海藻肥的发展历程与应用前景

刘浩宇 韩西红 秦益民 王晓辉

（1.青岛明月海藻集团有限公司农业部海藻类肥料重点实验室，山东青岛 266400；2.海藻活性物质国家重点实验室，山东青岛 266400）

我国是世界传统农业大国，拥有丰富的海藻资源，但海藻肥在中国的研究和应用相对较晚。为了促进绿色海藻肥在我国农业发展中的应用，本文介绍和总结了海藻肥的发展历程、材料来源、制备工艺以及功效成分等，并以目前备受关注的明月海藻肥为例，对我国的海藻肥应用进展进行了总结，进一步讨论了海藻肥的应用前景和发展建议，旨在为海藻肥的应用和我国的绿色生态农业的发展提供参考。

海藻是一种广泛存在于海洋中的低等隐花植物，具有分布范围广、适应能力强、繁殖生长速度快、富集作用明显等特点，具有极高的开发利用价值。目前在世界范围内，海藻利用已经形成了非常丰富的产业链，涉及海藻养殖、化工、食品、保健、医药、化妆品、饲料、肥料、生物质新能源等方面。海藻肥是指以天然海藻为原料，通过一定的技术手段生产加工而成或者添加一定数量的外源有机质、氮、磷、钾及微量元素等加工而成的新型肥料。海藻肥具有环保、绿色、有机、高效等优势，非常契合未来肥料的发展趋势。随着生态农业的发展，相关的研究和需求将会成为热点。

我国是传统农业大国，许多农产品产量位居世界前列，以不到全球10%的耕地面积满足了世界上近20%人口的粮食需求，创造了世界农业的一大奇迹。但是，高产的背后是对土地的无节制索取和化肥农药超量使用。据统计，目前我国1年使用的各类农药超过175 万t，达到世界平均水平的2.5 倍，其中，超过70%的农业残留进入了土壤、空气和水域中，只有30%直接作用于目标生物体。在化肥的用量上，平均每公顷实际用肥超过440 kg，是世界平均用肥水平的3 倍。不合理的耕作和用肥用药习惯以及多年积累下来的环境污染等问题，给当前的农业生产带来了严峻考验，水土流失、土壤荒漠化、土壤污染、土壤板结以及盐碱化等问题日益突出[1]。与之相对应的，民众的环境保护意识和食品安全意识越来越强，“低农残、高营养”的无公害有机食品需求量与日俱增。同时，“绿水青山就是金山银山”的理念从环境、市场、政策三方面对农业生产提出了新的挑战。海藻肥作为一种以海藻为原料的新型肥料，具有生态高效的特点，能够有效降低化肥农药施用量，提高作物营养成分含量，日益受到人们的重视[2]。

本文搜集查阅了海藻肥的相关文献资料，并结合自身相关知识，在海藻肥发展历程、原料、制备工艺、有效成分、应用现状及前景展望等方面进行了总结，并提出海藻肥未来发展的建议。

1 海藻肥应用历史

海藻是一种多用途的海洋经济植物，应用历史悠久。从史料可知，海藻自古以来就作为人类的食品和药品而被广泛利用。我国最早在《尔雅》中出现了海藻的记录。但是在农业生产应用方面，直到公元4 世纪才出现了海藻作为肥料利用的记载。到公元12 世纪中叶，在欧洲的一些沿海地区，尤其是法国、英格兰、苏格兰和挪威等地，海藻肥料在农业上的应用已经非常普遍。16 世纪，法国、日本、加拿大等地沿海农民已经学会采集海藻来制作堆肥，英国南威尔士地区和德国一些地区的农民收集岸边腐烂的海藻或海藻灰作为土地肥料来种植农作物，得到了良好的种植效果和市场反响。1880 年，首次出现了海藻肥对照实验的报道，虽然当时的实验设计并不完善，但是明显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体肥商业产品在英国诞生，海藻肥迎来了崭新时期[4]。

