專(zhuān)利名稱(chēng)：藻類(lèi)的人工加速栽培裝置和栽培方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及藻類(lèi)的陸上養(yǎng)殖系統(tǒng)。尤其涉及以完全通過(guò)人工控制栽培環(huán)境而人工加速栽培藻類(lèi)為目的的陸上栽培裝置和方法。
背景技術(shù)：
由于異常的氣象、由于開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的棲息環(huán)境的破壞、海洋污染等，日本人一直以來(lái)作為食用利用的裙帶菜、海帶、羊棲菜、紫菜等藻類(lèi)資源生產(chǎn)量變得不穩(wěn)定。此外，由于河流的環(huán)境惡化等，河紫菜瀕臨滅絕的危險(xiǎn)。
作為其對(duì)策，從穩(wěn)定性和安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)陸上養(yǎng)殖進(jìn)行了不斷的研究開(kāi)發(fā)(例如，參見(jiàn)下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1-3)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2002-320426號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2002-315568號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3特開(kāi)平10-117628號(hào)公報(bào)在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了“一種海藻類(lèi)養(yǎng)殖裝置，其特征在于在收容海藻類(lèi)和海水，從光源向所述海藻類(lèi)照射光線的海藻類(lèi)養(yǎng)殖水槽內(nèi)，設(shè)置由呈中空狀且在略微垂直方向上設(shè)置的中空管和設(shè)置在該中空管內(nèi)下端側(cè)，吹出空氣的氣泡泵構(gòu)成的換氣裝置，通過(guò)由所述氣泡泵吹出的氣泡對(duì)海水進(jìn)行曝氣處理，通過(guò)將所述氣泡與中空管內(nèi)的海水混合，從而該海水在中空管內(nèi)上升而從上部的噴出口噴出，同時(shí)從中空管下部的流入口汲取海水，從而使海水在海藻類(lèi)養(yǎng)殖水槽內(nèi)循環(huán)，在該海水的循環(huán)中，海藻被帶入，從而在海藻類(lèi)養(yǎng)殖水槽內(nèi)漂浮”(該申請(qǐng)的權(quán)利要求1)。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了“一種培養(yǎng)方法，其特征在于向培養(yǎng)藻類(lèi)的藻類(lèi)培養(yǎng)槽中導(dǎo)入養(yǎng)殖水槽排水，在藻類(lèi)培養(yǎng)槽內(nèi)，將養(yǎng)殖水槽排水中的氮?dú)?、磷作為營(yíng)養(yǎng)成分加入藻類(lèi)中，從而對(duì)養(yǎng)殖水槽排水進(jìn)行處理，通過(guò)膜分離裝置將藻類(lèi)培養(yǎng)水固液分離而進(jìn)行濃縮，同時(shí)，向浮游生物培養(yǎng)槽中供應(yīng)濃縮藻類(lèi)培養(yǎng)水，在浮游生物培養(yǎng)槽中以藻類(lèi)為營(yíng)養(yǎng)成分培養(yǎng)浮游生物，通過(guò)膜分離裝置將浮游生物培養(yǎng)水固液分離進(jìn)行濃縮，將濃縮浮游生物培養(yǎng)水作為餌料供應(yīng)至養(yǎng)殖水槽中或作為餌料產(chǎn)品取出體系外”(該申請(qǐng)的權(quán)利要求1)。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)了“一種通過(guò)陸上水槽的海藻類(lèi)增養(yǎng)殖方法，其特征在于在海藻類(lèi)增繁殖的海底區(qū)域中，布置海藻類(lèi)養(yǎng)殖盤(pán)，實(shí)施海藻類(lèi)種子的自然養(yǎng)活，然后移至供給有新鮮海水的陸上水槽內(nèi)”(該申請(qǐng)的權(quán)利要求7)。
