用于水产养殖的组合物和方法 1.发明领域
本发明涉及用于水产养殖的组合物和方法。更具体地，本发明涉及使用控释肥料组合物以将营养素释放入封闭的水域生态系统如池塘、湖泊、集水区和其它的水环境中，以促进水中浮游植物藻群体的生长，由此助长海洋生物群体的方法。
2.相关技术的描述
迄今为止，施肥一直被认为是管理封闭水域生态系统如池塘、湖泊、集水区等的一项重要技术，尤其是为了促进水中浮游植物藻的生长。这种浮游植物充当这类水生环境中的食物链的基础，因此，在这些封闭水域生态系统中这种浮游植物是提高鱼产量所必须的。另外适当的施肥技术已经表现出能起几种其它有益的作用，其包括：限制封闭水生环境中麻烦的水草的生长，并能改善水质。
对于大多数淡水池塘和湖泊，磷被认为是肥料中一种关键的营养素，但在肥料中加入氮和其它营养素也被认为合乎需要。但是，磷是浮游植物藻类迅速增长的限制性营养素。所以，大多数的池塘需要经常添加富含磷的肥料，以保持在整个生产周期中，浮游植物能良好地生长。经常需要施加含磷肥料是因为有效磷能很快地被池塘泥浆吸收或被浮游植物利用。一旦其被吸入泥浆，磷就几乎不能再被释放回池塘水中了，因为氧化了的水-泥浆界面在泥浆和上覆的表面水之间，起一种屏障作用。
过去，池塘和湖泊施肥已经历了几个发展阶段。最近这些变化是由于试图减少上涨的施肥成本和关注涉及施肥对环境地影响而引起的。
早期的施肥方案仅仅是将颗粒N-P-K肥料如8-8-2或20-20-5组合物撒播在池塘的浅水区，或乘船沿浅水区的边缘倒入。后来的研究证实，在水下平台上放上肥料产生类似的结果，并需要较少的肥料，且耗时也少。申请人发现，风和波浪的作用会使营养素分布在整个池塘中，使得营养素能更容易地被浮游植物利用，而不是被池塘泥浆包住。一个放置好的平台可服务于池塘高达6表面公顷(ha)的水域。随后的发现指出，有过施肥史的池塘只需要施磷，可大大地降低成本。
尽管肥料平台的作用已被证实，但实际上几乎没有池塘主使用平台。使用鱼塘肥料的最大突破可能是出现了液体形式的肥料。液体肥料除了在提高鱼产量方面比颗粒肥料有优势外，还有其它几个有吸引力的特性。若使用恰当，在池塘或湖泊中几乎全部可溶的液体肥料，与现有的颗粒产品比，可以以低的应用价格有效地使用，相对容易和安全使用，且相对使用经济。
因此，从前人们一直知道，在池塘和湖泊中使用普通的可溶肥料，来提高无机营养素的浓度，有利于浮游植物较快地生长，以致最终提高水域生态系统中鱼类和/或甲壳类动物的产量。现在的实践包括在整个生产周期中使用液体肥料或普通的可溶颗粒肥料，如尿素、铵、磷酸盐、聚磷酸铵、硫酸钾等，将其用于封闭的水域生态系统如池塘和湖泊中。为保证溶液中存在营养素，需经常使用这些肥料。
但现有的技术还不能解决浮游植物生长所要求的、需保持一定量营养素的问题，也不能解决先前提到的用于水产养殖的肥料产品仅在施加后一段较短时间内提供可利用的营养素。所以迄今为止，在一给定的封闭水域生态系统如池塘或湖泊中，每一生产周期需要使用这类肥料高达8～10次。人们发现，若不遵循这样的应用安排，环境中的鱼产量将会下降。当然，这种重复应用安排昂贵、效率低且耗时。
因此，认为在水产养殖中使用无机颗粒肥料代价高、效率低，这是由于大多数肥料材料溶解快，并沥滤入水域生态系统，不能有效地利用营养素。
发明概述
所以，本发明的首要目的是提供解决水产养殖中使用的现有施肥技术所遇到的问题和不足的组合物和方法。
一个进一步的目的是提供以这样一种方式向封闭水域生态系统中施加肥料的方法，使足够的营养素得以提供，从而在长时期内维持其中浮游植物的生长，而不需要多次施肥。
