萨拉·M·柯利尔（Sarah M. Collier）| 艾米丽·巴克纳（Emily Buckner）| 尼科尔·J·卡皮齐（Nicole J. Capizzi）| 梅格·查德西（Meg Chadsey）| 道格拉斯·P·柯林斯（Douglas P. Collins）| 乔纳森·P·戴维斯（Jonathan P. Davis）| 埃里克·道威尔（Erick Dowell）| 艾伦·伊斯马赫（Alan Ismach）| 布列塔尼·G·约翰逊（Brittany G. Johnson）| 谢尔盖·拉博泰亚戈夫（Sergey Rabotyagov）| 罗布·史密斯（Rob Smith）| 凯蒂·R·韦伯（Katie R. Webb）| 埃利·E·惠特（Eli E. Wheat）
美国华盛顿大学西雅图分校环境与职业健康科学系
**摘要**
浒苔属（Ulva）的海藻会形成大规模的藻华，被称为“绿色潮汐”，这威胁着沿海生态系统和人们的生计。在太平洋西北地区，季节性的浒苔藻华会覆盖商业贝类养殖区，污染渔具，并导致水中氧气不足，从而危害贝类和其他生物。贝类养殖者必须定期清除这些海藻，但由于缺乏有效的处理机制，这些生物量通常会被遗弃在潮间带自行分解，将碳和营养物质重新释放回水中，加剧了当地的海洋酸化和富营养化问题。然而，有目的地采集这种“有害”浒苔可以提供一种从水中清除多余碳和营养物质的办法。此外，将采收的浒苔用作农业土壤改良剂有助于提高养分循环利用率并增加土壤中的碳含量。这种从海洋到土壤的解决方案可以为贝类养殖和陆地农业带来环境、经济和社会方面的多重效益。本文介绍了一个试点项目，包括网络和物流系统的建立，以及对该项目采用后环境、经济和社会影响的评估。我们详细阐述了项目概念和结构、初步的概念验证成果、物流经验教训，以及未来研究和发展的方向。特别强调了与海藻采集和处理相关的问题，例如其中可能含有的有害物质、应用方法和时机、环境、经济和社会效益、可推广性，以及涉及多方利益相关者的应用研究的挑战。本文的目标是为浒苔作为土壤改良剂的进一步创新和发展提供一条路径。
**1. 引言**
被称为“绿色潮汐”的大规模海藻藻华对全球沿海生态系统和经济造成严重威胁（Teichberg等人，2010年；Park等人，2024年）。这类藻华主要由浒苔属（Ulva）的海藻主导，这些机会主义的海藻在营养丰富的环境下迅速繁殖。人为引起的沿海水域富营养化是导致藻华的主要因素（Valiela等人，1997年；Teichberg等人，2010年；Zhang等人，2019年），这种现象已持续了一个多世纪，并且变得越来越频繁和严重（Smetacek和Zingone，2013年；Park等人，2024年）。据报道，法国布列塔尼地区的浒苔藻华甚至可达到一米深；2008年北京奥运会的帆船比赛曾因黄海的大规模浒苔藻华而受到严重影响（Charlier等人，2006年；Ye等人，2011年）。除了扰乱人类沿海活动外，浒苔藻华还会破坏沿海生态系统。漂浮的浒苔垫层会阻挡阳光，随着其生长，浒苔会与其他生物竞争养分，并因白天光合作用和夜间呼吸作用导致溶解氧和pH值的巨大波动（Van Alstyne等人，2015年）。浒苔属海藻还能产生多种化感物质（Van Alstyne等人，2015年），其死亡后分解过程中会消耗氧气并释放二氧化碳，进一步加剧海洋酸化（Wang等人，2011年；Zhang等人，2019年）。这些日变化和季节性变化给潮间带生物带来压力，导致海草死亡、生态系统结构改变、生物多样性下降以及水产养殖业损失（Valiela等人，1997年；Ye等人，2011年；Barnes，2019年；Zhang等人，2019年）。
尽管绿色潮汐对生态系统管理是一个重大问题，但浒苔因其快速生长、吸收碳和养分的能力以及产生的多种有机化合物而成为潜在的生物资源。无论是人工培养的浒苔还是自然生长的浒苔，以及其他有害海藻（如马尾藻属Sargassum），都被探索用作生产能源和生物制品（如纳米纤维素）的原料，用于关键矿物的生物提取，作为水产饲料，或作为功能性食品和营养补充品的来源（Bolton等人，2016年；Khan等人，2024年；Park等人，2024年；Thompson等人，2020年；Wendel，2025年）。利用浒苔促进食品系统的可持续性和循环利用尤为重要：随着全球人口和食物需求的增加，用于食物生产的土地与用于饲养牲畜的土地之间的竞争愈发激烈，农业和城市环境中的营养物质不断流入海洋，而被过度捕捞的野生渔业比例也在上升（Boesch，2019年；Godfray等人，2010年；FAO，2024年；Muscat等人，2020年）。