太陽(yáng)光在海水中發(fā)生擴(kuò)散，隨著水深的加深，光線減少。另外，水溫也同樣隨著水深的加深而降低。此外，溶解在海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)、二氧化碳或氧氣等氣體也受到影響。根據(jù)這樣的深度適宜生長(zhǎng)繁殖的藻類(lèi)有所不同，稱(chēng)之為垂直分布。這樣垂直分布下的藻類(lèi)各自最佳的生長(zhǎng)繁殖條件有所不同，基本上在藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖環(huán)境條件中，水溫、光、溶解的氣體濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度中分別都有最佳的范圍，與這些條件都是密切相關(guān)的。因此，如果即使只有一個(gè)條件脫離了該條件范圍，生長(zhǎng)繁殖也會(huì)受到顯著抑制。因此，在陸上進(jìn)行人工加速栽培的情況下，必須對(duì)這些環(huán)境條件進(jìn)行控制。
然而，在所述現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有對(duì)這些方面的考察，或非常不充分。例如，在所述現(xiàn)有技術(shù)中，由于受到自然環(huán)境的水溫、光的影響，如果在異常氣象等下，溫度降低或日照時(shí)間減少，則會(huì)受到栽培期變長(zhǎng)、枯死等的影響。此外，為了在陸上養(yǎng)殖藻類(lèi)，需要引入大量的海水，此時(shí)，由于大量使用液體肥料，因此會(huì)導(dǎo)致海洋的污染。此外，由于密集養(yǎng)殖，因此容易受到疾病的危害。由于這樣因素，目前的陸上養(yǎng)殖存在栽培不穩(wěn)定這樣致命的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
解決所述課題的本發(fā)明的藻類(lèi)的人工加速栽培裝置的特征在于，包括將藻類(lèi)的藻體、孢子體或配子體作為種藻進(jìn)行栽培的水槽；使氣體溶解在所述水槽中的培養(yǎng)水中的氣體溶解擴(kuò)散裝置；向所述水槽照射已控制光質(zhì)平衡和照度的光的光照射裝置；將所述培養(yǎng)水的溫度控制在一定范圍的溫度控制裝置；向所述培養(yǎng)水中添加含有藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺的必須營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)鹽添加裝置；所述培養(yǎng)水凈化裝置(12)；所述各裝置的控制用測(cè)量裝置(技術(shù)方案1)。
本發(fā)明的藻類(lèi)的人工加速栽培方法，其為在以藻類(lèi)的藻體、孢子體或配子體作為種藻的水槽中進(jìn)行栽培的方法，其特征在于，包括使氣體溶解在所述水槽中的培養(yǎng)水中的步驟；從已控制光波長(zhǎng)、光質(zhì)平衡以及照度的光源向所述水槽照射光的步驟；將所述培養(yǎng)水的水溫控制在一定范圍的步驟；向所述培養(yǎng)水中添加含有藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺的必須營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的步驟；進(jìn)行所述培養(yǎng)水的除菌·凈化的步驟(技術(shù)方案11)。
發(fā)明效果如果以下述實(shí)施例中海葡萄的栽培作為實(shí)例，則根據(jù)本發(fā)明，與對(duì)照區(qū)相比，重量比中的生長(zhǎng)超過(guò)了對(duì)照區(qū)的3倍。另外，得到的海葡萄的質(zhì)量也良好。
