海藻肥在水稻上最新應用進展

譚習羽，程 雄，黃淑芬，劉麗輝，宋桐慧，區宇程，譚志遠，彭桂香

（1華南農業大學生命科學學院，廣州510642；2華南農業大學新農村發展研究院，廣州510642；3華南農業大學農學院；4華南農業大學資源環境學院，廣州510642）

0 引言

人類對海藻的開發應用由來已久，海藻中生物活性物質主要有多糖類、甜菜堿、蛋白類、萜類、甾醇類、多酚類、環狀多硫化合物、大環內酯類等[1-2]。因海藻多糖具有多種生物學功能，如增強動物機體免疫能力[3-4]、抗病毒[5-6]、抗腫瘤、抗突變、降血脂等，因此，海藻多糖被廣泛應用于農業[7]、醫藥、食品、飼料、化工等領域[8-11]。

要注意的是海藻多糖和海藻糖是完全不同的物質。海藻多糖是十個分子以上單糖組成的碳水化合物，是結構相當復雜的大分子物質，如從海藻里提取的褐藻膠、褐藻糖膠以及海帶淀粉等[12-13]。而海藻糖是一種二分子單糖組成的無還原性雙糖，在自然界中許多可食用動植物及微生物體內都廣泛存在，如人們日常生活中食用的蘑菇類、海藻類、豆類、蝦、面包、啤酒及酵母發酵食品中都有含量較高的海藻糖[14-15]。海藻糖由2個葡萄糖分子以1,1-糖苷鍵構成的，有3種異構體即海藻糖(α，α)、異海藻糖(β，β)和新海藻糖(α，β)，但迄今為止，從生物體中只分離到了α,α-海藻糖[15-16]。在一些生長在不良環境中的動植物和極端環境生長的古生菌、真菌細胞中海藻糖含量較高[17]。海藻糖對處于高溫、高寒、高滲透壓及干燥失水等惡劣環境條件下的生物體具有神奇的非特異性的保護作用，并且可以作為細胞供能物質，保護細胞膜，保持蛋白質和核酸等生物大分子的空間結構和功能活性，維持細胞滲透壓來防止細胞內營養成分流失，從而維持生命體的生命過程和生物特征。經觀察和研究發現，沙漠植物卷葉柏在干旱時幾近枯死，但在遇水后卻又可以奇跡般復活；復活草這種高山植物能耐過冰雪和嚴寒；一些昆蟲在高寒、高溫和干燥失水等條件下不會凍結和干死，就是它們體內的海藻糖創造的生命奇跡[14]。海藻糖因此在科學界素有“生命之糖”的美譽[15,18]。

據統計，2012年全世界海藻產量達2490萬t，其中有相當比例的海藻作為生長促進劑及土壤調節劑被應用于種植領域[19]。

海藻肥作為新一代生物肥料，在農業上應用的海藻有綠藻、紅藻及褐藻等[20]。市場常見的海藻肥原料主要為褐藻中的‘泡葉藻’(Ascophyllum nodosum)、‘昆布’(Ecklonia maxima)、‘ 海 帶 ’(Laminaria digitata＆Laminariajaponica)和‘馬尾藻’(Sargassumwightii)等[21-22]。近年來，國家提出海洋強國戰略，出臺了一系列相關政策文件，大力支持海洋經濟發展，科學開發海洋資源，培育海洋優勢產業。2017年7月24日，廣東省海洋工作領導小組會議召開，省長兼省海洋工作領導小組組長馬興瑞出席會議并在講話中強調，要充分發揮廣東省海洋資源優勢，加強海洋資源開發利用和保護，建設海洋強省等。為海藻肥產業發展提供強有力的政策支持。

海藻肥料與化學肥料相比，具有安全無毒、全面高效、環境友好等優勢，成為肥料制造領域的熱門產品[23]。海藻肥可強化植株均衡吸收營養成分，增加農產品產量和改善品質，作物的抗逆作用增強，同時還能活化土壤，增加土壤微生物活性，是優良的綠色生態肥料[13,24]。海藻肥料與農作物及土壤的相互作用機理研究也迅速成為學術界關注的焦點[13]。

