專利名稱：提高海洋中海味生產(chǎn)的方法
背景技術：
本發(fā)明的領域為海味的生產(chǎn)。
人類最早的歷史把我們表現(xiàn)為獵人-采集者，即為我們自己的目的而取得土地所產(chǎn)出的東西。這些獵人-采集者是自然現(xiàn)象的一部分，而不是為他們自己的目的改變自然環(huán)境。在大約7,000至8,000年前的中東，這隨著野生動物，例如牛、豬、山羊、綿羊和狗的馴化而改變。那時，我們的祖先開始隨季節(jié)和條件的變化在最好的牧場放牧馴養(yǎng)動物。我們的祖先仍繼續(xù)捕獵和采集食物，但發(fā)現(xiàn)放牧產(chǎn)率更高。這種趨勢隨著在西亞干旱地區(qū)中對馬的馴化而繼續(xù)發(fā)展。
約5,500年前，一項新發(fā)明席卷了當時的文明世界。該發(fā)明為鏵式犁，它使農(nóng)民的生產(chǎn)效率增加約6倍，它還改變了我們對于土地的認識，即由被動接受變?yōu)榉e極參與。這種改變導致了種植喜愛的作物，而不是接受慣常生長的東西。我們的祖先還開始給土壤澆水和施加營養(yǎng)素，以進一步提高生產(chǎn)效率。
這些轉變并不總是平坦的，也并不是沒有爭議的。許多年來，在美國西部各州中有一片空閑地帶。那時，有些人強烈反對在那片空閑地帶建造籬笆、道路、房屋、農(nóng)田、鐵路和其它侵占物。他們準確無誤地指出，在空閑地帶城市將步這類侵占的后塵而到來。
這種轉變固然在陸地上已取得了巨大的進展，但卻幾乎沒有在占地球表面積四分之三的海洋上開始有所作為。利用相似的變化可從海洋生產(chǎn)效率的提高獲得相似的回報。
許多年來，世界上的漁夫和漁婦就已知，在海洋和其它水體的不同水域中生產(chǎn)效率存在很大差異。近來，已測量了這種差異的程度并確定了產(chǎn)生差異的原因。已知海洋中全部生物的約60％存在于海洋表面的2％處。因此，海洋可視作一個巨大沙漠，僅有少量富有生物的翠綠地區(qū)。這些翠綠地區(qū)很容易看出。對于大多數(shù)海洋表面而言，你可透過水看到約150至300英尺(約46至91米)，如同在墨西哥灣流中可看到的那樣。相反，在海洋的多產(chǎn)地帶，透過水你只能看到約2英尺(約0.6米)，這是因為水中的生物是如此之密集。秘魯海岸沿岸的自然上升流(natural upwelling)就是這種情況。
從這些多產(chǎn)的海域和其他水域選出了一些例子。已確定了它們的差異。多產(chǎn)的海域富含鐵、磷、氮和微量礦物質，然而其它海域缺少這些成分的一種或多種。需要這些肥沃的礦物質，來從給定的海域獲得最高的海味生產(chǎn)。在海洋表面的不同區(qū)域存在的營養(yǎng)素差異巨大，必須取樣、分析，以確定為獲得秘魯上升流的生產(chǎn)效率所需營養(yǎng)素的確切水平。
海洋在幾個方面不同于陸地(1)海洋中不存在旱災；(2)海洋流動；和(3)海洋既在垂直方向也在水平方向混合。第一點區(qū)別意味著海洋僅需較少的成分來獲取增產(chǎn)。海洋還容易接近，無需建造鐵路和公路。第二點區(qū)別意味著施肥可在離收獲海味的地點很遠的地點進行。第三點區(qū)別意味著施肥必須大規(guī)模地進行，否則就不可能發(fā)現(xiàn)施肥的效果。
涉及本發(fā)明的領域包括肥料和其它提高海味生產(chǎn)方法的領域。
美國專利4,189,379公開了一種將富含營養(yǎng)素的海水從海洋的無光帶引入透光層的方法。該專利述及地球上的生物依賴由綠色植物生物體通過將太陽光轉變成能量的稱作光合作用的過程制造的食物。在海洋中，支持光合作用過程的足夠太陽光僅存在于海洋表面以下100至200米的水中?？捎眯g語“透光層”描述該區(qū)域，所有的海洋光合作用都在此區(qū)域內發(fā)生。透光區(qū)以下是沒有足夠的光來支持光合作用的無光層。通過從無光層人工誘導相對富含營養(yǎng)素的海水的上升流，可提高透光層中可收獲的食物產(chǎn)量。該專利還公開了一種可沒入水中誘導這種上升流且避免熱操作系統(tǒng)的缺點的海水脫鹽設備。
