海藻肥在水稻上最新应用进展

谭习羽，程 雄，黄淑芬，刘丽辉，宋桐慧，区宇程，谭志远，彭桂香

（1华南农业大学生命科学学院，广州510642；2华南农业大学新农村发展研究院，广州510642；3华南农业大学农学院；4华南农业大学资源环境学院，广州510642）

0 引言

人类对海藻的开发应用由来已久，海藻中生物活性物质主要有多糖类、甜菜碱、蛋白类、萜类、甾醇类、多酚类、环状多硫化合物、大环内酯类等[1-2]。因海藻多糖具有多种生物学功能，如增强动物机体免疫能力[3-4]、抗病毒[5-6]、抗肿瘤、抗突变、降血脂等，因此，海藻多糖被广泛应用于农业[7]、医药、食品、饲料、化工等领域[8-11]。

要注意的是海藻多糖和海藻糖是完全不同的物质。海藻多糖是十个分子以上单糖组成的碳水化合物，是结构相当复杂的大分子物质，如从海藻里提取的褐藻胶、褐藻糖胶以及海带淀粉等[12-13]。而海藻糖是一种二分子单糖组成的无还原性双糖，在自然界中许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在，如人们日常生活中食用的蘑菇类、海藻类、豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有含量较高的海藻糖[14-15]。海藻糖由2个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的，有3种异构体即海藻糖(α，α)、异海藻糖(β，β)和新海藻糖(α，β)，但迄今为止，从生物体中只分离到了α,α-海藻糖[15-16]。在一些生长在不良环境中的动植物和极端环境生长的古生菌、真菌细胞中海藻糖含量较高[17]。海藻糖对处于高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下的生物体具有神奇的非特异性的保护作用，并且可以作为细胞供能物质，保护细胞膜，保持蛋白质和核酸等生物大分子的空间结构和功能活性，维持细胞渗透压来防止细胞内营养成分流失，从而维持生命体的生命过程和生物特征。经观察和研究发现，沙漠植物卷叶柏在干旱时几近枯死，但在遇水后却又可以奇迹般复活；复活草这种高山植物能耐过冰雪和严寒；一些昆虫在高寒、高温和干燥失水等条件下不会冻结和干死，就是它们体内的海藻糖创造的生命奇迹[14]。海藻糖因此在科学界素有“生命之糖”的美誉[15,18]。

据统计，2012年全世界海藻产量达2490万t，其中有相当比例的海藻作为生长促进剂及土壤调节剂被应用于种植领域[19]。

海藻肥作为新一代生物肥料，在农业上应用的海藻有绿藻、红藻及褐藻等[20]。市场常见的海藻肥原料主要为褐藻中的‘泡叶藻’(Ascophyllum nodosum)、‘昆布’(Ecklonia maxima)、‘ 海 带 ’(Laminaria digitata＆Laminariajaponica)和‘马尾藻’(Sargassumwightii)等[21-22]。近年来，国家提出海洋强国战略，出台了一系列相关政策文件，大力支持海洋经济发展，科学开发海洋资源，培育海洋优势产业。2017年7月24日，广东省海洋工作领导小组会议召开，省长兼省海洋工作领导小组组长马兴瑞出席会议并在讲话中强调，要充分发挥广东省海洋资源优势，加强海洋资源开发利用和保护，建设海洋强省等。为海藻肥产业发展提供强有力的政策支持。

海藻肥料与化学肥料相比，具有安全无毒、全面高效、环境友好等优势，成为肥料制造领域的热门产品[23]。海藻肥可强化植株均衡吸收营养成分，增加农产品产量和改善品质，作物的抗逆作用增强，同时还能活化土壤，增加土壤微生物活性，是优良的绿色生态肥料[13,24]。海藻肥料与农作物及土壤的相互作用机理研究也迅速成为学术界关注的焦点[13]。

