Algenzucht - Seaweed farming

Unterwasser- Eucheuma- Landwirtschaft auf den Philippinen
Eine Person steht im seichten Wasser und sammelt Algen, die an einem Seil gewachsen sind.
Ein Algenbauer in Nusa Lembongan (Indonesien) sammelt essbare Algen, die an einem Seil gewachsen sind.

Algenzucht oder Seetangzucht ist die Praxis des Anbaus und Erntens von Algen . In seiner einfachsten Form besteht es aus der Verwaltung von natürlich vorkommenden Chargen. In seiner fortschrittlichsten Form besteht es darin, den Lebenszyklus der Algen vollständig zu kontrollieren.

Die sieben am häufigsten angebauten Algentaxa sind Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp., Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. und Sargassum fusiforme . Eucheuma und K. alvarezii werden für Carrageenan (ein Geliermittel ) gezüchtet ; Gracilaria wird für Agar gezüchtet ; während der Rest für Lebensmittel bewirtschaftet wird. Die größten Algen produzierenden Länder sind China, Indonesien und die Philippinen. Andere bemerkenswerte Produzenten sind Südkorea, Nordkorea, Japan, Malaysia und Sansibar ( Tansania ). Die Algenzucht wurde häufig als Alternative entwickelt, um die wirtschaftlichen Bedingungen zu verbessern und den Fischereidruck und die Überfischung der Fischerei zu verringern.

Die weltweite Produktion von gezüchteten Wasserpflanzen, die überwiegend von Algen dominiert wird, stieg von 13,5 Millionen Tonnen im Jahr 1995 auf knapp über 30 Millionen Tonnen im Jahr 2016. Im Jahr 2014 machten Algen 27 % der gesamten marinen Aquakultur aus . Der Anbau von Algen ist eine kohlenstoffnegative Kulturpflanze mit einem hohen Potenzial zur Eindämmung des Klimawandels . Der IPCC- Sonderbericht über Ozeane und Kryosphäre in einem sich ändernden Klima empfiehlt "weitere Forschungsaufmerksamkeit" als Eindämmungstaktik.

Geschichte

Bürstenbündel in der Mündung des Tama-Flusses für den Anbau von Porphyra- Algen in Japan , c. 1921

Die menschliche Nutzung von Algen, die in freier Wildbahn geerntet wurden, reicht mindestens bis in die Jungsteinzeit zurück .

Der Anbau von gim (laver) in Korea ist in Büchern aus dem 15. Jahrhundert berichtet, wie überarbeitete und Augmented Umfrage der Geographie Korea und Geographie der Gyeongsang Provinz .

Die Algenzucht begann in Japan bereits 1670 in der Bucht von Tokio . Im Herbst eines jeden Jahres würden die Landwirte werfen Bambus Zweige in flache, schlammige Wasser, wo die Sporen der Alge würde sammeln. Einige Wochen später wurden diese Zweige in eine Flussmündung verlegt . Die Nährstoffe aus dem Fluss würden den Algen beim Wachsen helfen.

Eucheuma- Anbau auf den Philippinen

In den 1940er Jahren verbesserten die Japaner diese Methode, indem sie Netze aus synthetischem Material an Bambusstangen befestigten. Dadurch wurde die Produktion effektiv verdoppelt. Eine billigere Variante dieser Methode wird die hibi- Methode genannt – einfache Seile, die zwischen Bambusstangen gespannt werden. In den frühen 1970er Jahren gab es eine erkannte Nachfrage nach Algen und Algenprodukten, die das Angebot überstieg, und der Anbau wurde als das beste Mittel zur Steigerung der Produktion angesehen.