隨著產品研發的不斷深入，陸續誕生了葉面肥、固體沖施肥、液體沖施肥、海藻生物有機肥等各種新型海藻肥產品[13,25]。海藻酸又稱藻酸、褐藻酸、海藻素，是一種天然多糖類物質，是組成藻類的主要成分，它是一種可食用纖維，在褐藻細胞壁（囊褐藻綱，海帶目和墨角藻目）和特定細菌（乙酰化形式）中含量豐富[26]。海藻酸易與陽離子形成凝膠，如海藻酸鈉等，被稱為海藻膠、褐藻膠或藻膠。海藻精就是以海藻為原料萃取濃縮的活性物質的總稱，也叫海藻素，具體說海藻精屬于高濃縮的海藻素，也就是含海藻酸的水溶肥料。近年，海藻肥因效果突出，成為了發展迅猛新型肥料之一，使得海藻肥市場魚龍混雜，產品質量參差不齊，時常出現坑農現象。化工行業標準HG∕T 5050-2016《海藻酸類肥料》和HG∕T 5049-2016《含海藻酸尿素》的國家行業標準正式發布，于2017年4月1日起正式實施。隨著此兩項標準的正式發布和實施，和已實施的中華人民共和國農業行業標準生物有機肥NY 884-2012，標志中國海藻酸類肥料行業將進入規范發展的新階段[27]。下面將從海藻肥的活性成分及功能和施用在水稻上的最新應用研究進展2個方面進行介紹，以期為海藻肥產業相關的研究與應用提供思路和參考。

1 海藻肥的活性成分及功能

海藻及海藻提取物因富含多種植物生長促進因子，被廣泛應用于有機肥料的開發及糧食、瓜果、蔬菜、花卉、草坪等農產品種植領域。海藻肥具有多種高活性成份和營養元素[2]。不但含有鉀、鈣、鎂、鉬、鐵、鋅、硼、碘、硒等多種植物所需要的營養元素外，而且含有豐富的海藻多糖、海藻多酚、不飽和脂肪酸、蛋白質、氨基酸、維生素、生長調節物質（如赤霉素、細胞分裂素）等多種活性元素[19,28-29]。使海藻肥具有改善土質、抗旱、抗寒、促生長、抗蟲害、增產、提高農產品品質等多重功效[2]（表1）。

2 海藻肥在水稻上的施用效果

因海藻肥含有多種有效成分與活性物質，能改良土壤的物理、化學和生物學特性，從而提高土壤的保水能力，促進根際有益微生物的生長；與土壤中的金屬離子反應形成高分子量的復合物，改善土壤團粒結構，從而有利于保持土壤水分，良好的土壤通氣環境，可刺激根際微生物的生長，增加土壤生物活性，治理鹽堿與沙漠戈壁等。海藻肥不但為作物供應齊全的大量和中微量營養元素、多糖、多種氨基酸、維生素等多種活性物質，還能幫助植物建立一個健壯的根系，增進植物對土壤養分、水分與氣體的吸收利用。海藻肥可增大植物莖稈的維管束細胞，加快水、養分與光合產物在植物體內的運輸，并促進植物細胞分裂、延遲細胞衰老，有效提高作物的光合作用效率，提高產量和改善品質，延長儲藏保鮮期，增強作物抗旱、抗寒、抗澇和抗病蟲等多種抗逆功能[31-32]。

玉米、水果和蔬菜等一系列農作物施用海藻肥后，證明海藻肥對農作物提早成熟，提高產和改善品質，對水果保鮮和增強抵抗病蟲害等方面都產生了明顯作用，可增產10%～30%[33-36]。2013年丁晨曦等[37]也對禾本科植物高羊茅施用不同濃度海藻肥后對其生長的影響進行研究。本研究主要介紹海藻肥施用在水稻上的應用研究進展。

2.1 水稻不同生育期施用海藻肥效果比較

通過對水稻苗床應用葉面噴施劑試驗研究，結果表明：各處理均較對照秧苗素質有所提高，使用美奇天然海藻肥試驗效果較為突出，2次噴施，每次用量25 mL/hm2效果最好，增產 15.9%[38]。

2013年在水稻孕穗期、抽穗初期、灌漿期和籽粒飽滿期4個時期，開展了葉面噴施“噴得福系列＋快寶高濃度天然海藻素”含海藻素水溶性營養液肥示范試驗，結果表明，噴施含海藻素葉面肥可有效提高水稻的有效穗數、每穗總粒數和每穗實粒數，并且理論產量比對照增加，增幅6.23%[39]。

2.2 不同地區、不同水稻品種施用海藻肥效果比較

在農業部浙江省土壤肥料與環境科學觀測實驗站黃松田水稻土上，以高產水稻品種‘明珠2號’為試驗材料，研究結果表明追施海藻復混肥使水稻籽粒和秸稈吸收的氮總量提高11.0%。追施復混肥施海藻復混肥能降低土壤pH值，提高土壤有機質、全氮、全磷、速效磷和速效鉀含量[40]。

