NO311483B1 - Kontrollert-frigjöring n¶ringssubstrat i vann - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsesområde

Denne oppfinnelse vedrører næringsstoffer for vannorganismer og særlig anvendelsen av fosfatforbindelsen LDP04, som næringsstoff for vannorganismer, hvor L representerer en Lewissyre og D representerer et divalent metall. Spesielt vedrører den anvendelsen av denne blanding for å opprettholde næringskjeden i vann gjennom tilførsel av primære næringsstoffer, sekundære næringsstoffer og mikronæringsstoffer til mikrober, alger, sopp og vannplanter. Disse organismene som befinner seg på et lavt trinn i næringskjeden, er essensielle for ernæringen av lavere animalske livsformer, som på sin side gir næring til fisk. Effektiv nærings-tilførsel til de lavere ledd i næringskjeden er spesielt viktig for overlevelsen og veksten av nylig klekket og juvenil fisk i elver, estuarer og sjøer.

Beskrivelse av teknikkens stand

Selv om mange elver har en overflod av næringsstoffer og utvikler for meget mikrobielt materiale, alger og vannplanter, inneholder mange elver ikke nok næringsstoff til å opprettholde en næringskjede som strekker seg fra mikrober og larver til insektlarver og til fisk. Disse næringsunderskudd forekommer vanligvis i fjernere glasiale elver og sjøer i de kjøligere deler av verden og forsterkes gjennom virksomhet som fjerner planteliv fra omgivende områder. For eksempel kan uttak av tømmer bevirke at strømmen av næringsstoffer fra områdets jordsmonn går tapt, og i neste omgang forårsake at konsentrasjonene av næringsstoffer i elver synker til et punkt hvor overlevelsesraten av nylig klekket og juvenil fisk i elvene, er betydelig nedsatt som følge av lav næringstilgang.

Slaney & Northcote viste i 1974 at næringstilgangen direkte påvirker overfloden, veksthastigheten og produksjonen av fiskeyngel per enhet el vea real. Økninger i nivåene av uorganiske næringsstoffer i elver ble i 1990 av Johnston et al., vist å øke produksjonen av de lavere organismer i næringskjeden slik at tilgangen på insekter øket tilveksten av fisk.

De ovennevnte og andre forskere på dette felt har vist behovet for, og fordelene ved, tilførsel av næringsstoffer til næringsfattige elver for å ernære fisk, særlig i den tidlige delen av fiskens livssyklus. Vanlige gjødningsstoffer så som flytende eller granulære ammoniumfosfater, har vært benyttet med i det minste forskningsmessig, om ikke praktisk betydningsfull suksess, ved kontrollert tilsetning gjennom drypp- eller skruetransportør-tilførselssystemer. Disse løselige næringsstoffene løses, fortynnes og fraktes hurtig bort fra de tilsiktede anvendelsesområder av vannet.

Ureaformaldehyd-polymer-baserte næringsstoffer har vært forsøkt, men ble funnet å frigjøres for raskt til å ha effekt i vann. Et annet problem med ureaformaldehyd-granulene er deres lave densitet som lar granulene skylles bort til uønskede steder. Denne lave densiteten viste seg også å være et problem med polymer-overtrukne granuler av næringsstoffer. Svoveldekkede granuler mistet integritet og frigjorde deres løselig næringsstoffer for hurtig.

Oppfinneren og andre har tidligere arbeidet med magnesium-ammoniumfosfat- og lignende fosfat-forbindelser som terrestriske gjødningsstoffer med kontrollert frigjøring. Disse gjødningsstoffene frigjorde deres næringsinnhold i og på jordsmonnet med omtrent samme hastighet som ureaformaldehyd-gjødningsstoffer, og granulene oppførte seg fysikalsk på lignende måte.

Hittil har det imidlertid ikke vært funnet et granulært næringsstoff som kan benyttes for i det vesentlige å forbli der hvor det påføres i et strømmende vannmiljø og på kontrollert måte tilføre næringsstoffer til den næringskjede som utgjør næringen for fisk.