由此，根據(jù)本發(fā)明，可以得到以往的養(yǎng)殖技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)的，安全且質(zhì)量良好的藻類(lèi)的人工加速栽培。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法稱(chēng)為藻類(lèi)的植物工廠，即水產(chǎn)植物工廠。


本發(fā)明實(shí)施例中藻類(lèi)的人工加速栽培裝置的概略圖。
以海葡萄平均重量表示的生長(zhǎng)速度的圖表。
具體實(shí)施例方式
可以使用本發(fā)明的藻類(lèi)是屬于褐藻綱、綠藻綱、紅藻綱、藍(lán)藻綱的食用藻類(lèi)(技術(shù)方案12)。例如，可以列舉已知作為高級(jí)食物的蕨藻(イワヅタ)目的蕨藻(クビレヅタ)，通稱(chēng)“海葡萄”(技術(shù)方案13)。
作為藻類(lèi)生長(zhǎng)不可缺少的三個(gè)要素，是光、營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)、水溫。以下，分別進(jìn)行說(shuō)明。
<光的控制>
在藻類(lèi)中具有與陸上植物同樣的光反應(yīng)，這會(huì)對(duì)生長(zhǎng)或質(zhì)量有很大的影響。如果作為光合成和藻類(lèi)的形態(tài)形成必須的光波長(zhǎng)，照射紅色光(600～780nm)和綠色光(500nm～600nm)藍(lán)色光(400～500nm)，則稱(chēng)為葉綠素或植物色素、類(lèi)胡蘿卜素的光接受體受到刺激，對(duì)光合成、葉和莖等藻類(lèi)器官的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。然而，為了促進(jìn)藻類(lèi)生長(zhǎng)，正常地進(jìn)行生長(zhǎng)，對(duì)于特定的單色光，會(huì)發(fā)現(xiàn)藻類(lèi)器官的形成異常和葉面的褪色，因此不能是單色波長(zhǎng)的光，優(yōu)選照射所述三種波長(zhǎng)的混色光(權(quán)利要求2)。存在根據(jù)藻類(lèi)的紅色類(lèi)、藍(lán)色類(lèi)和綠色類(lèi)光能量比的特征。在綠藻類(lèi)中，適合將紅色類(lèi)、藍(lán)色類(lèi)和綠色類(lèi)大概以能量比依次為2±1∶3±1∶5±1的比率混合。在褐藻類(lèi)的情況下，適合將紅色類(lèi)、藍(lán)色類(lèi)和綠色類(lèi)以能量比分別為3±1∶2±1∶5±1的比率混合。這些光質(zhì)平衡的光源照射藻類(lèi)的照度是藻類(lèi)生長(zhǎng)必須的照度，在20～400μmol/m2/s的范圍內(nèi)，但根據(jù)該藻類(lèi)的棲息環(huán)境，適合生長(zhǎng)的照度受到影響。例如，如果是紅藻類(lèi)的紫菜，則優(yōu)選為140～200μmol/m2/s，如果是褐藻類(lèi)的海藻，則優(yōu)選為40～200μmol/m2/s，如果是綠藻類(lèi)的蕨藻(クビレヅタ)，則優(yōu)選為100～120μmol/m2/s。
為了控制這些光的波長(zhǎng)、三色混合光與照度，作為光源，優(yōu)選發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈。在現(xiàn)實(shí)情況中，金屬鹵化物燈和高壓鈉燈較為便宜。但是，為了獲得正確的光質(zhì)平衡，優(yōu)選發(fā)光二極管。發(fā)光二極管可以得到正確的光質(zhì)平衡，適合在藻類(lèi)的人工加速栽培用中，在水槽的上方(例如在頂棚面)上設(shè)置發(fā)出各自波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，將其作為光源(技術(shù)方案2)。由此，通過(guò)變換器對(duì)各波長(zhǎng)區(qū)域的三種發(fā)光二極管進(jìn)行控制，還可以對(duì)照度進(jìn)行控制。