在食品和饲料系统中增加低营养级海洋生物（如海藻）的存在，可以为缓解土地和其他自然资源的压力提供解决方案，同时将水中的多余营养物质循环回陆地系统（Bolton等人，2016年；Khan等人，2024年）。浒苔藻华还具有较高的二氧化碳捕获能力，正被研究作为蓝碳的潜在来源，例如通过热解生产生物炭（Chung等人，2011年；Park等人，2024年）。浒苔固定二氧化碳的效率很高——至少有一种浒苔据称会根据环境条件在C3和C4代谢途径之间切换（Liu等人，2020年）——再加上沿岸采集的便利性（Charlier等人，2006年；Park等人，2024年），这些特点支持开发可行的浒苔利用途径，将这个麻烦转化为资源，将问题转化为解决方案。
日益严重的绿色潮汐、气候变化的紧迫性、养活不断增长的人口的需求以及养分循环利用的必要性，都推动了对浒苔研究的兴趣。不过，将海藻视为资源这一概念并不新鲜。人类几千年来一直将海藻用于食物、药物和饲料（Dillehay等人，2008年；Mooney，2021年），沿海农民也有悠久的历史利用海滩上的海藻作为肥料（Booth，1965年；Illera-Vives等人，2020年）。虽然现在直接使用海藻生物质作为肥料的做法已 mostly 被更精确的化学肥料取代（Villares等人，2007年），但各种海藻仍被广泛用于提取植物肥料和生物促进剂（Verkleij，1992年；Ali等人，2021年）。近年来，沿海社区重新开始关注将海藻（包括浒苔）作为土壤改良剂的使用（Breure，2014年；Dean等人，2013年；FAS，2023年；Williams和Feagin，2010年）。这可能是由于人们对土壤健康重要性的认识提高、希望通过添加有机物改善土壤的兴趣，以及在上述全球背景下对当地和区域食品及农业供应链的关注（Marusak等人，2021年；Thilmany等人，2021年；Villares等人，2007年；Illera-Vives等人，2020年）。随着这种兴趣的重新兴起，也需要针对具体情况的信息来指导实践。
位于美国华盛顿州普吉特海湾地区的“Blue Carbon, Green Fields”（BCGF）项目旨在解决浒苔作为土壤改良剂在采集和利用方面的实际障碍。在项目开发过程中，我们发现关于浒苔在农业中直接应用的研究非常有限（Breure（2014年）和Cole（2016年）的研究除外），尽管全球对其作为生物资源价值的兴趣很高。此外，关于大规模（而非实验室规模）海藻处理的相关现代资源也十分匮乏，新西兰一个地区委员会委托的研究除外，该研究评估了减轻浒苔藻华危害的方法（Dean等人，2013年）。对于那些希望推广或实施现代化、可扩展的海藻作为土壤改良剂方法的人来说，显然需要更多的资源。创建此类资源需要跨多个地区的农场参与，以及多学科专家的合作——这种长期而复杂的合作如果没有专门的跨学科团队就难以实现。本文介绍了这一从海洋到土壤的项目概念和结构、初步的概念验证成果及物流经验教训，以及未来研究和发展的方向。我们的目标为这一领域的持续创新和进步提供路径。
**2. 从海洋到土壤的概念**
本文提出的“从海洋到土壤”的概念旨在将一个农场的问题转化为另一个农场的资源，并同时解决多种环境挑战和经济问题。该方法整合了系统思维、跨学科方法和参与式方法，旨在开发既科学合理又具有实际应用价值的治理策略。
**2.1. 华盛顿州西部实施从海洋到土壤解决方案的理由**
华盛顿州是美国最大的贝类生产州，年销售额约为2.5亿美元（NASS，2024年）。由于化石燃料燃烧和其他人类活动导致的大量二氧化碳排放，沿海海洋酸化影响了许多海洋生物（包括牡蛎、蛤蜊等贝类）的发育。这对太平洋西北部的贝类养殖者来说是一个生存威胁，因为深層海水缓慢循环带来的上升流意味着即使大气中的二氧化碳水平达到峰值后，酸度仍将持续数十年（Feely等人，2012年）。当地的营养污染源（包括农业活动）进一步加剧了酸化问题（WMRAC，2017年；WSBRPOA，2012年），导致浒苔季节性藻华，污染渔具并覆盖贝类养殖区（图1）。虽然浒苔的生长可以通过吸收多余的二氧化碳和营养物质暂时缓解局部酸化，但其最终分解过程中会重新释放二氧化碳和营养物质并消耗氧气，导致缺氧。如果不对这种“有害”海藻进行处理，当它们在夏末和初秋自然分解时，会导致养殖和野生贝类的大量死亡（J. Davis，个人交流，2025年9月19日）。因此，从水中清除这类海藻对于可持续和气候智能的贝类生产至关重要，因为它既能去除多余的营养物质，又能对抗近岸酸化（WSBRPOA，2012年）。