OPPFINNELSESFORMAL

Et primært formål ved denne oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og bedre fremgangsmåte for tilførsel av næringsstoffer til å opprettholde næringskjeden i akvatiske miljøer.

Et annet formål er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for kontrollert tilførsel av næringsstoffer til næringskjeden i strømmende elver i form av partikler som forblir på tilførselsstedet.

Et annet formål ved denne oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å forbedre overlevelsen og veksthastigheten av fiskeyngel ved å stille til rådighet granulære næringsstoffer med kontrollert frigjøring til deres akvatiske miljø.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en ny fremgangsmåte for å forbedre fiskeveksten gjennom en overraskende ny anvendelse av tunge partikkelformede fosfatforbindelser som oppviser meget lave næringsstoff-frigjøringshastigheter. Den nye fremgangsmåten gjør bruk av fosfatkjemikalier av formelen LDP04 for under kontrollert frigjøring, å avgi næringsstoffer til næringskjeden i akvatiske miljøer for å gi forbedret fdring og vekst av fisk. I denne formel representerer L en monovalent Lewissyre, D representerer et divalent metall og P04 representerer en ortofosfat-del.

Det ble fastslått at når en ernæringsmessig effektiv mengde av disse forbindelsene ble anbragt hovedsakelig i kontakt med strømmende vann, holdt forbindelsene seg på plass og ga vannet anledning til å spre de løselige næringsstoffene som langsomt ble frigitt av fosfatforbindelsene, hvilket effektivt ga næring til de lavere ledd i næringskjeden som utgjorde et økende næringsforråd for fisk og forbedret deres veksthastighet i det akvatiske miljø.

DETAUERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ny fremgangsmåte for effektiv anvendelse av fosfatkjemikalier av formelen LDPO4 for under kontrollert frigjøring å tilføre næringsstoffer til næringskjeden som så vokser med øket hastighet i vandige miljøer og gir næring til forbedret fiskevekst i disse. I formelen for fosfatkjemikaliet representerer L en monovalent Lewissyre, D representerer et divalent metall og P04 representerer en ortofosfat-del.

For effektiv anvendelse ved fdring av den akvatiske næringskjede, var det nødvendig at hver av komponentene L, D og P04 forekom i det valgte fosfatkjemikaliet, og det var også nødvendig at den partikkelformede fosfatforbindelsen var tilnærmet uløselig i vann. Tilnærmet uløselig i vann betyr i denne sammenheng at mer enn halvparten av det totale næringsinnhold er uløselig i kaldt vann, fastslått i henhold til AOAC metode 945.01 i Official Methods of Analysis 15* Edition, publisert av the Association of Official Analytical Chemists, Inc.

Effektiv anvendelse fordrer anbringelse av en ernæringsmessig effektiv mengde av den valgte fosfatforbindelse i hovedsakelig kontakt med strømmende vann i det akvatiske miljø slik at vannet langsomt kan hydrolysere det partikkelformede LDP04. Den ernæringsmessig effektive mengde av denne formel varierer med graden av næringsunderskuddet i det akvatiske miljø. Dersom underskuddet er betydelig, er en liten mengde av foreliggende fosfat effektivt til å øke veksten av den akvatiske næringskjede og forbedre veksten av fisk i miljøet. Veksten av fisk viste seg å bli forbedret på flere måter, inklusivt hurtigere veksthastighet av hver enkelt fiskeyngel, overlevelse og vekst av en større andel av klekket fisk og produksjon av mer fisk per arealenhet av akvatisk miljø.

For effektiv anvendelse må granulene være i det vesentlige i kontakt med strømmende vann. I det vesentlige i kontakt med betyr i denne sammenheng at mer enn halvparten av overflaten av granulene må være i kontakt med det strømmende vann. Vannets hastighet er relativt uvesentlig, men den må være tilstrekkelig til å få vannet til å hydrolysere den langsomt frigjørende fosfatforbindelse.

For effektivt å ernære organismer i næringskjeden og derved gi næring for fisk og sørge for deres vekst i et akvatisk miljø, må vannet få anledning til å være i kontakt med de valgte fosfatforbindelsene i et tidsrom på mellom 30 og 365 dager for å spre langsomt frigitte vannløselige næringsstoffer.

