海藻是生長在海洋中的低等光合營養植物，富含海藻多糖、巖藻黃素、褐藻多酚、甜菜鹼、植物激素、酚類、萜類化合物及礦物質元素等，是陸地資源的重要補充。海藻肥的核心物質是海藻提取物，其具有改良土壤、提高肥水利用效率、促進植物生長、增強抗逆性、提高農產品質量等功效。
本文引用格式：
桑衛民,王曉輝,韓西紅,等.活性生物海藻肥的作用機理及應用前景[J].肥料與健康,2020,47(5):53-58.
海藻是生長在海洋中的低等光合營養植物，富含海藻多糖、巖藻黃素、褐藻多酚、甜菜鹼、植物激素、酚類化合物等活性物質以及礦物質元素、粗蛋白、粗纖維等營養物質。海藻肥是指以天然海藻為原料，通過物理、化學或生物的技術手段直接生產加工或添加一定數量的外源有機質、氮、磷、鉀及其他微量元素等加工而成的新型肥料。與傳統化學肥料相比，海藻肥具有環保、綠色、有機、高效、智能等優勢，是一種集營養成分、抗生物質、純天然生物刺激素於一體的特種生物肥料，既可單獨使用，又可作為增效劑與化肥或農藥搭配使用，且其生產成本較低，對人畜和自然環境友好，是適應現代農業發展的新型綠色環保肥料。
海藻肥在歐盟瑞士生態市場研究所（IMO）、法國國際生態認證中心（ECOCERT）、北美有機材料評估研究所（OMIR）、日本有機農業標準（JAS）和中國有機食品技術規範中被明確認定為有機食品生產專用肥料，加拿大、美國、挪威等國家早已把海藻肥列入有機食品專用肥料。中國海藻資源豐富，海藻提取物的開發與應用前景十分廣闊。
生產原料
海藻是規模最大的海洋生物資源。海藻通過光合作用為海洋中其他生物提供有機物和氧氣，支撐起龐大的海洋生物鏈；同時還具有強大的吸附能力，可以濃縮相當於自身質量44萬倍的海洋物質，營養極其豐富、均衡，是海洋中有機物的原始生產者和無機物的天然富集者。此外，海藻體內積累的內源活性物質種類和含量與陸生植物截然不同，如海藻中特有的海藻酸鹽、巖藻多糖、巖藻黃素、褐藻多酚等活性物質對農作物具有極強的促生、抗逆作用，是陸地資源的重要補充。
生產海藻肥的第一個關鍵步驟是海藻種類的篩選和供應。常見的藻源生物刺激素生產的原料包括泡葉藻（Ascophyllum nodosum）、極大昆布（Ecklonia maxima）、海帶（Laminaria digitata和Laminaria japonica）、馬尾藻（Sargassum）和滸苔（Enteromorpha prolifera）等。除了海帶可以大規模養殖外，其餘幾種海藻均依賴於天然野生資源，可持續性地收穫野生大型海藻是海藻肥行業長期健康穩定發展的關鍵。
生產工藝
海藻肥的核心物質是純天然海藻提取物，因此製備工藝直接決定了海藻提取物的生物活性及應用效果。目前國內外常用的海藻肥加工工藝主要包括物理法、化學法和生物法等。
物理法可避免海藻中活性物質的損失，但成本較高，內含物提取率低。化學法操作簡單、快速、反應較徹底，但對海藻細胞內活性成分具有破壞性，儘管如此，國內外大部分企業還是採用鹼解的方法製備海藻提取物。生物法包括酶水解法和微生物發酵法，此方法解決了化學法對海藻中活性物質的破壞、物理法降解率低的問題，但由於海藻降解酶的種類有限，酶成本偏高；微生物發酵法存在高效株缺乏、菌株產酶能力低等問題。
化學法
化學法主要包括直接提取法、有機溶劑法和鹼解提取法等，易放大用於批量處理，工藝相對成熟。
物理法
物理法主要包括均質過濾法、滲透休克法、超聲波破碎法、研磨法、高壓勻漿法和冷凍粉碎法等，通過機械破碎、研磨、凍融或冷凍粉碎、滲透粉碎等方法將海藻粉碎成細小的顆粒，再提取海藻中的營養成分，粉碎過程溫度適中且不使用任何化學藥劑，因此能夠保證海藻中的營養成分和內源活性物質不被破壞。
生物法
生物法主要包括微生物發酵降解法、酶解法等，工藝條件較溫和。微生物發酵降解法是利用微生物分泌的胞外酶、有機酸等對海藻藻體進行生物降解，裂解細胞壁、細胞膜，釋放海藻細胞內的活性物質並對其進行生物加工，產生種類更多的活性物質，可以增強海藻肥的肥效。酶解法是通過酶分子的生物催化作用，使緻密的海藻組織變得鬆散，海藻細胞發生裂解，從而將「束縛」在海藻組織和海藻細胞中的天然活性物質「釋放」出來，不會影響天然物質的生物活性。
海藻肥的活性物質及作用機理
海藻肥的核心物質是純天然海藻提取物，富含海藻獨特的活性物質，包括海藻酸鹽、巖藻多糖、褐藻多酚、巖藻黃素等，此外富含40餘種礦物質元素及多種植物內源激素、維生素、胺基酸、甘露醇、有機碘、萜類和酚類化合物等。
海藻酸
海藻酸又稱海帶膠、褐藻膠，是由1,4-聚-β-D-甘露糖醛酸和α-L-古羅糖醛酸組成的天然高分子多糖（圖1），是褐藻細胞壁的主要組成成分。海藻酸是以鈣鹽及鈉鹽的形式存在於海藻細胞壁及細胞間質中，具有良好的生物降解性、生物相容性、成膜性、穩定性等，被廣泛應用於食品、保健品、醫藥、印染等領域。海藻肥中標誌性活性物質即為海藻酸，其在農業生產中的作用機理研究已取得一定的成果。