In den Tropen wurde der kommerzielle Anbau von Caulerpa lentillifera (Meerstrauben) in den 1950er Jahren in Cebu , Philippinen , eingeführt, nachdem C. lentillifera versehentlich in Fischteichen auf der Insel Mactan eingeschleppt wurde . Dies wurde durch lokale Forschung weiterentwickelt, insbesondere durch die Bemühungen von Gavino Trono , der seither als National Scientist der Philippinen anerkannt ist . Lokale Forschungen und Versuchskulturen führten zur Entwicklung der ersten kommerziellen Anbaumethoden für andere Warmwasseralgen (da die in Ostasien bevorzugten Kaltwasser-Rot- und Braunalgen in den Tropen nicht wachsen), einschließlich des ersten erfolgreichen kommerziellen Anbaus von Carrageenan- produzierende Algen. Diese umfassen Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp. und Halymenia durvillei . Im Jahr 1997 wurde geschätzt, dass 40.000 Menschen auf den Philippinen ihren Lebensunterhalt durch Algenanbau verdienten. Die Philippinen waren mehrere Jahrzehnte lang der weltweit größte Produzent von Carrageenan, bis sie 2008 von Indonesien überholt wurden .

Die Praxis der Algenzucht hat sich längst über Japan und die Philippinen hinaus ausgebreitet. Der Anbau ist auch in ganz Südostasien, Kanada, Großbritannien, Spanien und den Vereinigten Staaten verbreitet.

In den 2000er Jahren wurde Algen Landwirtschaft immer zunehmende Aufmerksamkeit aufgrund seines Potenzials für sowohl die Abmilderung des Klimawandels und andere Umweltprobleme wie landwirtschaftliche Abflüsse . Die Algenzucht kann mit anderen Aquakulturen wie Muscheln gemischt werden , um die Gewässer zu verbessern, wie beispielsweise in den von der amerikanischen Non-Profit-Organisation GreenWave entwickelten Praktiken . Der IPCC- Sonderbericht über Ozeane und Kryosphäre in einem sich ändernden Klima empfiehlt "weitere Forschungsaufmerksamkeit" als Eindämmungstaktik.

Methoden

Ein amerikanischer Seetangzüchter Bren Smith von GreenWave erklärt seine Anbaumethoden, einschließlich der symbiotischen Beziehung, die Seetang mit anderen Meeresfrüchten hat, die er anbaut .

Die ersten Algenanbauführer auf den Philippinen empfahlen den Anbau von Laminaria- Algen und Riffebenen bei Ebbe in einer Tiefe von etwa einem Meter. Sie empfahlen auch, vor dem Bau einer Farm Seegräser abzuschneiden und Seeigel zu entfernen. Die Sämlinge werden dann an monofilen Schnüren gebunden und zwischen Mangrovenpfählen aufgereiht, die in das Substrat geschlagen werden. Diese Off-Bottom-Methode ist auch heute noch eine der wichtigsten Methoden.

Es gibt neue Langleinen-Kultivierungsmethoden, die in tieferen Gewässern in etwa 7 Metern Tiefe eingesetzt werden können. Sie verwenden schwimmende, am Boden verankerte Kultivierungslinien und sind die primären Methoden, die in den Dörfern von Nord-Sulawesi , Indonesien, verwendet werden . Durch Langleinen kultivierte Arten umfassen die der Gattungen Saccharina , Undaria , Eucheuma , Kappaphycus und Gracilaria .

Der Anbau von Algen in Asien ist ein relativ technologiearmes Geschäft mit hohem Arbeitskräftebedarf. In verschiedenen Ländern hat es viele Versuche gegeben, Hochtechnologie einzuführen, um das Wachstum von freistehenden Pflanzen in Tanks an Land zu kultivieren, um den Arbeitsaufwand zu reduzieren, aber sie müssen noch eine kommerzielle Rentabilität erreichen.

