Mitkä ovat sopivimmat fotosynteettisesti käytettävissä oleva säteily (PAR) ja fotosynteettisesti käytettävä säteily (PUR) eri kasveille/leville vesi- tai leväviljelyssä?

一, Erot eri vesikasviryhmien valotarpeissa ja kuinka saada PUR toimimaan paremmin
1. Positiiviset vesikasvit tarvitsevat paljon valoa ja toimivat hyvin sekä punaisen että sinisen valon kanssa.
Positiiviset vesikasvit, kuten punaiset perhoset ja palatsin ruoho, tarvitsevat paljon valoa säilyttääkseen muotonsa ja eloisan värinsä. Paras PAR-alue sille on 150–300 μmol/m ²/s, vaikka PUR-hyötysuhde nousee 40 %, kun 660nm punaista valoa ja 450nm sinistä valoa käytetään yhdessä. Esimerkiksi ADA Aquatic Plant Laboratory Saksassa käyttää LED-järjestelmää saadakseen punaisen valon ja sinisen valon suhteen 3:1. Tämä saa positiiviset vesikasvit kasvamaan 28 % enemmän kuin tavalliset loistelamput. Samaan aikaan 6500K valkoista valoa käytetään täyttämään 550nm vihreän valokaistan aukot. Tämä helpottaa valon pääsyä syvemmälle veteen ja korjaa valohäviön ongelman syvän veden alueilla.
2. Negatiivisten vesikasvien heikko sopeutuminen valoon ja täyden spektrin tasapainotus
Negatiiviset vesikasvit, kuten Iron Crown ja Moss, voivat menestyä PAR-alueella 20–70 μmol/m ²/s. PUR-tehokkuus riippuu kuitenkin täydellisestä spektrin kattavuudesta. Japanilainen Takagi Aqua käytti nanopinnoitusteknologiaa LED-spektrien parantamiseen. He pystyivät saamaan energiasuhteeksi 1:2 sinisen valokaistan (400–500 nm) ja punaisen valokaistan (600–700 nm) välillä. 550nm vihreää valoa käyttämällä veden värilämpötila muutettiin myös 6500K:ksi, mikä sai sen näyttämään luonnolliselta virtavalaistukselta. Tämä teki negatiivisista vesikasveista 35 % enemmän klorofylliä{16}}ja hidasti levien kasvua 60 %.
3. Valon kompensointi vesikasvien siirtymävyöhykkeellä
Vesikasvit, kuten vesisipulit ja ruoko, joutuvat muuttamaan PAR/PUR-asetuksia koko ajan, koska ne kasvavat alueella, jossa vesi kohtaa maan. Shanghai Ocean Universityn tutkimuksen mukaan kasvin vedenalainen osa kasvaa parhaiten PAR:lla 100–150 μmol/m ²/s, kun taas yllä oleva-vesiosa tarvitsee korkeaa valoa 200–300 μmol/m ²/s. Suunnittelussa käytetään kulmaan säädettäviä LED-ryhmiä, ja esineiden internet -järjestelmä muuttaa automaattisesti valaistustilaa kasvin kasvuvaiheen mukaan. Esimerkiksi 450 nm sinistä valoa käytetään enimmäkseen taimivaiheessa (PUR osuus 60 %) juuren kasvun edistämiseen ja 660 nm punaista valoa käytetään enimmäkseen kypsässä vaiheessa (PUR osuus 75 %) kukinnan edistämiseen.
2, Valoekologinen kynnys ja PUR-seulonta levien kasvulle
1. Mikrolevien valontarpeet ovat erilaisia ​​lajikohtaisesti.
Eri levätyypit reagoivat aivan eri tavalla PAR/PUR:iin:
Chlorella vulgariksen paras PAR on 50–150 μmol/m²/s, kun taas paras PUR-tehokkuus on, kun sinistä valoa 450 nm ja punaista valoa 660 nm käytetään yhdessä. Qingdaon Ocean Universityn fotobioreaktorikoe osoitti, että sinisen ja punaisen valon 1:1-suhteen käyttäminen nosti Chlorellan biomassaa 2,3-kertaiseksi verrattuna sen kasvattamiseen valkoisessa valossa ja astaksantiinipitoisuutta 40%.
Spirulina on levä, joka kestää paljon valoa. Sen kyllästetty PAR on yli 500 μmol/m ²/s, mutta sen PUR-tehokkuus on paras 660 nm:n punaisen valon kaistalla. Yunnan Spirulina Industry Base käyttää 680 nm kapeakaistaista LEDiä, mikä antaa yksikköpinta-alatuotannon nousta yli 120 g/m ²/vuosi ja tekee perinteisestä aurinkoviljelystä 300 % tehokkaampaa.