另一个目的是提供可以一次施加于封闭水域生态系统如池塘、湖泊、集水区和其它水生环境中，并且以比先前使用的产品较低的剂量比例使用的肥料产品，从而在长时期内达到环境中浮游植物群体的令人满意的生长。
还有一个目的是提供一种用比迄今为止所采用的方式更有效、费用更值的方式，向鱼塘、湖泊、集水区等水生环境有效地施肥的方法和组合物。
本发明的上述目的和其它目的通过提供控释肥料组合物而实现，该组合物在长时期内，以可控速率释放营养素以处理封闭的水域生态系统如池塘、湖泊、集水区等水生环境。配制这种控释材料以为延迟或减少营养素向水生环境的传输。
迄今为止，控释肥料技术已广泛地用于农业和园艺领域有相当长时间了，其包括以这样一种方式控制输送植物营养素，即肥料，以及防治化学品(例如，除草剂、杀虫剂、杀菌剂等)到目的物，以使其能最大地发挥其有效作用，使因过量产生的潜在的副作用减至最小，和/或延长输送足够剂量的时间。但迄今为止，这类肥料产品还没有用在水产养殖中。
水产养殖中使用控释肥料所具有的典型优点是在每一个生产周期中，池塘施肥被简化为一步或二步操作。而且，可以将控释肥料组合物以低施加量使用，并可以用于带有适量水交换的池塘系统中。另外，控释肥料组合物用于池塘水中是安全的，且易于购得。
所以，本发明方法的依据是采用控释肥料，以将营养素释放入封闭的水域生态系统如池塘、湖泊、集水区和其它水环境中，以比采用先前已知的水产养殖施肥技术所达到的效果更经济、费用更有效的方式，来促进水中浮游植物藻类的生长。
优选实施方案的详述
通常，本发明的方法包括将控释肥料用于封闭的水域生态系统。控释肥料是由一种具有与其反应或其上包覆有释放材料的颗粒状泥心材料形成的。释放材料存在的量足以提供泥心材料缓慢地释放入周围的水环境中，其量足以在长时期内，促进浮游植物群体以维持水域生态系统中的海洋生物。
由水域生态系统中浮游植物藻群体所维持的海洋生物包括多种淡水鱼、微咸水鱼、咸水鱼以及甲壳类动物，如小虾、贝类和虾等。本发明所使用的术语＂海洋生物＂试图包括所有这类形式的水生生物。所以，在湖泊和池塘的水产养殖生产中，使用控释肥料作为营养素输送体系以丰富水生浮游植物群体具有重要意义，从这类企业单位的立场看，如游钓鱼塘；产鲇鱼、钓饵鱼和虾的池塘；产虾的农田塘；热带鱼的生产；进口物种的水产养殖，如鄂鱼、鳗和其它新品种或高价值的作物；鱼孵卵的池塘等。
适用于本发明的肥料组合物，在农业和园艺领域有多种名称，这些名称包括控释肥料、可控肥料、缓释肥料、缓慢作用肥料、定量释放肥料、线性释放肥料和延迟释放肥料(所有这些名称在本发明中都被统称为＂控释＂肥料)。
用于本发明的控释肥料为颗粒状肥料，可制成反应产品或包覆产品。用于本发明的颗粒状控释肥料反应产品的实例为脲-甲醛(UF)反应产品，例如美国专利4,378,238，题目为＂控释粒状肥料组合物＂所描述的脲甲醛(ureaform)、亚甲脲和MDU/DMTU组合物，其公开内容在此引入作为参考；脲-其它醛类的反应产品，如亚异丁基二脲(IBDU)、脒基脲和亚丁烯基二脲(CDU)，和其它的反应产品如草酰胺和三聚氰胺肥料、无机金属复合物如磷酸镁铵(magamp)、磷酸镁钾等。
本发明所用的包覆控释肥料为其中可溶性肥料芯颗粒(底物)被一种水不溶性的涂层或半渗透性涂层或释放材料覆盖的产物，所述释放材料限制或控制水渗透到可溶肥料芯的速率，并控制溶解的肥料从颗粒内部向外部环境的释放速率。在本发明的优选实施方案中，将涂层或释放材料以约0.5～35％(重量)的量涂在泥心材料上。