Es wurde viel darüber diskutiert , wie Algen im offenen Meer angebaut werden können , um dezimierte Fischpopulationen zu regenerieren und zur Kohlenstoffbindung beizutragen . Insbesondere Tim Flannery hat hervorgehoben, wie der Anbau von Algen im offenen Ozean, erleichtert durch künstliche Auftriebskräfte und Substrat, eine Kohlenstoffbindung ermöglichen kann, wenn Algen in eine Tiefe von weniger als einem Kilometer versenkt werden. In ähnlicher Weise haben die NGO Climate Foundation und eine Reihe von Permakultur-Experten postuliert, dass die Offshore-Marikultur von Algen-Ökosystemen auf eine Weise betrieben werden kann, die die Kernprinzipien der Permakultur verkörpert und somit die Marine Permakultur darstellt . Das Konzept sieht die Verwendung von künstlichem Auftrieb und schwimmenden, unter Wasser liegenden Plattformen als Substrat vor, um natürliche Algenökosysteme nachzubilden, die Lebensraum und die Grundlage einer trophischen Pyramide für Meereslebewesen bieten. Nach den Prinzipien der Permakultur können Algen und Fische nachhaltig geerntet werden, während atmosphärischer Kohlenstoff gebunden wird. Ab 2020 haben auf Hawaii, den Philippinen, Puerto Rico und Tasmanien eine Reihe erfolgreicher Studien stattgefunden. Die Idee hat erhebliche öffentliche Aufmerksamkeit erhalten, insbesondere als Schlüssellösung, die in Damon Gameaus Dokumentarfilm 2040 und in dem von Paul Hawken herausgegebenen Buch Drawdown: The Most Comprehensive Plan Ever Proposed to Reverse Global Warming behandelt wird .

Umwelt- und ökologische Auswirkungen

Luftaufnahme von Algenfarmen in Südkorea

Aus der Algenzucht können mehrere Umweltprobleme resultieren. Manchmal fällen Seetangbauern Mangroven , um sie als Pfähle für ihre Seile zu verwenden. Dies wirkt sich jedoch negativ auf die Landwirtschaft aus, da es die Wasserqualität und die Artenvielfalt der Mangroven aufgrund der Erschöpfung verringert. Manchmal entfernen Landwirte auch Seegras aus ihren Anbaugebieten. Davon wird jedoch auch abgeraten, da dies die Wasserqualität beeinträchtigt.

In Maine und British Columbia dürfen nur einheimische Algensorten angebaut werden.

Die Algenzucht hilft, Korallenriffe zu erhalten, indem sie die Vielfalt dort erhöht, wo Algen und Algen eingeführt wurden, und sie bietet auch eine zusätzliche Nische für lokale Fisch- und Wirbellosenarten. Durch die Steigerung der Produktion von pflanzenfressenden Fischen und Schalentieren in der Region kann die Landwirtschaft von Vorteil sein. Pollnac 1997b berichtete über einen Anstieg der Siginiden-Population nach dem Beginn der extensiven Zucht von Eucheuma- Algen in Dörfern in Nord-Sulawesi, Indonesien.

Algenkulturen können auch verwendet werden, um überschüssige Nährstoffe einzufangen, zu absorbieren und schließlich in lebendes Gewebe aufzunehmen. "Nährstoff-Bioextraktion" ist der bevorzugte Begriff für die Biosanierung mit kultivierten Pflanzen und Tieren. Die Bioextraktion von Nährstoffen (auch Bioharvesting genannt) ist die Praxis der Zucht und Ernte von Schalentieren und Algen, um Stickstoff und andere Nährstoffe aus natürlichen Gewässern zu entfernen. (Siehe Hauptartikel Nährstoffbelastung .)

Es wurde viel Aufmerksamkeit darauf gelenkt, wie großflächiger Algenanbau im offenen Ozean als eine Form der Kohlenstoffbindung wirken kann, um den Klimawandel abzuschwächen. Eine Reihe von akademischen Studien haben gezeigt, dass küstennahe Algenwälder eine Quelle für blauen Kohlenstoff darstellen , da Algenreste von Wellenströmungen in den mittleren und tiefen Ozean getragen werden und dabei Kohlenstoff binden. Darüber hinaus bindet nichts auf der Erde Kohlenstoff schneller als Macrocystis pyrifera (auch bekannt als Riesentang), die unter idealen Bedingungen bis zu 60 m lang und bis zu 50 cm pro Tag wachsen kann. Es wurde daher vermutet, dass der Anbau von Algen in großem Maßstab einen erheblichen Einfluss auf den Klimawandel haben kann. Laut einer Studie könnte die Bedeckung von 9% der Weltmeere mit Seetangwäldern „ausreichend Biomethan produzieren, um den gesamten heutigen Bedarf an fossiler Energie zu decken, während gleichzeitig 53 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre entfernt und das vorindustrielle Niveau wiederhergestellt werden“ . Neben der Eindämmung des Klimawandels kann die Algenzucht ein erster Schritt zur Anpassung an unvermeidliche Umweltzwänge sein, die in naher Zukunft als Folge des Klimawandels auftreten können. Dazu gehört ein wesentlicher Küstenschutz durch die Ableitung von Wellenenergie, der insbesondere für Mangrovenküsten wichtig ist. Die Aufnahme von Kohlendioxid würde den pH-Wert lokal senken, was für Kalkbildner wie Krebstiere sehr vorteilhaft ist oder die Irreversibilität der Korallenbleiche verhindert. Schließlich würde der Algenanbau einen starken Sauerstoffeintrag in die Küstengewässer liefern und so den Auswirkungen der Sauerstoffentzug der Ozeane durch die steigende Meerestemperatur entgegenwirken.