在向藻類(lèi)照射如此控制光的情況下，如果連續(xù)照射光線，則光合成能力有時(shí)會(huì)降低。即，植物的生理代謝功能變得異常，產(chǎn)生光障礙。因此，不能是連續(xù)光，優(yōu)選在明暗周期下進(jìn)行。在明亮期內(nèi)，通過(guò)吸收二氧化碳進(jìn)行光合成，合成貯藏碳水化合物，在黑暗期內(nèi)，在藻類(lèi)的體內(nèi)開(kāi)始代謝。從水中吸收氧氣，氧氣和碳水化合物在體內(nèi)燃燒，產(chǎn)生能量，排出二氧化碳。該明暗周期根據(jù)藻類(lèi)有所不同，1天的明亮期總計(jì)時(shí)間為5小時(shí)～24小時(shí)，尤其適合的是12小時(shí)～24小時(shí)(技術(shù)方案3)。
<氣體濃度的控制>
藻類(lèi)與陸上植物一樣，在明亮期進(jìn)行光照射、光合成并吸收二氧化碳，在黑暗期吸收氧氣，重復(fù)呼吸代謝，從而生長(zhǎng)。因此，通過(guò)在明亮和黑暗下改變明暗周期中必須的二氧化碳和氧氣濃度，從而適于植物的生長(zhǎng)。
在本發(fā)明中，在這些氣體內(nèi)，二氧化碳?xì)怏w可以使用市售的液化二氧化碳瓶，也可以通過(guò)化石燃料或生物量(biomass)的燃燒得到。通過(guò)化石燃料的燃燒產(chǎn)生二氧化碳的二氧化碳產(chǎn)生裝置也是市售的。氧氣可以通過(guò)使用以氣體分離膜濃縮空氣中氧氣的類(lèi)型的氧氣產(chǎn)生裝置，以濃縮氧氣的形式得到(技術(shù)方案4，5)。
向擴(kuò)散管中導(dǎo)入這些氣體，從而以微細(xì)氣泡的形式在水中溶解擴(kuò)散。另外，采用泵而使水流流動(dòng)，從而擴(kuò)散氣體。此時(shí)的氣體濃度通過(guò)市售的二氧化碳濃度計(jì)和溶解氣體濃度計(jì)測(cè)定，通過(guò)輸出信號(hào)控制各氣體導(dǎo)管的電磁閥(技術(shù)方案10)。對(duì)光的明暗周期進(jìn)行控制，使得明亮期的溶解二氧化碳濃度為100～500ppm，優(yōu)選為150～300ppm，相反，黑暗期停止二氧化碳，通入含有氧氣的空氣?？刂蒲鯕鉂舛龋蛊錇?ppm～20ppm(技術(shù)方案5，6)。
<營(yíng)養(yǎng)鹽的供應(yīng)>
除了光和氣體濃度的控制以外，還必須控制培養(yǎng)水營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的濃度，補(bǔ)充藻類(lèi)要求的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)。
通常，藻類(lèi)從葉面吸收水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)。在海藻類(lèi)的情況下，使用如本發(fā)明的藻類(lèi)裝置時(shí)，將人工海水或過(guò)濾海水用作培養(yǎng)水，因此海藻無(wú)法吸收水中的微量礦物質(zhì)，生長(zhǎng)繁殖降低。為了解決該問(wèn)題，必須從外部補(bǔ)充海水，或向培養(yǎng)水中補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)。混合溶解藻類(lèi)生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的液體在本文中稱(chēng)為“營(yíng)養(yǎng)液”。
藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺少的必須的營(yíng)養(yǎng)素與陸上植物一樣是氮和磷。這些已經(jīng)以陸上植物用和海藻用的方式進(jìn)行了市售。另外，在新的制備中，將作為氮源的銨鹽(硫酸銨、硝酸銨等)、作為磷源的磷酸鹽(過(guò)磷酸鈣、托馬氏磷酸等)、作為鉀源的鉀鹽(硫酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀等)根據(jù)藻類(lèi)生物體N、P、K元素的構(gòu)成比混合各礦物質(zhì)。例如，在“海葡萄”的情況下，N∶P∶K的比率為4∶2∶3，根據(jù)該比率，將氮、磷、鉀分別溶解在過(guò)濾海水或清水中，從而配置營(yíng)養(yǎng)液。另外，還可以參考作為海藻用培養(yǎng)液已知的PES培養(yǎng)液或屋島培養(yǎng)液調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液。