“在赤道太平洋生態(tài)系統(tǒng)中驗證鐵假設”，J.H.Martin等人，Nature，371卷，第123-129頁(1994年9月8日)描述了這樣的試驗通過使開闊的赤道太平洋64KM2的水域富含鐵，鐵可限制海洋的廣闊區(qū)域內的浮游植物生長。據(jù)報道這導致了植物生物量翻番，葉綠素增加三倍，植物產(chǎn)量增加四倍。據(jù)報道，在加拉帕戈斯(Galapagos)島下游，在富含葉綠素-鐵的羽狀部(plume)也發(fā)現(xiàn)了類似的增加，而加拉帕戈斯島是天然富鐵的。據(jù)報道，這些發(fā)現(xiàn)表明鐵的限制作用可控制海洋中浮游植物的生產(chǎn)和生物量。
有大量的肥料和施肥方法為相關領域內所熟知。
美國專利976,793公開了一種肥料，它包含鹽，例如銨的硝酸鹽和磷酸鹽以及鉀堿，帶有產(chǎn)生粒團的粘結料，可溶性的鹽不易從粒團中因水的作用而被浸出。
美國專利4,579,579公開了一種制備緩釋肥料的方法。肥料可包含天然、有機高吸附量的載體物質，例如花生殼，具有富含氮、磷、鉀和微量元素以及化學組成完全且平衡的植物營養(yǎng)素一起構成的營養(yǎng)物質。營養(yǎng)素以緩慢的可控制的速度提供，因為在營養(yǎng)素可從花生殼中浸出之前，營養(yǎng)素的有機載體必須先分解。此外，花生殼不僅作為營養(yǎng)素的載體，而且它們本身也是營養(yǎng)物質。
美國專利4,581,846公開了一種給森林、農(nóng)田和其它大型作物區(qū)施肥的體系和方法，該專利公開的發(fā)明的一個目的是提供一種來自固態(tài)或液體城市廢物的長期的營養(yǎng)素來源。該專利公開了一個集中的體系，包括借助存活于大型包裝的植物纖維基質中的微生物，使不溶的有機物和無機物轉變成可溶的植物營養(yǎng)素。
美國專利4,755,397公開了一種淀粉基顆粒的膠囊化方法。該專利公開了一種以淀粉作為膠囊化劑將各種物質封入膠囊的方法。形成膠囊物的方法可用于將各種物質包括植物生長調節(jié)劑和肥料封入膠囊。
美國專利4,911,952公開了通過截留入未改性淀粉基質內形成囊狀物的過程。不用化學交聯(lián)劑即實現(xiàn)基本上完全的膠囊化。此方法可用于形成營養(yǎng)素、微量營養(yǎng)料和其它各種物質的膠囊。
美國專利5,143,020公開一種池塘施肥裝置。該裝置包括置于漂浮結構物下面的接受器。漂浮結構物裝備有一個漏斗型開口。肥料可通過漏斗型開口倒入接受器中，水可在接受器的頂部與漂浮結構之間流動，由此溶解肥料。
本發(fā)明的概述提高海洋中海味生產(chǎn)的方法由下列步驟實現(xiàn)(1)測試海水以確定水中所缺少的營養(yǎng)素，(2)給海水施用肥料，肥料包括固氮微生物和足以使微生物固氮(如果海水缺少硝酸鹽的話)的營養(yǎng)素和其它缺少的營養(yǎng)素，和(3)收獲由施肥作用產(chǎn)生的海味?？捎帽绢I域普通技術人員所熟知的許多普通方法中的任何一種進行測試，以確定水中缺少至顯著程度的營養(yǎng)素。如果海味生產(chǎn)因水中營養(yǎng)素水平之故而降低至顯著程度，則營養(yǎng)素就缺少至顯著程度?？捎靡环N或更多種肥料施肥。如果海水缺少硝酸鹽，則肥料應包含固氮微生物，例如在開闊海洋中固氮的藍藻和浮游植物(Trichodesmium)和足以使微生物固氮的營養(yǎng)素。微生物和使微生物固氮所需的營養(yǎng)素優(yōu)選定位化(例如在同一個肥料顆粒中)，使營養(yǎng)素遇到海水時立刻可供給微生物。小心地加入鐵可能是使藍藻和浮游植物繁盛和固氮的唯一需要的營養(yǎng)素。肥料應提供海水缺少的其它(非硝酸鹽)營養(yǎng)素。因此，根據(jù)測試結果，肥料可包含鐵、磷酸鹽、固氮微生物和微量礦物質，以及其它物質。肥料優(yōu)選貼附至漂浮物質，例如稻殼、麥秣、碎玉米棒、花生殼和/或其它生態(tài)適宜的漂浮物質。肥料還可包含高分子量淀粉，它使肥料定時從漂浮物中釋放出來。海味收獲可在施肥的地點進行，但在晚些時間，或當涉及海流時，收獲可在施肥地點的下游地點進行。
