Millised on erinevate taimede/vetikate jaoks sobivaimad fotosünteetiliselt kättesaadavad kiirgused (PAR) ja fotosünteetiliselt kasutatav kiirgus (PUR) vee- või vetikate kasvatamisel?

一, Erinevate veetaimede rühmade valgusvajaduste erinevused ja kuidas PUR paremini tööle panna
1. Positiivsed veetaimed vajavad palju valgust ja töötavad hästi nii punase kui ka sinise valgusega.
Positiivsed veetaimed, nagu punased liblikad ja paleemuru, vajavad oma kuju ja elava kehavärvi säilitamiseks palju valgust. Selle parim PAR-vahemik on 150–300 μmol/m²/s, kuigi PUR-i efektiivsus tõuseb 40%, kui 660nm punast ja 450nm sinist valgust kasutatakse koos. Näiteks Saksamaal ADA veetaimede laboris kasutatakse LED-süsteemi, et saada punase valguse ja sinise valguse suhe 3:1. See paneb positiivsed veetaimed kasvama 28% rohkem kui tavalised luminofoorlambid. Samal ajal kasutatakse 550 nm rohelise valgusriba tühimike täitmiseks 6500K valget valgust. See hõlbustab valguse jõudmist sügavamasse vette ja lahendab valguse kadumise probleemi süvaveepiirkondades.
2. Negatiivsete veetaimede nõrk kohanemine valgusega ja täisspektri tasakaalustamine
Negatiivsed veetaimed, nagu raudkroon ja sammal, võivad areneda PAR vahemikus 20–70 μmol/m ²/s. PUR-i efektiivsus sõltub aga täielikust spektraalsest kattest. Jaapani ettevõte Takagi Aqua kasutas LED-spektrite parandamiseks nanokatte tehnoloogiat. Nad suutsid saada sinise valgusriba (400–500 nm) ja punase valgusriba (600–700 nm) vahel energiasuhteks 1:2. Kasutades 550 nm rohelist valgust, muudeti ka vee värvitemperatuur 6500 K-ni, mis muutis selle loomuliku valgusvooga. See muutis negatiivsed veetaimed 35% klorofülli{16}}rikkamaks ja aeglustas vetikate kasvu 60%.
3. Valguskompensatsioon veetaimede üleminekuvööndis
Veetaimed, nagu vesisibul ja pilliroog, peavad PAR/PUR-i sätteid pidevalt muutma, sest nad kasvavad piirkonnas, kus vesi kohtub maaga. Shanghai ookeaniülikooli uuringute kohaselt kasvab taime veealune osa kõige paremini PAR-i 100–150 μmol/m²/s juures, samas kui ülaltoodud veeosa vajab kõrget valgustust 200–300 μmol/m²/s. Reguleeritava nurga all olevaid LED-massiive kasutatakse inseneritöös ning asjade interneti süsteem muudab automaatselt valgustusrežiimi vastavalt taime kasvufaasile. Näiteks 450 nm sinist valgust kasutatakse enamasti seemikute faasis (PUR moodustab 60%) juurte kasvu soodustamiseks ja 660 nm punast valgust kasutatakse enamasti küpses faasis (PUR moodustab 75%) õitsemise soodustamiseks.
2, fotoökoloogiline lävi ja PUR sõelumine vetikate kasvatamiseks
1. Mikrovetikate valgusvajadus on liigiti erinev.
Erinevat tüüpi vetikad reageerivad PAR/PUR-ile üsna erinevalt:
Chlorella vulgarise parim PAR on 50–150 μmol/m²/s, samas kui parim PUR-i efektiivsus on siis, kui kasutatakse koos sinist valgust lainepikkusel 450 nm ja punast valgust lainepikkusel 660 nm. Qingdao ookeani ülikooli fotobioreaktori katse näitas, et sinise ja punase valguse vahekorras 1:1 kasutamine suurendas klorella biomassi 2,3 korda võrreldes valge valguse all kasvatamisega ja astaksantiini kontsentratsiooni 40%.
Spirulina on vetikas, mis talub palju valgust. Selle küllastunud PAR on üle 500 μmol/m²/s, kuid selle PUR-i efektiivsus on parim 660 nm punase valguse ribas. Yunnan Spirulina Industry Base kasutab 680 nm kitsariba LED-i, mis võimaldab ühiku pindala tootlikkust ületada 120 g/m ² aastas ja muudab traditsioonilise päikesekultuuri 300% tõhusamaks.