包覆颗粒状控释肥料的实例为，用硫作涂料的产品；使用蜡和/或聚合材料的产品，和使用硫和聚合物多层涂层的混合产品。适用于本发明的聚合物包括聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨基甲酸乙酯、聚酰胺、二聚环戊二烯和植物油如亚麻子油或大豆油的共聚物、1，1-二氯乙烯单体为主和烯键未饱和共聚用单体的共聚混合物、磺化高弹体的盐及其混合物。此外，被描述于美国专利4,657,576，题目为＂颗粒状控释肥料组合物及其制备方法＂的聚合物涂层；5,089,041，题目为＂包胶的缓释肥料＂的聚合物涂层；5,300,135，题目为＂用于肥料的耐磨涂层＂的聚合物涂层；和5,219,465，题目为＂硫包覆的肥料及其制备方法＂的聚合物涂层，特别适用于本发明，其公开内容在此引入作为参考。
另外，在本发明的控释肥料组合物中加入氧化剂材料，如过氧化物、硝酸盐及其混合物，或提供与控释肥料组合物相结合的这类氧化剂，是有益的。用于本发明的优选氧化剂材料包括过氧化钙、过氧化钠、过氧化钾、硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸镁及其混合物。
与氮、磷和/或钾芯一起配制微量营养素材料如铁、锌、硼、钙、镁、硫、锰、铜、钼、钴及其混合物，或将微量营养素分别配入本发明的组合物中也是有益的。微量营养素自身可以一起配制或分别配制。水产养殖中，特别优选以螯合物或硝酸盐、磷酸盐、氧化物、氯化物、硼酸盐、钼酸盐、硫酸盐及其混合物的形式，将这类微量营养素掺入或混合到本发明的组合物中。
水产养殖肥料生产的要求变化很大，它取决于作物、水质和环境条件。一般每个生产周期氮、磷和钾的建议用量为：
氮(N) -0～100 lbs/英亩表面
磷(P2O5)-0～800 lbs/英亩表面
钾(K2O) -0～50 lbs/英亩表面
肥料泥心材料被特别配制成可释放1～12个月，其取决于环境和生产参数。一般在美国南部，肥料泥心材料被配制成可释放8～9个月。
下面所提供的实施例用来说明本发明的优选实施方案，包括优选组合物和使用方法，以及与现有技术组合物和方法的对比评价。除非特别注明，全部百分比均为重量百分比。
实施例1
试验在位于亚拉巴马州的阿勃恩大学(Auburn University，Auburn，Alabama)Fisheries研究部的土池塘中进行。一个试验使用六个0.04公顷(ha)的池塘，另一个试验使用0.022公顷的池塘。池塘浅，深度范围为从近边缘处的0.25米到向下弯折的排水管处的1.5米。池塘平均深度为1米。每周加入来自森林集水区附近水库的营养素含量低的软水，以保持水量。
为加强池塘中的水质管理，采取了几种作法。将入口管用重型网袋材料覆盖，以防止野生的鱼或有害的无脊椎动物进入。在上一年度收获以后，将池塘的水全部排掉，让其彻底干燥。在池塘充水前将地面上的高草丛用草甘膦喷洒或人工除去。在所有向下弯折的排水管处装上塑料网，以防止鱼偶然逃脱，并在一些池塘中的向下弯折的排水管上装上延长器(几段直径10厘米的PVC管)，以保持所有的池塘具有相近的容量。将农用石灰按600公斤/公顷的比例铺在池塘的底部。
