大量有機質并釋放氧氣，是地球生物圈物質和能量循環的搬運工。海藻有極強的富集作用，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，實制作新型有機肥料的絕佳原材料。

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，形態千差萬別，小的如單細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）等是現在生產上常用的海藻肥原料。

海藻中富含多種生物活性物質，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。受生長環境和代謝條件的影響，不同種類海藻的活性物質含量也各有不同，由表1 可看出，不同的海藻體內植物激素含量有明顯差別。深海中的海藻生長環境純凈嚴酷，遠離人類活動污染，體內積累的內源活性物質含量要比淺海或人工養殖的海藻高，是更理想的海藻肥原料[5]。

受海藻生長區域的影響，海藻肥的原料選擇有很明顯的地域特點。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，人工養殖規模巨大，為海藻肥生產提供了充足的原料。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，造成環境污染，中國海洋大學等以滸苔為原料制造海藻肥，走出了一條變廢為寶的環保新路。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含量較高，生長旺盛，是國際上海藻肥生產的主流原料。其中，青島明月海藻集團是國內唯一一家以泡葉藻為原料的海藻肥生產企業，生產的海藻肥應用效果顯著，改善了目前國內市場上海藻肥料的應用現狀。

表1 不同原材料中內源植物激素含量

3 海藻肥制作工藝

海藻活性物質是海藻肥肥效的關鍵，不同的制備工藝對于海藻活性物質的提取效率、穩定性、作用功效及成肥工藝等均有影響，直接造成了海藻肥產品生產成本、功效不同。如何有效提取穩定、持久的海藻活性物質是海藻肥生產工藝的關鍵，也是目前海藻肥生產研究的熱點。在海藻肥生產工藝中，以細胞破碎或增溶等方法提取海藻細胞內含物，并將大分子物質降解為可溶性易吸收小分子物質的過程叫藻體消解。依據原理不同，目前行業內藻體消解方法主要有3 類，即物理方法、化學方法、生物方法。

3.1 物理方法物理方法即機械破碎法，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胞結構，釋放并提取活性物質。常用的物理方法主要有均質過濾、滲透休克、超聲波破碎、研磨、高壓勻漿和冷凍粉碎等。物理方法的特點是環保，提取物活性高，但是能耗較大，對設備要求較高，不適用于工業生產，可在實驗室級別使用。

3.2 化學方法化學方法是用化學試劑破壞海藻細胞結構，通過溶解或與海藻活性物質反應來實現濃縮提取。常用的化學方法有有機溶劑提取法、酸解法、堿解法以及酸堿法等。有機溶劑能夠溶解細胞膜釋放細胞內溶物，提取的有效成分以多酚類物質為主。用酸或堿處理海藻，能有效破壞海藻細胞，有效提取海藻中的植物生長調節劑、多糖、寡糖、氨基酸及海藻酸等物質。化學方法工藝相對成熟，能夠大規模處理原材料，效率也較高，是目前工業上海藻處理的主流方法，缺點就是有環境污染風險，設備要求較高。

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

相關學者對四種提取工藝的海藻肥肥效進行了對比研究發現，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。對比以上方法的優劣：化學方法是目前工業上主流方法，但是會影響海藻物質的活性；物理和生物方法能最大程度保留海藻活性物質，是未來行業發展的主要方向，但需要克服一系列技術設備和工藝難題。

4 海藻肥的有效成分

海藻富含有機質及多種天然活性物質，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（鉀、鈣、鐵、鋅、碘、鎂及硼等）等，同時含有多種內源性植物生長調節劑。因此，以海藻為原料生產的海藻肥具有改土、抗逆、增產、保質、調節作物生長等優質特性。

4.1 海藻酸海藻酸是海藻中的主要活性物質，也是海藻肥中的重要成分。海藻酸的親水性較強，能有效結合土壤中的水分，促進土壤團粒結構形成，降低土壤水分的自然蒸發，提高土壤保墑保水能力，具有改善土壤板結、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，促進根系吸收土壤中營養物質，提高水肥利用率，增強作物的抗逆能力，調節作物的營養生長和生殖生長，增加實際產量。

