Suda veya alg yetiştiriciliğinde farklı bitkiler/algler için en uygun fotosentetik olarak mevcut radyasyon (PAR) ve fotosentetik olarak kullanılabilir radyasyon (PUR) nelerdir?

一, Farklı su bitkisi gruplarının ışık ihtiyaçlarındaki farklılıklar ve PUR'un daha iyi çalışmasının nasıl sağlanacağı
1. Pozitif su bitkileri çok fazla ışığa ihtiyaç duyar ve hem kırmızı hem de mavi ışıkla iyi çalışır.
Kırmızı kelebekler ve saray çimleri gibi pozitif su bitkileri, şekillerini ve canlı vücut renklerini korumak için çok fazla ışığa ihtiyaç duyar. Bunun için en iyi PAR aralığı 150–300 μ mol/m²/s'dir, ancak 660 nm kırmızı ışık ve 450 nm mavi ışık birlikte kullanıldığında PUR verimliliği %40 artar. Örneğin Almanya'daki ADA Su Bitkileri Laboratuvarı, 3:1 oranında kırmızı ışık:mavi ışık oranı elde etmek için bir LED sistemi kullanıyor. Bu, pozitif su bitkilerinin normal floresan ampullere göre %28 daha fazla büyümesini sağlar. Aynı zamanda 550nm yeşil ışık bandındaki boşlukları doldurmak için 6500K beyaz ışıktan yararlanılıyor. Bu, ışığın daha derin sulara ulaşmasını kolaylaştırır ve derin su alanlarındaki ışık kaybı sorununu çözer.
2. Negatif su bitkilerinin zayıf ışık adaptasyonu ve tam spektrum dengelemesi
Iron Crown ve Moss gibi negatif su bitkileri, 20–70 μ mol/m²/s PAR aralığında gelişebilir. Ancak PUR verimliliği tam spektral kapsamaya bağlıdır. Japon bir işletme olan Takagi Aqua, LED spektrumunu iyileştirmek için nano kaplama teknolojisini kullandı. Mavi ışık bandı (400–500 nm) ile kırmızı ışık bandı (600–700 nm) arasında 1:2 enerji oranı elde edebildiler. 550nm yeşil ışık kullanılarak suyun renk sıcaklığı da 6500K olarak değiştirildi, bu da doğal bir akış aydınlatma ayarı gibi görünmesini sağladı. Bu, negatif su bitkilerini %35 daha fazla klorofil-zengin hale getirdi ve alglerin büyümesini %60 oranında yavaşlattı.
3. Su bitkilerinin geçiş bölgesinde ışık dengelemesi
Su soğanı ve sazlık gibi su bitkileri, suyun karayla buluştuğu bir bölgede yetiştikleri için PAR/PUR ayarlarının sürekli değiştirilmesi gerekir. Şangay Okyanus Üniversitesi'nin araştırmasına göre, bitkinin su altı bölümü 100–150 μ mol/m²/s'lik bir PAR'da en iyi şekilde büyürken,-su üstü kısmı 200–300 μ mol/m²/s'lik yüksek ışığa ihtiyaç duyar. Mühendislikte ayarlanabilir açılı LED dizileri kullanılıyor ve Nesnelerin İnterneti sistemi, tesisin büyüme aşamasına göre aydınlatma modunu otomatik olarak değiştiriyor. Örneğin, 450 nm mavi ışık çoğunlukla fide aşamasında kullanılır (PUR %60'ı oluşturur), kök büyümesini teşvik etmek için kullanılırken, 660 nm kırmızı ışık çoğunlukla olgun aşamada kullanılır (PUR %75'i oluşturur).
2, Büyüyen algler için fotoekolojik eşik ve PUR taraması
1. Mikroalglerin ışık ihtiyaçları her tür için farklıdır.
Farklı alg türleri PAR/PUR'a oldukça farklı tepki verir:
Chlorella vulgaris için en iyi PAR 50–150 μ mol/m²/s iken, en iyi PUR verimliliği 450 nm'deki mavi ışık ve 660 nm'deki kırmızı ışığın birlikte kullanıldığı zamandır. Qingdao Okyanus Üniversitesi'nde yapılan bir fotobiyoreaktör deneyi, 1:1 oranında mavi ve kırmızı ışık kullanmanın Chlorella'nın biyokütlesini beyaz ışık altında yetiştirmeye kıyasla 2,3 kat artırdığını ve astaksantin konsantrasyonunu %40 artırdığını gösterdi.
Spirulina çok fazla ışığa dayanabilen bir algdir. Doymuş PAR'ı 500 μ mol/m²/s'nin üzerindedir ancak PUR verimliliği 660nm kırmızı ışık bandında en iyisidir. Yunnan Spirulina Endüstri Üssü, birim alan veriminin yılda 120 g/m²'nin üzerine çıkmasını sağlayan ve geleneksel güneş kültürünü %300 daha verimli hale getiren 680 nm dar bant LED kullanıyor.
