海带(Saccharina japonica)是我国最重要的养殖海藻之一，具有重要的经济价值。海带是藻胶化工的重要原材料，近年来，在精细化工、医药和生物能源等领域的应用也愈发广泛。海带养殖可发挥消氮固碳、调控水质等生态功能，与水产动物搭配进行的多营养层次综合养殖也越来越受到重视(郑辉等, 2014)。我国已经形成集海带选育、育苗、养殖、加工与生物制品开发等一体化产业链(逄少军等, 2015; 李晓捷, 2015; 袁廷柱等, 2020; 金振辉等, 2009; 徐涛等, 2019)。2019年全国海带总产量达162.40万t, 养殖面积为4.45万hm² (农业农村部渔业渔政管理局等, 2020)。近年来，在全球气候变化、海水污染、海岸工程等多重压力下，以及受海洋生态文明建设大背景下的近海水域保护与利用政策的影响，近岸海藻养殖区被压减或取缔。另外，随着近岸水产养殖产业扩张，近岸适养海区空间有限，养殖密度不断增大，导致养殖海带产量和质量下降。这些因素导致海藻养殖向离岸深水区发展的趋势日益明显(张起信等, 2007; 刘福利等, 2019、2020)。

海带养殖产量不仅与品种/品系、分苗早晚、养殖密度和养殖方式有关，还与海区环境、海区大小等有关(索如瑛, 1960; 李凤晨等, 2003)。养殖区内流速是影响海带产量的重要因素，水深流大的离岸外海区的水温变化幅度小、透明度高、由水体交换频繁带来的自然肥力充足，利于提高海带的产量和品质(卢书长等, 1994; 梁省新等, 2009; 何培民等, 2018; 刘福利等, 2019)。但高海况(浪大、流急)的离岸深水区会使海带的脱苗率增大，藻体折断，对海带的养殖带来很大挑战(刘福利等, 2019)。假根的形态特征是影响海带脱苗率的关键因子，苏丽(2018)研究发现，遗传因素(海带品种/品系)及外界环境因素(如养殖水层、光照)共同决定了海带假根的形态。不同种类海带对离岸养殖环境的适应性不同，传统海带养殖品系、品种大多以高产为选育目标，对不同海带品系的抗风浪能力(如脱苗率、假根发育情况、藻体柔韧性等)关注较少。除了本身的抗风浪能力外，海带与养殖苗绳之间的作用力也是影响脱苗率的关键因素。因此，研究不同材质及不同捻距(反映苗绳的松紧度)的养殖苗绳对海带脱苗率的影响具有重要意义。另外，高海况的离岸深水区也对养殖设施及养殖技术提出了挑战，研发新型绳索材料，增强绳索的破断强力及抗老化性能是应对措施之一(刘福利等, 2019)。

针对上述离岸深水区海带养殖的问题，本研究以海带品种、海区离岸距离、苗绳材质、苗绳捻距4个因素设计实验，探讨不同海带品种/品系在不同海况养殖海区的经济性状(以长度、宽度、厚度、鲜重和干重等表征)和脱苗率，研究不同材质、不同捻距的苗绳对海带脱苗率的影响，探明不同海况海区养殖苗绳的老化程度，以期为我国离岸式海带养殖产业的抗风浪品种选育和新型养殖苗绳研发等提供支撑。

选择的实验海带品种/品系包括“205”、“寻山2号”和“寻山3号”。实验海带的幼苗培育、出库、暂养按照当前海带生产的常规方法和流程进行，夹苗间距约为8 cm/株，记录每根苗绳所夹的海带株数。

选择山东省荣成市的爱伦湾海区，设置近岸海区(122°35′23.71″、37°09′32.13″)、中间海区(122°35′45.94″、37°08′53.43″)和离岸深水区(122°35′28.49″、37°08′26.95″) 3个养殖点(分别以低区、中区和高区表示)。低区离岸最近，水深约为8 m，高区离岸最远，水深约为25 m，中区的位置位于低区和高区之间，水深约为15 m。每个实验海带品种/品系在每个海区分别养殖6绳。高区组在分苗后养殖15 d后脱苗严重，补苗1次。

实验苗绳材质及捻距：使用期小于1年的传统养殖苗绳(捻距为40~60 mm，聚乙烯材质，以新绳表示)；使用期约为2年的传统养殖苗绳(聚乙烯材质，下文以旧绳表示)；2种特制聚乙烯绳(设置捻距分别为65.6和80.8 mm)；3种特制聚乙烯/聚丙烯共混绳(设置捻距分别为48.3、53.4和61.1 mm，苗绳中聚丙烯含量为20%)。捻距越小，绳子越紧，越不易拧动。在中间海区包含所有材质和捻距的苗绳种类(每种2~3根)。由于特制苗绳数量有限，在近岸海区和离岸深水区未设置捻距为65.6和80.82 mm的特制聚乙烯绳。