**图1. 藻类覆盖的珍珠贝养殖区。这张照片中的浒苔层在低潮时约10厘米厚，覆盖在沉积物表面。凸起的部分是涂有浒苔的网状圆柱体，用于保护幼小的珍珠贝免受捕食者侵害。**
虽然海洋环境中二氧化碳过剩，但由于多年的破坏性管理措施（如密集耕作和生物量去除），许多农业土壤的碳含量已被耗尽（Sanderman等人，2017年）。增加土壤有机碳（SOC）含量的一种方法是施用富碳有机物，如粪肥、堆肥和覆盖物。这些做法通常也有利于整体土壤质量，提高水分和养分循环，增强对气候变化的抵抗力（Lal等人，2015年）。然而，在评估通过向土壤中添加生物质来同时实现气候变化缓解和适应的双重效益时，重要的是要考虑生物质的来源，确保SOC的增加不会以牺牲其他地方为代价：“有机添加物是否有助于缓解气候变化取决于这些物质的最终去向”（Powlson等人，2011年）。由于许多有机土壤改良剂（如堆肥和粪肥）原本就用于土地施用，这在这些情况下不存在碳储存的难题。然而，对于海藻来说则不同，因为海藻捕获的碳最终会分解为二氧化碳（再次加剧酸化，且不会增加SOC），使其成为理想的土壤改良剂。有人还建议将海藻应用于农业土壤中，以回收水中的磷（Breure，2014年）。实际上，将海藻应用于农业土壤在环境上具有多重效益（图2）。海到土的概念所带来的好处在左侧列出，按照其主要影响维度（环境、经济或社会）进行分类。受益者包括环境（水生、陆地、全球）以及企业和个人（贝类养殖场、陆地农场、社会），他们在右侧呈现，线条表明了好处维度与受益者之间的联系。BCGF项目旨在在普吉特海湾地区试点一种新型且互惠的合作模式，该模式围绕去除和收集有害的Ulva藻类，并将其作为土壤改良剂用于该地区典型的小型直接面向消费者的特色作物农场。对于贝类养殖场来说，这可以从目前的环境问题中创造出新的收入来源，并减轻劳动力成本。通过将重点放在特色作物农场身上，该项目强调了区域性的重要系统：特色作物的市场价值占华盛顿州总作物市场价值的三分之二以上，而这些特色作物中有11种在全国范围内是该州的第一或第二大生产者（NASS，2022；WSDA，2025）。这种重点也突出了那些由于耕作频繁导致土壤有机质（SOC）消耗的系统，以及在这些系统中很少有适用于小规模的气候变化缓解措施（Webb等人，2026）。通过关注直接面向消费者的农场，该项目不仅涵盖了使用海藻的农艺效益，还包括提高消费者对区域气候缓解和适应策略的认识和欣赏的社会和经济效益，展示了太平洋西北地区的两个标志性生产系统，并可能增加水生和陆地农场的社会接受度。因此，这个海到土的项目旨在利用环境、经济和社会效益的结合（图2）。
2.2 项目结构
BCGF项目的总体目标是在田间尺度上试点一个海到土的网络，利用在农场可行的方法来利用Ulva藻类。预期的成果包括：i) 为贝类和特色作物农民提供一套全面的基于科学的实践建议；ii) 建立一个自维持的区域农民间Ulva藻类利用网络，既作为概念验证，也为继续实践提供关键规模的支持（图3）。为此，该项目主要围绕一系列实践开发、数据收集/分析和网络发展活动展开，涉及水生和陆地系统（图3，图4）。
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图3. 项目逻辑模型。输入、活动、目标、预期成果以及可能影响项目的外部因素。
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图4. 海到土的概念图。灰色圆圈代表空间和地点，箭头表示货物流动。黑色的货物代表现有的流动，绿色的货物代表该项目开发的新流动。黑色的文字显示了关键项目活动，线条标示了活动地点。活动类别用黑色符号表示。
该项目设计了一个五年的时间框架，几乎所有活动都在商业农场中进行，随着物流能力和知识基础的建立，参与者的数量也会增加（表1）。在水生方面，我们从一个已经建立且极具创新性的贝类养殖场开始，这个养殖场既可以作为测试平台，也能提供可靠的Ulva藻类供应。在陆地方面，我们选择了参与农场孵化器计划的农场（Viva Farms，2023），这确保了农民能够获得技术支持和其他形式的帮助，并促进了沟通的整合。早期阶段的农场在生产系统上通常更具灵活性，通过孵化器计划对历史上服务不足的群体的关注，BCGF项目旨在解决增加多样化农民参与研究的需求（Ostrom和Jackson-Smith，2005）。参与农民每年会收到激励付款，以补偿他们的时间，并承认采用这种新且未经测试的实践所固有的风险。付款金额在项目的最后一年逐渐减少，然后由农民间的直接买卖取代，假设一旦系统建立，海水藻类的收获、加工和运输成本相对于农场内外的效益来说会相对较低，从而实现实践的自我维持。收获和处理方法故意设计得较为简单（例如，自然晾晒、表面撒布干燥后的生物质），以便各种农场都能使用，包括基础设施有限的农场。