海藻肥料的应用可以分为逐级递进的三个阶段：腐烂海藻、海藻灰、海藻提取物（液）。经过不断研究和发展，到二十世纪八九十年代，海藻肥产品在欧美等地区得到了快速发展。海藻肥在中国的研究和应用相对较晚，我国直至20 世纪90 年代才开始进行海藻肥的研究和应用推广工作，依托一大批科研院所、高校和企业，在海藻肥加工工艺、作用机理、推广应用等方面取得长足发展。其中，以中国科学院海洋研究所、中国海洋大学、青岛明月海藻集团等起到了突出的带头作用。由中国科学院海洋研究所研制成功的天然新型海藻肥已经由青岛明月海藻集团成功推向市场，并得到了良好的应用效果。由于良好的经济效益、生态效益和社会效益，海藻肥在世界各地大受欢迎，中国的海藻肥市场前景广阔。

2 海藻肥原料

海藻是海洋中广泛分布的初级生产者，能适应各种严酷的海洋环境，生物量巨大且再生能力强，是经济价值巨大的海洋资源。海藻光合作用强烈，其通过光合作用固定了大量有机质并释放氧气，是地球生物圈物质和能量循环的搬运工。海藻有极强的富集作用，最高可浓缩超过44 万倍的海洋微量元素[5]。海藻富含多种有益植物生长的天然活性物质，实制作新型有机肥料的绝佳原材料。

世界上的海藻种类超过3 万种，其中我国已鉴定的种类约2 500 种。海藻种类繁多，形态千差万别，小的如单细胞藻类只能通过显微镜观察，大的如巨藻在海底延绵上千米，可形成壮观的海藻森林。常见的海藻可分为绿藻、红藻、褐藻等几大纲，其中泡叶藻（Ascophyllum nodosum）、极大昆布（Ecklonia maxima）、海带（Laminaria digitata&Laminaria japonica）、马尾藻（Scagassum）和浒苔（Enteromorpha prolifera）等是现在生产上常用的海藻肥原料。

海藻中富含多种生物活性物质，例如海藻酸、岩藻多糖、岩藻黄素、甘露醇、甜菜碱、高度不饱和脂肪酸、抗生素、维生素以及多种天然植物激素等。受生长环境和代谢条件的影响，不同种类海藻的活性物质含量也各有不同，由表1 可看出，不同的海藻体内植物激素含量有明显差别。深海中的海藻生长环境纯净严酷，远离人类活动污染，体内积累的内源活性物质含量要比浅海或人工养殖的海藻高，是更理想的海藻肥原料[5]。

受海藻生长区域的影响，海藻肥的原料选择有很明显的地域特点。极大昆布主要分布在非洲南部海岸，茎叶粗壮高大，是南非Kelpak 公司的海藻肥原料。海带在大西洋和太平洋沿海分布广泛，尤其是中国，人工养殖规模巨大，为海藻肥生产提供了充足的原料。马尾藻生长在暖温海域，我国南方有马尾藻分布，是生产海藻肥的一种新型原料。浒苔是大型绿藻，在世界各地水域都有分部，近年来在我国北方海域生长旺盛，造成环境污染，中国海洋大学等以浒苔为原料制造海藻肥，走出了一条变废为宝的环保新路。泡叶藻主要生长在大西洋冷水海域，其海藻酸、植物激素等活性物质含量较高，生长旺盛，是国际上海藻肥生产的主流原料。其中，青岛明月海藻集团是国内唯一一家以泡叶藻为原料的海藻肥生产企业，生产的海藻肥应用效果显著，改善了目前国内市场上海藻肥料的应用现状。