造好放置控释肥料样品(下文称作＂CRF样品＂)和放置立即释放可溶性颗粒状肥料样品(下文称作＂颗粒状肥料样品＂)的箱状木制平台(内部尺寸114厘米×60厘米×9厘米)，将其定位于已有的突堤上，使平台约在水面以下30厘米。颗粒状肥料样品处理基于9公斤P2O5/公顷的“标准”施加比例和每个季节施加10次。池塘被随机地分成三个处理组。一个处理组为对照组，其中将颗粒状肥料用作肥料源。另两个处理组分别使用100％和50％施加比例的CRF肥料样品。
可溶性肥料样品的营养素源为硝酸铵(33.5％N)、三元过磷酸钙(46％P2O5)和氯化钾(60％K2O)。CRF样品营养素的组成为硝酸铵(33.5％N)、磷酸铵(11～18％N，48％P2O5)和硫酸钾(50％K2O)。
用于本试验目的的CRF样品容易购得，商业化产品以商标＂Osmocote＂由Grace Sierra公司(现在为The Scotts Company)出售。该产品由小球(3～5毫米直径)组成。每一小球都有一控释涂层，它是由植物油(例如，亚麻子油或大豆油)与环二烯反应而生成二聚环戊二烯共聚产物制成，如美国专利4,657,576所公开，此处引入作为参考。
用于本试验的Osmocote控释肥料级别为13-13-13(％N，％P2O5，％K2O)，人们发现，其特别适用于本发明。
3月21日，用控释肥料处理池塘，其接受量为每次45或90公斤(N，P2O5，K2O)/公顷。3月21日，用颗粒状的可溶性肥料处理池塘，其接受量为9公斤(N，P2O5，K2O)/公顷，分别于4月5日、4月18日、5月9日、5月30日、6月21日、7月20日、8月20日和9月20日重复此试验，以提供根据下表1中数据的施加比例：
表1.每一年度季节三种不同处理的肥料组分量重复两次处理 使用比例(公斤/公顷/季节)颗粒状肥料样品* N 90 P2O5 90 K2O 90 100％CRF样品 50％CRF样品 90 45 90 45 90 45*每次使用时，将此转换成9公斤(N，P2O5，K2O)/公顷。
2月下旬，以6000条鱼/公顷或每个池塘240条鱼的比例，向所有池塘放入蓝鳃太阳鱼(Lepomis macrochirus)和红耳鳞鳃太阳鱼(L.microlophus)。3月16日和4月13日间，每条鱼的平均活重为1克，为进行杂草对照，将平均堆积重量为13克的全部13条草鲤鱼(草鱼属)放入所有的池塘。5月16日，将20条11克的罗非鱼(罗非鱼属泥罗鱼)幼鱼放入所有的池塘。10月的第一个星期，将池塘排干，收集鱼，称取总产重量。另外，记录每种鱼的数量和重量，计算该试验中的产量和存活百分数，制成下表2：表2.池塘中平均鱼产量值一览，池塘接受标准剂量的颗粒状肥料(13-13-13)和两种不同量的控释肥料(13-13-13)。每种处理重复两次。
处理测量 颗粒状 100％CRF 50％CRF
肥料样品 样品 样品蓝鳃太阳鱼产量(公斤/公顷) 95 99 32罗非鱼产量(公斤/公顷) 77 63 34罗非鱼和鳞鳃幼太阳鱼产量 1256 1236 689草鲤鱼产量(公斤/公顷) 281 189 240总产量(公斤/公顷) 1709 1588 995蓝鳃太阳鱼平均重量(克) 23.5 26 22.5占原始投入量的存活％ 69 63 22罗非鱼平均重量(克) 190 124 94.5占原始投入量的存活％ 83 100 75草鲤鱼平均重量(克) 1386 664 873存活％ 67 80 89