表1. 计划中的农场招募时间线和里程碑
项目年份 | 加入的农场数量 |
| --- | --- |
| 1 | 14 |
| | 初始的贝类养殖场试点并改进海藻收获方法；初始的陆地农场试点并改进应用方法并观察作物反应。 |
| 2 | 14-8 |
| | 第二个贝类养殖场采用并迭代海藻收获方法；海藻收获量增加到足以支持更多的陆地农场；更多陆地农场迭代应用时间、方法和作物组合。 |
| 3 | 2-4 |
| | 强调根据邻近性和/或海藻时间与格式偏好配对贝类和陆地农场；重点开发实践建议。 |
| 4 | 2-4 |
| | 贝类养殖场的招募从早期采用者扩展到早期多数；随着每年参与农场数量的增加，新陆地农场的招募速度放缓。 |
| 5 | 2-4 |
| | 直接农民间的交易开始取代项目人员在促进海藻转移中的角色。 |
因为该项目旨在解决与环境和经济效益相关的知识障碍，以及与水生和陆地实践相关的物流障碍，所以需要高度的跨学科合作和利益相关者的参与。值得注意的是，BCGF的合作伙伴涵盖了广泛的能力和专业知识，涉及公共和私营部门、研究和推广机构，以及水生和陆地系统（表2）。对于这个项目及其关注资源有限的农场来说，与产业共同开发农业创新——提供组织和学习框架、测试可行性以及消除采纳障碍——是大学推广项目的重要功能，这通常能带来较高的投资回报（Jin和Huffman，2016）。该项目由美国农业部的“气候智能商品合作伙伴计划”（PCSC）资助，该计划旨在通过激励农民、记录气候效益以及发展气候智能商品市场，促进美国农业中各种气候智能实践的采纳（USDA，2025）。PCSC计划于2025年4月突然终止，BCGF项目的所有资助工作也随之停止。项目在16个月运营期间取得的关键成果和未来需要考虑的事项将在后续章节中描述。
表2. 项目合作伙伴
组织 | 部门 | 能力 | 专长 |
| --- | --- | --- | --- |
| 华盛顿大学 | 公立：学术 | 研究 | 教育 | 推广（海洋补助金） | 环境健康 | 环境经济学 | 水生科学 | 食品系统 |
| 华盛顿州立大学 | 公立：学术 | 研究 | 教育 | 推广（土地补助金） | 农业科学 | 土壤科学 | |
| 普吉特海湾恢复基金 | 私立：非营利 | 研究 | 外展 | 技术支持 | 环境科学 | 恢复 |
| Viva Farms | 私立：非营利 | 教育 | 外展 | 技术支持 | 有机农业 | 农场发展 | |
3. 初步成果
BCGF项目从2023年12月持续到2025年4月，涵盖了一个生长季节以及为第二季做准备的农场招募。在本节中，我们描述了可以指导未来实施工作的物流、数据收集和利益相关者参与方面的里程碑。经验测量结果仅停留在概念层面上，在本文中不作为主要数据进行分析或解释。
3.1 第一年的物流里程碑
在2024年的生长季节，从胡德运河（47.8°N，122.7°W）的一个商业贝类养殖场的潮间带收获了7.7公吨湿润的海藻，主要来自Ulva属藻类。收获工作在5月28日至7月19日期间，在低潮时的适宜潮汐周期内进行，主要来自暴露的圣豪勋爵贝床，但也包括用于养殖牡蛎的区域。海藻通过手工收集，并汇集到43升的塑料桶中，通过重力和堆叠自行脱水（图5a）。由于许多贝类农场没有淡水供应，海藻没有冲洗。脱水后的海藻被松散地铺在海滩的晾晒架上（图5b），并定期翻动直至完全干燥，通常需要2-8天。空气干燥过程中的水分损失平均为湿重的85%，最终得到1.2公吨的空气干燥海藻。在第一年期间，还制定了建造浮动收获系统和改进晾晒场的计划（见第4.1节），以便在未来几年扩大规模。
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图5. 过程。a) 用桶收集的手工海藻。b) 将海藻铺在晾晒架上。c) 用推草机均匀海藻。d) 干燥后的均匀海藻。e) 在种植前将海藻撒在农地上。f) 在之前施用了海藻的地块中生长的菊苣（土壤表面仍能看到海藻的痕迹）。
