Kokį pavojų aplinkai kelia šviesos tarša pakrantės ar pakrantės akvakultūroje? Kaip suprojektuoti apšvietimą, kad būtų sumažintas poveikis?

一, Šviesos taršos ekologinės rizikos tyrimas
1. Biologinių ciklų nutraukimas ir reprodukcinės funkcijos sutrikimai
Natūralus fotoperiodas daro didelę įtaką jūros būtybių fiziologiniam ciklui. Pavyzdžiui, koralinių rifų organizmai deda kiaušinius tuo pačiu metu, naudodamiesi mėnulio šviesos signalais. Tačiau, kai yra dirbtinių šviesos šaltinių, kiaušinių dėjimo laikas skiriasi daugiau nei 40%. Akvakultūroje Pietų Amerikos baltosios krevetės išlyja dažniau nei įprastai, kai yra nuolatinė šviesa, o tai sukelia medžiagų apykaitos problemų. Esant stipriam apšvietimui, europinių liežuvinių dantytų ešerių jauniklių išgyvenamumas sumažėja 23 %, daugiausia dėl to, kad šviesa blokuoja tinklainės vystymąsi, todėl jiems sunkiau sugauti grobį.
2. Vizuali pagalba naikinant ekologinius procesus
Šviesos tarša keičia spektrinę sudėtį, todėl vizualiniams signalams prasiskverbti sunkiau. Eksperimentai parodė, kad dirbtiniai šviesos šaltiniai, kurių raudonos šviesos komponentai sudaro daugiau nei 15 %, pakenks kriauklyčių kamufliažui, todėl padidės jų pažeidžiamumas silkių kirų plėšrūnams. Tiriant vertikalią planktoninių būtybių migraciją, 200 metrų gylyje vis dar galima pamatyti laivų darbinius žibintus. Dėl šios priežasties roplių migracija užtrunka 3–5 valandas ilgiau, o tai sulėtina energijos srautą per jūrų maisto grandinę.
3. Vandens telkinių cheminės ir fizinės sandaros pokyčiai
Dėl šviesos taršos vanduo tampa mažiau švarus, nes keičiasi temperatūra ir sukelia fotochemines reakcijas. Šviesos diodų lemputės išorėje drėgnose vietose gali įkaisti iki 50–65 laipsnių, o kaitinant vandenį ištirpusio deguonies kiekis gali sumažėti 15–20%. Mėlyna šviesos juosta (450–480 nm) taip pat pagreitina nitratų fotolizę vandenyje, todėl susidaro nuodingi tarpiniai produktai, tokie kaip nitritai. Tai padidina akvakultūros rūšių apsinuodijimo amoniakiniu azotu pavojų 40%.
4. Neįprastas elgesys ir žala aplinkai
Dėl šviesos taršos pakrantėje 78 % vėžlių jauniklių pasiklydo nuo 5 % natūralios formos. Tai turi didelę įtaką gyventojų galimybėms tęsti veiklą. Veisimosi situacijoje jauni grupiniai paukščiai prarado gebėjimą judėti link šviesos, kai jie visą laiką buvo veikiami šviesos, o dėl grupės elgesio sutrikimo pašarų konversijos koeficientas sumažėjo 18%. Šviesos tarša ir eutrofikacija kartu sumažina dumblių protrūkių ciklą 30 %, todėl akvakultūros zonose dažniau pasitaiko mažai deguonies.
2, Pagrindinės apšvietimo optimizavimo projektavimo idėjos
1. Tikslios spektrinės atitikties taisyklė
Projektavimo spektrai, pagrįsti akvakultūros rūšių tinklainės opsino sudėtimi:
Žuvų auginimas: Lašišos tinklainėje yra daug kūgio ląstelių, jautrių trumpoms bangoms. Jaunos žuvys gali augti 23 % greičiau, jei jas 12 valandų per dieną veikia 470 nm mėlyna šviesa;
Pietų Amerikos baltosios krevetės teikia pirmenybę oranžinei{0}}raudonai šviesai 600–650 nm diapazone. Naudojant šią lemputę, lydymosi sėkmės rodiklis padidėja 35 %;
Norint auginti vėžiagyvius, reikia viso spektro aprėpties (400–700 nm), daugiausia dėmesio skiriant 550 nm žaliai šviesai, kad dumbliai priliptų prie kiautų.
2. Šviesos intensyvumo gradiento valdymo idėja
Atsižvelgdami į tai, kaip gerai vanduo praleidžia šviesą ir kiek žuvų yra akvakultūros teritorijoje, sukurkite trijų{0}}matmenų šviesos lauką:
Paviršinis vanduo (0–0,5 m): kad būtų patenkinti fitoplanktono fotosintezės poreikiai, šviesos intensyvumas turi būti nuo 80 iki 120 μmol/(m ² · s);
Vidurinis vandens sluoksnis (0,5–1,5 m): šviesos intensyvumo gradientas reguliuojamas nuo 80% viršutinio sluoksnio iki 40% apatinio sluoksnio, naudojant LED šviesos juostas sluoksniais.
