Melyek a legmegfelelőbb fotoszintetikusan elérhető sugárzás (PAR) és fotoszintetikusan felhasználható sugárzás (PUR) különböző növények/algák számára vízi vagy algatermesztésben?

一, Különbségek a különböző vízinövény-csoportok fényigényében és a PUR jobb működése
1. A pozitív vízinövényeknek sok fényre van szükségük, és jól működnek vörös és kék fénnyel is.
Ahhoz, hogy megőrizzék alakjukat és élénk testszínüket, az olyan pozitív vízi növényeknek, mint a vörös pillangók és a palotafű, sok fényre van szükségük. A legjobb PAR tartomány számára 150-300 μmol/m ²/s, bár a PUR hatásfoka 40%-kal nő, ha 660 nm-es vörös fényt és 450 nm-es kék fényt együtt használunk. Például a németországi ADA Aquatic Plant Laboratory LED-rendszert alkalmaz, hogy a vörös fény:kék fény aránya 3:1 legyen. Ezáltal a pozitív vízinövények 28%-kal többet nőnek, mint a hagyományos fluoreszkáló izzók. Ugyanakkor 6500 K fehér fényt használnak az 550 nm-es zöld fénysáv hézagainak kitöltésére. Ez megkönnyíti a fénynek a mélyebb vízbe jutását, és megoldja a fényvesztés problémáját a mélyvízi területeken.
2. A negatív vízinövények gyenge fényadaptációja és teljes spektrumkiegyenlítése
A negatív vízi növények, mint például a vaskorona és a moha, a 20–70 μmol/m²/s PAR tartományban fejlődhetnek. A PUR hatékonysága azonban a teljes spektrális lefedettségtől függ. A Takagi Aqua, egy japán vállalkozás nanobevonat-technológiát alkalmazott a LED-spektrumok javítására. 1:2-es energiaarányt tudtak elérni a kék fénysáv (400–500 nm) és a vörös fénysáv (600–700 nm) között. Az 550 nm-es zöld fény segítségével a víz színhőmérsékletét is 6500 K-ra változtatták, így a víz természetes patakvilágítási beállításnak tűnt. Ez 35%-kal klorofill{16}}dúsabbá tette a negatív vízinövényeket, és 60%-kal lelassította az algák növekedését.
3. Fénykompenzáció a vízinövények átmeneti zónájában
A vízinövényeknek, mint például a vízihagyma és a nád, folyamatosan módosítani kell a PAR/PUR beállításokat, mert olyan területen nőnek, ahol a víz találkozik a talajjal. A Shanghai Ocean University kutatásai szerint a növény víz alatti része 100–150 μmol/m ²/s PAR mellett fejlődik a legjobban, míg a fenti vízi rész 200–300 μmol/m ²/s nagyságú fényt igényel. Állítható szögű LED-tömböket használnak a mérnöki munkákban, a dolgok internete rendszere pedig automatikusan változtatja a világítási módot a növény növekedési szakaszának megfelelően. Például a 450 nm-es kék fényt többnyire a csíranövény szakaszában (a PUR 60%-át teszik ki) a gyökérnövekedés ösztönzésére, és a 660 nm-es vörös fényt főleg az érett stádiumban (a PUR aránya 75%) a virágzás ösztönzésére.
2, Fotoökológiai küszöb és PUR szűrés algák növekedéséhez
1. A mikroalgák fényigénye fajonként eltérő.
A különböző típusú algák meglehetősen eltérően reagálnak a PAR/PUR-ra:
A Chlorella vulgaris legjobb PAR értéke 50-150 μmol/m²/s, míg a legjobb PUR hatásfok a 450 nm-es kék fény és a 660 nm-es vörös fény együttes alkalmazása. A Qingdao Ocean University egyik fotobioreaktoros kísérlete kimutatta, hogy a kék és vörös fény 1:1 arányú felhasználásával a Chlorella biomasszája 2,3-szorosára nőtt a fehér fény melletti termesztéshez képest, az asztaxantin koncentrációja pedig 40%-kal.
A spirulina egy alga, amely sok fényt képes elviselni. Telített PAR-ja 500 μmol/m²/s felett van, de PUR hatásfoka a 660 nm-es vörös fénysávban a legjobb. A Yunnan Spirulina Industry Base 680 nm-es keskeny sávú LED-et használ, ami lehetővé teszi, hogy az egységnyi terület hozam 120 g/m ²/év fölé emelkedjen, és 300%-kal hatékonyabbá teszi a hagyományos szoláris kultúrát.