干燥后的海藻储存在编织聚酯布袋中，在田间使用之前，用覆膜割草机进行均匀处理（图5c和d）。8月9日至13日，海藻被施用于华盛顿州金县和斯卡吉特县的四个商业特色作物农场。海藻以不同的速率（Capizzi等人，2025）表面撒布，并用铲子翻入土壤约10厘米深，之后种植秋季西兰花和菊苣（图5f）。
3.2 第一年的数据收集里程碑
BCGF项目在第一年优先发展物流，在后续年份完善流程后进行数据收集。尽管如此，数据仍从供应链的多个阶段进行收集。跟踪了海藻的收获情况，并对海藻样本进行了污染物（多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、有机磷农药和氯化除草剂）的筛查，并分析了碳、 macro-和micro-营养素、盐分和重金属含量（Monis等人，2025）。研究了海藻施用于作物和土壤后的反应，并监测了基于土壤的温室气体排放，以评估碳封存的潜力（Capizzi等人，2025）。还通过部署一系列溶解氧传感器收集了初步的水质数据，并计划在未来几年进行更广泛的数据收集。项目第一年没有涉及的一个重要方面是收集与农场运营成本和贝类死亡率相关的经济数据（见第4.4节）。
3.3 利益相关者参与
该项目在短时间内取得的最大成果可能是它在农民和其他利益相关者中引发的巨大兴趣。我们向水生和陆地农场社区以及公众进行了超过300小时的外展活动，并收到了来自总共150个利益相关者的自发联系，其中大约30个来自对我们工作感兴趣的外部组织，包括几家媒体机构。在项目的第一年，有6个水生农场和20个陆地农场表达了参与意愿。贝类养殖者对此项目的兴趣并不令人惊讶，因为该项目旨在解决行业当前面临的问题。2025年春季，我们正在招募第二个贝类农场，从而按计划逐步扩大规模。2025年早春，我们还首次向陆地农场开放招募（包括那些不属于孵化器计划的农场），目标是再招募多达8个参与者。在两周内，仅通过个人网络和几个地区邮件列表，我们就收到了91份兴趣表达。在与大约40位农民的招聘访谈中，他们表示参与的常见原因包括对使用海藻的兴趣、对本地土壤改良剂供应的兴趣，以及对与附近贝类农场建立联系并加强区域食品系统结构的热情。显然，农民们对这一领域的创新有着强烈的需求。
4. 未来考虑
虽然我们当然无法在有限的时间框架内实现BCGF项目的所有目标，但我们收集了许多观察结果并进行了调整，以指导未来的研究和发展。以下内容旨在让其他人也能从我们的工作中受益。
4.1. 采收与处理
在项目的第一年，我们采用了手工采收的方法，但这并不是最终的选择，因为这种方法劳动强度高且不具备可扩展性。为了实现规模化生产，我们计划构建一个由其他区域贝类养殖户设计并经过现场测试的系统，该系统包括安装在浮动驳船上的文丘里式挖掘装置，以及用于去除附带捕获物的排水和分离装置。这种方法可以在高潮汐期间进行采收，此时海藻会悬浮在水中，从而使得农场运营更加灵活，并减少海水藻附着的沉淀物。然而，我们预计一些小型农场仍然会选择手工采收，因为这种方法几乎不需要任何设备。值得注意的是，尽管采收人员会视觉上选择看起来干净的海藻并避免“脏污”的部分，但手工采收过程中附带的沉淀物量仍存在很大变异性（Monis等人，2025年）。农场经营者还注意到，在生長旺盛阶段的新鲜海藻（绿色、蓬松）和已经开始凝结成厚片的较老海藻之间，沉淀物的留存量存在质的不同，后者在采收过程中更难释放沉淀物。这种变异性给可靠成分信息的获得带来了挑战，我们建议分别制定机械采收与手工采收海藻的碳和营养成分标准。对于手工采收的材料，由于其成分范围可能较广，在需要精确计算养分施用量的情况下，可能需要按批次进行成分分析；或者用户至少应该了解来自某种手工采收来源的海藻成分的潜在范围。
沙滩晾晒海藻被认为是实现大规模生产的主要瓶颈。由于太平洋西北地区的夏季通常干燥，雨水很少成为问题，但用于摆放海藻架的海岸线空间是一个限制因素——不过这种限制因农场而异，该地区的许多农场在海岸线空间上面临更大的约束。为了准备第二个生长季节并增加多个贝类农场的采收量，我们确定了每个农场附近的内陆场地，在那里可以将湿润的海藻铺在混凝土垫子上以便于翻动，并用拱形棚覆盖以加速干燥，提高温度并防止雨水和露水重新浸湿。储存的干燥海藻的含水量因采收和干燥周期以及环境湿度的不同而有所变化，但在封闭的编织塑料袋中存放2个月后，其含水量保持在9%到14%之间。即使储存时间达到12个月，含水量也只是略有增加（12%-19%），但碳和营养成分没有显著变化。为了均匀混合不同批次的海藻（以补偿沉淀物和营养成分的差异，Monis等人，2025年；Villares和Carballeira，2003年），我们使用了粪肥撒布机。为了进一步分解大块海藻，我们试验了多种小型农场规模的便携式木屑破碎和覆盖设备。使用覆膜割草机处理海藻生物质获得了最佳效果，但这种技术的可扩展性令人怀疑，同时细小海藻粉末的飞散也是一个问题，需要良好的气流和个人防护装备。经过这样的处理后，海藻的颗粒大小从大约20毫米的片状物到小于1毫米的细粉都有。将这些轻质片状物混入土壤层存在挑战，需要进一步优化以开发出可扩展的均匀化和粉碎系统，并进一步研究干燥过程中产生的灰尘是否对职业健康构成任何风险。
