รังสีที่สังเคราะห์แสงได้ (PAR) และรังสีที่สังเคราะห์แสงได้ (PUR) ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพืช/สาหร่ายชนิดต่างๆ ในการเพาะปลูกในน้ำหรือสาหร่ายคืออะไร

ประการหนึ่ง ความแตกต่างในความต้องการแสงของพืชน้ำกลุ่มต่าง ๆ และวิธีการทำให้ PUR ทำงานได้ดีขึ้น
1. พืชน้ำที่ให้ผลบวกต้องการแสงมากและทำงานได้ดีกับทั้งแสงสีแดงและสีน้ำเงิน
เพื่อรักษารูปร่างและสีลำตัวที่สดใส พืชน้ำเชิงบวก เช่น ผีเสื้อสีแดงและหญ้าในพระราชวังจึงต้องการแสงมาก ช่วง PAR ที่ดีที่สุดคือ 150–300 μmol/m ²/s แม้ว่าประสิทธิภาพของ PUR จะเพิ่มขึ้น 40% เมื่อใช้แสงสีแดง 660 นาโนเมตรและแสงสีน้ำเงิน 450 นาโนเมตรร่วมกัน ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการพืชน้ำ ADA ในเยอรมนีใช้ระบบ LED เพื่อให้ได้อัตราส่วนแสงสีแดง: สีฟ้าที่ 3:1 ส่งผลให้พืชน้ำที่ให้ผลบวกเติบโตได้มากกว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์ทั่วไปถึง 28% ในเวลาเดียวกัน แสงสีขาว 6500K จะถูกนำมาใช้เพื่อเติมเต็มช่องว่างในแถบแสงสีเขียว 550 นาโนเมตร ทำให้แสงเข้าถึงน้ำลึกได้ง่ายขึ้นและแก้ไขปัญหาการสูญเสียแสงในพื้นที่น้ำลึก
2. การปรับแสงที่อ่อนแอและความสมดุลของสเปกตรัมเต็มรูปแบบของพืชน้ำที่เป็นลบ
พืชน้ำเชิงลบ เช่น Iron Crown และ Moss สามารถเจริญเติบโตได้ในช่วง PAR ที่ 20–70 μmol/m ²/s อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของ PUR ขึ้นอยู่กับการครอบคลุมสเปกตรัมทั้งหมด Takagi Aqua ซึ่งเป็นธุรกิจของญี่ปุ่นใช้เทคโนโลยีการเคลือบนาโนเพื่อปรับปรุงสเปกตรัม LED พวกเขาสามารถได้รับอัตราส่วนพลังงาน 1:2 ระหว่างแถบแสงสีน้ำเงิน (400–500 นาโนเมตร) และแถบแสงสีแดง (600–700 นาโนเมตร) ด้วยการใช้แสงสีเขียว 550 นาโนเมตร อุณหภูมิสีของน้ำก็เปลี่ยนเป็น 6500K ซึ่งทำให้ดูเหมือนการตั้งค่าแสงลำธารตามธรรมชาติ วิธีนี้ทำให้พืชน้ำที่เป็นลบมีคลอโรฟิลล์เพิ่มขึ้น 35%- และทำให้การเติบโตของสาหร่ายช้าลง 60%
3. การชดเชยแสงในบริเวณเปลี่ยนผ่านของพืชน้ำ
พืชน้ำ เช่น ต้นหอมและต้นกก จำเป็นต้องเปลี่ยนการตั้งค่า PAR/PUR ตลอดเวลา เนื่องจากพืชน้ำจะเติบโตในพื้นที่ที่มีน้ำบรรจบกับพื้นดิน จากการวิจัยของ Shanghai Ocean University ส่วนใต้น้ำของพืชเจริญเติบโตได้ดีที่สุดที่ PAR 100–150 μ mol/m ²/s ในขณะที่ส่วนที่เป็นน้ำ-ข้างต้นต้องการแสงสูง 200–300 μ mol/m ²/s อาร์เรย์ LED แบบปรับมุมได้ถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรม และระบบ Internet of Things จะเปลี่ยนโหมดแสงสว่างโดยอัตโนมัติตามระยะการเจริญเติบโตของโรงงาน ตัวอย่างเช่น แสงสีน้ำเงิน 450 นาโนเมตรส่วนใหญ่จะใช้ในช่วงระยะต้นกล้า (PUR คิดเป็น 60%) เพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของราก และแสงสีแดง 660 นาโนเมตรส่วนใหญ่จะใช้ในช่วงระยะโตเต็มที่ (PUR คิดเป็น 75%) เพื่อส่งเสริมการออกดอก