随着产品研发的不断深入，陆续诞生了叶面肥、固体冲施肥、液体冲施肥、海藻生物有机肥等各种新型海藻肥产品[13,25]。海藻酸又称藻酸、褐藻酸、海藻素，是一种天然多糖类物质，是组成藻类的主要成分，它是一种可食用纤维，在褐藻细胞壁（囊褐藻纲，海带目和墨角藻目）和特定细菌（乙酰化形式）中含量丰富[26]。海藻酸易与阳离子形成凝胶，如海藻酸钠等，被称为海藻胶、褐藻胶或藻胶。海藻精就是以海藻为原料萃取浓缩的活性物质的总称，也叫海藻素，具体说海藻精属于高浓缩的海藻素，也就是含海藻酸的水溶肥料。近年，海藻肥因效果突出，成为了发展迅猛新型肥料之一，使得海藻肥市场鱼龙混杂，产品质量参差不齐，时常出现坑农现象。化工行业标准HG∕T 5050-2016《海藻酸类肥料》和HG∕T 5049-2016《含海藻酸尿素》的国家行业标准正式发布，于2017年4月1日起正式实施。随着此两项标准的正式发布和实施，和已实施的中华人民共和国农业行业标准生物有机肥NY 884-2012，标志中国海藻酸类肥料行业将进入规范发展的新阶段[27]。下面将从海藻肥的活性成分及功能和施用在水稻上的最新应用研究进展2个方面进行介绍，以期为海藻肥产业相关的研究与应用提供思路和参考。

1 海藻肥的活性成分及功能

海藻及海藻提取物因富含多种植物生长促进因子，被广泛应用于有机肥料的开发及粮食、瓜果、蔬菜、花卉、草坪等农产品种植领域。海藻肥具有多种高活性成份和营养元素[2]。不但含有钾、钙、镁、钼、铁、锌、硼、碘、硒等多种植物所需要的营养元素外，而且含有丰富的海藻多糖、海藻多酚、不饱和脂肪酸、蛋白质、氨基酸、维生素、生长调节物质（如赤霉素、细胞分裂素）等多种活性元素[19,28-29]。使海藻肥具有改善土质、抗旱、抗寒、促生长、抗虫害、增产、提高农产品品质等多重功效[2]（表1）。

2 海藻肥在水稻上的施用效果

因海藻肥含有多种有效成分与活性物质，能改良土壤的物理、化学和生物学特性，从而提高土壤的保水能力，促进根际有益微生物的生长；与土壤中的金属离子反应形成高分子量的复合物，改善土壤团粒结构，从而有利于保持土壤水分，良好的土壤通气环境，可刺激根际微生物的生长，增加土壤生物活性，治理盐碱与沙漠戈壁等。海藻肥不但为作物供应齐全的大量和中微量营养元素、多糖、多种氨基酸、维生素等多种活性物质，还能帮助植物建立一个健壮的根系，增进植物对土壤养分、水分与气体的吸收利用。海藻肥可增大植物茎秆的维管束细胞，加快水、养分与光合产物在植物体内的运输，并促进植物细胞分裂、延迟细胞衰老，有效提高作物的光合作用效率，提高产量和改善品质，延长储藏保鲜期，增强作物抗旱、抗寒、抗涝和抗病虫等多种抗逆功能[31-32]。

玉米、水果和蔬菜等一系列农作物施用海藻肥后，证明海藻肥对农作物提早成熟，提高产和改善品质，对水果保鲜和增强抵抗病虫害等方面都产生了明显作用，可增产10%～30%[33-36]。2013年丁晨曦等[37]也对禾本科植物高羊茅施用不同浓度海藻肥后对其生长的影响进行研究。本研究主要介绍海藻肥施用在水稻上的应用研究进展。

2.1 水稻不同生育期施用海藻肥效果比较

通过对水稻苗床应用叶面喷施剂试验研究，结果表明：各处理均较对照秧苗素质有所提高，使用美奇天然海藻肥试验效果较为突出，2次喷施，每次用量25 mL/hm2效果最好，增产 15.9%[38]。

2013年在水稻孕穗期、抽穗初期、灌浆期和籽粒饱满期4个时期，开展了叶面喷施“喷得福系列＋快宝高浓度天然海藻素”含海藻素水溶性营养液肥示范试验，结果表明，喷施含海藻素叶面肥可有效提高水稻的有效穗数、每穗总粒数和每穗实粒数，并且理论产量比对照增加，增幅6.23%[39]。

2.2 不同地区、不同水稻品种施用海藻肥效果比较

在农业部浙江省土壤肥料与环境科学观测实验站黄松田水稻土上，以高产水稻品种‘明珠2号’为试验材料，研究结果表明追施海藻复混肥使水稻籽粒和秸秆吸收的氮总量提高11.0%。追施复混肥施海藻复混肥能降低土壤pH值，提高土壤有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾含量[40]。