4.2. 不希望存在的物质
虽然从商业贝类养殖场采收海藻时不应存在有害水平的有机污染物（如多氯联苯、多环芳烃和杀虫剂/除草剂），但每个参与BCGF项目的贝类农场都必须对代表性海藻样本进行污染物检测，以确保其不含对人体健康有害的有机污染物，因为在该地区的一些可食用海藻中确实发现了超过安全标准的污染物含量（Hahn等人，2022年）。我们也建议将此作为未来工作的标准做法。包括Ulva属在内的海藻还已知会积累多种金属，其中一些金属在摄入或施用于土壤后可能对人体或生态环境造成毒性（Lee和Wang，2001年；Villares等人，2007年；Hahn等人，2022年）。我们分析了采收的海藻生物质中四种在萨利什海（包括普吉特海湾）可食用海藻中可能引起担忧的金属浓度（Hahn等人，2022年）。我们发现，所采收海藻中的铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）和砷（As）含量均远低于华盛顿州的 compost 标准（WAC § 173-350-220，2025年），但极高的施用量（例如，每公顷干物质超过85公吨）可能会超过土壤中砷的年度添加标准（Monis等人，2025年；WAC § 16-200-7064，2025年）。这表明定期间望分析采收海藻中的金属含量是其作为土壤改良剂使用的重要步骤。关于土壤改良剂中金属含量的法规标准差异很大，而且对于含有大量金属的改良剂的重复施用缺乏明确的指导，因此在考虑长期大量使用海藻时需要进一步研究（Villares等人，2007年；Dean等人，2013年）。
盐分对作物生长的负面影响之前已被指出可能是未冲洗海藻使用的限制因素（Cuomo等人，1995年；Dean等人，2013年），同时冲洗大量海藻并不现实（Breure，2014年）。在BCGF项目的第一年，我们观察到较高剂量的海藻施用会对作物生长产生一些负面影响，尽管这些影响并不一致。我们还注意到海藻施用后土壤中的钠含量和电导率会增加，但这些影响会随着季节性降雨和灌溉而降低（Capizzi等人，2025年）。虽然由于该地区年降水量较高（项目区域年均降水量约为800-1000毫米），土壤盐碱化不是问题，但施用时间与作物生长阶段的匹配以及不同作物对盐分的敏感性都是需要考虑的因素（另见Dean等人，2013年）。需要进一步研究以制定适用于不同作物和土壤的施用量和时间指南（另见第4.3节）。
农业中废弃物循环利用面临的常见挑战之一是存在不希望存在的物质（Braun等人，2023年；Carter等人，2024年），可持续性努力可能涉及需要仔细平衡公共卫生和环境健康的外部性问题（Scott和Wu，2024年；Venglovsky等人，2009年）。然而，海藻并非这种情况的特例，除了上述因素外，海藻还具有多个优势。例如，海藻适合用于美国农业部认证的有机生产，包括那些可食用部分接触土壤的蔬菜作物（联邦法规，2025年；美国农业部国家有机计划，2016年）。
4.3. 施用方法和时间
未来改进海藻施用方式和时间有两个原因值得关注。首先，由于干燥海藻需要额外的劳动力和技术设施（见第4.1节），湿海藻的施用可行性值得进一步研究。然而，干燥海藻也有其优势，例如更轻便便于运输和储存。后一点尤为重要，因为Ulva在晚春和夏季开花，因此在春季种植前施用新鲜海藻基本上是不可能的（另见Breure，2014年）。新鲜海藻必须在大春季/夏季生长季节或秋季种植前或冬季休耕期施用，而且由于运输新鲜海藻的水分重量效率低且成本高，这种做法可能仅限于靠近贝类农场的陆地农场。因此，干燥海藻在施用时间和地点上提供了更多灵活性。
