技术领域
[0001] 人工浅海生态系统海洋牧场，一种在贫瘠深海大洋上通过人工工程措施建造富饶海洋牧场的工程技术方案，属于海洋环境生态系统重建工程、海洋渔业生态系统建设工程与海洋
生物资源增养殖技术工程领域，将目前人类难以充分利用的深海大洋海域表层真光层开辟建设为人类可以成熟开发利用的海洋牧场。人工浅海生态系统海洋牧场技术是中国目前实施“海上粮仓”的可行性技术储备方案之一，也是应对全球
气候变化工程的可行性技术储备方案之一，利用生态
仿生学原理和现代材料工程技术发展成就，将生命科学细胞亚细胞结构功能的微观世界科学研究成果应用到改造重建
海洋生态系统、应对全球
气候变化的宏观世界气候与生态系统重建事业上来。
[0002] 这是一种颠覆性的原始创新技术方案
发明成果，这将开辟全球生态仿生学新领域。这项发明技术的大规模应用将引起全球政治经济技术领域的重新组合，将面积广大初级生产
力低下的深海大洋海域改造建设成初级生产力富饶物产丰富的人工浅海生态系统海洋牧场，以面积辽阔的深海大洋海域表层真光层为舞台，以大气二
氧化
碳和深
水生物营养盐为原料，以太阳光能为
能源，以氮磷
硅铁等生物
营养元素为催化剂，以海洋生态系统食物链食物网为自动化食物生产加工装配流水生产线，以轻薄柔性充气囊状
薄膜材料为基本工程建设材料，以解决人类食物供给短缺危机为当前目标，以调控全球气候变化
进程为长远目标，以人工浅海生态系统海洋牧场技术和人工诱导上升流海洋牧场技术为基本技术途径，将引起全球气候变化的主要因素二氧化碳化害为宝，化废为利，经浮游
植物光合作用大规模生产浮游生物，以鱼、虾、蟹、贝、参、鱿等经济动物过滤富集转化
摄食浮游生物，最终转化为鱼肉、鱼粉、鱼油、藻油、虾蟹贝参鱿等食物，鱼油、藻油可以继续加工成
生物柴油作为一种可再生新能源。
背景技术
[0003] 全球人口数量不断增加，人均生活水平不断提高，人均食物消费量不断增长，食物生产供给短缺危机不断加重，清洁安全食物生产供给危机是人类面临的共同挑战，关系到世界各个国家和民族的永续发展和子孙后代的生活福祉，关系到人类食物来源的安全与健康，关系到地球生态系统和生态环境的稳定与保护，关系到地球上各种生物遗传多样性的保护与生存。
[0004] 食物生产供给安全问题对于中国尤其重要。中国的国情是人多地少，尤其缺乏足够的耕地和
淡水。中国人口增加会越来越多，人民物质文化生活水平会越来越高，人均粮食和食物消费量会越来越大，中国自产粮食和食物生产与供给失衡的矛盾会越来越重，对进口粮食的需求量会越来越大，食物进口依赖性会越来越高；一旦国际安全形势出现重大
风吹草动，进口粮食来源或运输环节出现问题，将会严重影响中国人民的日常生活水平，在极端情况下将会引起社会动乱，危害国家安全。因此，我们必须高度重视食物生产与供给安全，我们必须将粮食与食物生产供应的主动权牢牢掌握在我们自己手里，至少应该在粮食与食物生产能力方面保留足够的技术储备，一旦形势需要，这些技术储备可以
马上投入使用，马上转化为现实的粮食与食物生产供给能力。
[0005] 当前我国面临的现实情况是：随着城镇化建设水平的不断发展，工业、交通与生态建设占用大量原有的耕地资源，导致我国优质耕地面积越来越小，优质清洁淡水供给量越来越紧张，缺少优质耕地和淡水资源的不断补给，粮食生产供应潜力就会越来越有限，对进口食物的依赖程度就会越来越高，粮食生产供给紧平衡状态会越来越趋向于极限。在极端恶劣情况出现以前，我们必须找到解决食物生产供给危机的技术储备和资源储备，否则，以后我们的日子会越来越难过。缺少其它物资供应，我们还可以寻找替代产品来满足人民的需要，唯独粮食和食物是生活必需品，每个人每天每顿都要吃饱饭，一旦没饭吃，或者长期吃不饱，所有暂时隐藏的矛盾都有可能会爆发，人性中罪恶贪婪黑暗的一面也可能会泛滥，历史上不乏大量这样的案例，饥饿会造成社会的剧烈动荡。因此，保证全中国甚至全人类每个人每天每顿饭的食物充分供给是每一届政府和每一个有良心的科学工作者必须解决的问题。
[0006] 我国农林畜牧产品生产能力危机四伏，总产量满足不了总需求量，单位生产成本较高，市场竞争力较差，进口依赖性越来越高，进口品种和数量越来越大。农林畜牧产品是国家重要战略性物资，其生产能力的强弱和市场竞争力的大小决定了国家粮食与
食品安全的
稳定性，决定了人民幸福生活的满意度，农林畜牧产品的生产竞争能力主要取决于土地和淡水资源的合理搭配。我国缺少优质耕地和淡水资源储备，虽然国家政策确保18亿亩的耕地面积红线，但是新增耕地面积的
质量明显不如城镇化建设占用的原有耕地质量好。
[0007] 从农林畜牧产品进口数据看，我们每年农畜产品进口量的增加值都在两位数以上。虽然最近几年我国粮食生产总量都在6亿吨以上，但是我国每年农畜产品进口数量还是十分巨大。根据国家农业部国际合作司提供的数据，2014年我国全年主要农畜产品进口量超过1.2亿吨，折合粮食约1.34亿吨，其中谷物进口1951.6万吨，具体为：小麦300.4万吨（生产这些进口小麦约需要750万亩耕地，以下同例），玉米259.9万吨（约合520万亩耕地），大米257.9万吨（约合860万亩耕地），
大麦541.3万吨（约合1353万亩耕地），
高粱577.6万吨（约合
1444万亩耕地），玉米制品玉米
酒糟（DDGs）进口541.3万吨（约合5410万亩耕地），
棉花266.9万吨（约合1068万亩耕地），棉纱201.0万吨（约合800万亩耕地），食糖348.6万吨（约合700万亩耕地），食用
油籽7751.8万吨，其中大豆7139.9万吨（约合35700万亩耕地），
油菜籽508.1万吨（约合4234万亩耕地），食用
植物油787.3万吨，其中
棕榈油532.4万吨（约合15211万亩耕地），豆油113.5万吨（约合3243万亩耕地），菜油81.0万吨（约合2314万亩耕地），猪肉56.4万吨（约合281万吨玉米564万亩耕地），
牛肉29.8万吨（约合209万吨玉米417万亩耕地），羊肉28.3万吨（约合198万吨玉米396万亩耕地），奶粉进口105.4万吨（约合1054万吨玉米2108万亩耕地）。