每个海区每个品种/品系随机挑选30株海带测量其长、宽、厚(从3条旧绳中分别挑选10株)。测量海带长度和宽度(叶片长度为柄、叶连接处至叶梢末端的距离，宽度取叶片最宽处)，测量时间为2020年1、3、5和6月。采用数显测厚仪测量海带厚度(取海带总长度的四等分点处厚度的平均值)，测量时间为2020年3、5和6月。

每个海区所有材质和捻距的苗绳种类(每种2~ 3根)均进行海带脱苗率的观察和统计，统计时间为2020年3和6月。

采用傅立叶红外光谱仪(PerkinElmer红外光谱仪Spectrum Two型)测定养殖苗绳养殖后的老化程度，采用材料试验机(型号为INSTRON 4466)测定养殖前后苗绳的断裂强力。

使用SPSS 19.0统计分析软件进行海带长度、宽度和厚度的Duncan多重比较分析，及不同捻距苗绳脱苗率的T检验分析，显著性水平设置为0.05。

海带“寻山2号”在3个海区中不同月份的长度、宽度与厚度变化情况见图 1。对于同一月份的不同养殖海区，1月时，海带“寻山2号”各性状无显著差异，1月后各性状表现出不同，其中，在3月时高区和中区组的长度明显大于低区组，厚度则表现为中区与低区、高区相比均呈显著差异(P < 0.05)。海带“寻山2号”的宽度在5月和6月的不同海区均呈现显著差异(P < 0.05)，高区组的宽度明显大于低区和中区组。6月，海带“寻山2号”的长度和宽度在高区具有明显优势。对于同一海区不同月份，海带“寻山2号”长度的变化主要发生在1—3月，但都在5月达到最大值，6月与3月相比无显著差异，高区在5月长度变化较3月表现出显著差异(P < 0.05)。海带“寻山2号”在3个海区的宽度变化主要发生在1—3月，厚度在5月时较大，且5月的低区组厚度最大。

图 1(Fig. 1)

图 1 海带“寻山2号”在不同月份、不同海区的长度、宽度和厚度 Fig.1 Length, width and thickness of S. japonica strain "Xunshan No.2" in different months and sea areas 不同海区同一月份的多重比较用大写字母作标注(柱状图上的标签上层)，同一海区不同月份的多重比较用小写字母作标注(柱状图上的标签下层)，同一组的不同字母表示在P < 0.05水平具有显著差异；数字1, 2, 3分别表示长度、宽度和厚度。下同 Multiple comparisons of the same month in different sea areas were marked with capital letters (upper label on the bar chart), and multiple comparisons of different months in the same sea area were marked with lowercase letters (lower label on the bar chart). Different letters in the same group showed significant differences at the level of P < 0.05; the numbers 1, 2 and 3 indicated length, width, and thickness respectively. The same as below

海带“寻山3号”在3个海区中不同月份的长度、宽度与厚度变化情况见图 2。对于同一月份的不同海区，高区的海带“寻山3号”在1月的长度与宽度均显著大于其他海区，低区组的厚度在3月和5月均与中区、高区组有显著差异(P < 0.05)。5月时，中区和高区的海带“寻山3号”长度明显大于低区(P < 0.05)，而低区与中区组的宽度无显著差异，但二者与高区均呈显著差异(P < 0.05)。6月，海带“寻山3号”的长度变化与5月一致，该月高区组的宽度与厚度明显大于中区(P < 0.05)。对于同一海区不同月份，3个海区的海带长度都在5月达到最大，3月与6月无显著差异，尤其在低区，自3月海带达到一定长度后，未来3个月长度的增加效果不明显，宽度性状在3个海区1、3和5月之间均存在显著差异(P < 0.05)，5月与6月无显著差异，值得指出的是中区6月宽度相较于5月有所降低，并与3月无显著差异。

图 1(Fig. 1)

图 2 海带“寻山3号”在不同月份、不同海区的长度、宽度和厚度 Fig.2 Length, width and thickness of S. japonica strain "Xunshan No. 3" in different months and sea areas

海带“205”在3个海区中不同月份的长度、宽度与厚度变化情况见图 3。同一月份不同海区之间比较，1月长度与宽度均无显著差异，3月中区的海带长度显著大于低区组(P < 0.05)，高区厚度显著大于其他2个海区(P < 0.05)，5月和6月3个海区海带长度和宽度无显著差异，5月低区厚度显著低于其他2个海区(P < 0.05)。6月低区海带厚度持续增加，且显著高于中区和高区组(P < 0.05)。同一海区不同月份之间比较，3个海区海带长度和宽度生长周期均延续到5月，5月性状最优，6月中区与高区的长度显著低于5月(P < 0.05)，而在低区无显著差异；宽度在3个海区中5月最大，6月差异不显著。相比于长度与宽度性状的变化，厚度变化在中区和高区主要发生在3—5月，而低区在3月达到较高水平值后，6月持续增加，且高于其他2组。