此外，還可以在所述營(yíng)養(yǎng)液中添加維他命類(lèi)或生長(zhǎng)激素等進(jìn)行調(diào)整。
向藻類(lèi)培養(yǎng)水中滴入該營(yíng)養(yǎng)液的控制可以是以培養(yǎng)液中的氮、磷和鉀之一作為指標(biāo)，對(duì)所述培養(yǎng)水中的氮、磷、鉀之一進(jìn)行測(cè)定，補(bǔ)充由于藻類(lèi)生長(zhǎng)吸收的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的不足，從而定量滴入營(yíng)養(yǎng)液(技術(shù)方案8)。
<除菌過(guò)濾>
通常，在藻類(lèi)栽培水槽中，除了用于栽培的目的的藻類(lèi)以外，還存在硅藻類(lèi)等微細(xì)藻類(lèi)和細(xì)菌類(lèi)繁殖的情況，附著藻類(lèi)、微細(xì)藻類(lèi)、原生動(dòng)物和細(xì)菌類(lèi)在栽培水槽內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，從而妨害目的藻類(lèi)的生長(zhǎng)，此外，由于進(jìn)行密集栽培，因此如果產(chǎn)生細(xì)菌引起的藻類(lèi)的疾病，則栽培變得困難，作為其對(duì)策，可以對(duì)該培養(yǎng)水進(jìn)行除菌過(guò)濾。
除菌過(guò)濾優(yōu)選使用含有MF膜(精密過(guò)濾膜)和UF膜(超濾膜)的過(guò)濾裝置(技術(shù)方案9)。膜的可以過(guò)濾的顆粒為0.1μm以下，如果使用該膜，則還可以除去病毒。通過(guò)使用該膜，可以以2天1次以上，6小時(shí)以內(nèi)1次的頻率過(guò)濾替換栽培水量的量。該過(guò)濾頻率即使在培養(yǎng)水的循環(huán)過(guò)濾和棄用中也是適用的。為了延長(zhǎng)MF或UF膜的耐用期，可以在MF或UF膜前安裝砂過(guò)濾裝置或5～10μm的過(guò)濾膜等預(yù)處理裝置。
<溫度控制>
在本發(fā)明中，溫度控制優(yōu)選包括作為用于提高水溫的加溫加熱器熱源的蒸汽、電和加溫用地下水以及鍋爐或太陽(yáng)熱利用型溫水制造裝置和蓄熱水槽、和用于降低水溫的冷卻用地下水或冷卻裝置。優(yōu)選通過(guò)分別利用熱源和冷卻源，對(duì)培養(yǎng)水進(jìn)行熱交換的熱交換器構(gòu)成，控制培養(yǎng)水溫，使其在5℃以上35℃以下的范圍內(nèi)。(技術(shù)方案7)。
<各裝置的自動(dòng)控制>
優(yōu)選組裝輸入來(lái)自對(duì)溶解氣體濃度計(jì)、溫度計(jì)、照度計(jì)、營(yíng)養(yǎng)液的指標(biāo)物質(zhì)的濃度進(jìn)行測(cè)定的測(cè)量器的信號(hào)，對(duì)通氣量、水溫和照度進(jìn)行自動(dòng)控制的電路(技術(shù)方案10)。各自的測(cè)量裝置和其自動(dòng)控制裝置可以使用其自身公知的裝置。
以下，基于所附的附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1栽培的藻類(lèi)是蕨藻目的蕨藻(クビレヅタ)，通稱(chēng)為“海葡萄”的分布于沖繩以南的食用海藻。
在栽培水槽1(栽培尺寸長(zhǎng)150cm×寬100cm×高30cm水槽容積450升)內(nèi)，在水深15cm的部分固定100cm×100cm的母藻植氈2。母藻植氈2在具有8mm開(kāi)口部分的養(yǎng)殖網(wǎng)(合成纖維制)的框架2-a中，以1.5kg/m2鋪設(shè)了母藻2-b，使用同樣的2張養(yǎng)殖網(wǎng)以?shī)A心狀?yuàn)A住母藻，使用器具固定，使得四面的網(wǎng)框架不會(huì)張開(kāi)。夾住該母藻的夾心結(jié)構(gòu)空隙的間隔為2cm。夾住該母藻的網(wǎng)和框架在本文中稱(chēng)為“母藻植氈2”。
