Kokia yra tinkamiausia fotosintetiniu būdu prieinama spinduliuotė (PAR) ir fotosintetiškai naudojama spinduliuotė (PUR) skirtingiems augalams/dumbliams auginant vandens ar dumblius?

一, Skirtingų vandens augalų grupių šviesos poreikių skirtumai ir kaip pagerinti PUR veikimą
1. Teigiamiems vandens augalams reikia daug šviesos ir jie puikiai tinka tiek raudonai, tiek mėlynai šviesai.
Norint išlaikyti savo formą ir ryškią kūno spalvą, teigiamiems vandens augalams, tokiems kaip raudonieji drugeliai ir rūmų žolė, reikia daug šviesos. Geriausias PAR diapazonas jam yra 150–300 μmol/m ²/s, nors kartu naudojant 660 nm raudoną šviesą ir 450 nm mėlyną šviesą PUR efektyvumas padidėja 40%. Pavyzdžiui, ADA vandens augalų laboratorija Vokietijoje naudoja LED sistemą, kad gautų raudonos šviesos ir mėlynos šviesos santykį 3:1. Dėl to teigiami vandens augalai užauga 28 % daugiau nei įprastos fluorescencinės lemputės. Tuo pačiu metu 6500K balta šviesa naudojama 550nm žalios šviesos juostos spragas užpildyti. Taip šviesa lengviau pasiekia gilesnius vandenis ir išsprendžia šviesos praradimo giliavandenėse vietose problemą.
2. Silpnas prisitaikymas prie šviesos ir neigiamų vandens augalų viso spektro balansavimas
Neigiami vandens augalai, tokie kaip geležies vainikas ir samanos, gali klestėti 20–70 μmol/m²/s PAR diapazone. Tačiau PUR efektyvumas priklauso nuo visos spektrinės aprėpties. Japonijos įmonė „Takagi Aqua“ naudojo nano dangos technologiją, kad pagerintų LED spektrus. Jie sugebėjo gauti energijos santykį 1:2 tarp mėlynos šviesos juostos (400–500 nm) ir raudonos šviesos juostos (600–700 nm). Naudojant 550 nm žalią šviesą, vandens spalvinė temperatūra taip pat buvo pakeista į 6500 K, todėl jis atrodė kaip natūralaus srauto apšvietimo nustatymas. Dėl to neigiami vandens augalai padarė 35 % daugiau chlorofilo, o dumblių augimas sulėtino 60 %.
3. Šviesos kompensavimas vandens augalų pereinamojoje zonoje
Vandens augalams, tokiems kaip vandens svogūnai ir nendrės, reikia nuolat keisti PAR/PUR nustatymus, nes jie auga toje vietoje, kur vanduo susilieja su žeme. Remiantis Šanchajaus vandenyno universiteto tyrimais, povandeninė augalo dalis geriausiai auga, kai PAR yra 100–150 μmol/m²/s, o aukščiau nurodytai -vandens daliai reikia 200–300 μmol/m²/s šviesos. Reguliuojamo kampo LED matricos naudojamos inžinerijoje, o daiktų interneto sistema automatiškai keičia apšvietimo režimą pagal augalo augimo stadiją. Pavyzdžiui, 450 nm mėlyna šviesa dažniausiai naudojama sodinukų stadijoje (PUR sudaro 60 %), kad paskatintų šaknų augimą, o 660 nm raudona šviesa dažniausiai naudojama brandos tarpsnyje (PUR sudaro 75 %), kad paskatintų žydėjimą.
2, Fotoekologinis slenkstis ir PUR atranka auginant dumblius
1. Kiekvienos rūšies mikrodumblių šviesos poreikiai yra skirtingi.
Įvairių tipų dumbliai gana skirtingai reaguoja į PAR/PUR:
Geriausias Chlorella vulgaris PAR yra 50–150 μmol/m²/s, o geriausias PUR efektyvumas, kai kartu naudojama 450 nm mėlyna šviesa ir 660 nm raudona šviesa. Fotobioreaktoriaus eksperimentas Čingdao vandenyno universitete parodė, kad naudojant mėlynos ir raudonos šviesos santykį 1:1, chlorelės biomasė padidėjo 2,3 karto, palyginti su auginimu baltoje šviesoje, o astaksantino koncentracija – 40%.
Spirulina yra dumbliai, galintys atlaikyti daug šviesos. Jo prisotintas PAR yra didesnis nei 500 μmol/m²/s, tačiau jo PUR efektyvumas yra geriausias 660 nm raudonos šviesos juostoje. Yunnan Spirulina pramonės bazėje naudojamas 680 nm siauros juostos šviesos diodas, dėl kurio vieneto ploto derlius viršija 120 g/m² per metus ir tradicinė saulės kultūra tampa 300% efektyvesnė.