Akvatiske næringskjeder som kulminerer for å gi næring for fisk, er former av liv som strekker seg fra meget enkle livsformer, så som mikrober, via alger, sopp og vannplanter, til slike former for liv som larver, marker og insekter, som fisk lever av.

Disse næringskjedene eksisterer i nesten alle akvatiske miljøer selv om antallet og rekkefølgen i næringskjeden kan endres noe avhengig av om miljøet er elv, bekk, sjø, estuar, dam, basseng eller akvarium. Næringskjedene varierer også med graden av næringsmangel i det enkelte miljø.

Sammensetningen av formel LDP04 kan benyttes for å gi de næringsstoffer som det er mest behov for i det akvatiske miljø. Det viste seg at næringsstoffene ammonium, kalium og natrium, kunne tilføres effektivt når de ble kombinert i LDP04-forbindelsen som L, den monovalente Lewissyre.

For foreliggende anvendelse ble det også funnet at magnesium-, sink-, jern-, mangan- og kobber-næringsstoffer var effektive i LDP04-forbindelsen som D, det divalente metall.

Anvendelsen var særlig effektiv når den valgte fosfatforbindelse var en av følgende fosfatforbindelser: magnesium-ammoniumfosfat, magnesium-kaliumfosfat, mangan-ammoniumfosfat, mangan-kaliumfosfat, sink-ammoniumfosfat, sink-kåliumfosfat, jern-ammoniumfosfat og jern-kaliumfosfat.

Den høye densitet av de partikkelformede fosfatforbindelsene er en av årsakene til at anvendelsesmetoden for foring av akvatiske næringskjeder i strømmende elever er effektiv. Partiklene holder seg i det vesentlige der hvor de er anbragt i vannet inntil de frigjør deres innhold som vannløselige næringsstoffer. Mest effektiv anvendelse oppnås når bulktettheten av fosfatforbindelsen er mellom 0,8 og 2,0 gram per milliliter.

Den fysiske anvendelsesform av foreliggende fosfatforbindelser kan endres etter behov for å sikre at partiklene med langsom frigjøring, ikke beveger seg selv i hurtig strømmende vann. Fysiske former som har vist seg å holde seg godt på plass når LDPO4 benyttes for tilførsel av næringsstoffer til strømmende elver er: granuler, ekstrusjoner, briketter, komprimerte biter og flak. Er det tale om meget store strømningshastigheter, kan de partikkelformede fosfatene ifølge oppfinnelsen benyttes i beholdere som reduserer vanntilgangen, og i matriks som inneholder andre tunge ikke-vannløselige materialer.

Anvendelsen av fosfater med formel LDP04 til akvatiske næringsstoffer er bare effektiv når næringsstoffene er tilnærmet uløselige i vann, og best egnethet oppnås når hver av delene i formelen i utgangspunktet har kaldtvanns-uoppløselighet på mellom 70 og 99%.

Den foreliggende anvendelse fordrer at det er tilstede en viss vannstrøm for å spre de solubiliserte næringsstoffene. Diffusjon inn i svake vann-bevegelser er vanligvis tilstrekkelig.

Hurtig strømmende vann hindrer ikke effektiviteten av foreliggende anvendelse til ernæring av næringskjeder i akvatiske systemer, men det reduserer opptakseffektiviteten av de solubiliserte næringsstoffer av næringskjeden fordi næringsstoffene fjernes så hurtig fra det ønskede akvatiske miljø. Mest effektiv anvendelse oppnås når den partikkelformede fosfatforbindelse anbringes i et akvatisk miljø, hvor den er i vesentlig kontakt med vann som strømmer med hastigheter på mellom 0 og 1,5 meter per sekund.

