CN1077398C - 提高海洋中海味生产的方法 - Google Patents
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Abstract
提高海洋中海味生产的方法。包括(1)测试海洋表面的水，以确定缺失的营养素；(2)向海水中施用肥料，肥料包括固氮的微生物和足够的营养素，以使微生物固氮(如果海水缺硝酸盐)，和其他缺失的营养素，和(3)收获由肥沃作用产生的提高的海味生产成果。
Description
发明背景
本发明的领域为海味的生产。
人类最早的历史把我们表现为猎人-采集者，即为我们自己的目的而取得土地所产出的东西。这些猎人-采集者是自然现象的一部分，而不是为他们自己的目的改变自然环境。在大约7,000至8,000年前的中东，这随着野生动物，例如牛、猪、山羊、绵羊和狗的驯化而改变。那时，我们的祖先开始随季节和条件的变化在最好的牧场放牧驯养动物。我们的祖先仍继续捕猎和采集食物，但发现放牧产率更高。这种趋势随着在西亚干旱地区中对马的驯化而继续发展。
约5,500年前，一项新发明席卷了当时的文明世界。该发明为铧式犁，它使农民的生产效率增加约6倍，它还改变了我们对于土地的认识，即由被动接受变为积极参与。这种改变导致了种植喜爱的作物，而不是接受惯常生长的东西。我们的祖先还开始给土壤浇水和施加营养素，以进一步提高生产效率。
这些转变并不总是平坦的，也并不是没有争议的。许多年来，在美国西部各州中有一片空闲地带。那时，有些人强烈反对在那片空闲地带建造篱笆、道路、房屋、农田、铁路和其它侵占物。他们准确无误地指出，在空闲地带城市将步这类侵占的后尘而到来。
这种转变固然在陆地上已取得了巨大的进展，但却几乎没有在占地球表面积四分之三的海洋上开始有所作为。利用相似的变化可从海洋生产效率的提高获得相似的回报。
许多年来，世界上的渔夫和渔妇就已知，在海洋和其它水体的不同水域中生产效率存在很大差异。近来，已测量了这种差异的程度并确定了产生差异的原因。已知海洋中全部生物的约60％存在于海洋表面的2％处。因此，海洋可视作一个巨大沙漠，仅有少量富有生物的翠绿地区。这些翠绿地区很容易看出。对于大多数海洋表面而言，你可透过水看到约150至300英尺(约46至91米)，如同在墨西哥湾流中可看到的那样。相反，在海洋的多产地带，透过水你只能看到约2英尺(约0.6米)，这是因为水中的生物是如此之密集。秘鲁海岸沿岸的自然上升流(natural upwelling)就是这种情况。
从这些多产的海域和其他水域选出了一些例子。已确定了它们的差异。多产的海域富含铁、磷、氮和微量矿物质，然而其它海域缺少这些成分的一种或多种。需要这些肥沃的矿物质，来从给定的海域获得最高的海味生产。在海洋表面的不同区域存在的营养素差异巨大，必须取样、分析，以确定为获得秘鲁上升流的生产效率所需营养素的确切水平。
海洋在几个方面不同于陆地：(1)海洋中不存在旱灾；(2)海洋流动；和(3)海洋既在垂直方向也在水平方向混合。第一点区别意味着海洋仅需较少的成分来获取增产。海洋还容易接近，无需建造铁路和公路。第二点区别意味着施肥可在离收获海味的地点很远的地点进行。第三点区别意味着施肥必须大规模地进行，否则就不可能发现施肥的效果。
涉及本发明的领域包括肥料和其它提高海味生产方法的领域。