2, เกณฑ์การถ่ายภาพทางนิเวศวิทยาและการคัดกรอง PUR สำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่าย
1. ความต้องการแสงของสาหร่ายขนาดเล็กแต่ละชนิดแตกต่างกัน
สาหร่ายประเภทต่างๆ มีปฏิกิริยากับ PAR/PUR ค่อนข้างแตกต่าง:
PAR ที่ดีที่สุดสำหรับคลอเรลลาขิงคือ 50–150 μmol/m²/s ในขณะที่ประสิทธิภาพ PUR ที่ดีที่สุดคือเมื่อใช้แสงสีน้ำเงินที่ 450 นาโนเมตรและแสงสีแดงที่ 660 นาโนเมตรร่วมกัน การทดลองเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพด้วยแสงที่มหาวิทยาลัย Qingdao Ocean University แสดงให้เห็นว่าการใช้อัตราส่วนแสงสีน้ำเงินและสีแดงในอัตราส่วน 1:1 จะทำให้มวลชีวภาพของคลอเรลลาเพิ่มขึ้น 2.3 เท่า เมื่อเทียบกับการปลูกภายใต้แสงสีขาว และเพิ่มความเข้มข้นของแอสตาแซนธิน 40%
สาหร่ายเกลียวทองเป็นสาหร่ายที่สามารถรับมือกับแสงได้มาก PAR ที่อิ่มตัวนั้นมากกว่า 500 μ mol/m ²/s แต่ประสิทธิภาพ PUR นั้นดีที่สุดในแถบแสงสีแดง 660 นาโนเมตร ฐานอุตสาหกรรมสาหร่ายเกลียวทองแห่งยูนนานใช้ LED ย่านความถี่แคบ 680 นาโนเมตร ซึ่งช่วยให้ผลผลิตพื้นที่หน่วยได้มากกว่า 120 กรัม/ตร.ม./ปี และทำให้การเพาะเลี้ยงพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพมากขึ้น 300%
ไซยาโนแบคทีเรีย: มีแสงสีแดงจำนวนหนึ่งที่สามารถดูดซับได้ที่ 620 นาโนเมตร แต่แสงสีแดงมากเกินไปอาจทำให้เกิดการบานของสาหร่ายได้ง่าย ในโครงการบำบัดลุ่มน้ำทะเลสาบ Taihu แสงสีน้ำเงิน 450 นาโนเมตรยับยั้งการทำงานของระบบสังเคราะห์แสง II ในไซยาโนแบคทีเรีย และการรวมแสงสีแดง 660 นาโนเมตรเข้ากับแสงที่จะสลายไฟโคบิลิโปรตีน ซึ่งจะช่วยลดมวลชีวมวลของไซยาโนแบคทีเรียลง 75% และเพิ่มสัดส่วนของสาหร่ายที่เป็นประโยชน์ เช่น สาหร่ายสีเขียวและไดอะตอมเป็น 80%
2. กระบวนการหยุดการแข่งขันระดับเบาในกลุ่มสาหร่าย
ในการทำฟาร์มสาหร่ายแบบผสม การควบคุมคุณภาพแสงกลายเป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงโครงสร้างของประชากร ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ปลูกสาหร่ายขนาดเล็กเป็นเหยื่อ "การทำให้แสงเป็นสัตว์อาศัย" จะดำเนินการโดยการเปลี่ยนสเปกตรัม LED แบบเรียลไทม์:
ในระหว่างระยะต้นกล้า แสงสีฟ้าขนาด 450 นาโนเมตรส่วนใหญ่จะถูกใช้ (PUR คิดเป็น 70%) เพื่อหยุดการเจริญเติบโตของสาหร่ายเส้นใยและกระตุ้นให้สาหร่ายเซลล์เดียวแพร่พันธุ์
