中国海藻产业发展与应用现状

秦 雕，李 聪，秦 宇

(重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)

随着陆地耕地资源的过载和淡水资源的短缺，利用海洋及海岸带优势与资源兴起的“蓝色产业”已经成为带动21世纪各国经济发展的关键。海藻作为海洋中生态系统中的初级生产者，是物质与能量的基础，其产值远超陆地农作物，是推动“蓝色产业”发展的关键因素。在此基础上，对中国海藻产业的发展及海藻在农业、环境、医疗、养殖、食用和化妆领域上的应用现状展开综述。

1 中国海藻产业发展趋势

1.1 海藻产量及养殖面积

1.1.1 海藻产量

自1988年以来，中国海藻产量持续上升。具体来看，1988—1990年，平稳波动(25万～30万t)；1990—1996年，迅速增长(10.83万t/a)；在1997年出现轻微下降后，1997—2004年6.54万t/a快速增长；2004—2011年增长速度略微放缓(4.58万t/a)后，2011—2018年增速加快(10.47万t/a)。总体来看，1988—2018年，中国海藻产量总体持续上升，如图1所示，由25.1万t增至236.2万t，平均增速约7.04万t/a增长，历经了快速-稳定-快速增长的过程。

图1 1988—2018海藻产量变化

1.1.2 海藻养殖面积

近30年来，中国海藻养殖面积稳步扩增，1988—2018年平均增速0.4万hm2/a，如图2所示。其中，1988—2002年，2.28万hm2平稳增加至6.17万hm2(0.28万hm2/a)；2002—2005年，快速增至9.67万hm2(0.88万hm2/a)；2005—2007年，出现下滑至7.79万hm2；2007—2010年，恢复涨势至12.02万hm2(1.41万hm2/a)；2010—2018年，涨势减缓至2017年海藻养殖面积达到14.53万hm2(0.36万hm2/a)；截至2018年，略有下滑，至14.42万hm2。总的来说，中国海藻养殖面积经历了平稳-快速-下滑-快速-平稳增长的历程，海水养殖总面积是决定海藻养殖面积发展的主要因素。未来几年，海水养殖总面积减小的影响，海藻养殖面积将会缓慢增加甚至略有减少。

图2 1988—2018海藻养殖面积变化

1.1.3 海藻产业地位

综合海藻产量与海水总产量比值W1、海藻养殖面积与海水养殖总面积W2，可以看到两者波动性较大，如图3所示，但保持在一定区间(W1为3.86%～7.15%，W2为3.68%～7.06%)。明显可见，2015—2018年，海水养殖面积减少(231.78万～204.31万hm2)，海藻产量在2017—2018年出现下滑(3 321.7万～3 301.4万t),但两比值W1、W2不减反增，极大程度体现中国海藻产业在中国海水产业中的地位上升，未来海藻产业的发展将受到越来越多关注。

图3 1988—2018海藻产量、养殖面积全国占比

1.2 生产区域与结构

1.2.1 国内海藻生产结构

海藻主要分为海洋浮游藻类和海洋底栖藻类。海藻产品主要来源于海洋底栖藻类，分为三大类：褐藻、红藻和绿藻。褐藻产品主要包括海带、马尾藻、裙菜带等；红藻主要由紫菜、江蓠、麒麟菜等组成；石莼、浒苔等是常见绿藻植物。

从海藻养殖种类来看，20世纪80、90年代，中国海藻生产结构单一，主要以海带为主与紫菜为主，其中海带占比高达94%以上；随着海藻养殖与加工业的发展，21世纪初，海藻生产结构逐渐多元化；截至2018年，中国海藻产品以海带、江蓠、紫菜、裙带菜等为主，其中海带产量约152.25万t，占全国海藻总产量的64.94%，其余种类占比依次是江蓠14.09%、紫菜8.61%、裙带菜7.49%、羊栖菜0.99%、麒麟菜0.08%、其他3.78%，如图4所示。