美国专利4,189,379公开了一种将富合营养素的海水从海洋的无光带引入透光层的方法。该专利述及地球上的生物依赖由绿色植物生物体通过将太阳光转变成能量的称作光合作用的过程制造的食物。在海洋中，支持光合作用过程的足够太阳光仅存在于海洋表面以下100至200米的水中。可用术语“透光层”描述该区域，所有的海洋光合作用都在此区域内发生。透光区以下是没有足够的光来支持光合作用的无光层。通过从无光层人工诱导相对富含营养素的海水的上升流，可提高透光层中可收获的食物产量。该专利还公开了一种可没入水中诱导这种上升流且避免热操作系统的缺点的海水脱盐设备。
“在赤道太平洋生态系统中验证铁假设”，J.H.Martin等人，Nature，371卷，第123-129页(1994年9月8日)描述了这样的试验：通过使开阔的赤道太平洋64KM2的水域富含铁，铁可限制海洋的广阔区域内的浮游植物生长。据报道这导致了植物生物量翻番，叶绿素增加三倍，植物产量增加四倍。据报道，在加拉帕戈斯(Galapagos)岛下游，在富含叶绿素-铁的羽状部(plume)也发现了类似的增加，而加拉帕戈斯岛是天然富铁的。据报道，这些发现表明铁的限制作用可控制海洋中浮游植物的生产和生物量。
有大量的肥料和施肥方法为相关领域内所熟知。
美国专利976,793公开了一种肥料，它包含盐，例如铵的硝酸盐和磷酸盐以及钾碱，带有产生粒团的粘结料，可溶性的盐不易从粒团中因水的作用而被浸出。
美国专利4,579,579公开了一种制备缓释肥料的方法。肥料可包含天然、有机高吸附量的载体物质，例如花生壳，具有富含氮、磷、钾和微量元素以及化学组成完全且平衡的植物营养素一起构成的营养物质。营养素以缓慢的可控制的速度提供，因为在营养素可从花生壳中浸出之前，营养素的有机载体必须先分解。此外，花生壳不仅作为营养素的载体，而且它们本身也是营养物质。
美国专利4,581,846公开了一种给森林、农田和其它大型作物区施肥的体系和方法，该专利公开的发明的一个目的是提供一种来自固态或液体城市废物的长期的营养素来源。该专利公开了一个集中的体系，包括借助存活于大型包装的植物纤维基质中的微生物，使不溶的有机物和无机物转变成可溶的植物营养素。
美国专利4,755,397公开了一种淀粉基颗粒的胶囊化方法。该专利公开了一种以淀粉作为胶囊化剂将各种物质封入胶囊的方法。形成胶囊物的方法可用于将各种物质包括植物生长调节剂和肥料封入胶囊。
美国专利4,911,952公开了通过截留入未改性淀粉基质内形成囊状物的过程。不用化学交联剂即实现基本上完全的胶囊化。此方法可用于形成营养素、微量营养料和其它各种物质的胶囊。
美国专利5,143,020公开一种池塘施肥装置。该装置包括置于漂浮结构物下面的接受器。漂浮结构物装备有一个漏斗型开口。肥料可通过漏斗型开口倒入接受器中，水可在接受器的顶部与漂浮结构之间流动，由此溶解肥料。
本发明的概述
提高海洋中海味生产的方法由下列步骤实现：(1)测试海水以确定水中所缺少的营养素，(2)给海水施用肥料，肥料包括固氮微生物和足以使微生物固氮(如果海水缺少硝酸盐的话)的营养素和其它缺少的营养素，和(3)收获由施肥作用产生的海味。可用本领域普通技术人员所熟知的许多普通方法中的任何一种进行测试，以确定水中缺少至显著程度的营养素。如果海味生产因水中营养素水平之故而降低至显著程度，则营养素就缺少至显著程度。可用一种或更多种肥料施肥。如果海水缺少硝酸盐，则肥料应包含固氮微生物，例如在开阔海洋中固氮的蓝藻和浮游植物(Trichodesmium)知足以使微生物固氮的营养素。