图 1(Fig. 1)

图 3 海带“205”在不同月份、不同海区的长度、宽度和厚度 Fig.3 Length, width and thickness of S. japonica variety "205" in different months and sea areas

6月采收时，3个实验海带品种/品系在3个海区的鲜重与干重见图 4。海带的鲜重和干重均在高区最大、中区次之、低区最低。海带的鲜干比整体呈海带“寻山2号”、海带“寻山3号”、海带“205”依次降低的趋势(图 5)。随着养殖海区向外海延伸，海带“205”的鲜干比逐渐增加，海带“寻山3号”的鲜干比在3个海区变化不大，中区的海带“寻山2号”的鲜干比明显高于其他海区(P < 0.05)。

图 1(Fig. 1)

图 4 3种海带在不同海区的平均鲜重与平均干重 Fig.4 Average fresh weight and average dry weight of three cultivars of S. japonica in different sea areas

图 1(Fig. 1)

图 5 6月3种海带在不同海区的鲜干比 Fig.5 Fresh-dry weight ratio of three S. japonica cultivars in different sea areas in June

6月海带脱苗情况分析表明，养殖苗绳的捻距对脱苗率有显著影响。苗绳的捻距为61.1 mm，脱苗率较低，捻距过大(80.8 mm)或过小(≤53.4 mm)的苗绳脱苗率均显著增大。从图 6可以看出，中区的苗绳脱苗率大小顺序是捻距48.3 mm (非常紧, 83%) > 捻距80.8 mm (非常松, 40%) > 捻距53.4 mm(较紧, 38%) > 捻距65.6 mm(松, 29%) > 普通旧绳(21%) > 捻距61.1 mm (紧, 20%) > 普通新绳16%，3月与6月苗绳脱苗率大小顺序基本不变。低区的苗绳脱苗率呈随着捻距减小而增加的趋势。同一海区组，新绳和旧绳的脱苗率之间无显著差异。高区苗绳脱苗率也呈随着捻距减小而增加的趋势(图 7)，但高区各组之间并无显著差异，可能与12月补苗有关。

图 1(Fig. 1)

图 6 使用不同捻距养殖苗绳在低区和中区的脱苗率 Fig.6 Seedling drop rate of S. japonica cultured on breeding ropes with different pitches of twist in inshore and middle sea area 同一组的不同字母表示在P < 0.05水平具有显著差异，数字1和2分别表示中区和低区 Different letters in the same group showed significant differences at the level of P < 0.05, the numbers 1, 2 indicated middle area and inshore, respectively

图 1(Fig. 1)

图 7 使用不同捻距养殖绳在高区的脱苗率 Fig.7 Seedling drop rate of S. japonica cultured on breeding ropes with different pitches of twist in offshore sea area

如图 8所示，无论养殖前还是养殖后，特制养殖苗绳的断裂强力均显著高于传统养殖苗绳(P < 0.05)。养殖1年后，特制养殖苗绳的强力保持率为93.8%，而传统养殖苗绳仅为63.6%。

图 1(Fig. 1)

图 8 特制苗绳和传统养殖苗绳养殖使用前后的断裂强力 Fig.8 Breaking strength of special breeding rope and traditional breeding rope before usage and after one year of usage

对养殖使用前后的聚乙烯绳(捻距65.6 mm)通过红外光谱表征养殖苗绳的老化程度，与养殖前样品对比，养殖后样品于1650 cm^–1处出现了C==C共轭双键吸收峰、1740 cm^–1处出现了羰基吸收峰和1030 cm^–1处出现了C—O键吸收峰(图 9)。苗绳养殖使用后的红外光谱图对比发现，聚乙烯绳(捻距80.8 mm)表现出更显著的分子链氧化，聚乙烯/聚丙烯共混绳(捻距61.1、48.3 mm)在1370 cm^–1处出现了一个显著的峰，这是由于绳索材质是聚丙烯共混改性聚乙烯引起的(图 10)。不同区域养殖的普通旧苗绳红外光谱图显示，高区养殖苗绳在1030 cm^–1处出现了更强的C—O键吸收峰，表明高区养殖的苗绳分子链氧化更剧烈、老化程度更高(图 11)。

图 1(Fig. 1)

图 9 聚乙烯苗绳(捻距65.6 mm)养殖1年前后的红外光谱 Fig.9 Infrared spectrum of polyethylene breeding rope (pitch of twist 65.6 mm) before usage and after one year usage

图 1(Fig. 1)