[0008] 如果我们不进口这些农畜产品，而靠自己去生产，经过估算总共大约需要7.7亿亩耕地和1340亿吨淡水，约占我国现有耕地总面积生产能力的43%。估算依据：我国农畜产品平均亩产量数据：小麦亩产400公斤，玉米亩产500公斤，折合玉米酒糟（DDGs）亩产100公斤，水稻亩产420公斤，折合大米亩产300公斤，大麦亩产400公斤，高粱亩产400公斤，棉花亩产250公斤，
甘蔗亩产5000公斤折合糖500公斤，大豆亩产200公斤折合豆油35公斤，油菜亩产
120公斤折合菜油35公斤，棕榈油亩产油35公斤，猪肉肉粮比1：5，牛肉肉粮比1：7，羊肉肉粮比1：7，奶粉奶粮比1：10，粮食亩产按360公斤计算。另外，生产1公斤粮食大约需要1吨淡水。
[0009] 所有人都生活在同一个地球上，绿色、低碳、可持续发展是人类社会的共同利益，节能减排和绿色发展是可持续发展的内在需求。建设美丽中国，为全球粮食安全和生态安全做出贡献，大力推进生态文明建设，积极推动绿色发展、循环发展和低碳发展，进一步加强应对粮食与食物安全的政策和行动。我们在这一总体精神要求下，经过多年研究探索，我们终于找到解决食物生产供给危机的技术储备和资源储备，解决食物生产供给危机的技术储备是人工浅海生态系统海洋牧场技术和人工诱导上升流海洋牧场技术，解决食物生产供给危机的资源储备是面积辽阔初级生产力低下的深海大洋海域。应用本项发明技术，可以将面积辽阔的海洋开辟为物产丰富的海洋牧场，投资成本低廉，生产技术竞争力优越，不受
海水深浅条件的限制，不受海洋资源环境的限制，不受投入产出成本的限制，这是一种颠覆性的原创发明技术。
发明内容
[0010] 在海洋表层真光层设计营造人工浅海生态系统海洋牧场，通过人工工程措施在深海大洋海域表层真光层为浮游植物生长繁殖提供面积辽阔环境稳定的光合作用场所，同时提供稳定连续充足的生物营养盐供应，充分利用光照、
温度、
盐度资源条件，利用浮游植物光合作用将太阳光能吸收固定转化为
生物质能，同时分离吸收固定大气二氧化碳，利用浮游动物过滤摄食转化浮游植物，利用鱼虾蟹贝参鱿等经济动物摄食转化积累浮游生物，进而捕捞生产加工鱼、虾、蟹、贝、参、鱿等渔获物，生产加工海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油、藻油等水产品，提高光合作用面积，提高光合作用效率，提高物质循环速度，提高太阳光能转化为生物质能的速度和规模，提高生物质能转化为人类食物的速度和规模，提高食物生产供应规模，形成绿色生态环保可持续发展的人工浅海生态系统海洋牧场经济。
[0011] 水是一切生命的摇篮。
水产养殖工程技术可以解决人类的食物生产供给危机，充分开发利用面积辽阔的海洋表层太阳光能资源开展水产增养殖事业是未来食物生产发展的方向。由于土地和淡水资源条件的限制，在陆地上发展水产养殖空间资源潜力越来越小，浅海地带适合于水产养殖发展的浅海空间多数已经被开发利用，成本也在逐渐提高。为了从根本上彻底解决水产养殖空间资源局限性问题，我们应该立足于向深海大洋海域空间发展，向占地球表面积71%的开阔深海大洋海域要水产养殖空间水面，通过人工浅海工程系统装置将贫瘠深海大洋海域水面开辟为富饶水产养殖空间水面，这就是人工浅海生态系统海洋牧场装置。
[0012] 在辽阔海洋真光层建设人工浅海生态系统海洋牧场，为浮游植物提供充足的生物营养元素，通过海洋生态系统食物链食物网作用不断将太阳光能吸收固定转化为生物质能，继而转化为食物和能源，在技术上可行，在投资上难度不大，而且施展空间面积广阔，吸收固定太阳光能规模庞大，吸收固定二氧化碳数量可观。由于海洋真光层面积规模足够庞大，人工浅海生态系统海洋牧场发明技术在解决全球食物生产供应危机的同时，同步解决能源生产供应危机、全球气候变化危机、
生物多样性保护危机、生态系统环境保护危机、地球碳循环失衡危机等一系列问题。原理简单，方法可靠，技术成熟，风险可控，物美价廉，实施简易，规模易调，效果显著，收放自如，投资可控，调控容易。
[0013] 全球海洋面积占地球表面积的71%，一共有3.61亿平方千米，热带亚热带温带海洋面积超过2.5亿平方千米。由于海洋自然温度跃层
密度跃层造成海水分层，尤其是在广阔的热带亚热带海域，阳光
辐射强烈，海洋表层温度比深层温度高20摄氏度以上，深层海水温度低、密度重、营养盐丰富，表层海水温度高、密度轻、营养盐贫瘠，在自然状态下深层海水不容易自己上升到表层来，而海洋中的生物营养盐绝大多数都在深层海水中。
[0014] 表层海水营养盐缺乏是造成海洋初级生产力低下的主要限制性因素，而海洋初级生产力的高低是影响海洋渔获量的主要限制性因素。全球海洋每年渔获量只有一亿多吨，平均渔获量大约只有0.3吨/平方千米，而仅占海洋面积0.1%的上升流海域，生产出全世界渔获量的50%，占海洋面积7.5%的大陆架浅海海域，生产出全世界捕捞渔获量的90%，其它占海洋面积92.5%的深海大洋海域，仅生产不足10%的渔获量。主要原因是因为热带亚热带深海大洋海域
温跃层强度大，深层海水营养盐不能上升到海洋表层真光层参与光合作用，造成海洋表层营养盐含量严重贫乏，初级生产力很低，海洋鱼类等生物因为没有充足的食物供给，造成渔业生物资源匮乏，渔获量很低。
[0015] 营养盐是浮游植物光合作用的必需物质，是海洋生态系统物质循环和
能量流动的起点，没有营养盐的持续稳定供应，辽阔海洋表层丰富的太阳光能资源几乎白白浪费，没有能够生产出足够数量的食物和能源。当生活在海洋里的生物死亡后，生物体逐渐下沉，在下沉过程中，生物体残骸被细菌逐渐分解，组成生物体的各种营养盐被分解释放回海水中，由于深层海水没有太阳光，不能进行光合作用，这些营养盐没有被生物吸收消耗掉，在海水中逐渐积累储存。在海洋表面300米以下海水营养盐浓度，N含量20mmol/m3以上，比海洋表层高200倍；P含量1.5mmol/m3以上，比海洋表层高30倍；Si含量40mmol/m3以上，比海洋表层高40倍。海洋深层海水中含有十分丰富的营养盐，而且海洋表层继续不断向海洋深层海水输送沉降积累营养盐，因此可以说，海洋深水营养盐取之不尽，用之不竭。
