摘 要:绿色有机肥与化学肥料相比,具有安全、无毒、无残留、来源广等优点,以及在农作物增产、抗逆、天然性和无毒副作用等方面的不可比拟的优势,已成为肥料界发展的趋势。以天然海藻为原料的海藻肥是绿色有机肥的代表之一,早在2000年就已引起了业界广泛的关注,近年来在国内市场也得到了迅速的发展。本文介绍海藻肥的生产原料、制取工艺、性能特点、国内现状及应用前景,并对今后国内海藻肥产业的发展提出了一些建议。
海藻肥是以天然海藻为原料直接生产加工或是再配上一定数量的氮磷钾以及微量元素,经高科技方法精制而成的新型有机肥,被誉为是继有机肥、化肥。生物肥之后的第四代肥料。海藻肥含有从天然海藻中提取出来的精华物质,极大地保留了植物生长素、赤微素、类细胞分裂,多酚化合物及抗生素类等天然生物活性成分,促进农作物协调地生长发育,提高其生命活力和对病虫旱涝、低温等逆境的抗性,对人畜无害,对环境无污染,是天然,高效,新型的绿色有机肥,在国外海藻肥被列入有机食品生产专用肥料在国内也经过近几年的研究和开发,相关产品已日趋完善,并得到了广泛的应用,
1 生产原料
海藻是生长在海洋中的低等隐花植物,共有1万多种,分为绿藻门、褐藻门、红藻门、蓝藻门等10个门类,其中广泛利用的主要是红藻、绿藻和褐藻3大类,约100余种。人类利用海藻作为肥料的历史已经有几千年了,但是一直都是原始地直接利用。1993年,美国的一种经过提炼加工的海藻肥被美国农业部正式确定为美国本土农业专用肥。
海藻可以浓缩相当于自身44万倍的海洋物质,除了含有陆地植物所具有的营养成分之外,还含有许多陆地植物不可比拟的微量元素以及数千种活性物质,因而被广泛应用于食品、饲料、医药、农业以及能源和其他化学资源等领域。目前我国仅大型经济海藻就有100多种,其中不乏有高肥效的海藻种类,资源十分丰富。
真正的海藻肥主要原材料均来自于海藻,而全国仅有沿海地区等才有种植及生产。当前大部分厂家海藻肥中的海藻其实就是海带,用海带加激素做成的海藻肥,其效果和用鸡粪、牛粪做成的有机肥效果一样。真正优质海藻肥,其海藻均取自深海中的海藻,生活在深海中的海藻由于生长环境恶劣,其体内积累的内源活性物质含量要远远比海带高。北京奥运会前在青岛海域出现的令奥组委头疼的浒苔,却是海藻肥生产厂家欢迎的生产原料,现在浒苔已经成为海带的替代品用来生产海藻肥。
海藻在同类中因生长速度快,一个月就能生长至2～3m高,种植面积广,在山东省及渤海湾有大量的野生和人工海藻种植基地,具有其他陆地植物没有碘、钾、镁、锰、钛等微量元素以及海藻多糖、甘露醇等的特殊成分,使之一跃成为绿色有机肥中的新星,引起了肥料界广泛的关注和重视。
2 制取工艺
海藻肥的核心物质是纯天然海藻提取物,经过特殊生化工艺处理,保留了天然活性成分,含有大量的非含氮有机物、钾、钙、镁。锌、碘等四十余种矿物质元素和丰富的维生素,特别含有海藻中所特有的海藻多糖、藻朊酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂,具有很高的生物活性。
天然活性成分的提取方法对于其活性影响极大,相同含量但活性不同的话差异也很大。目前最好的方法是采用酶水解萃取,其次是物理法,最差的是用强酸或强碱进行化学提取。目前绝大部分厂家均是采用化学提取法,最大的劣势在于会破坏海藻内源物质的活性,而采取细胞破碎物理提纯技术则可以使内源物质的活性最大程度的保存下来。
利用微生物在以海藻体等为养分的代谢过程中产生的多种酶,采用微生物发酵法生产海藻肥的原理是将海藻体的大分子物质降解为分子量相对较小的水溶物质,利于微生物吸收利用,生长繁殖。这些被微生酶降解生成的水溶物质,也能被植物的根或叶吸收并用作养分及生物活性物质等。其最大优点是产品有效成分的多样性,特别是最大限度保留了海藻中的生物活性物质,这些成分都易被植物的根、茎、叶,种子等吸收利用。其工艺过程见图1。近年来国内关于海藻肥的制取工艺研究也比较活跃,以下是海藻肥的2个生产专利技术。