微生物和使微生物固氮所需的营养素优选定位化(例如在同一个肥料颗粒中)，使营养素遇到海水时立刻可供给微生物。小心地加入铁可能是使蓝藻和浮游植物繁盛和固氮的唯一需要的营养素。肥料应提供海水缺少的其它(非硝酸盐)营养素。因此，根据测试结果，肥料可包含铁、磷酸盐、固氮微生物和微量矿物质，以及其它物质。肥料优选贴附至漂浮物质，例如稻壳、麦秣、碎玉米棒、花生壳和/或其它生态适宜的漂浮物质。肥料还可包含高分子量淀粉，它使肥料定时从漂浮物中释放出来。海味收获可在施肥的地点进行，但在晚些时间，或当涉及海流时，收获可在施肥地点的下游地点进行。
本发明的详细说明
本发明的海洋施肥作用将大大提高海洋的海味生产率。(术语“海洋”也包括海、海湾和其他大的水体)。例如沿美国的大西洋和太平洋海岸进行海洋施肥可提高这些海岸沿岸的生产率，达到秘鲁海岸沿岸的固有生产率水平。这可将美国的大西洋和太平洋海岸沿岸的海味的生产率提高达30倍甚至更高，从而提供数以千计的新就业机会，并振兴目前在美国某些地区正处于下滑状态的渔业，同时又可为国内消费和出口产出高质量的蛋白质食品。海洋施肥也可以以同样的益处改进其他国家的海岸沿岸的渔获。
海洋施肥可在国内水域内进行，从而确保提高海味生产的益处有助于进行海洋施肥的国家的渔业效益。例如，美国进行的所有施肥可在200英里(约323公里)限度内实施；这样几乎所有的效果都在美国水域内。
海洋施肥的基本参数为约1磅(约0.45千克)化肥在海洋中产生约2至10吨(约1.8至9.1公吨)生物量。保守的估计是一吨(约0.9公吨)将在海洋中产生约4,000吨(约3,600公吨)生物量。
与施肥的土壤相比，单位表面积施肥的海洋的生产率应更高。甘蔗种植现在每年产出约40吨/英亩(约36公吨每0.4公项)。如果在海洋施肥中达到相同的生产率，这将是每年约25,600吨/平方英里(约23,300公吨每2.6平方公里)。
在陆地上施肥总是伴随着种植。在海洋中，施肥可结合引入海藻、卵块和其他生物体，包括来自孵卵场的幼鱼。这可进一步提高海洋的海味生产。
在陆地上，种植和施肥常在春天进行，收获则常在秋天进行。而在海洋农业(ocean farming)中，施肥和收获之间的时间量取决于许多因素。在施肥后海藻繁盛的滞后时间是约4天。浮游植物享用海藻，钓铒鱼食用浮游植物，沿着食物链，直至达到大的哺乳动物和鱼类。沿美国海岸，最重要的海流是墨西哥湾流和日本海流。每一海流以大约4英里/小时(约6.4千米/小时)的速度流动。因此，在这两种海流之一的海洋表面的一个位置施肥将在下游的另一位置处产生供收获的结果。在约4英里/小时(约6.4公里/小时)时约4天的滞后时间将是约400英里。对于墨西哥湾流，这意味着在佛罗里达的基韦斯特施肥，将在北佛罗里达使捕渔量上升，而更大的鱼出现在佐治亚、南卡罗来纳、北卡罗来纳及佛吉尼亚海岸。依据施肥的进行方式，捕鱼量上升的现象将在墨西哥湾流中延续许多英里。
海洋施肥可在夏天在北至马萨诸塞进行，墨西哥湾流常在此时到达该处海岸。相反，在冬天时，拉布拉多海流将营养素含量较高的冷水带至远达纽约或新泽西。在这些冬天的条件下，墨西哥湾流易转而向东朝着欧洲方向，在佛吉尼亚海岸的200英里(323公里)限度之外。
测试可以确定，在墨西哥湾流中海洋施肥甚至可更早进行，例如在佛罗里达西海岸进行，这样海藻的繁盛在墨西哥湾流绕过佛罗里达的基韦斯特前即已开始。这将在墨西哥湾流转而向东脱离美国水域范围之前有更多的时间沿美国的东海岸收获更大的鱼。