[0016] 占海洋面积约0.1%的上升流海域，生产出全世界渔获量的50%，年均渔获量在5000万吨左右，其根本原因就在于：上升流带来满足浮游植物生长所需的各种营养盐，且元素配比比较合理，由此启动了纷繁复杂的海洋生态系统物质循环和能量流动，吸收大量太阳光能，固定大量二氧化碳，生产大量渔业资源。在秘鲁上升流中心海域表面，N含量10mmol/m3，P含量1mmol/m3，Si含量5mmol/m3，初级生产力最高可达1000gc/m2.a，渔获量最高可达300吨/平方千米。在秘鲁上升流主要影响海域表面，N含量6mmol/m3，P含量0.6mmol/m3，Si含量3mmol/m3，初级生产力可达500gc/m2.a，渔获量最高可达30吨/平方千米。而在秘鲁上升流外围海域表面，N含量2mmol/m3，P含量0.2mmol/m3，Si含量1mmol/m3，初级生产力可达
100gc/m2.a，渔获量可达10吨/平方千米。随着海洋表层营养盐含量的降低，平均渔获量水平大幅度降低。当上升流将含有大量氮、磷、硅、铁等营养元素的深层海水上涌至温暖海洋表层时，在阳光照耀下，二氧化碳、水和营养元素，经浮游植物光合作用，生产出大量浮游生物，为鱼虾蟹贝参鱿等经济动物提供种类繁多数量丰富的食物，从而引起各种生物数量大爆发。
[0017] 占海洋面积约7.5%的大陆架浅海海域，生产出全世界渔获量的90%，包括上升流
渔场在内年均渔获量在9000万吨左右，如果减去上升流渔场渔获量，实际大陆架浅海海域渔获量只有4000万吨左右。究其根本原因是：大陆架浅海生态系统海水较浅，一般在200米以内，太阳光能照射接近海底，沉降在海底的氮磷硅铁等生物营养元素部分能够被生物循环利用，另外陆地入海河流也带入大量营养盐，由于浅海海域海水营养盐浓度较高，初级生产力较高，因此渔获量也较高。在大陆架浅海生态系统海域表面，N含量2mmol/m3，P含量0.2mmol/m3，Si含量1mmol/m3，初级生产力最高可达100gc/m2.a，渔获量最高可达10吨/平方千米。渔获量与海洋初级生产力呈显著相关关系。另外有些浅海生态系统，由于海底地形的影响，经常会出现一些上升流，将海底营养盐带到海表层，因此这些海域初级生产力也较高，渔获量也较高。
[0018] 占海洋面积92.5%的深海大洋海域，仅生产出全世界不足10%的渔获量，年均渔获量只有1000万吨左右。究其根本原因是：由于在面积广阔的热带亚热带海域，阳光辐射强烈，海洋表层温度比深层温度高20摄氏度以上，海洋温度跃层
密度跃层造成海水分层，深层海水温度低密度重营养盐丰富，表层海水温度高密度轻营养盐贫瘠，在自然状态下深层海水不容易自己上升到表层来，而海水中的生物营养盐绝大多数都在海洋深层水中。大多数热带亚热带开阔海洋表层缺少营养盐的稳定供应，在非上升流大洋海域表面，N含量低于0.1mmol/m3，P含量低于0.05mmol/m3，Si含量低于1mmol/m3，初级生产力低于50gc/m2.a，渔获量低于0.005吨/平方千米，生物资源非常贫瘠。
[0019] 营养盐是海洋生态系统正常运转的物质
基础。当上升流将含有大量氮、磷、硅、铁等营养盐的深层海水上涌至温暖海洋表层时，在太阳光照耀下，光、热、水、肥、藻资源齐备，二氧化碳、水和营养盐经浮游植物光合作用，生产出大量有机物，太阳光能被转化为藻类生物质能，引起浮游植物的大量繁盛繁殖；浮游植物为浮游动物带来大量品种齐全营养丰富的饵料资源，继而带来浮游动物的大量繁殖爆发，将藻类生物质能转化为浮游动物生物质能；浮游植物和浮游动物等浮游生物的大量爆发繁殖，为鱼虾蟹贝参鱿等经济动物提供大量品种齐全营养丰富的食物，从而引起渔业生物资源品种数量的大爆发。营养盐含量是海洋初级生产力的主要限制性因素，初级生产力是海洋渔获量的主要限制性因素，上升流可以带来大量营养盐的稳定供应，对海洋初级生产力和渔获量具有非常巨大的影响力。同一纬度上升流海域与非上升流海域相比，表层营养盐浓度相差数十倍，初级生产力水平相差数百倍，渔获量水平相差数千倍。
[0020] 影响海洋渔获量的主要因素是温度、营养盐、光照、浮游植物密度、浮游动物密度、经济动物密度等。海水生态环境因素垂直分布特点，从海平面往下，温度越来越低，温跃层后温度急剧降低；营养盐浓度越来越高，到300米水深后趋于稳定；光照强度随海水深度增加急剧衰减，超过200米水深后光照接近于零。海洋表层真光层最适合于藻类光合作用的水层是0-80米水层，这里是各种生物利用太阳光能进行初级生产和次级生产的最活跃场所，是渔业资源再生和增殖爆发的主要场所，是固定太阳光能吸收二氧化碳的主要场所。准确
定位光合作用最佳水层，及时低成本高效率补充光合作用所必需的限制性营养盐，提高光合作用效率，提高二氧化碳固定规模数量，提高初级生产量和次级生产量，提高渔业资源量。
[0021] 在海洋表层随着海水深度增加，光照强度迅速降低，海洋表面光照强度为100%即10万勒克斯，水深10米处光照强度只有海表面的50%即5万勒克斯，水深19米处光照强度只有海表面的25%即2.5万勒克斯，水深32米处光照强度只有海表面的10%即1万勒克斯，水深
49米处光照强度只有海表面的3%即3000勒克斯，水深64米处光照强度只有海表面的1%即
1000勒克斯，水深80米处的光照强度大约只有数百勒克斯，水深超过200米光照强度接近于零。水深小于10米的海洋表层水面，由于海水与大气交互活动剧烈，此水层波高浪急，对人工浅海生态系统海洋牧场水产养殖设施破坏较大，因此，确定水深10-80米为人工浅海生态系统海洋牧场装置的适宜水层空间。
[0022] 太阳光能是海洋生态系统能量流动的最初能量来源。海洋表面平均太阳光能密度约为5000MJ/m2.a，有效辐射能（约相当于可见光部分，大致为太阳总辐射量的50%）2500MJ/m2.a。根据现有光合作用效率数据，
农作物为0.5%-1.0%，大型海藻为4.0%-6.0%，淡水微藻捷克栅藻在最佳条件下最高可达10%。
[0023] 人工浅海生态系统海洋牧场，一种在贫瘠海洋上建造富饶海洋牧场的工程技术方案。利用生态仿生学原理和现代材料工程技术发展成就，将生命科学细胞亚细胞结构功能的微观世界科学研究成果应用到改造重建海洋生态系统、应对全球食物与能源生产供给危机的宏观世界海洋生态系统重建事业上来，以自然上升流渔场为榜样，以大陆架浅海生态系统渔场为
