Какви рискове за околната среда създава светлинното замърсяване в крайбрежните или крайбрежните аквакултури? Как да проектираме осветление, за да намалим въздействието?

一, Изследване на екологичните рискове от светлинно замърсяване
1. Прекъсване на биологичните цикли и репродуктивни дисфункции
Естественият фотопериод оказва голямо влияние върху физиологичния цикъл на морските създания. Например организмите от кораловите рифове снасят яйцата си по едно и също време, използвайки сигнали на лунна светлина. Въпреки това, когато има изкуствени източници на светлина, степента на вариация във времето за снасяне на яйца е над 40%. В аквакултурата южноамериканските бели скариди се линят по-често от нормалното, когато има постоянна светлина, което причинява метаболитни проблеми. При силна светлина степента на оцеляване на младите екземпляри на костур-зъбите костури намалява с 23%, най-вече защото светлината блокира развитието на ретината, което ги прави по-трудни за улавяне на плячка.
2. Визуална помощ за унищожаване на екологични процеси
Светлинното замърсяване променя спектралния състав, което затруднява преминаването на визуални сигнали. Експериментите показват, че изкуствените източници на светлина с червени светлинни компоненти над 15% ще компрометират камуфлажа на раковините, като по този начин ще увеличат тяхната уязвимост към хищничество от сребристи чайки. Работните светлини на кораба все още могат да се видят на дълбочина от 200 метра, докато се изучава вертикалната миграция на планктонни същества. Това кара копеподите да отнемат 3 до 5 часа повече, за да мигрират, което забавя потока на енергия през морската хранителна верига.
3. Промени в химическия и физическия състав на водните тела
Светлинното замърсяване прави водата по-малко чиста, като променя температурата и предизвиква фотохимични реакции. LED крушките могат да се нагорещят до 50–65 градуса отвън на влажни места, а нагряването на водата може да намали количеството разтворен кислород с 15% до 20%. Синята светлинна лента (450–480 nm) също ускорява фотолизата на нитратите във водата, което прави отровни междинни продукти като нитрити. Това повишава опасността от отравяне с амонячен азот при видовете аквакултури с 40%.
4. Необичайно поведение и увреждане на околната среда
Светлинното замърсяване по крайбрежието доведе до това, че 78% от малките костенурки губят пътя си, в сравнение с 5% в естествената им форма. Това оказва голямо влияние върху способността на населението да продължи. В ситуацията на размножаване младите групери губят способността си да се движат към светлина, когато са били изложени на нея през цялото време, а разпадането на поведението на групата е довело до спад на степента на преобразуване на храната с 18%. Светлинното замърсяване и еутрофикацията работят заедно, за да намалят цикъла на избухване на водорасли с 30%, което води до по-чести епизоди с нисък кислород в районите за аквакултури.
2, Основните идеи на дизайна за оптимизиране на осветлението
1. Правилото за точното спектрално съвпадение
Проектирани спектри, базирани на състава на ретиналния опсин на видовете аквакултури:
Рибовъдство: Ретината на сьомгата има много конусовидни клетки, които са чувствителни към къси вълни. Младите риби могат да растат с 23% по-бързо, ако са изложени на 470nm синя светлина в продължение на 12 часа на ден;
Южноамериканските бели скариди предпочитат оранжево-червена светлина в диапазона 600-650 nm. Тази светлина повишава успеваемостта на линеене с 35%, когато се използва;
За култивиране на миди се нуждаете от пълно покритие на спектъра (400–700 nm), с фокус върху 550 nm зелена светлина, за да помогнете на водораслите да се залепят по черупките.
2. Идеята зад контрола на градиента на интензитета на светлината
Въз основа на това колко добре водата пропуска светлина и колко риби има в дадена аквакултурна зона, създайте три{0}}измерно светлинно поле:
Повърхностни води (0-0,5 m): За да поддържате фотосинтетичните нужди на фитопланктона, поддържайте интензитета на светлината между 80 и 120 μ mol/(m² · s);
Среден воден слой (0,5–1,5 m): Градиентът на интензитета на светлината се регулира от 80% от горния слой до 40% от долния слой чрез използване на LED светлинни ленти на слоеве.