(1)中国专利CN200810238683.9是一种海藻肥清洁生产方法,步骤为:在反应釜中,加入水和氢氧化钾,加热升温,然后加入干褐藻保温消化,将消化后的褐藻溶液进行过滤:将滤液用磷酸进行中和,得海藻提取液可直接作为液体海藻肥:将滤渣与糠醛渣进行混合,然后造粒晒干用作固体土壤肥料。该发明在制备褐藻提取液的同时,将褐藻滤渣与糠醛渣中和制备固体土壤肥,变废为宝,实现节约资源、保护环境和零排放的目的。
(2)一种浒苔活性成分的有效提取的发明技术,提出了浒苔海藻肥的制备方法,其特点是,以浒苔为原料,经过原料预处理、浸提、中和、浓缩、复配等工艺过程,有效提取浒苔活性成分,并以此提取液为基液与腐植酸、尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾、磷酸一铵,微量元素中的至少一种复配,制成高活性浒苔海藻肥。该浒苔海藻肥富含海藻活性物质不仅能够加强作物光合作用,增加作物产量,提高产品的品质,还能够增强作物抗寒、抗旱,抗逆性、抗病害能力,促进作物早熟,增加作物坐花坐果率,且生产成本较低、溶解性好、使用安全,对人畜和自然环境友好无伤害,是适应现代农业的新型绿色环保肥料。
3 性能特点
3.1绿色环保
传统的化学肥料肥效单一、利用率低,污染严重,长期使用会导致土壤被破坏。海藻肥中的核心物质是纯天然海藻提取物,主要原料选白天然海藻和优质菌株,经过特殊生化工艺处理,提取海藻中的精华物质,极大地保留了天然活性组分,集植物营养物质、生物活性物质、植物抗逆因子于一体,对人畜无害,对环境无污染,是天然,高效、新型的有机肥。海藻肥在国外被列入有机食品生产专用肥料,可抑制作物对亚硝酸盐等有害物质的吸收,使作物真正达到无公害,又可弥补单施化肥所造成的养分单一、易被土壤固定和易淋失的缺点,起到减少化肥损失,有利于提高化肥利用率的作用。
3.2营养全面
海藻肥具有农家肥特点,经过特殊处理后,使海藻中的有机大分子变成小分子,在使用后的2～3小时内进入植物体内,极易被植物根,茎、叶吸收和加快传导速度。海藻肥含有大量的非含氮有机物、蛋白质及微量营养元素以及陆生植物无法比拟的钾、钙、镁、铁、锌、碘等四十余种矿物质元素和丰富的维生素,特别含有海藻中所特有的海藻多糖、藻朊酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂,具有很高的生物活性,可刺激植物体内非特异性活性因子的产生,调节内源激素的平衡,对作物具有极强的促生长作用。
3.3高效增效
海藻肥集营养和调理于一体的生物肥料,因各种特有的组成以其极微的数量施用于植物,具有天然抗菌、抗病毒的作用,起到其他肥料所没有的效果,能
改善产品品质,提高农产品价值,对植物营养,生殖生长双向调节,提高作物的抗寒、抗旱,抗逆能力海藻肥中的海藻酸可降低水的表面张力,使其有效成分十分稳定,易于贮存,使用方便,十分有利于植物对各种养分的吸收利用,并确保各种养分处于有效状态。海藻肥还可与杀虫剂、杀菌剂等大多数农药、化肥混合使用,具有肥药双效作用。
3.4改良土壤
作为一种天然生物制剂和土壤活化剂,海藻肥可自然降解,与植物一土壤生态系统和谐地起作用,直接使土壤或通过植物使土壤增加有机质,激活土壤中的各种有效微生物,这些生物可在植物一微生物代谢物循环中起催化剂的作用,使土壤的生物效力增加,植物和土壤微生物的代谢物可为植物提供更多的养分。海藻肥含有天然化合物,如藻朊酸钠是天然土壤调理剂,能促进土壤团粒结构的形成,改善土壤内部孔隙空间,协调土壤中固、液、气三者比例,恢复由于土壤负担过重和化学污染而失去的天然胶质平衡,增加土壤生物活动,加速有效养分的释放,有利于根系生长,提高作物的抗逆性。
3.5应用广泛
