Koje je najprikladnije fotosintetski dostupno zračenje (PAR) i fotosintetski iskoristivo zračenje (PUR) za različite biljke/alge u vodenom uzgoju ili uzgoju algi?

一, Razlike u potrebama svjetla različitih skupina vodenih biljaka i kako učiniti da PUR bolje radi
1. Pozitivne vodene biljke trebaju puno svjetla i dobro funkcioniraju i s crvenim i s plavim svjetlom.
Kako bi zadržale svoj oblik i živu boju tijela, pozitivne vodene biljke poput crvenih leptira i dvorske trave trebaju puno svjetla. Najbolji PAR raspon za njega je 150–300 μ mol/m²/s, iako se učinkovitost PUR-a povećava za 40% kada se zajedno koriste crveno svjetlo od 660 nm i plavo svjetlo od 450 nm. Na primjer, Laboratorij za vodene biljke ADA u Njemačkoj koristi LED sustav za dobivanje omjera crveno svjetlo: plavo svjetlo od 3:1. Zbog toga pozitivne vodene biljke rastu 28% više od običnih fluorescentnih žarulja. U isto vrijeme, bijela svjetlost od 6500 K koristi se za popunjavanje praznina u pojasu zelene svjetlosti od 550 nm. To olakšava svjetlosti da dopre do dublje vode i rješava problem gubitka svjetlosti u dubokim vodenim područjima.
2. Slaba prilagodba svjetlu i balansiranje punog spektra negativnih vodenih biljaka
Negativne vodene biljke, kao što su Iron Crown i Moss, mogu uspijevati u PAR rasponu od 20-70 μ mol/m²/s. Međutim, učinkovitost PUR-a ovisi o punoj spektralnoj pokrivenosti. Takagi Aqua, japanska tvrtka, koristila je tehnologiju nano premaza za poboljšanje LED spektra. Uspjeli su dobiti omjer energije od 1:2 između trake plave svjetlosti (400-500 nm) i trake crvene svjetlosti (600-700 nm). Koristeći zeleno svjetlo od 550 nm, temperatura boje vode također je promijenjena na 6500 K, što je učinilo da izgleda kao prirodna postavka rasvjete. To je učinilo negativne vodene biljke bogatije klorofilom-za 35% i usporilo rast algi za 60%.
3. Kompenzacija svjetla u prijelaznoj zoni vodenih biljaka
Vodene biljke, poput vodenog luka i trske, moraju stalno mijenjati postavke PAR/PUR jer rastu na području gdje se voda susreće s kopnom. Prema istraživanju Shanghai Ocean University, podvodni dio biljke najbolje raste pri PAR-u od 100–150 μ mol/m²/s, dok gornji-vodeni dio treba jaku svjetlost od 200–300 μ mol/m²/s. LED nizovi podesivog kuta koriste se u inženjerstvu, a sustav Internet of Things automatski mijenja način osvjetljenja na temelju faze rasta biljke. Na primjer, plavo svjetlo od 450 nm koristi se uglavnom tijekom faze sadnice (PUR čini 60%) za poticanje rasta korijena, a crveno svjetlo od 660 nm koristi se uglavnom tijekom zrele faze (PUR čini 75%) za poticanje cvjetanja.
2, Fotoekološki prag i PUR probir za alge koje rastu
1. Potrebe mikroalgi za svjetlom različite su za svaku vrstu.
Različite vrste algi potpuno različito reagiraju na PAR/PUR:
Najbolji PAR za Chlorella vulgaris je 50–150 μmol/m²/s, dok je najbolja PUR učinkovitost kada se zajedno koriste plavo svjetlo na 450 nm i crveno svjetlo na 660 nm. Eksperiment s fotobioreaktorom na Sveučilištu Qingdao Ocean pokazao je da korištenje omjera 1:1 plavog i crvenog svjetla povećava biomasu Chlorelle za 2,3 puta u usporedbi s uzgojem pod bijelim svjetlom, a koncentraciju astaksantina za 40%.
Spirulina je alga koja može podnijeti puno svjetla. Njegov zasićeni PAR je preko 500 μ mol/m²/s, ali njegova PUR učinkovitost je najbolja u pojasu crvene svjetlosti od 660 nm. Yunnan Spirulina Industry Base koristi 680nm uskopojasni LED, koji omogućuje prinos jedinice površine preko 120g/m²/godišnje i čini tradicionalnu solarnu kulturu 300% učinkovitijom.