在栽培水槽1的底部，固定有向水中通入空氣的空氣分散管3-a和通入二氧化碳的二氧化碳換氣管3-b。這些換氣管是樹(shù)脂制的直徑6cm×長(zhǎng)20cm的三根串聯(lián)連結(jié)的結(jié)構(gòu)?？諝夥稚⒐?-a用于在水中溶解空氣中的氧氣和進(jìn)行水的攪拌。另一方面，二氧化碳換氣管3-b用于在水中溶解二氧化碳。在該實(shí)施例中，二氧化碳的供應(yīng)使用二氧化碳瓶4。向空氣換氣光3-a中供應(yīng)的空氣由鼓風(fēng)機(jī)裝置5得到。各氣體濃度通過(guò)調(diào)整空氣流量計(jì)6-a和二氧化碳流量計(jì)6-b的供應(yīng)流量而進(jìn)行調(diào)整?？諝饬髁坑?jì)6-a通過(guò)閥門(mén)7-a調(diào)整，使得水槽內(nèi)液體的溶解氧氣濃度為5～10ppm，二氧化碳流量計(jì)6-b通過(guò)閥門(mén)7-b調(diào)整，使得水槽內(nèi)液體的溶解二氧化碳濃度為150～200ppm。在空氣分路電磁閥8-a和8-b中，根據(jù)光源明暗周期的控制，使用氣體控制裝置9進(jìn)行控制，使得在明亮?xí)r，打開(kāi)二氧化碳電磁閥8-b，關(guān)閉空氣電磁閥8-a。在黑暗時(shí)，打開(kāi)空氣電磁閥8-a，關(guān)閉二氧化碳電磁閥8-b。
水槽內(nèi)的水溫通過(guò)加熱器17進(jìn)行加熱。海葡萄的栽培的水溫為26～30℃是適宜的，在實(shí)施例中，使用溫度計(jì)18測(cè)定水溫，使用溫度控制裝置19控制加溫加熱器17，將水溫控制在28±1℃。
在栽培水槽1頂部的上部設(shè)置的光源10為將紅色、綠色和藍(lán)色的發(fā)光二極管三排并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。設(shè)置光源10，用光源控制裝置11對(duì)各光源的能量比進(jìn)行控制，使形成紅色類(lèi)2藍(lán)色類(lèi)3綠色類(lèi)5。對(duì)光源的照度進(jìn)行控制，使得水面下15cm處為140μmol/m2/s，控制明暗周期，使得明亮期為20小時(shí)，黑暗期為4小時(shí)。
海水的凈化使用UF膜過(guò)濾裝置12。開(kāi)動(dòng)泵13，通過(guò)閥15調(diào)整流量計(jì)14，使得過(guò)濾流量為0.6升/分鐘。UF膜的過(guò)濾能力為0.01μm，因此可以過(guò)濾細(xì)菌類(lèi)和病毒。
滴入栽培水槽中的營(yíng)養(yǎng)液是向過(guò)濾海水中添加作為氮(N)源的硝酸銨和磷酸銨、作為磷(P源)的磷酸鈣、作為鉀(K)源的氯化鉀，使得分別達(dá)到N4％∶P2％∶K3％，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行調(diào)整。營(yíng)養(yǎng)液貯存在營(yíng)養(yǎng)液罐20中。滴入的營(yíng)養(yǎng)液的量以作為在營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行判斷的任意營(yíng)養(yǎng)源的溶解態(tài)總氮(TN)為指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，在溶解態(tài)總氮(TN)濃度中，設(shè)定培養(yǎng)水的溶解態(tài)總氮(TN)的基準(zhǔn)值，使用營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)滴入裝置16控制培養(yǎng)水中的溶解態(tài)總氮(TN)，使得培養(yǎng)水的的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)具有穩(wěn)定的N∶P∶K比。在該實(shí)施例中，調(diào)整溶解態(tài)總氮(TN)濃度，使其常常保持為1.0ppm～3.0ppm。培養(yǎng)水的更換為1天1次。
使用所述栽培裝置進(jìn)行20天的栽培。另外，作為對(duì)照區(qū)，在同樣的栽培水槽中，安裝加熱器、UF膜過(guò)濾裝置和攪拌用的空氣分散管，每天進(jìn)行新鮮海水的更換，光源使用自然光，在從海水吸收營(yíng)養(yǎng)源的自然環(huán)境中，僅僅水溫和UF膜的條件與實(shí)施例中所述的栽培裝置相同，在這種條件下進(jìn)行海葡萄的栽培。