海藻肥显著提高糖转化酶活性及含磷有机化合物的合成,使瓜、果、菜等含糖量大幅度提高。经多次田间试验表明,海藻肥对玉米、水稻、大麦,小麦、大豆等粮食作物,地瓜,土豆、花生、豌豆、黄瓜、西红柿、茄子、白菜、生姜、西瓜、芹菜、大葱、大蒜等蔬菜作物和苹果、梨、桃、柿子、柑桔、香蕉、芒果、葡萄、枣子等果树,特别是对棉花,烟草、桑茶等经济作物和园艺业有更大的增产效果和经济效益。海藻肥对农作物提早成熟、提高产量和改善品质、抵抗病虫害以及在水果保鲜等方面均有明显作用,可使作物增产10%～30%,果蔬保存时间也明显延长,还大大改善施用作物的外在及内在的品质,提高作物的商品附加值。
4 国内现状
我国是世界上拥有海藻资源最丰富的国家之一,国内海藻肥的研制起始于20世纪90年代后期,起步相对较晚,且海藻肥的原料成本,生产成本相对较高。由于国内的经销商及消费者对海藻肥的功效、使用等方面的知识不足,加之海藻肥的生产加工工艺复杂,目前不少企业还不具备生产海藻肥及持续增长的能力,海藻肥在国内肥料市场的占有率还相对较低。
近年来,随着对绿色农业、无公害农业意识逐步加强,海藻肥作为一种新型肥料,在国内得到了快速发展。多年来的技术研究开发和产品的推广应用,使海藻肥产品质量已非常稳定,产品种类已覆盖底肥、冲施肥,叶面肥等几十个品种,逐步满足了农民用肥的各种需求,使海藻肥的市场前景十分乐观。
2000年农业部肥料登记管理部门正式设立了“含海藻酸可溶性肥料”这一新型肥料类别,使其有了市场准入证的身份。截至目前,在农业部获准登记的国内海藻肥生产企业主要有中国海洋大学生物工程开发有限公司、北京雷力绿色连锁公司和青岛胶南明月海藻集团等29家。经过近10年的发展,我国的海藻肥产业已经初具规模。
中国海洋大学生物工程开发有限公司成立于2000年,是目前国内最大的专业海藻肥生产基地,主要从事海洋生物工程领域的产品开发、生产、销售、技术成果孵化及转让,其生产工艺、产品效果均达到了国际先进水平,主要产品畅销意大利、德国,荷兰、马来西亚、印度和日本等二十几个国家及地区。该公司研制的新一代海藻肥,是依据植物微生态学、营养学等理论,将海藻成分与多种特异功能菌株有机的结合在一起,使其融合了海藻肥和微生物茵肥的双重功效,达到了优势互补,在效果上又超越了单纯的海藻肥和微生物菌肥。
2006年,在青岛市政府的大力支持下,海大生物公司在胶州湾工业园建立了占地14万平方米的生产基地,引进了国际先进的自动生产线,具备了年产海藻肥10万吨的生产能力。目前,该公司拥有6项专利技术及海藻复混肥,海藻冲施肥,海藻菌肥、海藻叶面肥,海藻特效功能肥等五大系列100多种产品。2008年6月底,青岛海域浒苔大暴发,海大生物及时组成科技攻关小组,在鲜浒苔的降解、浒苔粉的加工制备、浒苔多糖的提取等方面进行了许多工作,重点开展浒苔在海藻肥中的应用研究,并将其作为主要原料批量生产浒苔颗粒肥、浒苔冲施肥,不仅有效解决了浒苔带来的环境污染问题,还把浒苔变废为宝,为浒苔资源的深入开发利用进行了有益的尝试。
北京雷力农用化学有限公司于1994年开始进行海藻肥的研究,从几十个海藻种类中筛选出高肥效的海藻品种,经过特殊的提取方法,制成海藻提取液,液肥高度浓缩使每1mL中的营养物质达几十种,可溶性有效成分含量为20%～45%,成功研制出了海藻肥。2009年在山东建成了年产35万吨的亚洲最大的海藻生物肥料产业化基地,同时还以海藻肥核心技术为平台,开发了包括海得丰海藻精、绿色海藻精,雷力全元营养草坪功能肥、海藻有机肥,海藻促根剂等系列产品,填补了我国在海藻肥研究上的空白。在国内十余个省市及澳大利亚、印尼等国的多种农作物上进行了试验,示范面积达10万亩,结果表明对不同农作物的增产幅度为8.6%～36.5%,投入产出比为1:8.6～225。