Cijanobakterije: postoji određena količina crvene svjetlosti koju mogu apsorbirati na 620 nm, ali previše crvene svjetlosti može lako izazvati cvjetanje algi. U projektu liječenja bazena jezera Taihu, plavo svjetlo od 450 nm inhibira aktivnost fotosintetskog sustava II u cijanobakterijama, a kombiniranje crvenog svjetla od 660 nm s njim razgrađuje fikobiliprotein. Time se smanjuje biomasa cijanobakterija za 75% i povećava udio korisnih algi poput zelenih algi i dijatomeja na 80%.
2. Proces kojim se zaustavlja kompeticija svjetlosti u skupinama algi
U miješanom uzgoju algi, reguliranje kvalitete svjetla postalo je važan način poboljšanja strukture populacije. Na primjer, dok se mikroalge uzgajaju kao mamac, "svjetlosna pripitomljavanje" se izvodi promjenom LED spektra u stvarnom vremenu:
Tijekom faze klijanja uglavnom se koristi plavo svjetlo od 450 nm (PUR čini 70%) kako bi se zaustavio rast nitastih algi i potaknulo jednostanične alge na reprodukciju.
Tijekom logaritamske faze rasta koristite crveno svjetlo od 660 nm kao dominantni izvor (PUR čini 80%) za poticanje diobe stanica algi.
Stabilno razdoblje: Dodavanje 550nm zelene svjetlosti (PUR čini 10%) kako bi se smanjio učinak fotoinhibicije i produžio proizvodni ciklus algi.
Ovaj plan podiže postotak visoko{0}}kvalitetnih algi kao što su Chlorella i Scenedesmus sa 60% na 92% i smanjuje troškove filtriranja za 30%.
3, Put do inženjerske implementacije i tehnološke inovacije
1. Smart Light Environment Control System
Korištenjem IoT tehnologije za povezivanje PAR senzora, modula za spektralno podešavanje i uređaja za praćenje biološkog ponašanja, moguće je optimizirati uvjete osvjetljenja u stvarnom vremenu. Na primjer, oceanarij u Sanyi koristi AI sustav svjetlosnog okruženja za promjenu spektralnih komponenti i distribuciju intenziteta svjetlosti u stvarnom vremenu na temelju podataka poput toga koliko su koralji svijetli i koliko brzo ribe plivaju.
Dnevni način rada: 6500K bijelo svjetlo s 10% dodanog crvenog svjetla, PAR ostaje između 200 i 250 μ mol/m²/s; Noćni način rada: toplo svjetlo od 2700K s 5% plavog svjetla, PAR se smanjuje na 50 μ mol/m²/s;
Način rada u nuždi: Kada nestane struje, crvena sigurnosna svjetla automatski će uključiti slabo svjetlo (Manje od ili jednako 20 μ mol/m²/s) kako bi se smanjio stres na živa bića.
Ova tehnika podiže stopu preživljavanja živih bića na 98% i smanjuje potrošnju energije za 40%.
2. Korištenje optičkih materijala koji oponašaju biologiju
Nova tehnika nano premaza može oponašati kako prirodne vodene površine utječu na spektar svjetlosti. Trgovački centar u Shenzhenu stavio je fotonski kristalni film na staklo akvarija. Ovo smanjuje stopu prigušenja crvenog svjetlosnog pojasa (620–750nm) za 60%, čineći osvjetljenje u dijelovima duboke vode puno boljim. Radite s podesivim fokusnim LED nizom kako biste dobili podvodnu distribuciju PAR gradijenta:
Gornji sloj (0–30 cm) ima PAR od 300 μmol/m²/s, pri čemu crvena svjetlost čini 70% ukupne vrijednosti. Srednji sloj (30–60 cm) ima PAR od 150 μmol/m²/s, pri čemu crvena svjetlost čini 50% ukupne vrijednosti. Donji sloj (60–90 cm) ima PAR od 75 μmol/m²/s, pri čemu crvena svjetlost čini 30% ukupne vrijednosti.
Ovaj dizajn omogućuje pozitivnim vodenim biljkama da ostanu male u dubokim vodama, što znači da im nije potrebno toliko dodatnog svjetla.
3. Zajednički rad na dizajnu u svim područjima
Inženjeri rasvjete moraju uspostaviti standardni način rada s morskim biolozima i psiholozima za boje. Zajedničkim timskim istraživanjem otkriven je hotel s pet-zvjezdica u Hangzhou koji:
Kad su ribe klaunove dobile mješavinu plavog svjetla od 470 nm i žutog svjetla od 590 nm umjesto uobičajenog bijelog svjetla, položile su 2,3 ​​puta više jaja. Kada je koraljnim žutim algama dano bijelo svjetlo od 6500K i 10% ljubičasto svjetlo (400-420nm), učinkovitost ekspresije fluorescentnog proteina u njima porasla je za 40%.
Promjenom primarnog spektra svaka dva sata, indeks raznolikosti ponašanja riba porastao je za 31%.