為了觀察生長(zhǎng)，每天測(cè)定海葡萄的重量。在圖2中示出海葡萄的平均重量。在對(duì)照區(qū)海葡萄的栽培中，重量在20天內(nèi)增加到2.6倍。如果根據(jù)本發(fā)明的所述實(shí)施例進(jìn)行栽培，則增加到7.9倍，和對(duì)照區(qū)相比重量比的增長(zhǎng)達(dá)到對(duì)照區(qū)的3.1倍。另外，海葡萄的質(zhì)量也良好。收獲最佳日在直立莖長(zhǎng)部的生長(zhǎng)為5cm～10cm之間時(shí)，如果為5cm以上，則為收獲最佳日，發(fā)明中的栽培裝置與對(duì)照區(qū)相比，14天左右達(dá)到了收獲最佳日。
根據(jù)本發(fā)明，可以進(jìn)行目前養(yǎng)殖技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)的、安全、質(zhì)量良好的藻類(lèi)短期栽培。
權(quán)利要求
1.一種藻類(lèi)的人工加速栽培裝置，其特征在于，包括將藻類(lèi)的藻體、孢子體或配子體作為種藻進(jìn)行栽培的水槽(1)；使氣體溶解在所述水槽中的培養(yǎng)水中的氣體溶解擴(kuò)散裝置(3-a、3-b)；向所述水槽照射已控制波長(zhǎng)和照度的光的光照射裝置(10、11)；將所述培養(yǎng)水的溫度控制在一定范圍的溫度控制裝置(20)；向所述培養(yǎng)水中添加含有藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺的必須營(yíng)養(yǎng)素的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)添加裝置(17)；進(jìn)行所述培養(yǎng)水的除菌過(guò)濾的凈化裝置(12)；所述各裝置的控制用測(cè)量裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述光照射裝置(10、11)使用發(fā)出紅色光類(lèi)(600～780nm)、綠色光類(lèi)(500nm～600nm)和藍(lán)色光類(lèi)(400～500nm)3個(gè)波長(zhǎng)的特定波長(zhǎng)的發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、金屬鹵化物燈或高壓鈉燈而構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，在所述光照射裝置(10、11)中，到達(dá)藻類(lèi)葉面的照度為20～400μmol/m2/s，其照度和明暗周期可以調(diào)整，且每天的累積照射時(shí)間為5小時(shí)～24小時(shí)以下。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述氣體溶解擴(kuò)散裝置是還包括含有氧的空氣或含有由氮?dú)夥蛛x膜濃縮的氧的空氣的溶解擴(kuò)散裝置(3-a)和利用水流擴(kuò)散氣體的擴(kuò)散裝置的溶解擴(kuò)散裝置，通過(guò)所述光照射裝置的明暗周期進(jìn)行控制。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述氣體溶解擴(kuò)散裝置是還包括含有氧的空氣或含有由氮?dú)夥蛛x膜濃縮的氧的空氣和二氧化碳的溶解擴(kuò)散裝置(3-a，3-b)和利用水流擴(kuò)散各氣體的擴(kuò)散裝置的溶解擴(kuò)散裝置，通過(guò)所述光照射裝置的明暗周期進(jìn)行控制，在光照射時(shí)，二氧化碳?xì)怏w濃度上升，在黑暗時(shí)停止二氧化碳，溶解含有被濃縮的氧氣的空氣。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，培養(yǎng)水的二氧化碳濃度和氧濃度如下所述光周期的明亮期的培養(yǎng)水溶解二氧化碳濃度為100～500ppm，黑暗期的溶解氧濃度為1ppm～20ppm。