Melsvai mėlynos bakterijos: yra tam tikras raudonos šviesos kiekis, kurį jos gali sugerti esant 620 nm, tačiau per daug raudonos šviesos gali lengvai sukelti dumblių žydėjimą. Taihu ežero baseino valymo projekte 450 nm mėlyna šviesa slopina II fotosintezės sistemos aktyvumą cianobakterijose, o derinant su ja 660 nm raudoną šviesą, suardomas fikobiliproteinas. Tai sumažina melsvadumblių biomasę 75%, o naudingų dumblių, tokių kaip žalieji dumbliai ir diatomės, dalį iki 80%.
2. Procesas, kurio metu sustabdoma šviesos konkurencija dumblių grupėse
Auginant mišrius dumblius, šviesos kokybės reguliavimas tapo svarbiu būdu gerinant populiacijos struktūrą. Pavyzdžiui, auginant mikrodumblius kaip masalą, „šviesos prijaukinimas“ atliekamas keičiant LED spektrą realiu laiku:
Sėjinukų sodinimo stadijoje dažniausiai naudojama 450 nm mėlyna šviesa (70 %) PUR, kad būtų sustabdytas siūlinių dumblių augimas ir skatinamas vienaląsčių dumblių dauginimasis.
Logaritminio augimo fazėje naudokite 660 nm raudoną šviesą kaip dominuojantį šaltinį (PUR sudaro 80%), kad paskatintumėte dumblių ląstelių dalijimąsi.
Stabilus laikotarpis: 550 nm žalios šviesos pridėjimas (PUR sudaro 10%), siekiant sumažinti fotoinhibicijos efektą ir pailginti dumblių gamybos ciklą.
Šis planas padidina aukštos{0}kokybės dumblių, pvz., Chlorella ir Scenedesmus, procentą nuo 60 % iki 92 % ir 30 % sumažina filtravimo išlaidas.
3, kelias į inžinerinį įgyvendinimą ir technologines naujoves
1. Išmanioji šviesos aplinkos valdymo sistema
Naudojant IoT technologiją PAR jutikliams, spektrinio reguliavimo moduliams ir biologinio elgesio stebėjimo įrenginiams prijungti, galima optimizuoti apšvietimo sąlygas realiu laiku. Pavyzdžiui, Sanijos okeanariume naudojama dirbtinio intelekto šviesos aplinkos sistema, skirta pakeisti spektrinius komponentus ir šviesos intensyvumo pasiskirstymą realiuoju laiku, remiantis tokiais duomenimis, kaip koralai yra ryškūs ir kaip greitai plaukia žuvys.
Dienos režimas: 6500K balta šviesa su 10% raudonos šviesos, PAR išlieka nuo 200 iki 250 μmol/m ²/s; Naktinis režimas: 2700K šilta šviesa su 5% mėlynos šviesos, PAR sumažėja iki 50 μ mol/m ²/s;
Avarinis režimas: kai dingsta maitinimas, raudonos saugos lemputės automatiškai užsidega silpnai apšvietimui (mažiau nei arba lygus 20 μmol/m²/s), kad sumažintų gyvų būtybių įtampą.
Šis metodas padidina gyvų būtybių išgyvenamumą iki 98%, o energijos suvartojimą sumažina 40%.
2. Biologiją imituojančių optinių medžiagų naudojimas
Naujoji nano dengimo technika gali imituoti, kaip natūralūs vandens telkiniai veikia šviesos spektrą. Šendženo prekybos centras ant akvariumo stiklo padengė fotoninę krištolo plėvelę. Tai sumažina raudonos šviesos juostos (620–750 nm) slopinimo laipsnį 60%, todėl giliavandenių atkarpų apšvietimas yra daug geresnis. Dirbkite su reguliuojamo fokusavimo LED matrica, kad gautumėte povandeninį PAR gradiento paskirstymą:
Viršutinio sluoksnio (0–30 cm) PAR yra 300 μmol/m²/s, o raudona šviesa sudaro 70% viso. Vidurinio sluoksnio (30–60 cm) PAR yra 150 μmol/m²/s, o raudona šviesa sudaro 50% viso. Apatinio sluoksnio (60–90 cm) PAR yra 75 μmol/m²/s, o raudona šviesa sudaro 30% viso.
Šis dizainas leidžia teigiamiems vandens augalams likti mažiems giliose vandens vietose, o tai reiškia, kad jiems nereikia tiek daug papildomos šviesos.
3. Darbas kartu kuriant dizainą įvairiose srityse
Apšvietimo inžinieriai turi sukurti standartinį būdą dirbti su jūrų biologais ir spalvų psichologais. Penkių -žvaigždučių viešbutis Hangdžou buvo aptiktas bendradarbiaujant komandos tyrimui:
Kai klounams vietoj įprastos baltos šviesos buvo duota 470 nm mėlynos ir 590 nm geltonos šviesos, jos padėjo 2,3 karto daugiau kiaušinių. Geltoniesiems koralams suteikiant 6500K baltos šviesos ir 10% purpurinės šviesos (400-420nm), fluorescencinio baltymo ekspresijos efektyvumas juose išaugo 40%.
Keičiant pirminį spektrą kas dvi valandas, žuvų elgsenos įvairovės indeksas padidėjo 31%.