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，增強抗旱抗凍能力。褐藻多酚還可促進植物體內酚酸類、類黃酮、植物生長激素、紅果素等化學物質合成，有效促進植物生長發育，增強植物抗逆性，促進果實轉色。

4.4 甘露醇甘露醇是山梨糖醇的同分異構體，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，是天然的營養溶劑，能調節作物機體的營養滲透平衡，提高作物免疫力。

4.5 甜菜堿甜菜堿是一種生物堿，能夠調節細胞的滲透作用，提高細胞滲透能力，增強作物抗寒、抗旱和抗鹽堿能力，同時具有較強的驅蟲、抗真菌作用，對植物的生長具有調節和促進作用。

4.6 植物內源激素海藻肥中含有多種內源性植物激素，如生長素、細胞分裂素、赤霉酸等，能夠有效調節作物的生理狀態，增強作物對環境中營養物質的吸收，促進機體內部營養物質的運輸和利用，從而促進植物生長，提高作物產量和品質。

5 海藻肥的應用現狀

我國擁有豐富的海洋資源，為實現“利用海洋資源，服務現代農業”的愿景提供了得天獨厚的條件。從海藻中提取適用于農業生產的天然活性物質被國家科技部列入了國家“九五”重點科技攻關項目。當前，青島明月海藻集團聯合中國科學院海洋研究研制成功了一種新型高效植物肥，即明月藍能量海藻肥，且在農業方面得到了良好應用，是公認的無公害綠色食品的理想肥料。目前，已經報道了明月海藻肥在多種農作物生產方面的應用，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黃瓜、豇豆、甜蕎、冬瓜、小油菜等多種農作物產量提升的作用，并進一步闡明了海藻肥作為農作物肥料的典型優勢。

6 海藻肥的應用前景及發展建議

營養全面、功效獨特以及天然無公害是海藻肥的主要特性。與傳統化肥相比，海藻肥有很多獨特的優勢。傳統化肥易破壞土壤中的養分含量，而海藻肥則實現了促進植物生長和保護土壤環境的雙向目標，滿足了促進植物產量和品質提升的硬性要求。海藻肥作為純天然生產的綠色新型肥料，在營養、環保、技術等方面具有獨特的優勢，發展方向和定位與消費需求相符合。隨著國家環保意識的加強以及市場對綠色無公害農產品需求量的增加，我國對有機肥的需求呈現逐年上升趨勢，給海藻肥提供了巨大的市場發展機遇。

在低碳經濟理念盛行的大趨勢下，化肥行業正面臨高價運行、資源日益匱乏和能源價格日益上漲的新形勢，行業發展面臨巨大壓力。因此，肥料產業如何發展成為現代農業進步的重要問題。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展海藻有機肥，將有望解決肥料行業在原料、能源、產品結構等各方面的困難。

隨著國家科技水平的提升，農民種植水平不斷提高，用肥習慣已經悄然改變，逐漸接受價高質優的有機肥料。其中，海藻肥因具有營養豐富、增產抗病、活化土壤、綠色無公害等多重功效，在我國多數地區得到了廣泛推廣和良好應用，給海藻肥的全面應用打好了基礎。著眼目前中國農業發展的大趨勢，海藻肥的應用必定前景廣闊。

要有效使用、研究和發展海藻肥，應該進一步完善海藻肥制取工藝，開發更加簡單、快捷、產品純度高、質量好的生產工藝，確保海藻肥的高效生產及應用。此外，完善海藻肥料的相關標準也是保障產品質量的重要手段。在農業市場上，應以向廣大農民普及海藻肥的功效和使用方法為基礎，進一步推廣產品服務，助力海藻肥進入我國肥料的主流市場，從而為國家綠色生態農業的發展做出貢獻。