北京雷力公司投资在北京的中国内陆第一家海藻生物技术研发中心将于2010年10月交付使用,该中心将专注于海藻活性物质因子对农作物健康营养调节的研究,以及海藻天然活性物质的提取新工艺的研发,形成自主研发和合作开发的技术创新体系,同时参与国家海藻生物技术基础研究,展开国际间的技术交流及合作。目前正在规划的雷力海藻肥产业示范园,2011年上半年将在山东建成,这是中国首家年产20万吨海藻有机复混肥和生物肥料的分体联产装置,预计将解决200万亩农作物化肥替代和土壤改良,在未来3～5年还将建立四至五个海藻肥产业的园区,形成雷力海藻肥的产业集群。
浙江东阳联丰生物技术有限公司采用世界最新生物技术结合植物营养学、植物免疫学等多项学科所取得的研究成果,经过多年的反复的实验和田间试验而研制成功的新型天然海洋生物肥料“力力加”海藻肥,是以海藻(褐藻)为主要原料,以地衣(藻菌植物)、花粉等为辅料,用专门选育的微生物两段发酵,再经提取、浓缩精制而成,其中含有植物生长代谢过程中所需的多种高活性物质海藻酸、腐殖酸、核酸、糖类、维生素类等,还包含有铜、钼、锌、硼,钾、钙、镁、铁、碘等四十余种矿物质元素,特别含有海藻中所特有的海藻多糖、甘露醇、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂赤霉素、细胞激动索,生长素、脱落酸、甜菜碱等,是集营养与调理于一体的多功能海洋生物产品。
山东烟台斯维德生物科技有限公司生产的斯维德品牌的海藻肥,其产品有液体的,膏状的,粉末的,还有颗粒的,质量比较稳定,施用效果好,公司的全部产品都是供应国内高端绿色有机蔬莱基地、无公害种植基地、高尔夫球场等市场及出口,产品在国内外受到用户的一致好评。
5 应用前景
现代海藻肥工业化生产自20世纪80年代问世以来,海藻肥以其全面的营养、独特的功效、天然无公害的特性和很高的性价比在全球范围内快速发展,与传统化肥相比,海藻肥也有很多独特的优势。
传统化肥极易破坏土壤中养分含量,当前世界肥料的发展方向是有机、生物、无机相结合。目前,美国等西方国家有机肥料用量已占总量的50%,而在国内有机肥是一个刚刚起步的行业,其每年的施用量勉强占到化肥使用量的10%。据专家分析,中国有机肥的市场年需求将达到1400万吨。未来10年内,中国有机肥生产将呈逐年上升趋势。近年来我国还相继启动“无公害食品行动计划”,“绿色食品”、“有机食品”认证等相关计划及政策,这在一定程度上也将拉动了有机肥的市场需求。因此,有机肥将会成为肥料市场的新秀。
发展有机肥既是提供作物营养、实现农业增产增收的需要,也是保护土壤肥力与农村环境、实现农业循环经济和可持续发展的需要。随着现代农业生产的发展,发展节约化、可持续化农业越来越被政府和社会所重视。从2006年开始,国家逐步加大对有机肥施用的扶持力度,大力推进增施有机肥来实现合理的施肥策略,使有机肥也面临着良好的发展机遇。有关专家认为,在保证有机肥质量的基础上,应大幅度增加有机肥的数量,使之达到5000万吨养分的年施用量,逐步与化肥形成1:1的施用比例。这将为海藻肥等有机肥提供了巨大的市场发展机遇。
在当前化肥行业在低碳经济理念盛行的趋势背景下,面临高价运行、资源日益匮乏和能源价格日益上涨以及现代农业发展的新形势下,给化肥企业带来了巨大压力。如何在肥料生产方面有所突破,是很多人关注的问题。向海洋要肥料,海藻资源的开发和利用显得尤为具有战略意义。海藻肥的出现无疑给了人们一个巨大的想象空间。当前充分利用国内资源丰富的有机肥料资源,大力发展海藻肥等有机肥的生产,可以解决化肥行业原料来源、节能减排,产品结构等方面的困境。
海藻肥中含有大量抗病因子及特殊成分,通过物理化学作用与农药形成复合体,是一种很好的农药稀释增效剂。海藻多糖的存在,在与大多数农药(碱性农药除外)混用时具有较强的附着力,可显著提高药效,延长药效期。具有显著的抑菌抗病毒、驱虫效果,真正起到肥药作用,作物施用后抗逆抗病性显著增强,叶面喷施可提高农药效果。海藻肥中的有机活性因子对刺激植物生长起着重要的作用,十分适合我国绿色食品和有机食品的生产,其所具有的功效弥补了我国传统有机肥施用量大、肥效慢的不足,将提高农产品在国际市场上的竞争力,有利于我国的农产品打入国际市场。