用90厘米水柱取样器从两个地方每个池塘采取两个水样，并放入1升的聚乙烯瓶中。一般当天做完水分析。所有样品均分析可溶性反应磷(SRP)、总磷(TP)、总铵-N(TAN)、硝酸盐-N、pH和叶绿素a。此外，还做了透明度板(Secchi disk)和光的明暗(light-dark)瓶测量。每两周测定一次总碱度和总硬度。SRP、TP、pH、叶绿素a、光的明暗瓶、总碱度和总硬度分析，均采用美国公共健康协会(American Public HealthAssociation)(1992)制定的方法。按照采用镉还原法(Nitra Ver 5)的改进的Hach方法(1989)分析硝酸盐-N。用水杨酸盐法测定TAN。用125毫升的聚乙烯瓶在原地取第三份样品，并用电感耦合等离子体(ICP)法在阿勃恩大学(Auburn UNiversity)土壤检测实验室分析钾。检测下限为：SRP 0.01毫克/升，TP 0.01毫克/升，TAN 0.02毫克/升，NO2-N 0.005毫克/升，NO3-N 0.01毫克/升，K 0.07毫克/升，总初级生产力0.5毫克/升，总碱度和硬度5毫克/升，透明度板深度5厘米，和pH 0.1个单位。其它有用的营养素和离子浓度也用该法做了测量，其包括P、Ca、Mg、Na、Si、Cu、Fe、Mn、Zn、B、Mo、Al、Ba、Co、Cr和Pb。池塘温度每天用最高/最低温度计测定。试验结果制成下表3：表3.池塘中平均水质参数一览，在1992年间池塘接受标准剂量的颗粒状肥料(13-13-13)和两种不同量的控释肥料(13-13-13)。每种处理重复两
处理参数 颗粒状 100％CRF 50％CRF
肥料样品 样品 样品TP(毫克/升) 0.16 0.17 0.09SRP(毫克/升) 0.10 0.07 -0.03NO3-N(毫克/升) 0.15 0.17 0.14TAN(毫克/升) 0.03 0.03 0.01叶绿素a(微克/升) 31 26 20pH 9.0 8.9 8.8可见透明度(厘米) 56 54 60总初级生产力 2.2 2.9 1.4(毫克O2/升/6小时)碱度(毫克/升，以CaCO3计) 38 40 39硬度(毫克/升，以CaCO3计) 39 41 39钾(毫克/升) 3.7 4.2 2.6
实施例2
为了评价所进行的一系列试验，将12个0.02～0.07公顷(ha)的水产养殖池塘用CRF肥料样品处理。这些试验是在上文所描述的与实施例1类似的条件下进行的，不同的是用可溶性液体肥料样品替代了实施例1的颗粒状样品。
池塘的实际管理类似于上文试验。基线水样表明多数池塘的总碱度低(＜20毫克/升，以CaCO3计)。池塘于3月17日以700公斤/公顷的比例撒了石灰。与实施例1所述的试验条件相比，每个季节在较低的施加比例(＜90公斤P2O5/公顷)下检测样品。因此，在第二系列的试验中，池塘根据如下表4随机地被划分为4个处理组。表4.每个季节四种不同处理的肥料组分量。营养素在4月20日～9月13日之间用液体肥料样品施加6次。CRF样品的每次使用比例为9公斤P2O5/公顷，每个季节使用10次。每一种处理重复三次。处理 级别 使用比例(公斤/公顷/季节)
N P2O5 K2O液体状肥料样品 10-34-0 26.5 90 050％CRF样品 13-13-13 90 90 9025％CRF样品 13-13-13 22.5 22.5 22.512.5％CRF样品 13-13-13 11.3 11.3 11.3
液体肥料处理的营养素源为聚磷酸铵(10％N，34％P2O5)。液体肥料的应用包括用一桶水将其稀释，并把它均匀地洒在池塘表面上。4月20日向所有池塘加入肥料。5月11日、6月7日、6月22日、7月19日和8月16日，液体肥料处理池塘又接受施肥。