模版，将目前人类难以充分利用的贫瘠深海大洋海域表层真光层开辟建设为人类可以成熟开发利用的富饶海洋牧场，选择廉价常用轻薄柔性充气囊状薄膜材料和其它固定材料，按照海流运动科学规律，设计一定形状结构和空间排列顺序，在自然上升流很弱的海域通过人工诱导上升流海洋牧场装置营造强人工上升流，以人工诱导上升流装置获取深海营养盐，以人工浅海生态系统海洋牧场装置作为生物生长繁衍的场所，在水深10-80米的海洋真光层作为人工浅海生态系统海洋牧场装置的适宜水层空间，以浮游植物光合作用吸收固定二氧化碳和太阳光能，以海洋生态系统食物链食物网的汇聚积累作用，将微小分散的浮游生物汇聚转化为鱼虾蟹贝参鱿等大中型经济动物，继而转化为人类的食物和能源，这是一种以非常低廉的成本大规模解决全球食物与能源生产供给危机的良好工程技术方案。
[0024] 人工浅海生态系统海洋牧场装置和人工诱导上升流海洋牧场装置两者整合为一体，以辽阔海洋表层为舞台，以二氧化碳为原料，以太阳光能为能源，以碳氢氧氮磷硅铁等营养元素为骨架，以人工诱导上升流海洋牧场为基本技术途径，以人工浅海生态系统海洋牧场为生物生长繁衍场所，以海水洋流为主要动力，将海洋深层富含营养盐海水经过人工诱导上升流装置涌升至海洋表层进入人工浅海生态系统海洋牧场中参与光合作用，以海洋生态系统食物链食物网为加工厂，利用浮游植物光合作用分离、吸收、固定、还原二氧化碳为有机物，同时将太阳光能吸收固定转化为生物质能，利用浮游动物过滤收集摄食消化浮游植物，利用鱼虾蟹贝参鱿等经济动物将浮游动物采集摄食转化为渔业资源，经捕捞加工生产为海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油、藻油，海鲜、鱼肉转化为食物，鱼粉转化为
饲料，以替代粮食解决粮食危机；鱼油、藻油加工转化为生物柴油，以替代石油解决能源危机。
[0025] 人工诱导上升流海洋牧场技术理论的突破是解决人类食物生产供给危机工程的第一步，通过人工诱导上升流海洋牧场装置充分发掘利用深层海水里的免费营养盐；人工浅海生态系统海洋牧场工程技术理论的突破是解决人类食物生产供给危机工程的第二步，通过大面积大规模低成本在深海大洋海域真光层营造人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程，充分利用海洋真光层太阳光能资源和空间资源；充分利用海洋生态系统食物链食物网物质循环和能量流动原理，光合作用不但利用太阳光能大量生产食物和能源，而且同时还大量吸收固定大气二氧化碳，本发明既有生产食物和能源的直接投资收益，又有解决全球气候变化调控大气二氧化碳浓度的间接生态气候效益，一举多得。在解决人类食物生产供给危机工程实施运行过程中，对于那些超过人类需求的过量生物质能，通过
导管直接输送导入深海海沟海底上，参与地球地质史碳循环，将人类以
煤炭石油
天然气页岩油等形式从地下挖掘出来的碳元素再次以生物质能碳元素的形式重新回归地下，为未来形成新的化石能源提供原料，实现地球地质史碳循环的重新平衡。
[0026] 人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程系统装置立足于永久解决粮食危机、能源危机、全球气候变化危机、生物多样性保护危机、生态系统环境恶化危机、水土流失危机、土地沙漠化危机、淡水资源供应短缺危机、二氧化碳过量排放危机、地球碳循环失衡危机、热带雨林乱砍滥伐危机等人类当前所面临的几乎所有重大危机。一项科学发明理论同时解决这么多不同性质的重大危机，看似不可能，实际上却是一回事。这项理论创新就是生态仿生学理论，通过研究学习地球几十亿年来生命进化出的高度复杂有效而又平衡的生命系统，将微观世界细胞亚细胞结构膜功能原理应用到宏观世界生态系统的修复改造中去，对海洋表层真光层进行大规模开发利用，利用人工诱导上升流海洋牧场、人工浅海生态系统海洋牧场、调控全球气候变化绿色地球工程系统装置等发明技术，将上述创新理论转化为实际知识产权产品，为大规模工业化推广利用奠定技术与理论基础。
[0027] 人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程系统装置将大量深海营养盐涌升至海洋表层参与光合作用，极大促进浮游植物生长繁殖，浮游植物为浮游动物和鱼虾蟹贝参鱿等经济动物提供大量饵料，经过海洋生态系统食物链食物网作用，最终转化为人类食物，解决粮食生产供给危机。浮游植物光合作用将大量太阳光能吸收固定转化为生物质能，进而转化为鱼肉、鱼粉、鱼油、藻油，经过进一步加工，可以继续转化为生物柴油、沼气、酒精等能源，解决能源危机。与此同时，浮游植物大量吸收固定二氧化碳，调控降低大气二氧化碳浓度，解决全球气候变化危机。由于人们可以从海洋中获得大量水产品作为食物和生物质能源原料，从而减轻对陆地环境和生物资源的破坏，让更多土地恢复为森林、草原、
沼泽、湿地和自然保护区，为人们提供优美生活环境和舒适居住环境，解决生物多样性保护危机、生态系统环境恶化危机、热带雨林乱砍滥伐危机、水土流失危机和土地沙漠化危机。由于1吨水产品相当于1吨肉，1吨肉相当于5吨粮食，生产5吨粮食需要10亩耕地并且消耗约5000吨淡水资源，在海洋里大量生产水产品，相当于减少陆地粮食生产用地用水压力，解决淡水资源短缺危机。大量利用海洋生态系统生产生物质能，替代化石能源，解决二氧化碳过量排放危机和地球碳循环失衡危机。
[0028] 海洋，面积辽阔的海洋，为解决人类食物生产供给危机问题提供了崭新宏大的免费舞台！光合作用，浮游植物光合作用，为大规模固定转化太阳光能为生物质能提供了免费的技术途径，同时还为大规模分离吸收固定大气二氧化碳提供了免费技术途径！人工诱导上升流，富饶神奇的人工诱导上升流，为藻类光合作用提供了取之不尽用之不竭的免费深海营养盐！人工浅海生态系统海洋牧场，光热水肥资源齐备的人工浅海生态系统海洋牧场，为浮游植物光合作用提供了面积巨大的场地和空间！海洋生态系统，纷繁复杂的海洋生态系统，为将太阳光能转化为食物和能源提供了免费自动化流水生产线！太阳光能，温暖柔和永放光芒的太阳光能，为海洋生态系统长期连续运转提供源源不断的免费动力源！海底，深邃无垠的海底，为长期储存碳元素提供免费的天然库房！创新技术，灵光闪耀智慧神奇的创新技术，将自然与人工伟大的积极因素统筹集成为完美整体，一揽子解决人类面临的所有重大危机！解决人类食物生产供给危机绿色地球工程系统装置，以人工诱导上升流为起点，以人工浅海生态系统海洋牧场为舞台，以太阳光能为能源，利用浮游植物光合作用，生产食物和能源，调控大气二氧化碳浓度。