Ernte von Algen im Nordkap (Kanada)

Sozioökonomische Aspekte

Allein in Japan beträgt der jährliche Produktionswert von Nori 2 Milliarden US-Dollar und ist eine der wertvollsten Aquakulturpflanzen der Welt. Die hohe Nachfrage nach Algenproduktion bietet viele Möglichkeiten und Arbeit für die lokale Gemeinschaft. Eine von den Philippinen durchgeführte Studie hat gezeigt, dass Parzellen von etwa einem Hektar ein Nettoeinkommen aus der Eucheuma- Landwirtschaft erzielen können , das das 5- bis 6-fache des durchschnittlichen Mindestlohns eines Landarbeiters beträgt. In derselben Studie sahen sie auch einen Anstieg der Algenexporte von 675 metrischen Tonnen (MT) im Jahr 1967 auf 13.191 t im Jahr 1980, die sich bis 1988 auf 28.000 t verdoppelten.

Tansania

Die Algenzucht hat in Tansania weitreichende sozioökonomische Auswirkungen gehabt und ist zu einer sehr wichtigen Ressourcenquelle für Frauen geworden und ist der drittgrößte Devisenbringer des Landes. 90% der Bauern sind Frauen, und ein Großteil davon wird von der Hautpflege- und Kosmetikindustrie verwendet.

Verwendet

Gezüchtete Algen werden in einer Reihe verschiedener industriell hergestellter Produkte verwendet, direkt als Nahrung und als Ausgangsmaterial für Dinge wie Biokraftstoffe.

Chemikalien

Viele Algen werden zur Herstellung abgeleiteter Chemikalien verwendet, die für verschiedene Industrie-, Pharma- oder Lebensmittelprodukte verwendet werden können. Zwei Hauptderivatprodukte sind Carrageenan und Agar . Es gibt jedoch ein breites Spektrum an bioaktiven Inhaltsstoffen, die für eine Vielzahl von Industrien, wie die Pharmaindustrie , industrielle Lebensmittel und die Kosmetikindustrie, verwendet werden können .

Carrageenan

Carrageenane oder carrageenins ( / ˌ k aer ə ɡ í n ə n z / Karr-ə-Gee-nənz aus Irish carraigín " Little Rock") sind eine Familie von natürlichen linearen sulfatierten Polysacchariden , die aus extrahierten roten essbaren Meeresalgen . Die bekannteste und nach wie vor wichtigste Rotalge, die zur Herstellung der hydrophilen Kolloide zur Herstellung von Carrageenan verwendet wird, ist Chondrus crispus (Irish Moos), eine dunkelrote petersilienartige Pflanze, die an den Felsen wächst. Carrageenane werden aufgrund ihrer gelbildenden, verdickenden und stabilisierenden Eigenschaften in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet . Ihre Hauptanwendung liegt in Milch- und Fleischprodukten aufgrund ihrer starken Bindung an Lebensmittelproteine. In den letzten Jahren haben sich Carrageenane als vielversprechender Kandidat für Tissue Engineering und regenerative Medizinanwendungen herausgestellt, da sie nativen Glykosaminoglykanen (GAGs) ähneln . Sie wurden hauptsächlich für Tissue Engineering, Wundabdeckung und Medikamentenabgabe verwendet.

Carrageenane enthalten 15-40% ester- Sulfatgehalt, die sie macht anionische Polysaccharide. Sie können aufgrund ihres Sulfatgehalts hauptsächlich in drei verschiedene Klassen eingeteilt werden. Kappa-Carrageenan hat eine Sulfatgruppe pro Disaccharid, Iota-Carrageenan hat zwei und Lambda-Carrageenan hat drei.