Bottom water body (>1,5 m): Добавете допълнителни светлинни скоби, за да се уверите, че фотосинтетично активното излъчване (PAR) е поне 20 μ mol/(m² · s).
3. Идеята зад динамичното регулиране на фотопериода
Имитиращи промени в естествения фотопериод:
Репродуктивна регулация: За да се насърчат водораслите да се придържат към разсада на охлюв, те се излагат на 16 часа светлина. За да се спре преждевременното развитие на половите жлези, те се излагат на 8 часа светлина;
Симулация на лунна фаза: Фермата за развъждане на морски кончета използва интелигентна система за управление, за да увеличи количеството синя светлина по време на фазата на пълнолуние (450–480 nm). Това прави 37% по-вероятно родителите да снасят яйца по едно и също време.
Превключване на градиент: Това използва технология за затъмняване на PWM, за да създаде 1-минутен градиент на интензитета на светлината. Това спира бързата промяна в интензитета на светлината, която се случва, когато светодиодите се включват и изключват и когато възникне биологичен стрес.
3, Решения за инженеринг
1. Избор на правилните лампи и подреждането им по най-добрия начин
Optical design: To get a water surface spot with a uniformity of 0.85 or better, use a high refractive index lens (n>1.8) и втори рефлектор;
Стандарт за защита: Светлините трябва да имат степен на защита IP68 и да преминат теста за солен спрей за 96 часа, без да ръждясват.
Изисквания за монтаж: LED лампата трябва да е на разстояние от 0,8 до 1,2 метра от повърхността на водата и да е настроена под ъгъл от 15 градуса, за да може светлината да покрива по-голяма площ.
2. Дизайнът на интелигентната система за управление
Свързване с много-параметри: използвайте алгоритъма за четири{1}}измерно свързване на периодичното разпределение на спектъра на светлинния интензитет, за да симулирате съставни ситуации като „внезапен спад на интензитета на светлината след дъждовна буря+спектрално синьо“.
Адаптивно регулиране на AI: Машинното обучение се използва за разглеждане на поведенчески данни като пътищата, по които рибите плуват и колко ядат, за да се оптимизират условията на осветление в реално време;
Дистанционно наблюдение: Използване на безжична комуникационна технология LoRa за събиране на данни за светлата среда в зоната за размножаване в реално време и предоставяне на сигнали, когато нещо се обърка.
3. Изготвяне на план за екологична компенсация
Система за екраниране на светлината: За да намалите светлинното замърсяване, поставете тъмни светло{0}}поглъщащи плочи около зоната за размножаване. Устройство за спектрално филтриране: За да намалите изтичането на синя светлина, поставете 590nm филтър за жълта светлина пред лампата. Мрежа за биологичен мониторинг: За да видите как светлинното замърсяване влияе на екологичната верига в реално време, поставете сензори за миграция на зоопланктон.
4, Примери за употреба и оценка на ползите
1. Финансови ползи
Казус от обновяването на ферма за развъждане на групери показва, че подмяната на старото металхалогенно осветление с интелигентни LED системи:
Разходите за потребление на енергия са намалели с 66% (от 58kW · h/ден на 19kW · h/ден); По-добрата цветова консистенция на продукта повиши цената на кг с 8 юана;
Върнете парите, които сте похарчили за ремонт на осветителната среда за две години.
2. Ползи за околната среда
След използване на динамична технология за управление на фотопериода в аквакултурната база Qingdao Aoshan Bay:
Степента на синхронизиране на хвърлянето на хайвера на коралите се е повишила от 62% на 91%. Неточността на времето за миграция за планктонни организми е намаляла от ± 2,5 часа на ± 0,3 часа.
Индексът на разнообразието на фитопланктона във водите около аквакултурния район се е повишил с 1,8 единици.