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述溫度控制裝置(20)包括用于提高溫度的加溫加熱器(18)或加溫用地下水和太陽(yáng)熱利用型溫水制造裝置和蓄熱水槽、以及用于降低溫度的冷卻用地下水或冷卻裝置，由分別利用熱源和冷卻源對(duì)培養(yǎng)水進(jìn)行熱交換的熱交換器構(gòu)成，對(duì)培養(yǎng)水的溫度進(jìn)行控制，使培養(yǎng)水的溫度在5℃以上35℃以下的范圍保持恒定。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)添加裝置為了促進(jìn)藻類(lèi)的生長(zhǎng)，溶解營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)，定量添加在藻類(lèi)培養(yǎng)水中。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述培養(yǎng)水凈化裝置為含有MF膜(精密過(guò)濾膜)和UF膜(超濾膜)的過(guò)濾裝置(12)。
10.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述控制用測(cè)量裝置包括測(cè)定溶解二氧化碳和氧的溶解氣體濃度計(jì)；溫度計(jì)(19)；照度計(jì)，由輸入來(lái)自各個(gè)濃度計(jì)的信號(hào)，對(duì)二氧化碳和氧量以及溫度、照度進(jìn)行自動(dòng)控制的電路構(gòu)成。
11.一種藻類(lèi)的人工加速栽培方法，其為在以藻類(lèi)的藻體、孢子體或配子體作為種藻的水槽(1)中進(jìn)行栽培的方法，其特征在于，包括使氣體溶解在所述水槽中的培養(yǎng)水中的步驟；從已控制各個(gè)藍(lán)色、紅色、綠色光的光質(zhì)平衡以及照度的光源向所述水槽照射光的步驟；將所述培養(yǎng)水的水溫控制在一定范圍的步驟；向所述培養(yǎng)水中添加含有藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺的必須營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)液的步驟；進(jìn)行所述培養(yǎng)水的凈化的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，藻類(lèi)是屬于褐藻綱、綠藻綱、紅藻綱、藍(lán)藻綱的食用藻類(lèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，藻類(lèi)是海葡萄(蕨藻目的蕨藻)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在溶解氣體、光、溫度、營(yíng)養(yǎng)源、衛(wèi)生環(huán)境的人工環(huán)境下，進(jìn)行最適合藻類(lèi)生長(zhǎng)的環(huán)境控制而人工加速栽培的裝置和方法。本發(fā)明的裝置包括將藻類(lèi)的藻體作為種苗進(jìn)行栽培的水槽(1)；使氣體溶解在所述水槽中的培養(yǎng)水中的氣體溶解擴(kuò)散裝置(3－a、3－b)；向所述水槽照射已控制波長(zhǎng)和照度的光的光照射裝置(10、11)；將水槽中的培養(yǎng)水的溫度控制在一定范圍的溫度控制裝置(20)；向水槽中添加含有藻類(lèi)生長(zhǎng)中不可缺的必須營(yíng)養(yǎng)源的營(yíng)養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)添加裝置(17)；進(jìn)行水槽中的培養(yǎng)水的除菌過(guò)濾的凈化裝置(12)；所述各裝置控制用測(cè)量裝置。
文檔編號(hào)C12N1/12GK101018480SQ20058001172
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者加山浩之, 門(mén)脅秀策 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人鹿兒島大學(xué)