随着当前环保、健康意识和生活水平的逐渐提高,无论是国际市场和国内市场,人们对绿色食品的需求日益增加。生产无公害,安全优质的绿色食品,首先在西欧。美国等生活水准较高的国家受到欢迎。尽管绿色食品价格比一般食品高50%～200%,但市场仍然走俏。在绿色食品生产中必须十分注意保护良好的生态环境,必须限制无机肥料的过量使用。海藻肥作为纯天然生产的绿色有机肥,在营养、环保、技术等方面具有独特的优势,其发展方向和定位与消费潮流相符合,在国际市场,尤其是在欧洲国家的市场迅速扩张,销售节节攀升。在国内海藻肥发展也符合国家有关政策导向,市场潜力巨大。
随着农民种植水平的提高及科学种田知识的逐步普及,目前农民的用肥习惯也在悄然改变,已逐渐接受价高质优的肥料,肥料的品质效果渐渐成为广大农民购买肥料的决定性因素。海藻肥具有营养丰富,增产抗病、活化土壤,增强口感、绿色无公害等多重功效,经过十几年的推广,在全国多数地区都取得了良好的效果,有效促进社会和经济的发展。虽然目前海藻肥在国内肥料市场的占有率还很低,但我国海藻资源十分丰富,开发和应用海藻肥前景广阔。
中国占世界10%的耕地已消耗了全球30%的化肥,化肥消费总量和单位面积施用量已处于较高水平,目前国内化肥的使用已不是量的增加,而是实施质量替代数量的发展战略,通过施用新型肥料来实现质的提高。海藻肥可以满足这种要求,值得大力发展和推广应用。海藻肥的生产和应用是有机肥产业的一场革命,提高了国产肥料的国际影响力和竞争力,必将获得良好的经济效益、环境效益和社会效益,推动绿色农业、高效农业、生态农业的快速发展,对人类健康和社会发展都会产生非常深远的影响。
6 发展建议
6.1加强提取工艺的研究
真正的海藻肥主要原材料均来自于海藻,而全国仅有沿海地区等才有种植及生长。海藻肥的生产涉及对海藻的加工,提取、浓缩等工艺,其原料成本、生产成本相对较高,用其复配的肥料价格也普遍高于普通肥料。而且海藻肥的生产加工工艺有许多技术壁垒,致使目前多数厂家还没有真正掌握生产海藻肥的先进工艺技术。当前应加强对海藻肥制取关键工艺过程的研究,完善海藻肥的提取工艺,采用生化酶工程萃取工艺等新技术提取海藻中的活性成分,提升科技创新能力,注重产品功效,开发出工艺简单、产品纯度高,成本低、质量好的生产技术及产品,确保农民增产增收。
6.2增大市场推广应用力度
目前海藻肥在国内肥料市场的占有率还相对较低,肥料经销商及广大农民对海藻肥的功效、使用等方面的知识依然不足,对绿色农业、无公害农业认识比较淡薄。而国内目前农业依然以小农经济为主,消费者对成本的考虑仍是其产生购买行为的一大决定因素。海藻肥应进一步加强市场推广力度,大面积推广应用并提升相关的产品服务,正式进入我国肥料的主流市场。今后海藻肥的发展应该对海藻肥各方面特征进行进一步的研究,并延伸开发出系列产品,打造海藻肥产业群,真正做到施用安全高效,同时也使有机肥料的复合化延伸到一个新领域,更好地促进我国绿色生态农业的发展。
6.3尽快制定相应行业标准
海藻肥作为一种新型肥料,目前国家还没有相关标准,因而使国内海藻肥产品鱼龙混杂,产品质量参差不齐,市面上海藻肥产品真假难辨,严重影响了消费者对海藻肥的信赖。因此建议有关部门应尽快制定海藻肥相应行业标准,以进一步规范海藻肥企业生产经营行为,为农民提供合格、质优的产品。据悉,目前中国海洋大学生物工程开发有限公司、北京雷力绿色连锁公司等海藻肥生产龙头企业已进行这项工作,开始着手编制海藻肥行业标准,希望能够尽快完成编制工作并付诸实施,使国内海藻肥研发、生产,经营企业能共同增强行业自律,抵制不正当竞争行为,避免不规范操作,促进中国海藻肥产业长期、稳定、健康的发展。