Den foretrukne anvendelse av foreliggende oppfinnelse muliggjør anbringelse av den partikkelformede fosfatforbindelse i en ønskelig form i et akvatisk miljø i kontakt med strømmende vann, slik at frigjøringen av de næringsstoffer som forbindelsen inneholder, i det vesentlige er fullført i løpet av ett år. Ved slik anvendelse kan næringsstoffer tilføres elven én gang per år uten fare for: avlivning av fisk, over-ernæring av næringskjeden, transport av næringsstoffene til en uønsket lokalisering eller sløsing med næringsstoffer.

De partikkelformede fosfatforbindelsene kan tilføres fra luften, ved spredning fra båter eller ved manuell spredning som frie partikler eller som partikler holdt på plass i beholdere. Den valgte bruksmåte avhenger av lokalisering og hvilken type vandig miljø som behandles.

Fremgangsmåten for å benytte de foreliggende partikkelformede fosfatforbindelsene er spesielt effektiv til å bedre veksten av fiskeyngel i næringsfattige elver. Slike elver finnes der hvor elvene skriver seg fra glasiale vannkilder eller vann fra områder hvor det meste av plantelivet er fjernet ved tømmerhogst eller industrielle aktiviteter.

Ved disse anvendelsene forbedres veksten av fiskeyngel i næringsfattige elver ved at det i disse elvene anbringes en fosfatforbindelse med formel LDP04 for å gi kontrollert frigjøring av næringsstoffer til en næringskjede som består av én eller flere av livsformene mikrober, alger, sopp, vannplanter, larver, marker og insekter som kulminerer som næring for fisk.

For denne foretrukne bruksmåte velges en granulær fosfatforbindelse som har formelen LDP04, hvor L representerer en monovalent Lewissyre og D representerer et divalent metall. Formelen inneholder næringsstoffer som trengs i det næringsfattige vann.

En næringsmessig effektiv mengde av den granulære fosfatforbindelse som har en bulktetthet på mellom 0,9 og 1,8 gram per milliliter, anbringes i det næringsfattige vann slik at det er i vesentlig kontakt med vann som strømmer med en hastighet på mellom 0,1 og 0,4 meter per sekund.

Etter at den granulære forbindelse er anbragt er det best å la det strømmende vann spre de vannløselige næringsstoffene som langsomt frigjøres fra den granulære fosfatforbindelse, i et tidsrom på mellom 80 og 365 dager. Denne langsomme og kontinuerlige frigjøring av næringsstoffer øker veksten av den akvatiske næringskjede, som så leverer den nødvendige næring til å forbedre veksten av fiskeyngel i det næringsfattige vann.

For den foretrukne anvendelse innbefatter granulære fosfatforbindelser som har vist seg effektive: magnesium-ammoniumfosfat, magnesium-kaliumfosfat, mangan-ammoniumfosfat, mangan-kaliumfosfat, sink-ammoniumfosfat, sink-kaliumfosfat, jern-ammoniumfosfat og jem-kaliumfosfat.

Etter at de grunnleggende konsepter ved foreliggende oppfinnelse er beskrevet, henvises det i det følgende til de etterfølgende eksempler som er angitt for å illustrere oppfinnelsens metode for anvendelse av partikkelformede kontrollert frigjørende fosfatkjemikalier med formel LDP04, for å avgi næringsstoffer til ernæring av næringskjeden i akvatiske miljøer og derved forbedre veksten av fisk i disse.

EKSEMPEL 1

Dette eksempel demonstrerer anvendelsen av LDP04 til ernæring av næringskjeden og forbedring av veksten av fisk i et næringsfattig vann sammenlignet med andre terrestriske gjødningsstoffer.

Briketter som hver veide ca. 15 g med formel LDPO4, ble dannet med magnesium-ammoniumfosfat og små mengder tilsatt lignin. Analysen av brikettene var 8-40-0-12 (mg). Bulktettheten av brikettene var 1,2 gram per milliliter.

Disse brikettene ble anbragt i en rekke nettingkurver som hver inneholdt ca. 150 gram i god kontakt med vann som strømmet i en næringsfattig brevanns-strøm mot Stillehavet i Nord-Amerika. Vann ble sendt over kurvene med pumper innstillet på hastigheter fra ca. 0,1 meter per sekund og ca. 0,2 meter per sekund ved temperaturer varierende fra ca. 5 til 14°C i 100 dager.