（1）改良土壤。
（2）提高肥、藥、水利用效率。
（3）激發土壤活力。
（4）誘導植物的抗逆性。
（5）延長水果採摘後的保鮮期。
褐藻多酚
褐藻多酚是從褐藻中提取出來的一類以間苯三酚為結構單元（見圖2）的酚類化合物，具有顯著的抗氧化性。
（1）抗氧化作用。
（2）螯合土壤重金屬。
（3）促進植物生長、果實轉色。
巖藻多糖
巖藻多糖又稱褐藻多糖硫酸酯或褐藻糖膠，是由含硫酸基的巖藻糖所構成的海洋複合多糖物質（見圖3），含有大量硫酸基團，同時含有半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸和少量蛋白質，是褐藻特有的生理活性物質。巖藻多糖具有抗氧化、抗輻射、抗菌、保溼等功能，在化妝品和保健品方面的應用研究較多，而在農業方面的研究較少。有研究表明，低聚巖藻糖可通過提高細胞保護酶系的活力，降低葉片細胞膜脂的氧化程度，減少氧化產物丙二醛的積累，提高可溶性蛋白和可溶性糖的含量，緩解葉片細胞葉綠素的降解，降低質膜的透性等，來增強植物的抗寒性。
植物內源激素
海藻提取物的組成非常複雜，含有種類豐富的植物生長調節劑，是海藻肥促進植物生根生長的重要成分，包括植物生長素（IAA）、細胞分裂素（CTK）、赤黴素（GA）、甜菜鹼、脫落酸（ABA）、茉莉酸（JA）、多胺、油菜素甾醇等多種生物活性物質。這些生物活性物質能夠促進細胞分裂生長、組織分化，誘導防禦和應激反應，調節細胞滲透壓，增強抗性，調節植物的生理狀態，促進機體內部營養物質的運輸和利用，從而實現促進植物生長、提高作物產量和品質的作用。
礦物質元素
海藻被形象地比喻為海陸間植物營養的「搬運工」。在農業生產的常規施肥中，有相當一部分速效營養物質隨雨水或者地下水流入海洋中，海藻就可以將這些營養物質有效地富集起來。海藻中富含40餘種礦物質元素，如褐藻含有Ca、Mg、K、Na、P、S、I、Fe等元素，一些海藻中還富含高濃度的有機碘。以海藻為原料，經加工製得的海藻肥再次施入土壤中，實現了礦物質元素的良性循環。如表1所示，提取海藻酸之後的海藻殘渣中含有豐富的礦物質成分和植物生長激素，因此，海藻渣也是一種資源，以海藻渣為原料，經三重發酵製得的海藻有機肥安全性高，具有養地生根、改良土壤結構、補充土壤有機質及礦質元素、預防缺素症等作用，而且生物有機肥料在蔬菜、糧食、棉花等大田作物的種植中推廣使用也是一個必然的趨勢。
海藻肥組分複雜，除了上述物質外，還富含維生素、胺基酸、甘露醇、海藻蛋白、有機碘、萜類和酚類化合物等，在調節細胞滲透性、增強光合作用、誘導植物抗逆和提高吸收營養物質效率方面起著關鍵作用。
海藻肥的應用前景及存在的問題
海藻肥是一種天然有機多效特種肥料，符合綠色、環保的要求，也符合我國農業發展的趨勢。多功能海藻肥在歐美及以色列等國家已經得到了廣泛應用，在亞洲的日本、越南、泰國、斯裡蘭卡等國家也有了很大的用量。目前，全球每年對多功能海藻肥的用量估計在50 kt以上。隨著生態農業的進一步推廣，全球對藻源生物刺激素的用量會穩步上升。
當前海藻肥行業的發展也遇到了一些亟待解決的問題：①提取工藝落後，產品質量參差不齊，產品真假難辨，嚴重影響了消費者對海藻肥的信賴；②肥料經銷商及廣大農民對海藻肥的功效、使用方法等方面的知識依然不足，對綠色農業、無公害農業的認識比較淺薄；③國內農業生產依然以小生產為主體，消費者對生產成本的考慮仍是影響其購買行為的重要因素。為了促進海藻肥行業迅速、健康和穩定的發展，需要加大海藻提取工藝研究的投入，加強海藻肥市場的推廣力度，嚴格海藻肥質量的管控，以進一步規範海藻肥企業生產經營行為，為農民提供合格、質優的產品。
結語
為了保持健康，人體既需要大量營養元素（碳水化合物、蛋白質和脂肪），也需要微量營養元素（維生素和礦物質）。營養元素通過土壤進入動植物，再由動植物進入人體。土壤健康、動植物健康，人體才會健康。營養學研究揭示礦物質與人體最佳健康狀態存在極為密切的關係，人體中的微量元素與地殼元素豐度呈正相關，這是土壤-植物-動物-人類的生物鏈傳遞結果。
隨著我國經濟的高速發展、人民生活水平的不斷提高，食品質量與食品安全日趨成為關注的焦點。海藻肥具有綠色、高效、安全、環保等特點，符合國際有機食品的要求。作為一種天然生物製劑，海藻肥可與「植物-土壤」生態系統和諧作用，還原土壤的最佳狀態，促進植物自然、健康生長。當前海藻肥的快速發展推動了我國肥料產業的又一次新技術革命，將打造農業經濟中一個新的增長點，通過打造健康的土壤、健康的生態系統、健康的社區，在現代再生農業中發揮重要的作用。
END
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編輯：顏坤、郭俊 | 審校：張巍 | 監製：師蓉