尽管施了肥，但是很少有池塘(2)出现浮游植物生长。5月20日，作出决定，系统地排水(80％体积)，人工除去麻烦的杂草和藻类，并再将所有池塘重新充满。这项工作是在两个星期内完成的。由于这次行动，使得原有的Osmocote肥料被除掉了，6月7日，所有控释处理池塘更换原有的Osmocote肥料。6月9日，所有的池塘又洒了石灰(600公斤/公顷)。
2月下旬，向所有池塘放入幼太阳鱼，比例为6000条/公顷。3月1日和5月26日间，向池塘放入草鲤鱼，比例为125条鱼/公顷。1993年9月13日到15日间，将池塘排干，收集鱼。所有回收的鱼均称重并计数。测定全部草鲤鱼的重量/长度。对于太阳鱼幼鱼，由称重和计数了的样品估算其数量。这些数据被用来计算如下表5中所列出的成熟太阳鱼、幼太阳鱼和草鲤鱼的产量和存活百分数，表5.池塘中平均鱼产量值一览，池塘接受了标准剂量的液体肥料(10-34-0)和三种不同量的控释肥料(13-13-13)。每种处理重复三次。
处理测量 液体肥料 CRF样品 CRF样品 CRF样品
样品使用比例 (50％) (25％) (12％)蓝鳃太阳鱼产量 90 99 93 86(公斤/公顷)包含幼鱼的产量 259 233 360 183(公斤/公顷)草鲤鱼产量 147 163 135 88(公斤/公顷)总产量(公斤/公顷) 408 397 495 272蓝鳃太阳鱼平均重量 22.4 17.9 16.9 17.5(克)存活％ 73 99 102 90估算的幼鱼重量(克) 0.81 0.76 0.77 0.93草鲤鱼平均重量(克) 1405 617 677 466存活％ 76 172 104 121
另外，用如实施例1中所述的方法评价了水质，结果制成下表6。表6.池塘中平均水质参数一览，池塘接受了标准剂量的液体肥料(1034-0)和三种不同量的控释肥料(13-13-13)。每种处理重复三次。
处理参数 液体肥料 CRF样品 CRF样品 CRF样品
样品使用比例 (100％) (50％) (25％) (12％)NH4-N(毫克/升) 0.02 0.07 0.02 0.02NO2-N(毫克/升) 0.004 0.007 0.004 0.002NO3-N(毫克/升) 0.23 0.35 0.23 0.16SRP(毫克/升) 0.06 0.03 0.02 0.01TP(毫克/升) 0.20 0.24 0.14 0.11叶绿素a(微克/升) 59 75 66 35pH 8.9 9.1 9.0 8.7可见透明度(厘米) 57 49 57 60总初级生产力 2.4 3.2 2.8 2.1(毫克O2/升/6小时)碱度(毫克/升，以 32 31 32 39CaCO3计)硬度(毫克/升，以 35 34 35 44CaCO3计)钾(毫克/升) 2.1 2.7 2.7 2.7草覆盖率(底部的百分 42 21 21 18数)
本研究证明，与现有的施肥技术相比，控释肥料可以以低得多的比例使用，并在水质和鱼产量方面，给出相近的结果。而且，水产养殖中使用控释肥料可保证重要的商业利益，每个季节仅需施肥一次。另外，控释肥料能保持其有价值的营养素资源，在如本发明所说明的有适量水交换的系统中，其很好地起作用。
虽然，以具有某种程度特殊性的优选形式描述了本发明，但是，应该理解，本发明的公开内容只是通过实施例来说明的。在不偏离本发明的精神和范围的条件下，如所附权利要求书所定义的，组合物的细节、方法的操作步骤以及其中所使用的组合物的多种变化是显然的。