其次，虽然对于大多数贝类农场来说，在收获期间或之后立即冲洗大量海藻是不可行的，但让海藻自然风干或堆放在田地里“风化”是许多沿海地区农民历史上用来部分去除盐分和减少有害硫化物化合物生成的做法（Villares等人，2007年；Craigie，2011年；Illera-Vives等人，2020年）。特别是在太平洋西北地区，大部分降水发生在晚秋、冬季和早春，让海藻在种植前“风化”可能会带来好处。尽管在2024年的BCGF项目中没有对此进行研究，但值得探讨。堆肥是另一种转化新鲜或干燥海藻的方法，已在有限的环境中进行过研究（Cole等人，2016年；Cuomo等人，1995年），值得进一步的应用研究。
4.4. 环境、经济和社会效益
如前所述，我们尚未获得关于海藻去除对水质改善和贝类死亡率预防效果的可靠数据（见第3.2节）。由于该项目旨在解决贝类农场面临的绿色潮汐问题，而且农场通常会去除覆盖在贝类养殖床上的海藻（即使没有对其加以利用），因此预期会有显著效益。然而，必须全面记录这些效益，才能量化海藻去除的环境和经济价值。将海藻从海洋转移到土壤中的价值评估还需要全面了解其采收和处理的成本及其作为肥料的效用。BCGF项目旨在收集来自多个参与农场的数据，包括劳动力和其他费用、营养成分以及作物表现，以支持对其经济效益的全面分析。由于项目提前结束，这一目标未能实现，但这仍然是建立海藻市场价值和开发独立、自给的农民间供应链的关键步骤。
除了作为肥料的潜力外，海藻作为土壤改良剂还有其他潜在效益，这些效益需要进一步研究。有证据表明海藻施用可以抑制杂草生长（Dean等人，2013年），此外，多种海藻提取物（包括Ulva中的提取物）的生物刺激特性（如促进植物生长、提高非生物胁迫耐受性）引起了广泛关注（Ali等人，2021年；Hofmann等人，2025年；Mughunth等人，2024年）。此外，尽管将海藻作为农业土壤中的碳源具有吸引力——特别是在从水环境中去除碳和生物质处置方面——但海藻来源的碳与其他来源（如堆肥）的碳行为是否相似仍有待确定。Breure（2014年）提出，由于U. lactuca中的顽固有机物（如木质素、纤维素和半纤维素）含量较低，将其纳入农业土壤不会导致土壤有机质长期增加。然而，任何促进根系生长和加深的生物刺激特性可能会使更多的稳定碳进入土壤深层。需要在多种田间管理条件下进一步收集数据，以确定海藻施用是否带来任何碳封存效益。
最后，这类活动的潜在社会价值值得进一步探索。有兴趣参与的农民对此表示了浓厚兴趣，其原因远超项目的核心目标。我们经常听到，i) 该项目被视为扩展专业网络的机会，以及通过通常由于市场/行业隔阂、个人熟悉度不足和/或时间紧张而难以实现的方式与他人学习和合作的机会；ii) 认为这种加强区域生产者与其他食品链参与者之间的沟通和合作对于加强单个农场和整个食品系统的稳定性至关重要。这与Dolinska和d’Aquino（2016年）的研究结果一致，他们强调了实践社区在支持农民创新方面的重要性。陆海合作伙伴关系能够在区域食品系统社区内促进更多的信息交流、合作和市场协同作用，这有可能带来一系列连锁效益——这种潜力值得进一步的研究和投资。
4.5 可转移性
如上所述，绿色潮汐及其造成的生态和经济损害是一个全球性问题，对水产养殖业的损害并不仅限于太平洋西北地区（例如参见Ye等人，2011年的研究）。因此，这里描述的大部分理论、结构和考虑因素应该对更广泛的社区有所帮助。然而，也应当考虑特定地点的因素。重要的是，即使已知某些生物会对生态系统造成损害，从自然环境中大规模移除这些生物也需要仔细评估其可能带来的意外后果。在华盛顿州，野生海藻的商业采集受到严格监管，只能在注册水产农场附近进行（WDNR，2023年）。在其他地区进行Ulva的商业采集同样需要确保符合当地法规或作为允许的活动来管理。
还需要注意的是，虽然许多地区（例如新西兰、荷兰、苏格兰——见上述参考文献）正在探索将海藻用作土壤改良剂，但这里描述的框架可能仅适用于年降雨量较高且土壤排水良好的地区。由于我们的方法强调与多种贝类养殖场的便捷性以及可扩展的采集技术，我们在采集过程中没有包括淡水冲洗的步骤。虽然在我们的项目所在地土壤盐碱化不是问题，但在干旱地区或排水不良的土壤中反复使用未冲洗的海藻可能并不合适（Cole等人，2016年）。
4.6 跨学科合作和利益相关者参与