表1 不同原材料中内源植物激素含量

3 海藻肥制作工艺

海藻活性物质是海藻肥肥效的关键，不同的制备工艺对于海藻活性物质的提取效率、稳定性、作用功效及成肥工艺等均有影响，直接造成了海藻肥产品生产成本、功效不同。如何有效提取稳定、持久的海藻活性物质是海藻肥生产工艺的关键，也是目前海藻肥生产研究的热点。在海藻肥生产工艺中，以细胞破碎或增溶等方法提取海藻细胞内含物，并将大分子物质降解为可溶性易吸收小分子物质的过程叫藻体消解。依据原理不同，目前行业内藻体消解方法主要有3 类，即物理方法、化学方法、生物方法。

3.1 物理方法物理方法即机械破碎法，是采用高压研磨、冷冻粉碎、超声波等物理手段破坏海藻的细胞结构，释放并提取活性物质。常用的物理方法主要有均质过滤、渗透休克、超声波破碎、研磨、高压匀浆和冷冻粉碎等。物理方法的特点是环保，提取物活性高，但是能耗较大，对设备要求较高，不适用于工业生产，可在实验室级别使用。

3.2 化学方法化学方法是用化学试剂破坏海藻细胞结构，通过溶解或与海藻活性物质反应来实现浓缩提取。常用的化学方法有有机溶剂提取法、酸解法、碱解法以及酸碱法等。有机溶剂能够溶解细胞膜释放细胞内溶物，提取的有效成分以多酚类物质为主。用酸或碱处理海藻，能有效破坏海藻细胞，有效提取海藻中的植物生长调节剂、多糖、寡糖、氨基酸及海藻酸等物质。化学方法工艺相对成熟，能够大规模处理原材料，效率也较高，是目前工业上海藻处理的主流方法，缺点就是有环境污染风险，设备要求较高。

3.3 生物方法生物方法就是以微生物发酵或者酶解直接处理海藻。微生物发酵的方法是选择合适菌种，以海藻为培养基进行发酵培养，微生物通过分解海藻来释放出其中的有效活性成分，同时生长的菌体可合成微生物特有活性物质。酶解法是用纤维素酶、果胶酶等分解细胞壁中的纤维素、果胶质等成分，促使细胞壁结构松散，达到释放细胞活性物质的目的。生物方法作用条件温和，能够有效保留海藻活性物质，增强海藻肥肥效，是很有前景的生产工艺。

相关学者对四种提取工艺的海藻肥肥效进行了对比研究发现，肥效从高到低的顺序是：微生物提取液＞酶解提取液＞酸碱提取液＞酸提液。对比以上方法的优劣：化学方法是目前工业上主流方法，但是会影响海藻物质的活性；物理和生物方法能最大程度保留海藻活性物质，是未来行业发展的主要方向，但需要克服一系列技术设备和工艺难题。

4 海藻肥的有效成分

海藻富含有机质及多种天然活性物质，如海藻酸、褐藻多酚、海藻多糖、岩藻黄素、甘露醇、甜菜碱、维生素、氨基酸和矿物质（钾、钙、铁、锌、碘、镁及硼等）等，同时含有多种内源性植物生长调节剂。因此，以海藻为原料生产的海藻肥具有改土、抗逆、增产、保质、调节作物生长等优质特性。

4.1 海藻酸海藻酸是海藻中的主要活性物质，也是海藻肥中的重要成分。海藻酸的亲水性较强，能有效结合土壤中的水分，促进土壤团粒结构形成，降低土壤水分的自然蒸发，提高土壤保墒保水能力，具有改善土壤板结、增加土壤透气性的效果。

4.2 海藻多糖海藻多糖可在作物根系形成活性水膜，促进根系吸收土壤中营养物质，提高水肥利用率，增强作物的抗逆能力，调节作物的营养生长和生殖生长，增加实际产量。

4.3 褐藻多酚褐藻多酚是从海藻中提取出来的多酚类化合物总称，能够防止病菌、病毒侵害，增强植株抗病能力；螯合土壤中的重金属，降低土壤重金属毒害作用，提高作物对金属离子的吸收，增强抗旱抗冻能力。褐藻多酚还可促进植物体内酚酸类、类黄酮、植物生长激素、红果素等化学物质合成，有效促进植物生长发育，增强植物抗逆性，促进果实转色。