Gelatinous Extrakte der Chondrus crispus Algen haben als Lebensmittelzusatzstoffe seit etwa dem fünfzehnten Jahrhundert verwendet worden. Carrageenan ist in einigen Anwendungen eine vegetarische und vegane Alternative zu Gelatine oder kann als Ersatz für Gelatine in Süßwaren verwendet werden. Es gibt keine klinischen Beweise für Carrageenan als unsichere Lebensmittelzutat, hauptsächlich weil sein Verbleib nach der Verdauung nicht ausreichend bestimmt ist.

Der erste kommerzielle Anbau von Eucheuma und Kappaphycus spp. für Carrageenan wurde auf den Philippinen entwickelt . Die weltweit führenden Hersteller von Carrageenan sind die Philippinen und Indonesien . Carrageenan wird zusammen mit Agar verwendet, um auf den Philippinen traditionelle Gelee-Wüsten namens Gulaman herzustellen .

Agar

Agar ( / ɡ ɑːr / oder / ɑ ɡ ər / ) oder Agar-Agar, ist ein geleeartige Substanz , bestehend aus Polysacchariden , die aus den Zellwänden von einigen Arten von Rotalgen gewonnen, vor allem aus ogonori ( Gracilaria ) und "tengusa" ( Gelidiaceae ).

Agar ist eine Mischung aus zwei Komponenten, dem linearen Polysaccharid Agarose und einer heterogenen Mischung kleinerer Moleküle namens Agaropektin . Es bildet die Stützstruktur in den Zellwänden bestimmter Algenarten und wird beim Kochen freigesetzt. Diese Algen werden als Agarophyten bezeichnet und gehören zum Stamm der Rhodophyta (Rotalgen).

Agar wurde in ganz Asien als Zutat für Desserts und auch als festes Substrat für Nährmedien für mikrobiologische Arbeiten verwendet. Agar kann eingesetzt werden , Abführmittel , Appetitzügler, ein vegetarischen Ersatz für Gelatine , Verdickungsmittel für Suppen , in Konfitüren , Eis und anderen Desserts, als Klärungsmittel in Brau und für Sizing Papier und Textilien.

Essen

Ein Gericht aus eingelegten scharfen Algen

Essbare Algen oder Meeresgemüse sind Algen , die gegessen und für kulinarische Zwecke verwendet werden können. Sie enthalten typischerweise hohe Mengen an Ballaststoffen . Sie können zu einer von mehreren Gruppen mehrzelliger Algen gehören : den Rotalgen , Grünalgen und Braunalgen .

Algen werden auch für die Extraktion von Polysacchariden wie Alginat , Agar und Carrageenan geerntet oder kultiviert , gallertartige Substanzen, die zusammenfassend als Hydrokolloide oder Phykokolloide bezeichnet werden . Hydrokolloide haben insbesondere in der Lebensmittelproduktion als Lebensmittelzusatzstoffe kommerzielle Bedeutung erlangt. Die Lebensmittelindustrie nutzt die gelierenden, wasserrückhaltenden, emulgierenden und anderen physikalischen Eigenschaften dieser Hydrokolloide.

Die meisten essbaren Algen sind Meeresalgen, während die meisten Süßwasseralgen giftig sind. Einige Meeresalgen enthalten Säuren, die den Verdauungskanal reizen, andere können abführend und elektrolytausgleichend wirken. Die meisten marinen Makroalgen sind in normalen Mengen ungiftig, aber Mitglieder der Gattung Lyngbya sind potenziell tödlich. Typischerweise wird eine Vergiftung durch den Verzehr von Fischen verursacht, die sich von Lyngbya oder anderen Fischen ernähren, die dies getan haben. Dies wird als Ciguatera- Vergiftung bezeichnet. Der Umgang mit Lyngbya majuscula kann auch Algendermatitis verursachen . Einige Arten von Desmarestia sind stark sauer, mit Vakuolen von Schwefelsäure , die schweren verursachen kann Magen - Darm - Probleme.