Bottom water body (>1,5 m): Pridėkite papildomų šviesos skliaustų, kad įsitikintumėte, jog fotosintetiškai aktyvi spinduliuotė (PAR) yra bent 20 μmol/(m ² · s).
3. Dinaminio fotoperiodo reguliavimo idėja
Imituoti natūralaus fotoperiodo pokyčius:
Reprodukcijos reguliavimas: siekiant paskatinti dumblius prilipti prie geldelių daigų, jie 16 valandų apšviečiami šviesoje. Siekiant sustabdyti lytinių liaukų ankstyvumą, jie yra veikiami šviesos 8 valandas;
Mėnulio fazės modeliavimas: jūrų arkliukų auginimo ferma naudoja išmaniąją valdymo sistemą, kad padidintų mėlynos šviesos kiekį per pilnaties fazę (450–480 nm). Dėl to 37% didesnė tikimybė, kad tėvai dėtų kiaušinius vienu metu.
Gradiento perjungimas: naudojama PWM pritemdymo technologija, kad būtų sukurtas 1 minutės šviesos intensyvumo gradientas. Tai sustabdo greitą šviesos intensyvumo pokytį, kai šviesos diodai įsijungia ir išsijungia, ir kai atsiranda biologinis stresas.
3, Inžineriniai sprendimai
1. Tinkamų lempų pasirinkimas ir geriausias jų išdėstymas
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) ir antrasis atšvaitas;
Apsaugos standartas: žibintai turi turėti IP68 apsaugos laipsnį ir išlaikyti druskos purškimo testą 96 valandas be rūdžių.
Montavimo reikalavimai: LED lemputė turi būti 0,8–1,2 metro atstumu nuo vandens paviršiaus ir nustatyta 15 laipsnių kampu, kad šviesa apimtų didesnį plotą.
2. Išmaniosios valdymo sistemos konstrukcija
Kelių-parametrų sujungimas: naudokite keturių-matmenų šviesos intensyvumo spektro pasiskirstymo algoritmą, kad imituotumėte sudėtines situacijas, pvz., „staigus šviesos intensyvumo kritimas po lietaus + spektrinis mėlynumas“.
AI adaptyvus reguliavimas: mašininis mokymasis naudojamas elgsenos duomenims, pvz., žuvų plaukimo keliams ir kiek jos suvalgo, nagrinėti, siekiant optimizuoti apšvietimo sąlygas realiuoju laiku;
Nuotolinis stebėjimas: naudojant LoRa belaidžio ryšio technologiją, kad būtų galima rinkti šviesos aplinkos duomenis veisimosi zonoje realiu laiku ir teikti įspėjimus, kai kas nors negerai.
3. Ekologinės kompensacijos plano sudarymas
Šviesos ekranavimo sistema: norėdami sumažinti šviesos taršą, aplink veisimosi vietą padėkite tamsią šviesą{0}}sugeriančias plokštes. Spektrinio filtravimo įtaisas: norėdami sumažinti mėlynos šviesos nutekėjimą, prieš lempą įdėkite 590 nm geltonos šviesos filtrą. Biologinio stebėjimo tinklas: norėdami pamatyti, kaip šviesos tarša realiu laiku veikia ekologinę grandinę, įdėkite zooplanktono migracijos jutiklius.
4, Naudojimo pavyzdžiai ir naudos įvertinimas
1. Finansinė nauda
Grupuočių veisimo ūkio atnaujinimo atvejo analizė rodo, kad seno metalo halogeno apšvietimo pakeitimas išmaniosiomis LED sistemomis:
Energijos sąnaudos sumažėjo 66% (nuo 58kW · h/d. iki 19kW · h/d.); Dėl geresnės gaminio spalvos konsistencijos kilogramo kaina pakilo 8 juaniais;
Per dvejus metus susigrąžinkite pinigus, kuriuos išleidote apšvietimo aplinkai sutvarkyti.
2. Nauda aplinkai
Qingdao Aoshan Bay akvakultūros bazėje panaudojus dinaminę fotoperiodų valdymo technologiją:
Koralų neršto sinchronizavimo greitis išaugo nuo 62% iki 91%. Planktoninių organizmų migracijos laiko netikslumas sumažėjo nuo ± 2,5 valandos iki ± 0,3 valandos.
Aplink akvakultūros regioną esančiuose vandenyse fitoplanktono įvairovės indeksas padidėjo 1,8 vieneto.