本發(fā)明的詳細說明本發(fā)明的海洋施肥作用將大大提高海洋的海味生產(chǎn)率。(術語“海洋”也包括海、海灣和其他大的水體)。例如沿美國的大西洋和太平洋海岸進行海洋施肥可提高這些海岸沿岸的生產(chǎn)率，達到秘魯海岸沿岸的固有生產(chǎn)率水平。這可將美國的大西洋和太平洋海岸沿岸的海味的生產(chǎn)率提高達30倍甚至更高，從而提供數(shù)以千計的新就業(yè)機會，并振興目前在美國某些地區(qū)正處于下滑狀態(tài)的漁業(yè)，同時又可為國內消費和出口產(chǎn)出高質量的蛋白質食品。海洋施肥也可以以同樣的益處改進其他國家的海岸沿岸的漁獲。
海洋施肥可在國內水域內進行，從而確保提高海味生產(chǎn)的益處有助于進行海洋施肥的國家的漁業(yè)效益。例如，美國進行的所有施肥可在200英里(約323公里)限度內實施；這樣幾乎所有的效果都在美國水域內。
海洋施肥的基本參數(shù)為約1磅(約0.45千克)化肥在海洋中產(chǎn)生約2至10噸(約1.8至9.1公噸)生物量。保守的估計是一噸(約0.9公噸)將在海洋中產(chǎn)生約4,000噸(約3,600公噸)生物量。
與施肥的土壤相比，單位表面積施肥的海洋的生產(chǎn)率應更高。甘蔗種植現(xiàn)在每年產(chǎn)出約40噸/英畝(約36公噸每0.4公項)。如果在海洋施肥中達到相同的生產(chǎn)率，這將是每年約25,600噸/平方英里(約23,300公噸每2.6平方公里)。
在陸地上施肥總是伴隨著種植。在海洋中，施肥可結合引入海藻、卵塊和其他生物體，包括來自孵卵場的幼魚。這可進一步提高海洋的海味生產(chǎn)。
在陸地上，種植和施肥常在春天進行，收獲則常在秋天進行。而在海洋農(nóng)業(yè)(ocean farming)中，施肥和收獲之間的時間量取決于許多因素。在施肥后海藻繁盛的滯后時間是約4天。浮游植物享用海藻，釣鉺魚食用浮游植物，沿著食物鏈，直至達到大的哺乳動物和魚類。沿美國海岸，最重要的海流是墨西哥灣流和日本海流。每一海流以大約4英里/小時(約6.4千米/小時)的速度流動。因此，在這兩種海流之一的海洋表面的一個位置施肥將在下游的另一位置處產(chǎn)生供收獲的結果。在約4英里/小時(約6.4公里/小時)時約4天的滯后時間將是約400英里。對于墨西哥灣流，這意味著在佛羅里達的基韋斯特施肥，將在北佛羅里達使捕漁量上升，而更大的魚出現(xiàn)在佐治亞、南卡羅來納、北卡羅來納及佛吉尼亞海岸。依據(jù)施肥的進行方式，捕魚量上升的現(xiàn)象將在墨西哥灣流中延續(xù)許多英里。
海洋施肥可在夏天在北至馬薩諸塞進行，墨西哥灣流常在此時到達該處海岸。相反，在冬天時，拉布拉多海流將營養(yǎng)素含量較高的冷水帶至遠達紐約或新澤西。在這些冬天的條件下，墨西哥灣流易轉而向東朝著歐洲方向，在佛吉尼亞海岸的200英里(323公里)限度之外。
測試可以確定，在墨西哥灣流中海洋施肥甚至可更早進行，例如在佛羅里達西海岸進行，這樣海藻的繁盛在墨西哥灣流繞過佛羅里達的基韋斯特前即已開始。這將在墨西哥灣流轉而向東脫離美國水域范圍之前有更多的時間沿美國的東海岸收獲更大的魚。
在墨西哥灣流中，希望化肥主要由鐵構成，并帶有某些磷酸鹽和某些固氮微生物，以使營養(yǎng)素含量最高達秘魯上升流(Peruvianupwelling)的水平。海洋施肥應該用測試監(jiān)控，因為墨西哥灣流沿海岸不同而極為復雜，具有漩渦和渦流，并有暴風雨、海潮和偶然的颶風的影響。但是，海洋施肥的結果自然總是海藻生長，其余順推。