[0029] 海洋牧场，惟有面积辽阔的深海大洋人工浅海生态系统海洋牧场才能够低成本生产数千亿吨的食物和能源，同时低成本吸收固定每年新增数百亿吨的二氧化碳
排放量；上升流，惟有人工诱导上升流海洋牧场才可以提供数十亿吨的低成本氮磷硅铁等生物营养盐；真光层，惟有海洋真光层才可以为人工浅海生态系统海洋牧场提供数亿平方千米的低成本光合作用场所和空间；海洋，惟有海洋才能够生产提供数量庞大的足以满足全人类需求的食物和能源。生命起源于海洋，生命演化发展依赖于海洋，我们需要依靠海洋母亲来解决处理生命发展过程中面临的各种危机。
[0030] 人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程系统装置利用广阔深海大洋表层真光层空间光热水肥藻资源生产食物、能源、有机物、生物、海鲜、水产品、碳汇等产品，创新、协调、绿色、开放、共享、节水、节电、节能、节地、减排、适应、有机、生态、环保、健康、安全、循环、可持续发展，在提供人类大量食物和能源的同时，还可以降低大气二氧化碳含量，调控全球气候变化。理论上年投入产出比可达1：100。因为太阳光能免费，洋流动力免费，几乎所有消耗性物质原料如二氧化碳、水、营养盐免费，生产场所海洋表层真光层免费，海洋生态系统和各种生物免费。只有技术、人工和一些必要的工程材料需要花些
费用，将空旷贫瘠的深海大洋表层真光层建设成为生物繁荣昌盛的富饶海洋牧场。几乎所有中间产品和终端产品都可以销售，如海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油、生物柴油、沼气、酒精，以及碳汇、二氧化碳排放指标、营养盐、浮游植物、浮游动物、鱼虾蟹贝参鱿等产品销售均产生大量利润。另外，海洋生态系统修复、海洋环境污染修复、人工诱导上升流海洋牧场、人工浅海生态系统海洋牧场等都很有价值，具有巨大的社会效益、经济效益、生态效益、景观效益和生物多样性保护效益，还有一些军事用途，这些都可以产生大量利润。
[0031] 人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程系统装置所创新营造的海洋牧场经济是绿色经济、
循环经济、低碳经济、节能减排经济、可持续发展经济、生物质能经济、蓝色海洋经济等创新热点经济的集中综合体现。大规模低成本开发利用海洋表层真光层光热水肥资源，大面积大范围人工增养殖海洋渔业资源，将太阳光能转化为食物和能源，新增数十万亿元绿色GDP、数万亿元阳光利润、数千万人就业机会、数百亿吨二氧化碳减排指标、数千亿吨新增食物生产能力。其终极目标将是食物不再短缺、能源不再短缺、环境不再恶化、人民不再穷困。当物质产品极大丰富时，人们就能够更诗意地栖息在环境优美的大地上，让蓝色的地球焕发出更耀眼更璀璨更健康的生命之光。
[0032] 热带亚热带温带辽阔海洋表层真光层光热水肥资源条件优越，可以建成效益优良的人工浅海生态系统海洋牧场。化海洋为良田，将蓝色海洋沙漠化为绿色海洋牧场，实现耕海牧洋，将人类食物增产注意力从陆地转向海洋，将人类能源生产由不可再生化石能源转化为可再生生物质能源是我们技术发明理念的主要价值所在，在大幅度提高海洋渔获量的同时固定二氧化碳，应对全球气候变化。这是一种大规模开发利用太阳光能的理论创新、观念创新和技术实践创新。
[0033] 大量热带亚热带深海大洋海域表层营养盐严重缺乏，生物量非常低，初级生产力也非常低，甚至低于陆地沙漠，被称为蓝色海洋沙漠。食物是一切生物生长繁殖的物质能源基础，营养盐和太阳光是浮游植物的基本食物，海洋表层真光层不缺乏太阳光能，最缺乏的物质是生物营养盐，而营养盐就在海表面200米以下的海洋深层海水里。海洋单位面积渔获量与陆地相比是非常低的，陆地粮食平均年产量可达500公斤/亩，而海洋平均年渔获量不足0.2公斤/亩。海洋实际渔获量水平远远低于海面所获得的光热资源潜在生产力水平。由于海洋面积巨大，光热水肥资源丰富，现实平均渔获量又很低，渔业资源增殖潜力很大，因此我们只要能够在创新技术理论工程上稍微前进一步，就能够带来巨大的经济效益、生态效益、环境效益、社会效益和气候效益。又因为渔获量与粮食安全是紧密联系在一起的，而粮食安全始终是国家的核心利益所在，所以它还有巨大的政治利益。
[0034] 大规模营造人工浅海生态系统海洋牧场的最大隐患是对天气和气候变化造成的的长期潜在影响。小范围小面积营造人工浅海生态系统海洋牧场对天气和气候变化几乎没有什么影响，但是由于解决全球食物生产供给危机绿色地球工程系统装置及其相关人工浅海生态系统海洋牧场装置技术具有巨大的经济利益，简单的技术模式，低廉的投资成本，根本无法做到长期技术保密，无法限制别人模仿使用，更无法限制别国模仿使用。在技术原理公开后，很可能马上就会引起各路机构实体争相上马，各种权力资金争相介入，圈海占地，圈洋占地，在巨大利益驱动下各路资金争相介入，飞速发展。如果局面失控，大规模进行人工诱导上升流就会造成大面积改变海洋表层温度场，从而改变海面气压场，影响大气环流强度和方向，对天气与气候变化产生显著影响，对降雨时间、降雨量和降雨范围产生显著影响，甚至对台风运行路径和强度变化产生显著影响，由此引起的连
锁反应所造成的社会经济政治影响不容忽视。另外，大范围大面积大规模提高海洋浮游植物光合作用强度，消耗固定大量二氧化碳，甚至对大气二氧化碳浓度变化产生重要影响，将现在的气候变暖趋势逆转为气候变冷趋势，由此引起地球气候变化进入新的
冰期。因为海洋面积足够大，影响范围足够广，小量级的变化很快就可能积累为巨量级的变化。
[0035] 人工浅海生态系统海洋牧场绿色地球工程系统装置技术原理和使用方法不但可以在海洋里用于生产食物和能源，调控全球气候变化，而且还可以用于在湖泊、水库、河流等陆地大水面
水体进行渔业资源增养殖工程，用轻便柔性充气囊状薄膜材料在大水面适宜水层设计营造水产增养殖工程设施，为浮游植物、浮游动物、沉水植物、挺水植物、鱼虾蟹贝等经济生物生长繁殖提供适宜环境条件和栖息生长繁殖场所，大幅度提高大水面水体渔业生物资源生产能力，提高光合作用效率，提高初级生产力和次级生产力，提高渔获物产量。
[0036] 人工浅海生态系统海洋牧场，一种在海洋上通过人工工程措施建造海洋牧场的工程技术方案和装置，既包括一种在贫瘠海洋上建造富饶海洋牧场的工程技术方案，也包括人工浅海生态系统海洋牧场工程装置，具体主要包括工程
