Aké sú najvhodnejšie fotosynteticky dostupné žiarenie (PAR) a fotosynteticky využiteľné žiarenie (PUR) pre rôzne rastliny/riasy vo vodnom prostredí alebo pri pestovaní rias?

一, Rozdiely v potrebách svetla rôznych skupín vodných rastlín a ako zlepšiť fungovanie PUR
1. Pozitívne vodné rastliny potrebujú veľa svetla a dobre fungujú s červeným aj modrým svetlom.
Aby si pozitívne vodné rastliny, ako sú červené motýle a palácová tráva, udržali svoj tvar a žiarivú farbu tela, potrebujú veľa svetla. Najlepší rozsah PAR je 150–300 μmol/m²/s, hoci účinnosť PUR sa zvýši o 40 %, keď sa použije 660nm červené svetlo a 450nm modré svetlo. Napríklad laboratórium ADA Aquatic Plant Laboratory v Nemecku používa systém LED na získanie pomeru červeného svetla k modrému svetlu 3:1. Vďaka tomu rastú pozitívne vodné rastliny o 28 % viac ako bežné žiarivky. Súčasne sa na vyplnenie medzier v 550nm pásme zeleného svetla využíva 6500K biele svetlo. To uľahčuje svetlu dostať sa do hlbších vôd a rieši problém straty svetla v hlbokých vodách.
2. Slabá adaptácia na svetlo a vyváženie celého spektra negatívnych vodných rastlín
Negatívne vodné rastliny, ako je železná koruna a mach, môžu prosperovať v rozsahu PAR 20–70 μ mol/m ²/s. Účinnosť PUR však závisí od úplného spektrálneho pokrytia. Japonská spoločnosť Takagi Aqua použila technológiu nano povlakov na zlepšenie spektier LED. Dokázali získať pomer energie 1:2 medzi pásmom modrého svetla (400–500 nm) a pásmom červeného svetla (600–700 nm). Použitím 550nm zeleného svetla sa zmenila aj teplota farby vody na 6500K, vďaka čomu to vyzeralo ako prirodzené osvetlenie prúdu. To spôsobilo, že negatívne vodné rastliny boli o 35 % bohatšie na chlorofyl-a spomalili rast rias o 60 %.
3. Svetelná kompenzácia v prechodovej zóne vodných rastlín
Vodné rastliny, ako je vodná cibuľa a trstina, vyžadujú neustále meniť nastavenia PAR/PUR, pretože rastú v oblasti, kde sa voda stretáva so zemou. Podľa výskumu Shanghai Ocean University rastie podvodná časť rastliny najlepšie pri PAR 100 – 150 μmol/m ²/s, zatiaľ čo vyššie uvedená- časť vody potrebuje silné svetlo 200–300 μmol/m 2/s. LED polia s nastaviteľným uhlom sa používajú v strojárstve a systém internetu vecí automaticky mení režim osvetlenia na základe štádia rastu rastliny. Napríklad 450nm modré svetlo sa používa väčšinou vo fáze sadeníc (PUR predstavuje 60%) na podporu rastu koreňov a 660nm červené svetlo sa používa väčšinou počas fázy zrelosti (PUR predstavuje 75%) na podporu kvitnutia.
2, Fotoekologický prah a PUR skríning na pestovanie rias
1. Potreba svetla mikrorias je pre každý druh iná.
Rôzne druhy rias reagujú na PAR/PUR úplne odlišne:
Najlepšia PAR pre Chlorella vulgaris je 50–150 μmol/m²/s, zatiaľ čo najlepšia účinnosť PUR je, keď sa modré svetlo pri 450 nm a červené svetlo pri 660 nm použijú spoločne. Experiment s fotobioreaktorom na Qingdao Ocean University ukázal, že pri použití pomeru 1:1 modrého a červeného svetla sa biomasa Chlorelly zvýšila 2,3-krát v porovnaní s pestovaním pod bielym svetlom a koncentrácia astaxantínu o 40 %.
Spirulina je riasa, ktorá znesie veľa svetla. Jeho nasýtený PAR je viac ako 500 μmol/m²/s, ale jeho účinnosť PUR je najlepšia v pásme červeného svetla 660 nm. Priemyselná základňa Yunnan Spirulina využíva 680nm úzkopásmové LED diódy, vďaka ktorým môže jednotkový plošný výnos prekročiť 120 g/m²/rok a robí tradičnú solárnu kultúru o 300 % efektívnejšou.