图 10 不同捻距苗绳使用1年后的红外光谱 Fig.10 Infrared spectrum of breeding ropes with different pitches of twist after one year usage

图 1(Fig. 1)

图 11 不同区域养殖的旧苗绳红外光谱 Fig.11 Infrared spectrum of breeding ropes used in different sea areas

由于海区的营养盐、水深、透明度和水流速度的差异，藻类在不同海区表现出不同的生长状态(彭捷等, 2016; Liu et al, 2018; Hwang et al, 2018)，通过测定3个海带品种/品系在不同海区的经济性状发现，不同海况的海区对海带的生长存在显著影响。海带“寻山2号”的长度和宽度呈从低区到高区逐渐增加的趋势，而其厚度未表现出该趋势；海带“寻山3号”的长度在高区的整个养殖周期一直维持在较高水平，在养殖前期(5月之前)，其厚度呈从低区到高区逐渐增加的趋势，而养殖后期，其厚度在不同海区之间无显著差异；不同海区对海带“205”的长度和宽度性状的影响不大，但厚度性状在低区表现出持续增加。以上结果表明，与低区和中区相比，海带“寻山2号”和“寻山3号”在高区具有明显的生长优势，高区水深流大、自然肥力充足、透明度高，海带生长迅速、产量高(刘福利等, 2019)，而对于海带“205”，其在高区的经济性状并无明显的优势，说明应结合海带品种/品系的生长特性选择合适的养殖海区，如将“寻山2号”、“寻山3号”在离岸较远的海区养殖，海带205在离岸较近海区养殖。本研究的海带经济性状在3个养殖海区均是5月时基本达到最大值，6月表现出不同程度的回落，与王翔宇等(2021)和卢书长(1996)的研究结果基本一致，表明本研究海区及附近海区最佳的海带收获季节是5—6月。

从鲜重、干重及鲜干比实验结果分析可知，不同海带品系的鲜重和干重都随离岸距离的增加而增加，说明离岸式养殖对不同海带品系产量均有提升作用，但对不同海带品系的提升作用不同。另外，鲜干比实验结果分析表明，不同海区养殖海带的含水量不同，对食用海带初级加工方式包括淡干海带和盐渍海带出成率的影响也不同(张加幸, 2016)。因此，可根据养殖海带的品系或品种及其养殖海区选择适宜的加工方式，以增加海带养殖产值。

聚乙烯分子链在使用后会出现交联和降解，导致绳索变硬变脆，在力学性能上表现为断裂强力的下降。由微观结构分析可推测，在热氧条件下，聚乙烯大分子链发生了氧化降解反应，出现了羰基、双键等新的基团；随着氧化老化时间的延长，氧化降解程度越来越严重，导致分子链断裂、分子量降低，使拉伸性能下降。本研究发现，养殖后不同苗绳的断裂强力均显著下降，但特制的新型养殖苗绳相比于传统养殖苗绳，在养殖后具有更高的强力保持率，表明新型养殖苗绳的抗氧化能力较强，具有较高的抗老化能力。高区养殖苗绳的老化程度高于低区，可能与高海况海区的浪大、流急、透明度较高的环境因素有关，这也说明在高区开展海带养殖活动时，为提升养殖绳使用年限，应注意选用抗老化性能更好的绳索材料，因此，研发设计抗氧化、抗老化材质的海藻养殖用绳索具有重要意义。

本研究的脱苗率调查结果表明，捻距过大或过小均会增加海带的脱苗率，普通新绳的脱苗率低于其他种类苗绳，由于现阶段使用养殖绳抗老化能力不如特质苗绳，使用捻距为61.1 mm左右的特质苗绳，可在保证低脱苗率的基础上延长苗绳使用年限。在不同捻距的苗绳脱苗率实验中，低区脱苗率普遍高于中区，表明除了苗绳捻距外，海区环境因素也会影响海带的附着能力。在同样的水流环境中，海带不同生长阶段的脱苗率不同，有学者提出在幼苗时期尽量选择缓水流海区(张定民等, 1986)，控制流速 < 20 cm/s，以避免幼苗大量脱落，当幼苗生长至一定规格后，适当增加水流速度，以促进藻体生长(秦松等, 2019)。因此，分苗后在流速较小的海区暂养至假根附着牢固后运至离岸海区养殖，可降低海带脱苗率。另外，岸上批量集中分苗的操作方式、苗绳运输过程都可能对海带脱苗率产生较大影响(苏丽, 2018)。在实验过程中，分苗后养殖前期发现，高区组的海带脱苗严重，于是在海上进行了一次补苗，养殖后期发现，高区的不同捻距苗绳的脱苗率并无显著差异，且在补苗后高区脱苗率明显低于分苗后的脱苗率，表明养殖前期的补苗是一个有效降低脱苗影响的措施。