Dessuten ble det i andre rekker av kurver i de to vannstrømmene anbragt 150 gram tabletter av 20-10-5 og 150 gram alkyd-harpiks-overtrukket diammoniumfosfat, hvor analysen viste 14-36-0. Kurvene med næringsstoffer ble veiet flere ganger under den 100 dagers testperioden for å måle oppløsning eller tap av næringsstoffer med tiden. Resultatene er som vist:

20-10-5-tablettene gikk i oppløsning og de overtrukne 14-36-0 granulene fløt ut og oppløstes fra de åpne nettingkurvene. LDP04-brikettene holdt seg i de åpne nettingkurvene, og frigjorde etter en innledende absorpsjon av vann, jevnt næringsstoffer til ernæring av næringskjeden i det næringsfattige vannmiljø.

EKSEMPEL 2

Dette eksempel demonstrerer den praktiske anvendelse av den nye bruksmetode for LDP04-forbindelser med hensyn til å avgi næringsstoffer til et akvatisk miljø for forbedring av fiskevekst.

Granulært 8-40-12, magnesium-ammoniumfosfat, ble tilført en næringsfattig brebekk og tilløp til en elv som renner inn i Stillehavet i Nord-Amerika. Tilførsel av en mengde på ca. 100 kg per hektar ble foretatt med en mekanisk spreder fra et helikopter som kretset over bekken våren 1993.

Før denne tilførsel utgjorde næringskjeden representert ved bakterier, alger, vannplanter, marker og insekter, mengder som bare ga næring til noen få juvenile laks.

Inspeksjon av bekken mot slutten av våren 1994, viste at den var uendret ovenfor tilførselspunktet for LDP04. Ved og nedenfor tilførselspunktet var det en markert forandring av det akvatiske miljø, og litt av magnesium-ammoniumfosfatet som ble tilført i 1993, var fremdeles tilstede i partikkelform i det vandige miljø. Alger, marker og insekter forekom i overflod på og under Stener i bekken og på bunnen og sidene av bekken. Størrelsen og antallet juvenile laks ved og nedenfor tilførselspunktet var i 1994 omtrent det dobbelte av hva det var før behandling i 1993.

Lignende mekanisk utspredning av andre overtrukne og tabletterte terrestriske gjødningsstoffer forårsaket mekanisk nedbrytning av gjødningsstoffene slik at de var ineffektive.

Dette eksempel demonstrerer den effektive anvendelse av partikkelformede forbindelser med formel LDP04 sammenlignet med andre terrestriske gjødningsstoffer under betingelser med vanndiffusjon av solubiliserte næringsstoffer i vandige miljøer med varierende vanntemperatur.

I to akvarier på 100 liter, hvor vanntemperaturene ble holdt ved henholdsvis 10 og 20°C, ble det anbragt seks briketter av kalium-magnesiumfosfat med en vekt på 15 gram og analyseresultatet 0-37-24-12(mg) i kontakt med vann på bunnen av akvariene. På tilsvarende steder i akvariet ble det også anbragt prøver av plastovertrukket kaliumnitrat ,samt briketter av blandet kaliumfosfat og magnesiumfosfat med analyseresultat 0-26-17-8,4(mg).

Det oppsto små varmestrømninger i akvariet som følge av tilfeldige temperaturendringer, og det inntrådte diffusjon av næringsstoffer over alt i vannet etter som næringsstoffene ble solubilisert.