通过不同地区、不同品种的小区和大区试验示范，在水稻上施用高端海藻肥美加富，水稻生长幅度加快，株高增加，提高水稻产量，各试验点美加富处理与对照相比均增产6.7%以上，最大增产幅度达13.5%，平均增产9.0%。施用美加富同时也能有效提高水稻的抗病性，降低水稻白叶枯病和纹枯病的发病率[41]。

表1 海藻活性成分及功效

新型海藻水稻专用叶面肥喷施在5个品种水稻（‘郑稻18’‘、南粳49’‘、南粳44’‘、甬优2640’和‘Y两优1号’）上均有增产作用，且海藻水稻专用肥在‘郑稻18’‘、甬优2640’和‘Y两优1号’上的施用效果相对较好[42]。

2.3 不同海藻肥产品施用效果比较

施用“北京雷力海藻肥”，水稻产量及产量构成因素均有显著提高，实产提高了11.72%，有效穗数、结实率、千粒重平均依次比对照高4.9%、2.1%和3.8%[43]。

通过海藻型种子包衣药肥(SD-1)对苗期玉米和水稻生长的影响试验表明，SD-1对水稻生长的促进效果好于市场上同类产品（包衣剂高巧），可作为玉米及水稻种子包衣药肥在农业中推广应用[44]。

2.4 海藻肥产品与尿素、其他新型功能尿素使用效果比较

以超级杂交稻‘C两优343’为材料，比较分析施用缓释尿素、多肽尿素、海藻酸尿素、加锌尿素4种新型功能尿素时水稻产量的形成特点和氮肥吸收利用效率。结果表明，与对照相比，产量都提高了8%以上、其中海藻酸尿素的氮肥吸收利用率提高了56.21%，氮肥农学利用率分别提高了51.86%[45]。

采用盆栽试验，也说明施用海藻寡糖增效尿素比施用普通尿素显著增加对水稻光合特性、碳代谢关键酶活性及相关产物积累，籽粒产量显著提高，较普通尿素处理增加3.94%[46]。在大田试验条件下，在同等施氮水平下，海藻寡糖增效尿素处理比普通尿素处理的水稻穗粒数及产量均显著增加。海藻寡糖增效尿素处理的水稻精米率、整精米率及稻米蛋白质含量均显著高于不施氮肥处理（对照）和普通尿素处理；稻米透明度、胶稠度、碱消值、最高黏度和崩解值等物理化学特性方面，也高于对照和普通尿素处理，垩白粒率和垩白度低于对照和普通尿素处理，且与对照相比差异均达显著水平[47]。

2.5 海藻肥施用增加水稻抗性研究

水稻施用海藻肥，能够激发水稻细胞产生植保素，因海藻酸在海藻酸降解酶的降解作用下形成不同聚合度的寡糖，寡糖作为激发子能够诱导植物细胞产生自我防御响应，以抵御外来病原微生物的侵染[48]。

海藻酸钠寡糖可减轻重金属的毒害作用，采用盆栽试验，海藻酸钠寡糖可促进Cd胁迫下水稻的生长发育，并抑制Cd从根部向地上部的运输[49]。

3 展望

从以上综述的水稻上的应用情况可发现，含海藻酸尿素，海藻水稻专用叶面肥，海藻型种子包衣药肥，海藻复混肥等各种不同类型的海藻肥，对水稻生长都有显著的增产，抗病虫等作用，近几年可找到的关于海藻肥的研制和在水稻上的应用效果相关的期刊论文和硕博士毕业论文[32]都在逐年递增，说明市场更加了解和认同海藻肥对作物生长的正向效果。

（1）作为一种新型肥料，海藻肥使用方法简单，具有多重肥效且肥效显著。

（2）中国耕地总体质量不高，低产田面积很大，而且土地中微量元素缺乏、盐渍化、水土流失、土壤板结、土壤污染等耕地质量退化的形势依然严峻，将可持续的海藻资源开发为环保型功能肥料，对确保粮食安全、食品安全具有重大意义。随着绿色、环保、健康的生活方式越来越深入人心，海藻肥这个带有生态、有机、环保概念的新型肥料必将得到更广泛的使用，贡献于绿色农业和人类健康。

致谢：感谢合作单位广东杰士农业科技有限公司的资金和项目支持,校企合作横向项目“海藻生物肥研发技术服务”和华南农业大学新农村特色产业基地“海藻生物肥特色产业基地”。