海洋施肥只在海洋的上層水位有效，并且優(yōu)選在海洋上層約100英尺(約30米)。因此，優(yōu)選的海洋施肥方法是將化肥固定至漂浮物上，例如稻殼、麥秣、粉碎玉米棒、花生殼等。化肥優(yōu)選的形式為能經(jīng)數(shù)天或可能長達一星期的時間后溶在表層水中。因此，一種優(yōu)選的海洋施肥方法包括帶高分子量淀粉的化肥物質的混合物，從而生產(chǎn)一種緩慢溶于海水中的化肥。海洋施肥起初的方法應旨在使有關的一部分海洋表面達到秘魯上升流中的海洋表面的營養(yǎng)素組成，因該處的海味生產(chǎn)是公知的。海洋施肥的方法優(yōu)選包括在施肥條件下對海味生長動態(tài)進行其他的測試和研究，從而可達到進一步改變和改進化肥的組成以及海洋施肥的方法。
以除去約1,340百萬噸(約1,220百萬公噸)二氧化碳的量對約53,000平方英里(約140,000平方公里)海洋施肥，開始每年需要約250,000噸(約230,000公噸)化肥。即約每天1,000噸(約900公噸)，每年250天。如果施至海洋的化肥每噸(約0.9公噸)成本約為200美元，則成本約每年50,000,000美元。海洋施肥的成本優(yōu)選還包括監(jiān)控、測試和報告的使用，以優(yōu)化海洋施肥方法，包括優(yōu)化化肥組成、施用量和施用地點。
上述詳細說明主要針對墨西哥灣流，這是因為它流經(jīng)美國最大的人口聚集中心并且現(xiàn)在有漁業(yè)。但是提高海味生產(chǎn)的本方法也可很好地適用于其他地方。隨地點不同，需要對本法作改變。例如，本方法也適用于美國的西海岸。日本海流在白令海中從上升流吸收天然肥料。這樣就一路提高其海味生產(chǎn)，直至到達華盛頓州的海岸，但海味生產(chǎn)沿俄勒崗海岸下降，并在日本海流到達加利福尼亞北部前就完全沒有了。日本海流可在華盛頓州海岸處施肥，以提高俄勒崗海岸和加利福尼亞海岸的海味生產(chǎn)。因此，本發(fā)明方法可作改變，包括改變肥料組成，以及施放肥料的地點和特點，這取決于施肥海洋的表面區(qū)域。
本發(fā)明的海洋施肥方法可采用可在海上連續(xù)約120天、并具有載運約120,000噸(約110,000公噸)肥料能力的輪船。輪船備有泵，用于混合肥料和海水，并將混合物分散到海洋中。每條輪船可配備3臺2,500馬力的泵，以將90％海水和10％肥料的混合物噴離船尾。每條輪船需有600,000 Bbls(約90,000千升)的容量，這相當于一個中等尺寸的罐。
海洋施肥將引起海藻繁盛。海藻繁盛將從水、然后從空氣中除去CO2。生物量將成為最終包括大魚和鯨的食物鏈的一部分。動物生活將氧化生物量，并將CO2送回海洋，并最終送回空氣中。某些生理物質將沉至海底，在該處被底層流收集，最后被循環(huán)到上升流。成為這一循環(huán)的一部分的總碳量從海水和空氣中除去，最終達到平衡，正如頂極森林一樣，在此之后，就不會出現(xiàn)大氣CO2的凈下降。海洋達到這一平衡的時間估計為數(shù)百年，但無法確切估計。這意味著連續(xù)進行海洋施肥將在未來的相當一段時間內凈除去CO2。
每年生產(chǎn)1,000百萬噸(約900百萬公噸)海藻(生物量)將多生產(chǎn)約50,000,000噸(約45,000,000公噸)魚，如果我們由每20噸(約18公噸)海藻得到約1噸(約1.1公噸)有用魚的話。這就給美國的每一男、女和小孩每天多提供約1磅(約0.45千克)魚，這可按如上所述用本發(fā)明的提高墨西哥灣流海味生產(chǎn)的方法實現(xiàn)。因此，用本發(fā)明的提高墨西哥灣流海味生產(chǎn)的方法即可為美國和其他國家的居民生產(chǎn)高營養(yǎng)的食物源。