主体材料、深海营养盐人工诱导上升流装置、养殖装置可拆卸
支架结构、养殖装置水中塑型结构、养殖装置多层分级结构、养殖装置海水层中固定结构、养殖装置内部人工诱导上升流诱导膜装置等。上述各项装置结构的有机组合，形成人工浅海生态系统海洋牧场。
[0037] 在辽阔深海大洋上进行海洋牧场工程建设，选择合适的工程材料是关键。人工浅海生态系统海洋牧场工程主体材料选用各种常用廉价的以塑料薄膜为代表的轻薄柔性充气囊状薄膜材料，成本低廉易得，生产加工运输均很方便，在
指定海域深度的水层中固定安装调试均很容易，海洋牧场的规模大小面积深浅均容易控制，单位面积海洋牧场投资营造成本低廉，安装与撤离都很便捷，更主要的优点是摆脱水深条件限制，在深海大洋里也可以营造海洋牧场，这样大大提高了海洋牧场的营造使用范围，几乎可以在全球所有海洋里都可以营造安装不同面积规模大小的海洋牧场，从量变到质变，从而彻底改变了人类食物和能源生产的游戏规则，实现从陆地到海洋的巨大转变，在深海大洋里营造人工浅海生态系统海洋牧场。
[0038] 人工浅海生态系统海洋牧场工程主体材料选用各种常用廉价的以塑料薄膜为代表的轻薄柔性充气囊状薄膜材料，简称工程膜，主要用于制造网箱周
围网衣、各层间间隔网衣和人工诱导上升流工程膜，包括各种聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基
丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、高透光
树脂、有机玻璃、亚克力等透光材料制成的塑料薄膜、高分子材料薄膜以及其它各种合成膜状材料，还包括经过气密处理的各种天然
纤维材料如纯棉布、纯麻布、棉麻布、棉毛布等，以及各种人工合成高分子材料如涤棉布、涤纶布、混纺布、化纤布、锦纶布、尼龙布、土工布等，可以阻止各种生物营养盐下沉，阻止各种生物
粪便、残饵、残骸、颗粒物下沉。
[0039] 人工浅海生态系统海洋牧场工程膜强化材料主要指在工程膜的主要受力部位选用柔性膜状强化
复合材料，如涤纶、锦纶、尼龙等各种高强度高分子材料，在工程膜受力较强部位加装强化带，增加工程膜强度和使用寿命，以抵抗海洋恶劣环境的冲击，以柔克刚。海洋表面虽然风急浪高，破坏力巨大，但是人工浅海生态系统海洋牧场装置在离海平面10-
80米深度的海洋真光层里，海流潮汐波浪的影响都不是那么剧烈，利用工程膜材料可以满足工程设计要求。
[0040] 人工浅海生态系统海洋牧场深海营养盐人工诱导上升流装置。工程主体材料为轻薄柔性充气囊状薄膜材料工程膜、强化带、四周边纲、沟槽结构、网络固定结构、浮子、坠子、锚绳和锚碇等；轻薄柔性充气囊状薄膜材料为工程膜提供向上
浮力，底纲、锚绳和锚碇使深海营养盐人工诱导上升流装置底部固定在深海富营养盐海水层中。在等深线为200米以内的浅海海域，人工诱导上升流海水水团来源取含营养盐丰富的底层水团；在海水等深线超过200米以深的深海大洋海域，人工诱导上升流海水水团来源取含营养盐比较丰富的主温跃层以下的低温水团。工程膜底纲与深层低温富营养盐水团
接触，底纲上每隔一定距离安装坠子使工程膜底部固定在深层低温富营养盐水团中，底纲两边用锚固定在海底；工程膜其它部分游离，轻薄柔性充气囊状薄膜材料可以提供足够的浮力，浮力大小由海流流速大小确定，通过调整充气量来调整浮力的大小；确保底纲在海底
位置的固定，不被海流带走；利用轻薄柔性充气囊状薄膜材料向上浮力、坠子向下重力与海流冲力对工程膜迎流面所形成的水流作用力等力的共同作用，使工程膜与海底面之间形成一定的倾斜
角度，诱导下层富含营养盐海水沿工程膜面向上
层流动，进入到人工浅海生态系统海洋牧场装置中去。根据海流流速大小，通过调整浮子数量与浮力大小，来调整工程膜倾斜角的角度大小；以一定倾斜角的工程膜拦截在海流流动路径上，利用水流
惯性力以及工程膜迎流面不同深度水压差和不同水流速度差异所形成的压力差，诱导下
层压力较大的水团沿着工程膜迎流面向较上层压力较小的上层流动，从而形成人工诱导上升流。
[0041] 人工诱导上升流的动力来源是海流本身所蕴含的
动能与
势能之间的转化。工程膜迎流面海流流速减小，动能降低，势能增加，水压增加，动能向势能转化。工程膜迎流面下部固定，其它部分游离，工程膜下部率先与海流接触，降低水流速度，水压增大，水团从下层压力较大处流向上层压力较小处。工程膜面设计成沟槽结构，利用浮子和坠子间隔安装的不同位置来形成并固定工程膜的形状结构，以控制水流流向。人工诱导上升流无需额外施加人工动力。
[0042] 人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置可拆卸支架结构。支架结构材料性能要求管状、柔韧、结实、轻便、便宜，在水中重量为零，我们可以模仿
鸟类骨骼结构，以高分子聚乙烯为主要材料，管状外层类似骨密质为致密层结构，管状里面类似骨疏质为充气形成气囊状结构；聚乙烯管经过如此处理便可以变成高强度高韧性轻质支架材料，通过调整管中充气气囊比例，使其密度与海水密度相当，其在海水中的重量为零，便于支架在水中安装、拆卸、组合。对于养殖海参、扇贝、
鲍鱼、海胆、红螺等底栖动物，当养殖周期结束需要
收获时，只要把支架中心
紧固件松开，整个支架装置形状就会散架，原有
支撑结构由水平状态转变为倾斜或垂直状态，原本在水平间隔面上养殖的海参、扇贝、鲍鱼、海胆、红螺等养殖底栖生物在自身重力作用下，纷纷自动沉降聚拢到底部收获网中，只需将收获网上提到船上倒出产品既可，免去现在大多数海洋牧场靠人工潜水或
拖网收获的成本费用；收获完成后，只要再次将支架系统撑开恢复并合上紧固器后就可以继续使用，再次放苗进行下一茬养殖。养殖装置支架结构就像雨伞骨架一样，撑伞收伞，打开收拢，收放自如。
