Кои са най-подходящите фотосинтетично налична радиация (PAR) и фотосинтетично използваема радиация (PUR) за различни растения/водорасли във водна среда или култивиране на водорасли?

一, Разлики в нуждите от светлина на различни групи водни растения и как PUR да работи по-добре
1. Положителните водни растения се нуждаят от много светлина и работят добре както с червена, така и със синя светлина.
За да запазят формата и живия си цвят на тялото, позитивните водни растения като червени пеперуди и дворцова трева се нуждаят от много светлина. Най-добрият диапазон на PAR за него е 150–300 μ mol/m²/s, въпреки че ефективността на PUR се повишава с 40%, когато 660nm червена светлина и 450nm синя светлина се използват заедно. Например Лабораторията за водни растения ADA в Германия използва LED система, за да получи съотношение червена светлина: синя светлина 3:1. Това кара позитивните водни растения да растат с 28% повече от обикновените флуоресцентни крушки. В същото време 6500K бяла светлина се използва за запълване на празнините в 550nm зелена светлинна лента. Това улеснява светлината да достига до по-дълбоки води и решава проблема със загубата на светлина в дълбоки водни зони.
2. Слаба адаптация към светлина и балансиране на пълния спектър на отрицателните водни растения
Отрицателните водни растения, като Iron Crown и Moss, могат да виреят в диапазона на PAR от 20–70 μ mol/m²/s. Ефективността на PUR обаче зависи от пълното спектрално покритие. Takagi Aqua, японски бизнес, използва технология за нано покритие, за да подобри LED спектрите. Те успяха да получат енергийно съотношение 1:2 между лентата на синята светлина (400–500 nm) и лентата на червената светлина (600–700 nm). Използвайки 550nm зелена светлина, цветната температура на водата също беше променена на 6500K, което я направи да изглежда като настройка на естествено осветление на потока. Това направи негативните водни растения с 35% по-богати на хлорофил-и забави растежа на водораслите с 60%.
3. Светлинна компенсация в преходната зона на водните растения
Водните растения, като водния лук и тръстиката, изискват непрекъсната промяна на настройките на PAR/PUR, защото растат в район, където водата среща сушата. Според изследване от Шанхайския океански университет подводната част на растението расте най-добре при PAR от 100–150 μ mol/m ²/s, докато горната-водна част се нуждае от силна светлина от 200–300 μ mol/m ²/s. LED матрици с регулируем ъгъл се използват в инженерството, а системата за интернет на нещата автоматично променя режима на осветление въз основа на етапа на растеж на растението. Например, 450nm синя светлина се използва най-вече по време на етапа на разсад (PUR представлява 60%) за насърчаване на растежа на корените, а 660nm червена светлина се използва предимно по време на зрелия етап (PUR представлява 75%) за насърчаване на цъфтежа.
2, Фотоекологичен праг и PUR скрининг за растящи водорасли
1. Светлинните нужди на микроводораслите са различни за всеки вид.
Различните видове водорасли реагират доста различно на PAR/PUR:
Най-добрият PAR за Chlorella vulgaris е 50–150 μ mol/m²/s, докато най-добрата PUR ефективност е, когато се използват заедно синя светлина при 450 nm и червена светлина при 660 nm. Експеримент с фотобиореактор в океанския университет Кингдао показа, че използването на съотношение 1:1 на синя и червена светлина повишава биомасата на Chlorella с 2,3 пъти в сравнение с отглеждането й на бяла светлина, а концентрацията на астаксантин с 40%.
Спирулината е водорасло, което издържа на много светлина. Неговият наситен PAR е над 500 μmol/m²/s, но неговата PUR ефективност е най-добра в лентата на червената светлина от 660nm. Индустриалната база на спирулина в Юнан използва 680nm теснолентов светодиод, който позволява добивът на единица площ да надхвърли 120g/m²/година и прави традиционната слънчева култура с 300% по-ефективна.