4.4 甘露醇甘露醇是山梨糖醇的同分异构体，是海藻中特有成分。它能参与植物的光合作用，提高作物的光合能力，是天然的营养溶剂，能调节作物机体的营养渗透平衡，提高作物免疫力。

4.5 甜菜碱甜菜碱是一种生物碱，能够调节细胞的渗透作用，提高细胞渗透能力，增强作物抗寒、抗旱和抗盐碱能力，同时具有较强的驱虫、抗真菌作用，对植物的生长具有调节和促进作用。

4.6 植物内源激素海藻肥中含有多种内源性植物激素，如生长素、细胞分裂素、赤霉酸等，能够有效调节作物的生理状态，增强作物对环境中营养物质的吸收，促进机体内部营养物质的运输和利用，从而促进植物生长，提高作物产量和品质。

5 海藻肥的应用现状

我国拥有丰富的海洋资源，为实现“利用海洋资源，服务现代农业”的愿景提供了得天独厚的条件。从海藻中提取适用于农业生产的天然活性物质被国家科技部列入了国家“九五”重点科技攻关项目。当前，青岛明月海藻集团联合中国科学院海洋研究研制成功了一种新型高效植物肥，即明月蓝能量海藻肥，且在农业方面得到了良好应用，是公认的无公害绿色食品的理想肥料。目前，已经报道了明月海藻肥在多种农作物生产方面的应用，证明了其在不同自然条件和土壤类型条件下具有显著促进黄瓜、豇豆、甜荞、冬瓜、小油菜等多种农作物产量提升的作用，并进一步阐明了海藻肥作为农作物肥料的典型优势。

6 海藻肥的应用前景及发展建议

营养全面、功效独特以及天然无公害是海藻肥的主要特性。与传统化肥相比，海藻肥有很多独特的优势。传统化肥易破坏土壤中的养分含量，而海藻肥则实现了促进植物生长和保护土壤环境的双向目标，满足了促进植物产量和品质提升的硬性要求。海藻肥作为纯天然生产的绿色新型肥料，在营养、环保、技术等方面具有独特的优势，发展方向和定位与消费需求相符合。随着国家环保意识的加强以及市场对绿色无公害农产品需求量的增加，我国对有机肥的需求呈现逐年上升趋势，给海藻肥提供了巨大的市场发展机遇。

在低碳经济理念盛行的大趋势下，化肥行业正面临高价运行、资源日益匮乏和能源价格日益上涨的新形势，行业发展面临巨大压力。因此，肥料产业如何发展成为现代农业进步的重要问题。我国拥有丰富的海藻资源，在充分利用我国海藻资源的前提下大力发展海藻有机肥，将有望解决肥料行业在原料、能源、产品结构等各方面的困难。

随着国家科技水平的提升，农民种植水平不断提高，用肥习惯已经悄然改变，逐渐接受价高质优的有机肥料。其中，海藻肥因具有营养丰富、增产抗病、活化土壤、绿色无公害等多重功效，在我国多数地区得到了广泛推广和良好应用，给海藻肥的全面应用打好了基础。着眼目前中国农业发展的大趋势，海藻肥的应用必定前景广阔。

要有效使用、研究和发展海藻肥，应该进一步完善海藻肥制取工艺，开发更加简单、快捷、产品纯度高、质量好的生产工艺，确保海藻肥的高效生产及应用。此外，完善海藻肥料的相关标准也是保障产品质量的重要手段。在农业市场上，应以向广大农民普及海藻肥的功效和使用方法为基础，进一步推广产品服务，助力海藻肥进入我国肥料的主流市场，从而为国家绿色生态农业的发展做出贡献。