在墨西哥湾流中，希望化肥主要由铁构成，并带有某些磷酸盐和某些固氮微生物，以使营养素含量最高达秘鲁上升流(Peruvianupwelling)的水平。海洋施肥应该用测试监控，因为墨西哥湾流沿海岸不同而极为复杂，具有漩涡和涡流，并有暴风雨、海潮和偶然的飓风的影响。但是，海洋施肥的结果自然总是海藻生长，其余顺推。
海洋施肥只在海洋的上层水位有效，并且优选在海洋上层约100英尺(约30米)。因此，优选的海洋施肥方法是将化肥固定至漂浮物上，例如稻壳、麦秣、粉碎玉米棒、花生壳等。化肥优选的形式为能经数天或可能长达一星期的时间后溶在表层水中。因此，一种优选的海洋施肥方法包括带高分子量淀粉的化肥物质的混合物，从而生产一种缓慢溶于海水中的化肥。海洋施肥起初的方法应旨在使有关的一部分海洋表面达到秘鲁上升流中的海洋表面的营养素组或，因该处的海味生产是公知的。海洋施肥的方法优选包括在施肥条件下对海味生长动态进行其他的测试和研究，从而可达到进一步改变和改进化肥的组成以及海洋施肥的方法。
以除去约1,340百万吨(约1,220百万公吨)二氧化碳的量对约53,000平方英里(约140,000平方公里)海洋施肥，开始每年需要约250,000吨(约230,000公吨)化肥。即约每天1,000吨(约900公吨)，每年250天。如果施至海洋的化肥每吨(约0.9公吨)成本约为200美元，则成本约每年50,000,000美元。海洋施肥的成本优选还包括监控、测试和报告的使用，以优化海洋施肥方法，包括优化化肥组成、施用量和施用地点。
上述详细说明主要针对墨西哥湾流，这是因为它流经美国最大的人口聚集中心并且现在有渔业。但是提高海味生产的本方法也可很好地适用于其他地方。随地点不同，需要对本法作改变。例如，本方法也适用于美国的西海岸。日本海流在白令海中从上升流吸收天然肥料。这样就一路提高其海味生产，直至到达华盛顿州的海岸，但海味生产沿俄勒岗海岸下降，并在日本海流到达加利福尼亚北部前就完全没有了。日本海流可在华盛顿州海岸处施肥，以提高俄勒岗海岸和加利福尼亚海岸的海味生产。因此，本发明方法可作改变，包括改变肥料组成，以及施放肥料的地点和特点，这取决于施肥海洋的表面区域。
本发明的海洋施肥方法可采用可在海上连续约120天、并具有载运约120,000吨(约110,000公吨)肥料能力的轮船。轮船备有泵，用于混合肥料和海水，并将混合物分散到海洋中。每条轮船可配备3台2,500马力的泵，以将90％海水和10％肥料的混合物喷离船尾。每条轮船需有600,000 Bbls(约90,000千升)的容量，这相当于一个中等尺寸的罐。
海洋施肥将引起海藻繁盛。海藻繁盛将从水、然后从空气中除去CO2。生物量将成为最终包括大鱼和鲸的食物链的一部分。动物生活将氧化生物量，并将CO2送回海洋，并最终送回空气中。某些生理物质将沉至海底，在该处被底层流收集，最后被循环到上升流。成为这一循环的一部分的总碳量从海水和空气中除去，最终达到平衡，正如顶极森林一样，在此之后，就不会出现大气CO2的净下降。海洋达到这一平衡的时间估计为数百年，但无法确切估计。这意味着连续进行海洋施肥将在未来的相当一段时间内净除去CO2。
每年生产1,000百万吨(约900百万公吨)海藻(生物量)将多生产约50,000,000吨(约45,000,000公吨)鱼，如果我们由每20吨(约18公吨)海藻得到约1吨(约1.1公吨)有用鱼的话。这就给美国的每一男、女和小孩每天多提供约1磅(约0.45千克)鱼，这可按如上所述用本发明的提高墨西哥湾流海味生产的方法实现。因此，用本发明的提高墨西哥湾流海味生产的方法即可为美国和其他国家的居民生产高营养的食物源。