[0043] 人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置水中塑型结构。设计塑型结构的目的是使整个养殖装置在海水中保持一定的设计形状，一般为圆柱体形，半径大小可以根据需要增减，为了抵抗海流冲击，包括四周骨架、边纲、浮子、坠子、支架结构、沟槽结构、网络固定结构、锚绳和锚碇等附件；浮子和轻薄柔性充气囊状薄膜材料一起共同提供向上的浮力，坠子提供向下重力，利用浮子和坠子按一定设计距离相互交替间隔排列安装固定在工程膜上，使工程膜保持凸凹不平的沟槽结构；四周骨架和支架结构一起构成了养殖装置的基本圆柱体形状，四周边纲是指缝制安装在工程膜四周的绳索，用以连接浮子、坠子、工程膜、支架结构和网络固定结构，四周边纲和轻薄柔性充气囊状薄膜材料使整个养殖装置在海水中保持一定的大小形状；为了防止海流冲击对人工浅海生态系统海洋牧场装置的破坏，占总工程膜面积的20-30%部分加装透水网，海水可以轻易穿过透水网，透水网里面加装防逃帘，海水单向流动，可进不可出，装置周围网衣和各层间间隔网衣用轻薄柔性充气囊状薄膜材料连接在支架结构上，底部网衣和各层间间隔网衣与周围网衣连接，起到防逃网作用。通过绳索网络固定结构将多个养殖单元装置连接成一组，共同稳定在海水中的一定深度，固定整个一群养殖装置在海洋中的位置。
[0044] 人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置多层分级结构。为了充分利用设备装置养殖水体空间，一般设计为多层分级结构，尤其是对于养殖海参、扇贝、鲍鱼、海胆、红螺等底栖动物，多层结构可以增加多倍的养殖底面面积，提高养殖效率，提高产量，根据具体养殖生物对藻类、光照、温度、溶氧等环境要素的不同需求，多层分级养殖海参、扇贝、鲍鱼、海胆、红螺、贻贝、珍珠贝、其它贝类等品种；层间距0.5-1米左右，便于工作人员或潜水器在各层之间检查养殖生物生长发育状况；除各层间隔面底层养殖底栖动物外，其它水体空间还可以适当放养一些海蜇、鱿鱼、对虾、螃蟹和鱼类等游泳动物。
[0045] 人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置海水层中固定结构。在海面以下10-80米深度的海洋真光层中安装固定用于生物生长繁殖的人工浅海生态系统海洋牧场装置，利用绳索网络固定结构和支架结构共同保持人工浅海生态系统海洋牧场装置的形状、大小、深度、结构的稳定性，根据养殖动物的具体要求和当地海洋环境条件变化，随时调整养殖深度，随时调整光照和温度，使养殖生物一直处于最佳养殖环境中；采用水下直流卷扬机来调整养殖装置在水中的深度，根据需求随时沉降或浮起，用
蓄电池作为直流
电动机的动力，或者船上发
电机提供动力。
[0046] 人工浅海生态系统海洋牧场内部人工诱导上升流诱导膜装置。为了充分利用沉淀积累在人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置内部的营养盐，工程膜不仅仅是用于阻止含营养盐的深海水自然下沉，用于阻止各种生物粪便、
排泄物、残饵、残骸、有机碎屑、颗粒物等营养物质自然下沉，阻止浮游生物、养殖生物自然下沉，还要在膜上专
门设计凸凹不平的沟槽结构阻止颗粒物被海流冲向下游低洼处集中淤积，对于储存积累在人工浅海生态系统海洋牧场养殖装置内部的营养盐，通过安装内部人工诱导上升流诱导膜装置，上升流诱导膜是指安装固定在养殖装置底部的游离充气囊状薄膜，一端固定在底部，其它三边游离在水中，在洋流动力作用下，可以将沉降在底部的营养盐上涌至顶部，让营养盐一直在真光层中充分参与光合作用，反复循环利用，吸收固定二氧化碳，将太阳光能转化为生物质能，生产鱼虾蟹贝参鱿等经济动物，最终转化为食物和能源。
[0047] 营养袋用布料制作，缝制安装在人工浅海生态系统海洋牧场装置工程膜上，用于加装各种营养物质并进行缓释处理，使营养物质在海水中逐渐溶解释放。营养物质包括各种植物限制性营养元素，如氮、磷、铁、硅、锰、维生素、生物素、微量元素以及其它任何对生物生长繁殖所必需的各种限制性营养物质。加装营养袋是为了提高初级生产力和次级生产力水平。可根据实际情况具体选择加装或不加装营养袋。
[0048] 为了不影响
船舶航行，在航道区工程膜顶部离海平面20米以下，以超过船舶最大
吃水深度为宜。在非航道区，工程膜顶部可以离海平面10米左右，在不受海面风浪破坏的前提下，尽可能将下层富含营养盐水团诱导上涌到太阳光照辐射充足且温度较高的上层海域。工程膜顶部留有一定长度膜面不安装浮子坠子，顶部工程膜可以随海水自由飘动，为幼鱼扩大遮蔽空间，为海洋生物提供繁殖、产卵、索饵、遮荫、避敌、生长、育肥、活动空间，同时为附着生物扩大附着面，为海洋鱼类提供更多饵料生物。
[0049] 人工浅海生态系统海洋牧场装置在海洋表层真光层海水中的深度。人工浅海生态系统海洋牧场装置在海洋中的深度为海平面以下10-80米之间的真光层。水层太浅小于10米，容易受到海洋表层狂风巨浪的破坏，装置设备使用寿命太短，投资代价太大，经济效益不足，另外海洋表面光照太强，对浮游植物光合作用不利，反而不好。水层也不宜太深，如果水深大于80米，太阳光线透射量严重不足，在缺少光照的情况下，环境容易积累生物代谢废物，容易积累
氨氮、
硫化氢等有毒物质，容易缺少氧气，生态环境系统容易受到缺氧引起的负面影响，影响养殖生物的健康生长。当然，如果养殖生物可以承受微弱光照甚至是无光照环境，装置设备深度可以扩大至潜艇所能正常工作的极限水深水下600米深度，实际上装置设备可以承受任意深度。
[0050] 人工浅海生态系统海洋牧场
单体装置的形状大小。单体装置可以是任意形状，但是从满足制造、安装、管理、收获等各方面性能要求综合考虑，以圆柱形为优。圆柱形单体制造方便，安装简易，管理容易，收获便捷，实现养殖空间利用最大化，管理成本最低化，投苗收获便捷化。人工浅海生态系统海洋牧场单体装置大小以1万至100万平方米为宜，养殖水体空间100万至一亿立方米。由一个个单体装置的排列组合共同组成了人工浅海生态系统海洋牧场系统装置。
[0051] 人工浅海生态系统海洋牧场整个系统装置在海水中的重力一直要保持负重力。每个单体装置在海水中的重力也一直要保持负重力，即在海水中浮力大于重力，用锚绳锚锭固定平衡这些负重力即浮力，所有材料包括支架系统、工程膜系统、绳索系统、固定系统都选用比重小于或等于水的材料。为了保持系统在水中的稳定性，工程膜系统采用以双层充气囊状塑料薄膜为代表的轻薄柔性充气囊状薄膜材料，相当于在系统各处固定安装气囊系统，为系统提供分散均匀的浮力，用大量分散均匀的细小气囊代替一个个浮子，这样在海水中安全性更好，稳定性更强。
[0052] 人工浅海生态系统海洋牧场浮力系统。除了正常浮力外，还需要储备一些紧急备用浮力，紧急备用浮力由充气气囊提供，由压缩气瓶或者空气