图4 海藻生产结构

1.2.2 国内海藻生产区域分布

从海藻生产区域来看，自20世纪80、90年代起，海藻的生产区域都集中在福建、山东、辽宁，分别占中国养殖海藻总产量的47.73%、28.39%、14.58%，其余沿海省市占少部分。其中以山东海藻产量最高，后来福建逐渐取代山东，成为海藻产量最大省份。截至2018年，中国海藻生产区域主要集中在福建、山东、辽宁，产量分别为111.87万t、66.53万t、34.16万t,分别占养殖海藻总产量47.73%、28.39%、14.58%，其余地区占比依次是浙江8.81万t(3.76%)、广东7.32万t(3.12%)、江苏4.25万t(1.81%)、海南1.35万t(0.57%)、河北1 003 t(0.04%)，如图5所示。

1.2.3 区域海藻生产结构特色

海藻的生长习性以及水域环境决定海藻的养殖地区，分析2018年各地区海藻生产结构(图6)发现：①海带在水深浪大的海域更易生长，大都分布在山东、辽宁和福建，是这3个省份海藻产量全国领先的主要来源；②裙带菜是一种温带性海藻，可以适应较高的水温，盛产于山东、辽宁；③江蓠大都生长于内湾砂砾上，主要产于福建，在广东、山东、海南也有养殖；④羊栖菜的生长受温度和光照的影响较大，主要产于浙江与福建；⑤紫菜多生长在风浪大、潮流通畅的潮间带，主要分布在福建、浙江和江苏，在广东、山东也有生产；⑥麒麟菜对养殖环境要求较高，只在海南、广东两地区生产。

2 海藻产品应用现状

2.1 农业

天然海藻提取物中，含有陆生植物无可比拟的Ca、Mg、Fe、K等多种矿物元素，丰富的蛋白质、氨基酸、脂肪酸等营养物质，以及植物激素、糖胶、多酚等具有调节功能的生物活性物质。随着环保意识的深化，绿色有机农业的发展，海藻肥作为高效环保的新型农业肥，同时满足减少农药化肥的使用量与提高作物质量的需求，已经成为当下新型农业肥的研究热点[1]。

2.1.1 修复调理土壤

海藻肥中具海藻酸钠等螯合剂，存在大量带负电荷的羟基与羧基，可以将土壤的重金属离子螯合，从而减少金属离子对作物的毒害作用，是一种天然的土壤调理剂[2]。此外，藻类提取物能够影响土壤中微生物的数量、活性以及群落结构。海藻提取物中的海藻糖类、矿物元素等为土壤微生物代谢提供营养来源，从而影响土壤微生物的数量[3]。Alam等[4]经过温室与田间试验表，海藻提取物(SAEP)能够增加温室与田间土壤样品的菌落数，其中最大菌落数在温室中为4 g/L，在田间为1、2 g/L SAEP，发现在SAEP施用后土壤微生物的代谢活性增加。

2.1.2 促进植物生长

Kumar等[5]以籽粒数和种子干重衡量，施用较低浓度(20%)的桔梗海藻提取液可以提高种子发芽，生长和产量的百分比，观察到全部(100%)种子发芽，比对照增加11%。刘培京等[6]通过使用不同稀释浓度的海藻液体肥,对番茄、辣椒、黄瓜3种作物种子进行浸种与盆栽试验,发现施加200、400倍稀释的海藻液体肥的株鲜重、株干重、株高、根长、叶绿素含量、叶面面积各指标均显著高于对照组。

Rathore等[7]以不同浓度的海藻提取物施加两次叶面喷雾。发现海藻提取物的叶面施用显著提高了产量参数，施用15%的海藻提取物达到最高的谷物产量，其次是12.5%的海藻提取物，与对照相比分别增加了57%和46%。使用15%的海藻提取物也可以达到最大的秸秆产量。