用于本发明的生产海味方法的肥料具有许多规格，例如溶解速度和低于水的密度，以及所需的营养价值和固氮微生物含量。具有所需化学组成的原料的最廉价的来源即可，因为海洋生物能够处理肥料，不管其形状和化学组成如何。肥料不能含有可危及海洋生物的浓度的有毒化学品，并且无可为海味消费者吸收的病原体。因此，有许多废物可以低成本加工成适用的肥料，有助于回收循环废物。
本发明提高海味生产的方法具有显著的经济效果。如果海味的价值平均为每磅(0.45千克)0.50美元，则沿美国的一条海岸每年多生产50,000,000吨(约45,000,000公吨)海味，每年将产出50,000,000,000美元的产业。如果每50,000美元/年的销售额有一个新的就业机会，那么每条海岸将创造一百万个新的就业机会。
本领域普遍技术人员将可看出本发明有各种变化，本发明将只受所附权利要求书的限制。
Claims (20)
1.提高海味生产的方法，包括下列步骤：
(1)测试海洋表面的一个区域，以确定至少一种缺失至显著程度的营养素；
(2)施用肥料以肥沃海洋表面，所述肥料包括飘浮物质和至少一种所述营养素；和
(3)收获至少一部分由肥沃所述海洋所得的提高的海味生产成果。
2.权利要求1的方法，其中所述肥料还包括至少一种固氮的微生物。
3.权利要求2的方法，其中所述微生物包括至少一种选自蓝藻和浮游植物的微生物，并且所述肥料包括足够量的定位化的营养素，以使至少一种所述微生物固氮。
4.权利要求1的方法，其中所述肥料包括磷酸盐。
5.权利要求1的方法，其中所述肥料含铁。
6.权利要求1的方法，其中所述肥料含微量矿物质。
7.权利要求1的方法，其中所述施用肥料结合加入海藻、卵块或其他生物体，包括来自孵卵场的幼鱼。
8.权利要求1的方法，其中所述漂浮物质选自稻壳、麦秣、碎玉米棒、花生壳和其他生态适宜的漂浮物质。
9.权利要求1的方法，其中所述肥料还含有高分子量淀粉。
10.权利要求3的方法，其中所述肥料含有铁和高分子量淀粉。
11.肥沃海洋的方法，包括下列步骤：施用肥料以肥沃海洋表面，所述肥料包括飘浮物质和至少一种固氮的微生物。
12.权利要求11的方法，其中所述微生物含至少一种选自蓝藻和浮游植物的微生物，而所述肥料含足够的定位化的营养素，以使至少一种所述微生物固氮。
13.权利要求11的方法，其中所述肥料包含磷酸盐。
14.权利要求11的方法，其中所述肥料包含铁。
15.权利要求11的方法，其中所述肥料包含微量矿物质。
16.权利要求11的方法，其中所述施用肥料结合加入海藻、卵块或其他生物体，包括来自孵卵场的幼鱼。
17.权利要求11的方法，其中所述漂浮物质选自稻壳、麦秣、碎玉米棒、花生壳和其他生态适宜的漂浮物质。
18.权利要求11的方法，其中所述肥料还包括高分子量淀粉。
19.权利要求11的方法，其中所述肥料包括铁和高分子量淀粉。
20.权利要求12的方法，其中所述肥料包括铁和高分子量淀粉。
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Legal Events
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Granted publication date: 20020109 Termination date: 20110414 |