Syanobakteerit: On olemassa tietty määrä punaista valoa, jonka ne voivat absorboida 620 nm:ssä, mutta liian paljon punaista valoa voi helposti laukaista leväkukintoja. Taihu-järven altaan käsittelyprojektissa 450 nm:n sininen valo estää syanobakteerien fotosynteettisen systeemin II toimintaa ja 660 nm:n punaisen valon yhdistäminen siihen hajottaa fykobiliproteiinia. Tämä vähentää sinilevien biomassaa 75 % ja lisää hyödyllisten levien, kuten viherlevien ja piilevien, osuuden 80 %:iin.
2. Prosessi, jolla valokilpailu pysäytetään leväryhmissä
Sekaleväviljelyssä valon laadun säätelystä on tullut tärkeä tapa parantaa populaation rakennetta. Esimerkiksi kun kasvatetaan mikroleviä syöttinä, "kevyt kesytys" suoritetaan muuttamalla LED-spektriä reaaliajassa:
Taimivaiheessa käytetään enimmäkseen 450 nm sinistä valoa (PUR osuus 70 %) estämään rihmalevien kasvua ja kannustamaan yksisoluisia leviä lisääntymään.
Käytä logaritmisen kasvuvaiheen aikana 660 nm punaista valoa hallitsevana lähteenä (PUR osuus 80 %) edistää leväsolujen jakautumista.
Vakaa ajanjakso: 550 nm:n vihreän valon lisääminen (PUR osuus 10 %) vähentää valonestovaikutusta ja pidentää levien tuotantosykliä.
Tämä suunnitelma nostaa{0}}laadukkaiden levien, kuten Chlorellan ja Scenedesmuksen, osuuden 60 prosentista 92 prosenttiin ja alentaa suodatuskustannuksia 30 prosenttia.
3, Tie tekniseen toteutukseen ja teknologiseen innovaatioon
1. Smart Light Environment Control System
Käyttämällä IoT-teknologiaa yhdistämään PAR-antureita, spektrinsäätömoduuleja ja biologisen käyttäytymisen valvontalaitteita, on mahdollista optimoida valaistusolosuhteet reaaliajassa. Esimerkiksi Sanyan oceanarium käyttää tekoälyn valoympäristöjärjestelmää muuttaakseen spektrikomponentteja ja valon intensiteetin jakautumista reaaliajassa korallin kirkkauden ja kalojen uintinopeuden perusteella.
Päivätila: 6500K valkoinen valo, johon on lisätty 10 % punaista valoa, PAR pysyy välillä 200-250 μmol/m ²/s; Yötila: 2700K lämmin valo 5 % sinisellä valolla, PAR laskee arvoon 50 μmol/m ²/s;
Hätätila: Kun virta katkeaa, punaiset turvavalot syttyvät automaattisesti hämärässä (alle 20 μ mol/m ²/s) minimoimaan elävien olentojen rasitusta.
Tämä tekniikka nostaa eloonjäämisasteen 98 prosenttiin ja vähentää energian käyttöä 40 prosentilla.
2. Biologiaa jäljittelevien optisten materiaalien käyttö
Uusi nanopinnoitustekniikka voi jäljitellä luonnonvesien vaikutusta valon spektriin. Shenzhenissä sijaitseva ostoskeskus on päällystänyt fotonikristallikalvon akvaarion lasiin. Tämä pienentää punaisen valokaistan (620–750 nm) vaimennusastetta 60 %, mikä parantaa syvän veden osien valaistusta huomattavasti. Työskentele säädettävän tarkennuksen LED-ryhmän kanssa saadaksesi vedenalaisen PAR-gradienttijakauman:
Pintakerroksen (0–30 cm) PAR on 300 μmol/m²/s, ja punaisen valon osuus kokonaismäärästä on 70 %. Keskikerroksen (30–60 cm) PAR on 150 μmol/m²/s, ja punaisen valon osuus kokonaismäärästä on 50 %. Pohjakerroksen (60–90 cm) PAR on 75 μmol/m²/s, ja punaisen valon osuus kokonaismäärästä on 30 %.
Tämän rakenteen ansiosta positiiviset vesikasvit pysyvät pieninä syvissä vesissä, mikä tarkoittaa, että ne eivät tarvitse niin paljon ylimääräistä valoa.
3. Työskentely yhdessä suunnittelun parissa eri aloilla
Valaistusinsinöörien on luotava standardi tapa työskennellä meribiologien ja väripsykologien kanssa. Viiden tähden hotelli Hangzhoussa löydettiin ryhmätutkimuksen avulla:
Kun pellekaloille annettiin sekoitus 470 nm sinistä valoa ja 590 nm keltaista valoa tavallisen valkoisen valon sijaan, ne munivat 2,3 kertaa enemmän munia. Kun korallin keltaleville annettiin 6500 K valkoista valoa ja 10 % purppuravaloa (400-420 nm), fluoresoivan proteiinin ekspressiotehokkuus nousi niissä 40 %.
Vaihtamalla primäärispektriä kahden tunnin välein kalojen käyttäytymisen monimuotoisuusindeksi nousi 31 %.