压缩机提供压缩空气至气囊中，在系统装置中心部分和周围主要部分采用充气气囊结构为系统提供充足的紧急备用浮力，确保整个系统装置在任何时候任何情况下都不会自动沉底，因为系统装置中养殖有各种规格的珍贵底栖生物，这些生物不能自己逃离系统，一旦系统沉底，养殖生物多数都会由于环境条件巨变缺少饵料或压力过大而死亡。多余的浮力由海底固定的缆绳缆锭抵消。
[0053] 人工浅海生态系统海洋牧场报警系统。养殖周期刚开始时系统浮力较大，在水中鱼虾、海参、海蜇的重量几乎为零，随着养殖生物的长大，它们在水中的重量变化不大，而扇贝、鲍鱼、红螺等带壳软体动物随着贝壳的长大，贝壳比重明显比海水重，它们在水中的重量将会逐渐增加，由此逐渐平衡掉一些过剩的浮力。养殖结束时系统装置还需要保留一些浮力，以保证系统绝对不会沉底，防止出现意外安全事故。一旦出现缆绳松扣、断裂、脱落导致系统装置上浮至海表面，或者浮力气囊漏气、浮子脱落、浮力不足导致系统装置下沉至海底，当各种意外事故发生时，系统装置要及时自动报警，便于管理人员及时采取补救处理措施。
[0054] 人工浅海生态系统海洋牧场装置要防风、防浪、防漂。风浪主要都是集中在海表面，在海平面以下一定深度的海水层中，随着海水深度的增加，风浪的影响因素越来越小。可以根据当地海况具体水文数据测量情况，确定系统装置在水中的最佳深度。系统装置要有多根缆绳共同联合固定在海底，防止出现某一根缆绳意外断裂而造成系统装置随流漂走。
[0055] 人工浅海生态系统海洋牧场装置要防海流冲击。海流不但在海洋表层存在，在海平面以下一定深度，也还是有海流存在，而且有些地方海流速度还挺大，为了防止海流对系统装置的冲击破坏，可以在系统装置底面工程膜和四周工程膜上设计预留一些防流网，海水可以流过防流网，降低减小系统装置对海流的阻力，降低减小海流对整个系统装置的破坏。
[0056] 人工浅海生态系统海洋牧场设溢流网。当系统装置外水压比系统内水压大时，水可以流进系统；当系统内水压比系统外大时，溢流网出水口被阻流布挡住，水不能从溢流网流出系统，对于溢流网来说，水能进不能出，水是单向流动的，系统内多余的海水通过表层开放水域流出系统，保持系统内水量的平衡。
[0057] 人工浅海生态系统海洋牧场工程膜。采用以双层充气囊状塑料薄膜为代表的轻薄柔性充气囊状薄膜材料，在两层塑料薄膜间充气、
热压、粘结，形成一个个独立的气囊结构，这样即使有少数气囊在运输、安装、使用过程中出现破损漏气，只要破损漏气气囊比例不超过安全限度，整个系统装置的浮力水平都是安全的。
[0058] 人工浅海生态系统海洋牧场气密间和气囊。系统装置中养殖的生物多数在水中的重量很低，通过充气量来决定系统装置的养殖容量，保持系统装置自身及养殖对象在水中的重量小于零，整个系统装置往上浮，通过缆绳固定在海底。轻薄柔性充气囊状薄膜材料提供固定的浮力，气密间和气囊提供额外的浮力，两者密切协调配合以为整个系统装置提供合适的浮力水平。
[0059] 如果养殖生物栖息环境必须有沙砾才能正常生长成活，我们可以通过增加气囊充气量来增加系统的额外浮力，所增加的浮力可以满足在系统中铺设一定厚度的沙砾，以满足养殖生物的需求，当然如果人工模仿沙砾材料能够满足养殖生物要求，也可以制造安装人工沙砾材料。
[0060] 如果养殖生物是喜欢钻洞穴居的动物，我们可以在系统材料上人工制造安装一些洞穴，以满足此类生物的需求。不论养殖对象需要什么样的栖息环境条件，无论是附着，还是潜沙，无论是钻洞，还是爬行，我们都可以用人工
环境工程设法满足养殖生物的需求。
[0061] 人工浅海生态系统海洋牧场装置，相当于一种安装固定在深海大洋海域表层真光层中的巨型多层网箱养殖装置，整个装置通过选用以塑料薄膜为代表的廉价常用轻薄柔性充气囊状薄膜材料为主体材料，使其在海水中的重力为负，依靠多根连接固定在海底的缆绳牵引作用将整个装置固定在离海面10-80米的真光层水层中；装置在海水中的深度可以自由调整，可以根据需要浮起或沉降，以充分高效均衡和谐利用海洋真光层中的光热营养盐资源和生物饵料资源，同时避免台风巨浪的袭击破坏作用；用轻薄柔性充气囊状薄膜材料制造网箱周围的防逃网衣和底栖动物生活栖息其上的各层间间隔网衣，其它水体空间为鱼虾蟹鱿等游泳动物的生活栖息空间，同时在周围网衣和各层间间隔网衣上设计安装一些进水口、出水口、溢流口、诱导上升流膜、防洋流冲击装置等。用柔韧结实充气的塑料气囊管状材料制造成可以打开和收起的支架结构，类似雨伞的支架结构，保证整个网箱养殖装置在海水中的形状稳定；网箱圆柱体形，半径大小可以根据需要增减，内部分成多层结构，层间距0.5-1米左右，便于工作人员或潜水器在各层之间检查养殖生物生长发育状况；网箱底部安装产品采集网袋，养殖结束时可以收起支架，采集网箱中各层间养殖的底栖动物产品，产品收获后网箱支架打开复原归位，进行下一茬养殖；在放置网箱的海流上游设置人工诱导上升流海洋牧场装置，通过在海流通道上放置安装以轻薄柔性充气囊状薄膜材料制成的工程膜，将深海富含营养盐的低温深层海水人工诱导涌升至海洋真光层，为浮游植物生长发育提供连续稳定的营养盐供应，为养殖动物提供各种天然饵料生物；在人工浅海生态系统海洋牧场装置网箱各层间也设置安装人工诱导上升流装置，通过在各层间底部设置安装以轻薄柔性充气囊状薄膜材料制成的工程膜，将各层间沉淀积累的残饵、粪便、代谢废物、生物残骸等生物营养盐人工诱导涌升至上层空间参与光合作用，参与整个人工浅海生态系统海洋牧场装置养殖生态系统的物质循环和能量流动。
[0062] 所谓生态仿生学理论，从现象上来看，一个人
体细胞可以容纳并储存人体生长发育所需要的全部信息，各种生物化学反应大多数都是在各种各样的
生物膜上进行，一个小小的细胞空间，由于有了各种生物膜的折叠卷曲，形成了细胞核、线粒体、微粒体、滑面内质网、粗面内质网、核蛋白体、高尔基
复合体、溶酶体、过氧化氢酶体等亚细胞结构，通过这些细胞内膜状结构保证了人体各种新陈代谢活动的正常进行。细胞是生物体结构与功能的基本单位，生命活动过程中的各种生物化学反应绝大部分是在细胞内进行的。各种不同的膜把细胞分隔成各种不同功能的细胞器。膜的出现与分化，在细胞狭小的空间内形成大量功能各异的各种细胞器，使各种生物化学反应能够正常有序进行。因此可以说膜是生命有机生物化学反应进行的地方。