2.1.3 提高农作物抗病抗逆性

海藻提取物可通过激活作物某些基因以及影响代谢途径，促使作物产生防御性的应激反应，释放多种多酚、酶类等功能因子，从而诱导植物产生抗病性[8]。Sultana等[9]研究海藻对向日葵与番茄根系疾病的处理，发现海藻提取物具有杀虫除菌等作用，能够有效抑制线虫在根系中的渗透，减少根部真菌感染。

海藻提取物中部分物质(如海藻寡糖)能够诱导植物产生抗体，来调节逆境(干旱、寒冷、农药等)对植物生长的影响[10]。孙锦等[11]研究海藻提取物对番茄抗旱性的影响，结果表明：海藻提取物提高了SOD酶的活性和可溶性糖的含量，增加了叶肉细胞的黏滞性且降低了自由基对细胞膜的破坏，导致番茄的抗旱性增强；控制土壤含水率为10.6%，用浓度2 g/L的海藻提取物处理番茄植株，可使其最大节水率达22.6%。

2.2 环境

当前废水处理的传统方法有物理法、化学法、生物法以及物理化学法等，由于其处理效率低、运行管理费用高、且存在二次污染等弊端，导致这些传统的处理方法在很大程度上具有受到限制。与传统的污水处理法相比,藻类不仅能解决水体营养化、吸附重金属、降解有毒污染物，对藻类生物量及其富集的重金属也能收集利用[12]。

2.2.1 解决富营养化

近年来，全国水库胡泊的水体富营养化十分严重，并在逐年加剧，水体富营养化是我国乃至全球所关注的重大环境问题之一[13]。

鉴于水体富营养化的危害，采用藻类修复技术(Phycoremediation)来去除动物废水和其他高有机含量废水中的养分是一个具有巨大潜力和需求的领域[14]。王立刚等[15]通过海藻提取物EClean生物工程技术处理富营养化地表水，结果发现此技术能有效降低水体的浊度、COD和BOD5，水体的脱氮除磷效果十分显著，从而控制水体富营养化。Woertz等[16]通过绿藻对城市污水处理试验，在一定培养条件下，发现绿藻对铵和正磷酸盐的去除率高达99%，同时自身产生脂质可能用作液体生物燃料。

2.2.2 吸附重金属

研究表明，藻类可作为良好的重金属吸附材料，海藻提取物具有金属螯合性能，可以快速螯合出溶解在水中的金属离子，从而降低水中的重金属浓度[17]。

陈丽丹等[18]研究藻粉用量对2种常见大型海藻马尾藻和海带对重金属离子的吸附影响。结果表明：100 mg/L以内，海带对Pb2+的吸附率高达99%以上，对Cd2+和Cu2+的吸附率保持在90%以上；50 mg/L以内，对Ni2+的吸附率能保持在90%以上。陈家武等[19]通过盆栽和稻田污染模拟试验，研究藻类吸附稻谷中重金属残留的影响。结果表明：盆栽实验中，分别投放普通小球藻、梅尼小环藻和椭圆小球藻，稻谷Hg、Cr、Cd残留量比未投放藻的试验组降低76.53%、53.57%、65.71%；稻田试验中，有藻田的稻谷Cd残留比无藻田的降低76.47%。

2.2.3 降解有毒污染物

微藻由于自身独特的细胞结构与代谢途径，对一些难以降解的有毒有机物质的富集降解具有一定效果，如酚类、偶氮染料、有机氯和农药有机污染物等[20]。

李睿等[21]发现微小小环藻对双酚A能达到较弱的富集效果和一定的降解效果。Dellamatrice等[22]使用蓝藻处理含有纺织染料的废水，均能达到不同程度降解效果，其中一种蓝藻能完全降解靛蓝染料，蓝藻可用于具有顽固化合物的废水的三级处理。石瑛等[23]检测1,4-二氯苯对海洋微藻的毒理效应，结果表明：角毛藻能明显富集1,4-二氯苯，但角毛藻自生也将受到毒害作用。Burkiewicz等[24]通过3种杀虫剂对标准藻的抑制试验，发现相对于对照培养物，最低浓度的物质没有产生统计学上显着的抑制作用，毒性作用将随着杀虫剂的浓度升高而增大。