Sinice: Existuje určité množstvo červeného svetla, ktoré môžu absorbovať pri 620 nm, ale príliš veľa červeného svetla môže ľahko spustiť kvitnutie rias. V projekte úpravy povodia jazera Taihu 450 nm modré svetlo inhibuje aktivitu fotosyntetického systému II v cyanobaktériách a kombinácia 660 nm červeného svetla s ním rozkladá fykobiliproteín. To znižuje biomasu cyanobaktérií o 75 % a zvyšuje podiel prospešných rias, ako sú zelené riasy a rozsievky, na 80 %.
2. Proces, ktorým sa zastaví svetelná súťaž v skupinách rias
V zmiešanom chove rias sa regulácia kvality svetla stala dôležitým spôsobom zlepšenia štruktúry populácie. Napríklad pri pestovaní mikrorias ako návnady sa „domestikácia svetla“ vykonáva zmenou spektra LED v reálnom čase:
Počas fázy sadeníc sa väčšinou používa 450nm modré svetlo (PUR predstavuje 70%) na zastavenie rastu vláknitých rias a podporu reprodukcie jednobunkových rias.
Počas logaritmickej rastovej fázy použite 660nm červené svetlo ako dominantný zdroj (PUR predstavuje 80 %) na podporu delenia buniek rias.
Stabilná perióda: Pridanie 550nm zeleného svetla (PUR predstavuje 10%) na zníženie efektu fotoinhibície a predĺženie cyklu produkcie rias.
Tento plán zvyšuje percento-kvalitných rias ako Chlorella a Scenedesmus zo 60 % na 92 ​​% a znižuje náklady na filtrovanie o 30 %.
3, Cesta k inžinierskej implementácii a technologickým inováciám
1. Systém kontroly prostredia Smart Light
Použitím technológie IoT na pripojenie PAR senzorov, modulov na úpravu spektra a zariadení na monitorovanie biologického správania je možné optimalizovať svetelné podmienky v reálnom čase. Napríklad oceanárium v ​​Sanya využíva systém svetelného prostredia AI na zmenu spektrálnych zložiek a distribúcie intenzity svetla v reálnom čase na základe údajov, ako je jas koralov a ako rýchlo ryby plávajú.
Denný režim: 6500K biele svetlo s pridaným 10% červeného svetla, PAR zostáva medzi 200 a 250 μmol/m²/s; Nočný režim: 2700K teplé svetlo s 5% modrého svetla, PAR klesá na 50 μmol/m²/s;
Núdzový režim: Keď sa vypne napájanie, červené bezpečnostné svetlá automaticky rozsvietia slabé svetlo (Menej alebo rovné 20 μmol/m²/s), aby sa minimalizovalo stresovanie živých organizmov.
Táto technika zvyšuje mieru prežitia živých organizmov na 98 % a znižuje spotrebu energie o 40 %.
2. Použitie optických materiálov, ktoré napodobňujú biológiu
Nová technika nanovrstvovania môže napodobňovať, ako prírodné vodné plochy ovplyvňujú spektrum svetla. Nákupné centrum v Shenzhene nanieslo na sklo akvária film z fotonického kryštálu. Tým sa zníži miera útlmu v pásme červeného svetla (620–750 nm) o 60 %, vďaka čomu je osvetlenie v hlbokomorských častiach oveľa lepšie. Pracujte s nastaviteľným zaostrovacím LED poľom, aby ste získali podvodnú distribúciu gradientu PAR:
Vrchná vrstva (0–30 cm) má PAR 300 μmol/m²/s, pričom červené svetlo tvorí 70 % z celkového množstva. Stredná vrstva (30–60 cm) má PAR 150 μmol/m²/s, pričom červené svetlo tvorí 50 % z celkového množstva. Spodná vrstva (60–90 cm) má PAR 75 μmol/m²/s, pričom červené svetlo tvorí 30 % z celkového množstva.
Tento dizajn umožňuje pozitívnym vodným rastlinám zostať malé v hlbokomorských oblastiach, čo znamená, že nepotrebujú toľko svetla navyše.
3. Spolupráca na dizajne v rôznych oblastiach
Svetelní inžinieri musia nastaviť štandardný spôsob spolupráce s morskými biológmi a farebnými psychológmi. Päť-hviezdičkový hotel v Hangzhou bol objavený prostredníctvom spoločnej tímovej štúdie, ktorá:
Keď klaunovi dali zmes 470nm modrého svetla a 590nm žltého svetla namiesto bežného bieleho svetla, nakladali 2,3-krát viac vajec. Keď sa koralovo žltým riasam dostalo 6500K bieleho svetla a 10% fialového svetla (400-420nm), účinnosť expresie fluorescenčného proteínu v nich vzrástla o 40%.
Zmenou primárneho spektra každé dve hodiny sa index behaviorálnej diverzity rýb zvýšil o 31%.