Das Gericht, das in westlichen chinesischen Restaurants oft als „Crispy Seaweed“ serviert wird, ist kein Seetang, sondern Kohl, der getrocknet und dann gebraten wurde.

Kraftstoff

Ein Erlenmeyerkolben mit "grünem" Kerosin aus Algen

Algenkraftstoff , Algenbiokraftstoff oder Algenöl ist eine Alternative zu flüssigen fossilen Kraftstoffen , die Algen als Quelle für energiereiche Öle verwendet. Außerdem sind Algenkraftstoffe eine Alternative zu allgemein bekannten Biokraftstoffquellen wie Mais und Zuckerrohr. Wenn es aus Algen (Makroalgen) hergestellt wird, kann es als Algentreibstoff oder Algenöl bezeichnet werden.

Mehrere Unternehmen und Regierungsbehörden finanzieren Bemühungen, die Kapital- und Betriebskosten zu senken und die Algentreibstoffproduktion kommerziell rentabel zu machen. Algentreibstoff setzt wie fossiler Brennstoff CO . frei
2
Beim Verbrennen setzen Algenkraftstoffe und andere Biokraftstoffe jedoch im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen nur CO . frei
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vor kurzem durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt, während die Alge oder Pflanze wuchs. Die Energiekrise und die Welternährungskrise haben das Interesse an Algenkulturen (Farming Algen) geweckt , um Biodiesel und andere Biokraftstoffe mit für die Landwirtschaft ungeeigneten Flächen herzustellen . Zu den attraktiven Eigenschaften von Algenbrennstoffen gehören, dass sie mit minimalen Auswirkungen auf die Süßwasserressourcen angebaut werden können, mit Salzlösung und Abwasser hergestellt werden können , einen hohen Flammpunkt haben und biologisch abbaubar und bei Verschütten relativ unschädlich für die Umwelt sind. Algen kosten aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten mehr pro Masseneinheit als andere Biokraftstoffpflanzen der zweiten Generation, sollen aber zwischen 10 und 100 Mal mehr Kraftstoff pro Flächeneinheit liefern. Das Energieministerium der Vereinigten Staaten schätzt, dass, wenn Algenkraftstoff den gesamten Erdölkraftstoff in den Vereinigten Staaten ersetzen würde, 15.000 Quadratmeilen (39.000 km 2 ) benötigt würden, was nur 0,42 % der US-Karte oder etwa der Hälfte der Landfläche entspricht von Maine . Dies ist weniger als 1 / 7 der Bereich des Mais im Jahr 2000 in den Vereinigten Staaten geerntet.

Der Leiter der Algal Biomass Organisation im Jahr 2010 festgestellt , dass von Biokraftstoff aus Algen könnte Preisparität mit Öl im Jahr 2018 erreichen , wenn die Produktion gewährt Steuergutschriften . Im Jahr 2013, jedoch Exxon Mobil Chairman und CEO Rex Tillerson sagte , dass bis zu $ 600 zu verbringen bis Million mehr als 10 Jahren auf die Entwicklung in einem Joint Venture mit nach Begehung J. Craig Venter ‚s Synthetic Genomics 2009, Exxon zog nach vier Jahren zurück ( und 100 Millionen US-Dollar), als es erkannte, dass Algentreibstoff "wahrscheinlich weiter" als 25 Jahre von der kommerziellen Lebensfähigkeit entfernt ist. Im Jahr 2017 meldeten Synthetic Genomics und ExxonMobil einen Durchbruch in der gemeinsamen Forschung zu fortschrittlichen Biokraftstoffen. Der Durchbruch war, dass es ihnen gelang, den Lipidgehalt in einem gentechnisch veränderten Stamm von Nannochloropsis gaditana zu verdoppeln (von 20 % in seiner natürlichen Form auf 40-55 Prozent) . Auf der anderen Seite haben Solazyme , Sapphire Energy und Algenol unter anderem 2012 und 2013 bzw. 2015 mit dem kommerziellen Verkauf von Algenbiokraftstoff begonnen. Bis 2017 wurden die meisten Bemühungen aufgegeben oder auf andere Anwendungen umgestellt, wobei nur noch wenige übrig blieben.


Siehe auch

Verweise

Quellen

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