Цианобактерии: Има известно количество червена светлина, която те могат да абсорбират при 620 nm, но твърде много червена светлина може лесно да предизвика цъфтеж на водорасли. В проекта за лечение на басейна на езерото Тайху 450 nm синя светлина инхибира активността на фотосинтетичната система II в цианобактериите и комбинирането на 660 nm червена светлина с нея разгражда фикобилипротеина. Това намалява биомасата на цианобактериите със 75% и увеличава дела на полезните водорасли като зелени водорасли и диатомеи до 80%.
2. Процесът, чрез който светлинната конкуренция се спира в групи от водорасли
При смесеното отглеждане на водорасли регулирането на качеството на светлината се превърна във важен начин за подобряване на структурата на популацията. Например, докато се отглеждат микроводорасли като примамка, „светлинното опитомяване“ се извършва чрез промяна на светодиодния спектър в реално време:
По време на етапа на разсад се използва най-вече 450nm синя светлина (PUR представлява 70%), за да спре растежа на нишковидните водорасли и да насърчи едноклетъчните водорасли да се възпроизвеждат.
По време на фазата на логаритмичен растеж използвайте 660nm червена светлина като доминиращ източник (PUR представлява 80%), за да насърчите деленето на клетките на водораслите.
Стабилен период: Добавяне на 550nm зелена светлина (PUR представлява 10%) за намаляване на ефекта на фотоинхибиране и удължаване на цикъла на производство на водорасли.
Този план повишава процента на високо{0}}качествените водорасли като Chlorella и Scenedesmus от 60% на 92% и намалява разходите за филтриране с 30%.
3, Пътят към инженерно внедряване и технологични иновации
1. Интелигентна система за контрол на околната среда
Чрез използването на технологията IoT за свързване на PAR сензори, модули за спектрална настройка и устройства за наблюдение на биологичното поведение е възможно да се оптимизират условията на осветление в реално време. Например, океанариум в Саня използва система за светлинна среда с изкуствен интелект, за да промени спектралните компоненти и разпределението на интензитета на светлината в реално време въз основа на данни като колко ярки са коралите и колко бързо плуват рибите.
Дневен режим: 6500K бяла светлина с добавена 10% червена светлина, PAR остава между 200 и 250 μ mol/m²/s; Нощен режим: 2700K топла светлина с 5% синя светлина, PAR намалява до 50 μ mol/m²/s;
Авариен режим: Когато захранването спре, червените предпазни светлини автоматично ще включат слаба светлина (По-малко или равно на 20 μ mol/m²/s), за да минимизират стреса върху живите същества.
Тази техника повишава степента на оцеляване на живите същества до 98% и намалява потреблението на енергия с 40%.
2. Използване на оптични материали, които имитират биологията
Новата техника за нано покритие може да имитира как естествените водни тела влияят на спектъра на светлината. Търговски център в Шенжен е покрил филм от фотонни кристали върху стъклото на аквариум. Това намалява степента на затихване на лентата на червената светлина (620–750n) с 60%, което прави осветлението в дълбоководни участъци много по-добро. Работете с LED матрица с регулируем фокус, за да получите подводно разпределение на PAR градиента:
Най-горният слой (0–30 cm) има PAR от 300 μ mol/m²/s, като червената светлина съставлява 70% от общата стойност. Средният слой (30–60 cm) има PAR от 150 μ mol/m²/s, като червената светлина съставлява 50% от общата стойност. Долният слой (60–90 cm) има PAR от 75 μ mol/m²/s, като червената светлина съставлява 30% от общата стойност.
Този дизайн позволява на положителните водни растения да останат малки в дълбоководни места, което означава, че не се нуждаят от толкова много допълнителна светлина.
3. Работете заедно върху дизайна в различни области
Инженерите по осветление трябва да създадат стандартен начин за работа с морски биолози и цветни психолози. Пет-звезден хотел в Ханджоу беше открит чрез съвместно екипно проучване, което:
Когато рибите клоуни получиха смес от 470 nm синя светлина и 590 nm жълта светлина вместо обикновена бяла светлина, те снасяха 2,3 пъти повече яйца. Когато кораловите жълти водорасли получиха 6500K бяла светлина и 10% лилава светлина (400-420nm), ефективността на експресията на флуоресцентния протеин в тях се повиши с 40%.
Чрез промяна на първичния спектър на всеки два часа, индексът на поведенческото разнообразие на рибите се повиши с 31%.