Siyanobakteriler: 620 nm'de absorbe edebildikleri belirli miktarda kırmızı ışık vardır, ancak çok fazla kırmızı ışık alg çoğalmasını kolaylıkla tetikleyebilir. Taihu Gölü havzası arıtma projesinde, 450 nm mavi ışık, siyanobakterilerdeki fotosentetik sistem II'nin aktivitesini inhibe ediyor ve 660 nm kırmızı ışığı onunla birleştirerek fikobiliproteini parçalıyor. Bu, siyanobakterilerin biyokütlesini %75 oranında azaltır ve yeşil algler ve diatomlar gibi faydalı alglerin oranını %80'e çıkarır.
2. Alg gruplarında hafif rekabetin durdurulduğu süreç
Karışık alg yetiştiriciliğinde ışığın kalitesini düzenlemek, popülasyonun yapısını iyileştirmenin önemli bir yolu haline geldi. Örneğin, yem olarak mikroalg yetiştirirken, LED spektrumu gerçek zamanlı olarak değiştirilerek "ışık evcilleştirme" gerçekleştirilir:
Fide aşamasında, filamentli alglerin büyümesini durdurmak ve tek hücreli alglerin çoğalmasını teşvik etmek için çoğunlukla 450 nm mavi ışık kullanılır (PUR %70'e karşılık gelir).
Logaritmik büyüme aşamasında, algal hücre bölünmesini teşvik etmek için baskın kaynak olarak 660 nm kırmızı ışık kullanın (PUR %80'e karşılık gelir).
Kararlı dönem: Fotoinhibisyon etkisini azaltmak ve alg üretim döngüsünü uzatmak için 550 nm yeşil ışık eklenmesi (PUR %10'a karşılık gelir).
Bu plan, Chlorella ve Scenedesmus gibi{0}yüksek kaliteli alglerin yüzdesini %60'tan %92'ye çıkarır ve filtreleme maliyetini %30 oranında azaltır.
3, Mühendislik uygulamasına ve teknolojik yeniliğe giden yol
1. Akıllı Işık Ortamı Kontrol Sistemi
PAR sensörlerini, spektral ayarlama modüllerini ve biyolojik davranış izleme cihazlarını bağlamak için IoT teknolojisini kullanarak aydınlatma koşullarını gerçek zamanlı olarak optimize etmek mümkündür. Örneğin, Sanya'daki bir okyanus akvaryumu, mercanın ne kadar parlak olduğu ve balıkların ne kadar hızlı yüzdüğü gibi verilere dayalı olarak spektral bileşenleri ve ışık yoğunluğu dağılımını gerçek zamanlı olarak değiştirmek için bir AI ışık ortamı sistemi kullanıyor.
Gündüz modu: %10 kırmızı ışık eklenmiş 6500K beyaz ışık, PAR 200 ila 250 μ mol/m²/s arasında kalır; Gece modu: %5 mavi ışıkla 2700K sıcak ışık, PAR 50 μ mol/m²/s'ye düşer;
Acil durum modu: Elektrik kesildiğinde kırmızı emniyet ışıkları, canlılar üzerindeki stresi en aza indirmek için düşük ışıkta (20 μ mol/m²/s'den az veya eşit) otomatik olarak yanacaktır.
Bu teknik canlıların hayatta kalma oranını %98'e çıkarmakta ve enerji kullanımını %40 oranında azaltmaktadır.
2. Biyolojiyi taklit eden optik malzemelerin kullanımı
Yeni nano kaplama tekniği, doğal su kütlelerinin ışık spektrumunu nasıl etkilediğini taklit edebilir. Shenzhen'deki bir alışveriş merkezi, bir akvaryumun camına fotonik kristal film kapladı. Bu, kırmızı ışık bandının (620-750nm) zayıflama oranını %60 oranında azaltarak derin su bölümlerinde aydınlatmayı çok daha iyi hale getirir. Su altında PAR gradyan dağılımı elde etmek için ayarlanabilir odaklı LED dizisiyle çalışın:
Üst katman (0-30 cm) 300 μ mol/m²/s'lik bir PAR'a sahiptir ve kırmızı ışık toplamın %70'ini oluşturur. Orta katman (30-60 cm) 150 μ mol/m²/s'lik bir PAR'a sahiptir ve kırmızı ışık toplamın %50'sini oluşturur. Alt katman (60-90 cm) 75 μ mol/m²/sn'lik bir PAR'a sahiptir ve kırmızı ışık toplamın %30'unu oluşturur.
Bu tasarım, pozitif su bitkilerinin derin su konumlarında küçük kalmasını sağlar, bu da fazladan ışığa ihtiyaç duymadıkları anlamına gelir.
3. Farklı alanlarda tasarım üzerinde birlikte çalışmak
Aydınlatma mühendislerinin deniz biyologları ve renk psikologlarıyla çalışmanın standart bir yolunu oluşturması gerekiyor. Hangzhou'da beş-yıldızlı bir otel, ortak çalışmaya dayalı bir ekip çalışmasıyla keşfedildi:
Palyaço balıklarına normal beyaz ışık yerine 470 nm mavi ışık ve 590 nm sarı ışık karışımı verildiğinde 2,3 kat daha fazla yumurta bıraktılar. Mercan sarısı alglere 6500K beyaz ışık ve %10 mor ışık (400-420nm) verildiğinde, içindeki floresan proteinin ekspresyon verimliliği %40 arttı.
Birincil spektrumun iki saatte bir değiştirilmesiyle balık davranış çeşitliliği endeksi %31 arttı.