虽然任何大型项目的成功管理都需要高度的结构和组织，但BCGF项目中的人为因素有几个方面特别符合跨学科目标的性质以及最终用户参与的需求（见表3）。特别是，将团队按职能和主题进行组织有助于反映其多模式和多学科的组成（见补充图S1）。从初始设计到农场实践的试点以及数据的收集，再到农民之间的网络建设，让农民全程参与是该项目的高优先级任务。然而，需要注意的是，项目目标并不一定代表参与者的主要目标，即项目活动应该是成功经营农场业务的次要部分，不应造成过度干扰或占用过多精力。与社会弱势群体合作时，还需要特别关注参与者的能动性和社区伙伴关系（Bonevski等人，2014年）。为了最大限度地提高农民的参与度和能动性，同时减少时间和精力需求，我们采用了双重策略：每个实施团队都有一名早期采用者农民作为正式成员，并指定了明确的、有限的合作联系人（见表3）。这些联系人能够专注于参与者的目标，并将他们与项目活动联系起来。我们发现这种结构非常成功，得到了项目团队成员和参与者的积极反馈，这强调了在这种环境下精心组织复杂的、涉及利益相关者的应用研究的重要性。
表3. 与项目的人为因素相关的挑战、需求和解决方案
- 识别了哪些挑战/需求？
- 什么有助于解决这些挑战/需求？
- 组织一个广泛的跨学科团队，使子团队能够深入专注于特定领域的同时也能自由交流。
- 按职能和重点领域划分项目团队，并确保各团队和子团队之间有良好的沟通（见补充图S1）。
- 在最大限度地提高利益相关者（农民）参与度的同时，尽量减少他们的时间投入。
- 水产和陆地实施团队中每位成员都是早期采用者农民。
- 默认情况下，每个参与农场都有一个来自相应实施团队的联系人。
- 促进项目团队内部不同职能和领域之间的学习和对话。
- 每月举行全体团队虚拟会议，议程中包含轮流进行的主题教育讲解。
- 为团队成员安排前往海洋和土壤项目现场的实地考察。
- 促进团队和子团队内部及之间的快速频繁沟通。
- 每周进行一次子团队沟通检查。
- 鼓励整个团队使用团队信息交流平台。
- 满足利益相关者和公众的极大兴趣。
- 成立一个沟通小组。
- 为感兴趣的利益相关者开发信息资源，并建立系统以响应潜在未来参与者的联系。
- 维护一个持续的联系人名单，并每季度报告联系情况和后续进展。
- 允许项目结构和工作计划根据持续的学习和改进而演变。
- 采用适应性管理方法。
- 与资助方保持频繁沟通，处理任何与书面计划不符的情况。
- 进展和成果不断引发新的问题需要解决。
- 制定一个项目“愿望清单”，列出我们希望解决但未在设计阶段考虑到的问题。这些问题成为了后续研究的契机。
5. 结论
BCGF项目旨在应对一个全球性问题在当地产生的影响。通过开发一种系统来采集覆盖贝类养殖床的海藻，并将其用作陆上农场的土壤改良剂，该项目旨在将一个农场的问题转化为另一个农场的资源。为了推进环境、经济和社会上都有益且物流上可行的实践，该项目围绕公私合作伙伴关系展开，并强调了系统思维、跨学科方法和参与式方法。在项目进行的16个月里，我们在水产和陆地系统中试点了一些实践，收集了初步数据，与众多利益相关者和参与者进行了交流，并规划了持续实践和供应链发展的路径。特别是，我们确定了与海藻采集和处理相关的未来考虑事项和建议；不良物质的存在；应用方法和时机；环境、经济和社会效益；可转移性；以及在这种环境下进行复杂的、涉及利益相关者的应用研究所涉及的人文因素。尽管BCGF项目因资金计划终止而中断，但这里描述的进展、观察结果和未来考虑因素可以被更广泛的社区利用，以继续发展知识基础和概念验证案例，为沿海社区提供从海洋到土壤的解决方案。
作者贡献声明：
Sarah M. Collier：撰写——初稿、可视化、监督、项目管理、调查、资金获取。
Emily Buckner：撰写——审阅与编辑、调查。
Nicole J. Capizzi：撰写——审阅与编辑、调查。
Meg Chadsey：撰写——审阅与编辑、调查、概念化。
Douglas P. Collins：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、调查、概念化。
Jonathan P. Davis：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、调查、概念化。
Erick Dowell：撰写——审阅与编辑、调查。
Alan Ismach：撰写——审阅与编辑、调查。
Brittany G. Johnson：撰写——审阅与编辑、监督、调查、概念化。
Sergey Rabotyagov：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、调查、概念化。
Rob Smith：撰写——审阅与编辑、调查。
Katie R. Webb：撰写——审阅与编辑、调查。
Eli E. Wheat：撰写——审阅与编辑、调查、概念化。
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