Det inngikk her ikke fisk eller andre ledd i noen næringskjede, men de gjenværende ikke-frigjorte næringsstoffene ble nå og da målt over en 300 dagers testperiode med følgende resultater:

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for anvendelse av fosfatkjemikalier av formelen LDP04 for under kontrollert frigjøring, å tilføre næringsstoffer til en næringskjede i et vandig miljø og derved gi næring til dyrkning av fisk i dette, karakterisert ved at (a) det velges en i det vesentlige vann-uløselig partikkelformet fosfatforbindelse med formel LDPO4, hvor L representerer en monovalent Lewissyre og D representerer et divalent metall, for anvendelse som kilde for akvatisk nærings-substrat med kontrollert frigjøring; (b) det anbringes en ernæringsmessig effektiv mengde av den valgte fosfatforbindelse i det vandige miljø i det vesentlige i kontakt med vann; og (c) vannet får forbli i kontakt med den valgte fosfatforbindelse i et tidsrom på mellom 30 og 365 dager for å spre vannløselige næringsstoffer som langsomt frigjøres fra denne, for effektivt å ernære ledd i næringskjeden som utgjør næring for fisk i det akvatiske miljø.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,'karakterisert ved at næringskjeden omfatter én eller flere former av liv som ernærer fisk, og som er valgt fra gruppen bestående av mikrober, alger, sopp, vannplanter, larver, mark og insekter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det vandige miljø er valgt fra gruppen bestående av elver, bekker, sjøer, estuarer, dammer, bassenger og akvarier.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at Li formel LDPO4 representerer en monovalent del valgt fra gruppen bestående av ammonium, kalium og natrium.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at D representerer et divalent metall valgt fra gruppen bestående av magnesium, sink, mangan, jern og kobber.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fosfatforbindelsen er valgt fra gruppen bestående av magnesium-ammoniumfosfat, magnesium-kaliumfosfat, mangan-ammoniumfosfat, mangan-kaliumfosfat, sink-ammoniumfosfat, sink-kaliumfosfat, jem-ammoniumfosfat og jem-kaliumfosfat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den partikkelformede fosfatforbindelse oppviser en bulktetthet på mellom 0,8 og 2,0 gram per milliliter.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den partikkelformede fosfatforbindelsen har en fysisk form valgt fra gruppen bestående av granuler, ekstrusjoner, briketter, komprimerte biter, flak, beholdere som reduserer tilgangen på vann og matriksmaterialer.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av L-, D-og P04 -delene som kombinert i LDP04, oppviser mellom 70 og mer enn 99% kaldtvanns-uløselighet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den partikkelformede fosfatforbindelse anbringes i det vandige miljø hvor den i det vesentlige er i kontakt med vann som strømmer med hastigheter på ca. 0 til 1,5 meter per sekund.

11. Fremgangsmåte ifølge kravl, karakterisert ved at den partikkelformede fosfatforbindelse anbringes i det vandige miljø i kontakt med strømmende vann slik at frigjøringen av næringsforbindelser i det vesentlige er fullført i løpet av ett år.

12. Fremgangsmåte for å forbedre veksten av juvenil fisk i næringsfattige elver ved i disse å anbringe en fosfatforbindelse med formelen LDP04 for under kontrollert frigjøring, å oppnå næringsstofftilførsel til en næringskjede bestående av mikrober, alger, sopp, vannplanter, larver, mark og insekter, som kulminerer som for for fisk, karakterisert ved at (a) det velges en granulær fosfatforbindelse med formel LDP04, hvor L representerer en monovalent Lewissyre og D representerer et divalent metall, som inneholder næringsstoffer som trengs i det næringsfattige vann; (b) det anbringes en ernæringsmessig effektiv mengde av den granulære fosfatforbindelse, som oppviser en bulk-tetthet på mellom 0,9 og 1,8 gram per milliliter, i vannstrømmen slik at den i det vesentlige er i kontakt med vann som strømmer med en hastighet på mellom 0,1 og 0,4 meter per sekund; (c) det strømmende vannet får spre vannløselige næringsstoffer som langsomt frigjøres fra den granulære fosfatforbindelse til vannet i et tidsrom på mellom 80 og 365 dager, for derved å øke vekst av en næringskjede som gir nødvendig næring til å forbedre veksten av juvenil fisk.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den granulære fosfatforbindelse er valgt fra gruppen bestående av magnesium-ammoniumfosfat, magnesium-kaliumfosfat, mangan-ammoniumfosfat, mangan-kaliumfosfat, sink-ammoniumfosfat, sink-kaliumfosfat, jern-ammoniumfosfat og jern-kaliumfosfat.