2.3 医疗

由于海藻具备特殊的分子结构与活性物质，是某些药用成分的富集者，海藻提取物中所含医疗保健的活性物质已成为诸多学者的研究热点[25]。

2.3.1 免疫调节

大量文献证实，海藻提取物能够提高血红蛋白和红细胞数量[26]，修复机体脾脏和胸腺损伤[27]，调节血清细胞因子[28]，进而对机体产生免疫调节作用。

2.3.2 抑脂抗瘤

廖建民等[29]通过海带多糖对荷Heps瘤株小鼠和高血脂大鼠的影响研究，发现其能显著降低高血脂大鼠的总胆固醇水平，抑制瘤株的生长，是一种安全搞高效的降脂抑瘤材料。季宇宾等[30]发现海藻多糖的抗肿瘤效果与5-Fu相当，但其毒副作用更小，这可能与海藻多糖的免疫增强作用有关。

2.3.3 抗病毒及抗辐射

张以芳等[31]通过螺旋藻多糖、多糖蛋白、藻粉(或藻泥)对癌细胞生长抑制效果对比，发现多糖抑制效果最好，其次是多糖蛋白，藻粉(或藻泥)效果较差。刘志辉等[32]利用海藻多糖研究γ射线照射小鼠免疫功能变化，发现海藻多糖具有抗辐射损伤作用，可能是海藻多糖提高了免疫细胞对辐射的抗性，促进辐射损伤的修复；也可能海藻多糖是减少自由基的生成，从而降低了自由基造成的损伤等有关。

2.4 养殖

海藻中含有丰富的营养物质，许多海藻加工企业在提取完海藻胶后，将海藻粉废弃，造成环境污染与资源浪费。国内外曾报道海藻粉具有较好的饲用价值，将海藻粉用于养殖业，既能充分利用海洋生物资源，保护环境，又能促进养殖业的发展。

2.4.1 畜禽

高和珅等[33]在鸡饲料中投加2%～5%的复合海藻粉，发现海藻粉能提高鸡的增重率、成活率，降低料耗比。王清建等[34]以海藻粉饲喂育肥猪试验，结果表明，饲料中添加适量(海藻粉占饲料量比值3%～5%)海藻粉，能够显著提高育肥猪的生产水平，提高饲料利用率，且试验猪未出现便秘等消化疾病，说明海藻粉能提高育肥猪肠胃免疫能力，调节肠功能。苏世灿等[35]在奶牛日粮中投加裂壶藻粉，发现试验适宜添加量150～250 g/(头·d)，显著提高了牛奶中不饱和脂肪酸含量，DHA含量稳定(10～20 mg/100 mL)，超过市面上添加DHA的奶粉与牛奶的DHA含量(10 mg/100 mL)，可满足商业化需求。

2.4.2 鱼虾

林建斌等[36]研究发现在大黄鱼饲料中添加海带多糖与紫菜多糖可以显著提高大黄鱼的生长力和免疫力，其中以0.5%的添加比例效果较好。周歧存等[37]在饲料中添加不同浓度海藻粉，饲喂6～6.76 g的罗氏沼虾，结果发现添加海藻粉能提高罗氏沼虾的成活率与虾体重量，其中以3%的添加比例最适宜其生长。

2.5 食用

作为一种营养健康且热量低的新型保健食品，海藻已在欧美等发达国家掀起了一股食用热潮，在韩国与日本更是近乎痴迷[38]。此外，由于海藻特殊的组成成分，将其用于食品添加剂，在改善食品感官、提高食品营养成分等方面发挥着重要作用[39]。

