综述：基于微藻和蓝藻生物肥料的批判性评述：不同藻类培养策略的成本效益分析

这篇综述深入探讨了微藻（microalgae）和蓝藻（cyanobacteria）作为生物肥料（biofertilizers）在可持续农业中的应用潜力，系统分析了开放池塘（open pond）、废水培养（wastewater-based cultivation）等低成本培养策略的经济效益，并指出其通过固氮（N2 fixation）、磷溶解（P solubilization）等机制改善土壤健康（soil health）和作物产量的优势。

　　

微藻与蓝藻在可持续农业中的多维价值

引言

全球人口预计2050年将突破96亿，农业系统面临增产60%的严峻挑战。传统化学肥料导致的土壤退化、水体富营养化等问题，促使人们转向微藻和蓝藻等生物肥料。这些光合微生物不仅能提供氮（N）、磷（P）、钾（K）等营养元素，还能通过分泌胞外多糖（EPS）改善土壤结构，其固氮能力可减少20%-40%的合成氮肥使用。

藻类菌种库的农业应用

核心菌株如普通小球藻（Chlorella vulgaris）富含蛋白质（10%干重）和生长激素，可使小麦根系生物量增加230%；螺旋藻（Spirulina platensis）的1.0%甲醇提取物能提升羽扇豆产量107%-227%；念珠藻（Nostoc spp.）通过异形胞（heterocyst）固氮，在稻田中减少甲烷排放50%。值得注意的是，丝状蓝藻Calothrix sp.与堆肥联用可使土壤微生物量碳提升51%，而杜氏盐藻（Dunaliella salina）的β-胡萝卜素提取物能显著增强作物耐盐性。

作用机制解析

这些微生物通过三重机制发挥作用：1）营养供给——微藻生物质分解后缓慢释放N、P、K，其中磷通过磷酸酶（phosphatase）水解有机磷；2）土壤改良——胞外多糖形成生物结皮（biocrust），使土壤团聚体稳定性提升133%；3）生物刺激——分泌赤霉素（gibberellin）等植物激素，促进种子萌发率达96%。废水培养的Scenedesmus obliquus与纳米锌复合应用，更使番茄果实锌积累量提升182.7%。

创新培养策略

成本控制是规模化应用的关键。开放跑道池（raceway pond）的生产成本仅$500/吨，较光生物反应器（PBR）降低80%；利用畜禽废水培养可节省50%营养成本，但需注意重金属残留。光伏驱动PBR和边际土地（marginal land）栽培等创新模式，有望将全球潜在产量提升至99.54吉吨/年。

现存挑战与展望

当前瓶颈包括：1）收获成本占生产总成本30%；2）农用剂量缺乏标准（如施氮208 kg/ha需藻粉3.1吨）；3）菌种-作物-土壤互作机制不明。未来需建立藻种数据库，开发低成本载体材料，并通过政策激励推动产业链整合。在气候变化背景下，这些光合微生物或将成为生态农业的重要支柱。