用于本發(fā)明的生產(chǎn)海味方法的肥料具有許多規(guī)格，例如溶解速度和低于水的密度，以及所需的營養(yǎng)價值和固氮微生物含量。具有所需化學組成的原料的最廉價的來源即可，因為海洋生物能夠處理肥料，不管其形狀和化學組成如何。肥料不能含有可危及海洋生物的濃度的有毒化學品，并且無可為海味消費者吸收的病原體。因此，有許多廢物可以低成本加工成適用的肥料，有助于回收循環(huán)廢物。
本發(fā)明提高海味生產(chǎn)的方法具有顯著的經(jīng)濟效果。如果海味的價值平均為每磅(0.45千克)0.50美元，則沿美國的一條海岸每年多生產(chǎn)50,000,000噸(約45,000,000公噸)海味，每年將產(chǎn)出50,000,000,000美元的產(chǎn)業(yè)。如果每50,000美元/年的銷售額有一個新的就業(yè)機會，那么每條海岸將創(chuàng)造一百萬個新的就業(yè)機會。
本領域普遍技術人員將可看出本發(fā)明有各種變化，本發(fā)明將只受所附權利要求書的限制。
權利要求
1.提高海洋中海味生產(chǎn)的方法，包括下列步驟(1)測試海洋表面的一個區(qū)域，以確定至少一種缺失至顯著程度的營養(yǎng)素；和(2)施用肥料以肥沃海洋表面，所述肥料包括至少一種固氮的微生物和至少一種選自所述營養(yǎng)素的營養(yǎng)素；和(3)收獲至少一部分由肥沃所述海洋所得的提高的海味生產(chǎn)成果。
2.權利要求1的方法，其中所述微生物包括至少一種選自藍藻和浮游植物的生物，并且所述肥料包括足夠量的定位化的營養(yǎng)素，以使至少一種所述微生物固氮。
3.權利要求1的方法，其中所述肥料包括磷酸鹽。
4.權利要求1的方法，其中所述肥料含鐵。
5.權利要求1的方法，其中所述肥料含微量礦物質。
6.權利要求1的方法，其中所述肥料含有漂浮物質。
7.權利要求6的方法，其中所述漂浮物質選自稻殼、麥秣、碎玉米棒、花生殼和其他生態(tài)適宜的漂浮物質。
8.權利要求1的方法，其中所述肥料還含有高分子量淀粉。
9.權利要求2的方法，其中所述肥料含有鐵、漂浮物質和高分子量淀粉。
10.提高海味生產(chǎn)的方法，包括下列步驟(1)測試海洋表面的一個區(qū)域，以確定至少一種缺失至顯著程度的營養(yǎng)素；和(2)施用肥料以肥沃海洋表面，所述肥料含至少一種所述營養(yǎng)素；和(3)收獲至少一部分由肥沃所述海洋所得的提高的海味生產(chǎn)成果。
11.肥沃海洋的方法，包括下列步驟施用肥料以肥沃海洋表面，所述肥料包括至少一種固氮的微生物以及至少一種選自所述營養(yǎng)素的營養(yǎng)素。
12.權利要求11的方法，其中所述微生物含至少一種選自藍藻和浮游植物的生物，而所述肥料含足夠量的定位化的營養(yǎng)素，以使至少一種所述微生物固氮。
13.權利要求11的方法，其中所述肥料包含磷酸鹽。
14.權利要求11的方法，其中所述肥料包含鐵。
15.權利要求11的方法，其中所述肥料包含微量礦物質。
16.權利要求11的方法，其中所述肥料包含漂浮物質。
17.權利要求11的方法，其中所述漂浮物質選自稻殼、麥秣、碎玉米棒、花生殼和其他生態(tài)適宜的漂浮物質。
18.權利要求11的方法，其中所述肥料還包括高分子量淀粉。
19.權利要求11的方法，其中所述肥料包括鐵和漂浮物質。
20.權利要求12的方法，其中所述肥料包括鐵、漂浮物質和高分子量淀粉。
全文摘要
提高海洋中海味生產(chǎn)的方法。包括(1)測試海洋表面的水，以確定缺失的營養(yǎng)素；(2)向海水中施用肥料，肥料包括固氮的微生物和足夠的營養(yǎng)素，以使微生物固氮(如果海水缺硝酸鹽)，和其他缺失的營養(yǎng)素，和(3)收獲由肥沃作用產(chǎn)生的提高的海味生產(chǎn)成果。
文檔編號A01K61/00GK1147192SQ95192813
公開日1997年4月9日 申請日期1995年4月14日 優(yōu)先權日1994年4月28日
發(fā)明者小邁克爾·馬凱爾斯 申請人:小邁克爾·馬凱爾斯