通過不同地區、不同品種的小區和大區試驗示范，在水稻上施用高端海藻肥美加富，水稻生長幅度加快，株高增加，提高水稻產量，各試驗點美加富處理與對照相比均增產6.7%以上，最大增產幅度達13.5%，平均增產9.0%。施用美加富同時也能有效提高水稻的抗病性，降低水稻白葉枯病和紋枯病的發病率[41]。

表1 海藻活性成分及功效

新型海藻水稻專用葉面肥噴施在5個品種水稻（‘鄭稻18’‘、南粳49’‘、南粳44’‘、甬優2640’和‘Y兩優1號’）上均有增產作用，且海藻水稻專用肥在‘鄭稻18’‘、甬優2640’和‘Y兩優1號’上的施用效果相對較好[42]。

2.3 不同海藻肥產品施用效果比較

施用“北京雷力海藻肥”，水稻產量及產量構成因素均有顯著提高，實產提高了11.72%，有效穗數、結實率、千粒重平均依次比對照高4.9%、2.1%和3.8%[43]。

通過海藻型種子包衣藥肥(SD-1)對苗期玉米和水稻生長的影響試驗表明，SD-1對水稻生長的促進效果好于市場上同類產品（包衣劑高巧），可作為玉米及水稻種子包衣藥肥在農業中推廣應用[44]。

2.4 海藻肥產品與尿素、其他新型功能尿素使用效果比較

以超級雜交稻‘C兩優343’為材料，比較分析施用緩釋尿素、多肽尿素、海藻酸尿素、加鋅尿素4種新型功能尿素時水稻產量的形成特點和氮肥吸收利用效率。結果表明，與對照相比，產量都提高了8%以上、其中海藻酸尿素的氮肥吸收利用率提高了56.21%，氮肥農學利用率分別提高了51.86%[45]。

采用盆栽試驗，也說明施用海藻寡糖增效尿素比施用普通尿素顯著增加對水稻光合特性、碳代謝關鍵酶活性及相關產物積累，籽粒產量顯著提高，較普通尿素處理增加3.94%[46]。在大田試驗條件下，在同等施氮水平下，海藻寡糖增效尿素處理比普通尿素處理的水稻穗粒數及產量均顯著增加。海藻寡糖增效尿素處理的水稻精米率、整精米率及稻米蛋白質含量均顯著高于不施氮肥處理（對照）和普通尿素處理；稻米透明度、膠稠度、堿消值、最高黏度和崩解值等物理化學特性方面，也高于對照和普通尿素處理，堊白粒率和堊白度低于對照和普通尿素處理，且與對照相比差異均達顯著水平[47]。

2.5 海藻肥施用增加水稻抗性研究

水稻施用海藻肥，能夠激發水稻細胞產生植保素，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，寡糖作為激發子能夠誘導植物細胞產生自我防御響應，以抵御外來病原微生物的侵染[48]。

海藻酸鈉寡糖可減輕重金屬的毒害作用，采用盆栽試驗，海藻酸鈉寡糖可促進Cd脅迫下水稻的生長發育，并抑制Cd從根部向地上部的運輸[49]。

3 展望

從以上綜述的水稻上的應用情況可發現，含海藻酸尿素，海藻水稻專用葉面肥，海藻型種子包衣藥肥，海藻復混肥等各種不同類型的海藻肥，對水稻生長都有顯著的增產，抗病蟲等作用，近幾年可找到的關于海藻肥的研制和在水稻上的應用效果相關的期刊論文和碩博士畢業論文[32]都在逐年遞增，說明市場更加了解和認同海藻肥對作物生長的正向效果。

（1）作為一種新型肥料，海藻肥使用方法簡單，具有多重肥效且肥效顯著。

（2）中國耕地總體質量不高，低產田面積很大，而且土地中微量元素缺乏、鹽漬化、水土流失、土壤板結、土壤污染等耕地質量退化的形勢依然嚴峻，將可持續的海藻資源開發為環保型功能肥料，對確保糧食安全、食品安全具有重大意義。隨著綠色、環保、健康的生活方式越來越深入人心，海藻肥這個帶有生態、有機、環保概念的新型肥料必將得到更廣泛的使用，貢獻于綠色農業和人類健康。

致謝：感謝合作單位廣東杰士農業科技有限公司的資金和項目支持,校企合作橫向項目“海藻生物肥研發技術服務”和華南農業大學新農村特色產業基地“海藻生物肥特色產業基地”。