2.5.1 海鲜食品

一些海藻作为的海洋蔬菜，营养价值高，可以直接食用，如海带、海白菜、紫菜等；或者与其他食材混合加工后食用，如将海藻和面粉混合制成的海藻面条，同时具备面条的口感与海藻的营养价值；海藻与牛油混合制成海藻牛油，在英国也备受消费者青睐[40]。

2.5.2 食品添加剂

从海藻内提取的海藻胶，如卡拉胶、琼脂、海藻酸钠等，添加到食品中可改善食品的结构与品质，利用海藻制备食品添加剂极具发展前景[41]。由于其独特的理化性质，可在添加在食品中用作保鲜剂、增稠剂、稳定剂、乳化剂等。邢晓亮等[42]采用真空包装冰温贮藏与海藻酸钠相结合，研究对大黄鱼的保鲜能力，发现能有效延缓其感官品质降低，改善质构特性，抑制细菌生长，货架期能有效延长至29 d。李星科等[43]研究增稠剂对面皮冷冻过程水分及品质的影响，发现海藻酸丙二醇(PGA)能提高面粉的吸水率与弱化度，使蒸煮冷冻后的面皮吸水率降低，从而提高面皮的弹性与硬度。

2.6 化妆品

海藻富含氨基酸、维生素、脂肪酸等活性物质，在药用化妆品的使用上，可以达到祛痘美白、防嗮抗氧化等效果。

2.6.1 祛痘美白

海藻能够有效祛除痤疮。Kamei等[44]从海藻内提取出的一种新型抗菌化合物—Sargafuran，对革兰氏阳性细菌具有广泛的抗菌效果可作为改善和预防痤疮的新型护肤化妆品。酪氨酸酶(yrosinase，Tyr)是一种调控人体内黑色素形成的限速酶，其活性与皮肤中的黑色素含量呈正比关系，Tyr活性越高，皮肤中的黑色素就越多。从褐藻中提取的一种复杂岩藻多糖，被证明可以降低Tyr的活性，最终抑制黑色素的形成[45]。

2.6.2 防晒抗氧化

海藻除了具有抗菌，抗癌，抗炎等多种生物活性的分子外，许多抗氧化和抗光老化的化合物以前已经被鉴定，它们能有效地对抗皮肤的光损伤[46]。Ryu等[47]发现小珊瑚藻的甲醇提取物，对UV-A引起的人体皮肤和纤维细胞氧化应激具有光防护作用。Heo等[48]实验表明，提取自褐藻的三种藻类多酚具有潜在的增白功能与UV-B辐射引起的细胞损伤具有显著的保护作用。

3 总结与展望

中国海藻产业发展日渐兴盛：截至2018年，海水产业发展减缓，海水养殖总产量3 301.4万t、海水养殖总面积204.31 hm2。其中海藻产量236.2万t，海藻养殖面积14.4万hm2，分别在海水产量中占比7.15%、海水养殖面积占比7.06%，且还有上涨趋势。由此可见，海藻产业在海水总产业中地位升高，海藻产业的发展备受重视，也体现出了海藻产品受到人们的强烈追捧，海藻产业是对推动我国发展的重要因素。

海藻生产结构多元化，各种海藻共同发展，但海带仍是中国海藻产业的最大组成部分；海藻养殖区域集中，福建、辽宁、山东是中国养殖海藻的主要省份，占据中国海藻养殖总量的90%以上。海藻生产结构存在地域性，养殖环境与海藻的生长习性是各地区海藻生产结构及产量的决定因素。

海藻由于其独特的组成成分，不管是海藻初级产品的直接利用，还是海藻有效物质的提取应用，在各个领域之中都能体现其价值。充分开发用海藻资源，大力发展海藻产业，是促进中国“蓝色产业”乃至各个行业发展的重要一环。