Cianobaktériumok: Van egy bizonyos mennyiségű vörös fény, amelyet 620 nm-en el tudnak nyelni, de a túl sok vörös fény könnyen algavirágzást válthat ki. A Taihu-tó medencekezelési projektjében a 450 nm-es kék fény gátolja a II. fotoszintetikus rendszer aktivitását cianobaktériumokban, a 660 nm-es vörös fényt ezzel kombinálva pedig lebontja a fikobiliproteint. Ez 75%-kal csökkenti a cianobaktériumok biomasszáját, és 80%-ra növeli az olyan hasznos algák arányát, mint a zöldalgák és a kovamoszatok.
2. Az a folyamat, amellyel az algacsoportokban leállítják a fényversenyt
A vegyes algatenyésztésben a fényminőség szabályozása a populáció szerkezetének javításának fontos eszközévé vált. Például, miközben a mikroalgákat csaliként termesztik, a "könnyű háziasítás" a LED-spektrum valós idejű megváltoztatásával történik:
A csíranövény stádiumában többnyire 450 nm-es kék fényt használnak (70%-ban a PUR), hogy megakadályozzák a fonalas algák növekedését és ösztönözzék az egysejtű algák szaporodását.
A logaritmikus növekedési fázisban használjon 660 nm-es vörös fényt domináns forrásként (a PUR 80%-át teszi ki), hogy ösztönözze az algasejtek osztódását.
Stabil időszak: 550 nm-es zöld fény hozzáadása (a PUR 10%-ot tesz ki) a fotoinhibíciós hatás csökkentése és az algatermelési ciklus meghosszabbítása érdekében.
Ez a terv 60%-ról 92%-ra emeli a jó{0}}minőségű algák, például a Chlorella és a Scenedesmus arányát, és 30%-kal csökkenti a szűrés költségeit.
3, A mérnöki megvalósításhoz és a technológiai innovációhoz vezető út
1. Smart Light Environment Control System
Az IoT technológia használatával a PAR érzékelők, spektrális beállító modulok és biológiai viselkedést figyelő eszközök csatlakoztatására valós időben lehet optimalizálni a fényviszonyokat. Például egy sanyai oceanárium mesterséges intelligencia-fénykörnyezeti rendszert alkalmaz a spektrális összetevők és a fényintenzitás-eloszlás valós időben történő megváltoztatására olyan adatok alapján, mint például a korall fényereje és a halak úszásának sebessége.
Nappali üzemmód: 6500K fehér fény 10% vörös fénnyel, a PAR 200 és 250 μmol/m ²/s között marad; Éjszakai mód: 2700K meleg fény 5% kék fénnyel, a PAR 50 μ mol/m ²/s-ra csökken;
Vészhelyzeti üzemmód: Amikor az áramellátás megszűnik, a piros biztonsági lámpák automatikusan felkapcsolnak gyenge fényviszonyok között (20 μ mol/m ²/s vagy annál kisebb), hogy minimalizálják az élőlények terhelését.
Ez a technika 98%-ra emeli az élőlények túlélési arányát, és 40%-kal csökkenti az energiafelhasználást.
2. Biológiát utánzó optikai anyagok használata
Az új nanobevonat-technika utánozni tudja, hogy a természetes víztestek hogyan befolyásolják a fény spektrumát. Egy sencseni bevásárlóközpont fotonikus kristályfilmet vont be egy akvárium üvegére. Ez 60%-kal csökkenti a vörös fénysáv (620–750 nm) csillapítási sebességét, ami sokkal jobbá teszi a mélyvízi szakaszok megvilágítását. Dolgozzon állítható fókuszú LED-sorral, hogy víz alatti PAR gradiens eloszlást kapjon:
A felső réteg (0-30 cm) PAR értéke 300 μmol/m²/s, a vörös fény az összmennyiség 70%-át teszi ki. A középső réteg (30-60 cm) PAR értéke 150 μmol/m²/s, a vörös fény az összmennyiség 50%-át teszi ki. Az alsó réteg (60-90 cm) PAR értéke 75 μmol/m²/s, a vörös fény az összmennyiség 30%-át teszi ki.
Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a pozitív vízi növények kicsik maradjanak mélyvízi helyeken, ami azt jelenti, hogy nincs szükségük annyi extra fényre.
3. Területeken átívelő tervezési munka
A világítástechnikusoknak szabványos módszert kell kialakítaniuk a tengerbiológusokkal és színpszichológusokkal való együttműködéshez. Egy öt-csillagos szállodát Hangzhouban fedeztek fel egy csoportos kutatás során, amely:
Amikor a bohóchalak 470 nm-es kék fényt és 590 nm-es sárga fényt kaptak a normál fehér fény helyett, 2,3-szor több tojást tojtak. Amikor a korallsárga algák 6500 K fehér fényt és 10% lila fényt (400-420 nm) kaptak, a fluoreszcens fehérje expressziós hatékonysága 40%-kal nőtt bennük.
Az elsődleges spektrum kétóránkénti változtatásával a halak viselkedési diverzitási indexe 31%-kal nőtt.