Tsüanobakterid: 620 nm juures suudavad nad neelata teatud kogus punast valgust, kuid liiga palju punast valgust võib kergesti käivitada vetikate õitsemise. Taihu järve vesikonna puhastusprojektis pärsib 450 nm sinine valgus tsüanobakterites fotosünteesisüsteemi II aktiivsust ning 660 nm punase valguse kombineerimine sellega lõhub fükobiliproteiini. See vähendab tsüanobakterite biomassi 75% ja suurendab kasulike vetikate, nagu rohevetikad ja ränivetikad, osakaalu 80%ni.
2. Protsess, mille käigus peatatakse kerge konkurents vetikarühmades
Segavetikakasvatuses on valguse kvaliteedi reguleerimine muutunud oluliseks viisiks populatsiooni struktuuri parandamisel. Näiteks mikrovetikate söödana kasvatamisel toimub "kerge kodustamine" LED-spektri reaalajas muutmise teel:
Seemneetapis kasutatakse enamasti 450 nm sinist valgust (PUR moodustab 70%), et peatada niitvetikate kasvu ja soodustada üherakuliste vetikate paljunemist.
Logaritmilise kasvufaasi ajal kasutage vetikarakkude jagunemise soodustamiseks domineeriva allikana 660 nm punast valgust (PUR moodustab 80%).
Stabiilne periood: 550 nm rohelise valguse lisamine (PUR moodustab 10%), et vähendada fotoinhibeerimise efekti ja pikendada vetikate tootmistsüklit.
See plaan tõstab kvaliteetsete{0}vetikate, nagu Chlorella ja Scenedesmus, osakaalu 60%-lt 92%-le ja vähendab filtreerimiskulusid 30%.
3, tee inseneri rakendamise ja tehnoloogilise uuenduseni
1. Nutikas valguskeskkonna juhtimissüsteem
Kasutades IoT tehnoloogiat PAR-andurite, spektraalreguleerimismoodulite ja bioloogilise käitumise jälgimisseadmete ühendamiseks, on võimalik valgustingimusi reaalajas optimeerida. Näiteks kasutab Sanya okeanaarium tehisintellekti valguskeskkonna süsteemi, et muuta spektrikomponente ja valguse intensiivsuse jaotust reaalajas selliste andmete põhjal nagu korallide ere ja kalade ujumiskiirus.
Päevarežiim: 6500K valge valgus, millele on lisatud 10% punast valgust, PAR jääb vahemikku 200–250 μmol/m ²/s; Öörežiim: 2700K soe valgus 5% sinise valgusega, PAR väheneb 50 μ mol/m ²/s;
Hädarežiim: kui toide kaob, lülituvad punased turvatuled automaatselt sisse vähese valgusega (vähem kui 20 μmol/m²/s), et minimeerida elusolendite stressi.
See meetod tõstab elusolendite ellujäämismäära 98% -ni ja vähendab energiatarbimist 40%.
2. Bioloogiat matkivate optiliste materjalide kasutamine
Uus nanokattetehnika võib jäljendada seda, kuidas looduslikud veekogud mõjutavad valguse spektrit. Shenzhenis asuv kaubanduskeskus kattis akvaariumi klaasi fotoonkristallkilega. See vähendab punase valgusriba (620–750 nm) sumbumist 60%, muutes sügavaveeliste lõikude valgustuse palju paremaks. Veealuse PAR-i gradiendi jaotuse saamiseks töötage reguleeritava fookusega LED-massiiviga:
Pealmise kihi (0–30 cm) PAR on 300 μmol/m²/s, punane valgus moodustab 70% koguarvust. Keskmise kihi (30–60 cm) PAR on 150 μmol/m²/s, kusjuures punane valgus moodustab 50% koguarvust. Alumise kihi (60–90 cm) PAR on 75 μmol/m²/s, kusjuures punane valgus moodustab 30% koguarvust.
See disain võimaldab positiivsetel veetaimedel sügavas vees väikeseks jääda, mis tähendab, et nad ei vaja nii palju lisavalgust.
3. Koostöö valdkondadevahelise disaini kallal
Valgustusinsenerid peavad looma standardse viisi merebioloogide ja värvipsühholoogidega töötamiseks. Hangzhous asuv viie-tärni hotell avastati meeskonna koostöös tehtud uuringu käigus, mis:
Kui klounkaladele anti tavalise valge valguse asemel segu 470 nm sinisest ja 590 nm kollasest valgusest, munesid nad 2,3 korda rohkem mune. Kui korallikollastele vetikatele anti 6500K valget valgust ja 10% lillat valgust (400-420nm), tõusis fluorestseeruva valgu ekspressioonitõhusus neis 40%.
Primaarset spektrit iga kahe tunni tagant vahetades tõusis kalade käitumise mitmekesisuse indeks 31%.