ในระหว่างระยะการเจริญเติบโตแบบลอการิทึม ให้ใช้แสงสีแดง 660 นาโนเมตรเป็นแหล่งสำคัญ (PUR คิดเป็น 80%) เพื่อส่งเสริมการแบ่งเซลล์สาหร่าย
ระยะเวลาคงที่: การเพิ่มแสงสีเขียว 550 นาโนเมตร (PUR คิดเป็น 10%) เพื่อลดผลการยับยั้งแสงและขยายวงจรการผลิตสาหร่าย
แผนนี้จะเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของสาหร่ายคุณภาพสูง- เช่น คลอเรลลาและซีนเดสมุส จาก 60% เป็น 92% และลดต้นทุนในการกรองลง 30%
3 เส้นทางสู่การดำเนินงานด้านวิศวกรรมและนวัตกรรมทางเทคโนโลยี
1. ระบบควบคุมสภาพแวดล้อมแสงอัจฉริยะ
ด้วยการใช้เทคโนโลยี IoT เพื่อเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ PAR โมดูลการปรับสเปกตรัม และอุปกรณ์ตรวจสอบพฤติกรรมทางชีวภาพ จึงเป็นไปได้ที่จะปรับสภาพแสงให้เหมาะสมแบบเรียลไทม์ ตัวอย่างเช่น พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำทะเลในซานย่าใช้ระบบสภาพแวดล้อมแสง AI เพื่อเปลี่ยนองค์ประกอบสเปกตรัมและการกระจายความเข้มของแสงแบบเรียลไทม์ โดยอิงจากข้อมูล เช่น ความสว่างของปะการังและความเร็วของปลาที่ว่ายน้ำ
โหมดกลางวัน: แสงสีขาว 6500K พร้อมแสงสีแดงเพิ่ม 10%, PAR อยู่ระหว่าง 200 ถึง 250 μmol/m ²/s; โหมดกลางคืน: แสงโทนอุ่น 2700K พร้อมแสงสีน้ำเงิน 5%, PAR ลดลงเหลือ 50 μ mol/m ²/s;
โหมดฉุกเฉิน: เมื่อไฟฟ้าดับ ไฟนิรภัยสีแดงจะเปิดแสงน้อยโดยอัตโนมัติ (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 20 μmol/m ²/s) เพื่อลดความเครียดต่อสิ่งมีชีวิต
เทคนิคนี้เพิ่มอัตราการรอดชีวิตของสิ่งมีชีวิตเป็น 98% และลดการใช้พลังงานลง 40%
2. การใช้วัสดุเชิงแสงที่เลียนแบบชีววิทยา
เทคนิคการเคลือบนาโนใหม่สามารถเลียนแบบว่าแหล่งน้ำตามธรรมชาติส่งผลต่อสเปกตรัมของแสงอย่างไร ห้างสรรพสินค้าแห่งหนึ่งในเซินเจิ้นได้เคลือบฟิล์มโฟโตนิกคริสตัลบนกระจกของตู้ปลา ซึ่งจะลดอัตราการลดทอนของแถบแสงสีแดง (620–750 นาโนเมตร) ลง 60% ทำให้แสงในส่วนน้ำลึกดีขึ้นมาก ทำงานร่วมกับอาร์เรย์ LED โฟกัสที่ปรับได้เพื่อให้ได้การกระจายไล่ระดับ PAR ใต้น้ำ:
ชั้นบนสุด (0–30 ซม.) มีค่า PAR 300 μmol/m²/s โดยมีแสงสีแดงคิดเป็น 70% ของทั้งหมด ชั้นกลาง (30–60 ซม.) มีค่า PAR 150 μ mol/m²/s โดยมีแสงสีแดงคิดเป็น 50% ของทั้งหมด ชั้นล่างสุด (60–90 ซม.) มี PAR 75 μ mol/m²/s โดยมีแสงสีแดงคิดเป็น 30% ของทั้งหมด
การออกแบบนี้ช่วยให้พืชน้ำที่มีประจุบวกมีขนาดเล็กอยู่ในบริเวณน้ำลึก ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่ต้องการแสงสว่างเพิ่มเติมมากนัก
3. การทำงานร่วมกันในการออกแบบข้ามสาขา
วิศวกรด้านแสงสว่างจำเป็นต้องกำหนดแนวทางมาตรฐานในการทำงานกับนักชีววิทยาทางทะเลและนักจิตวิทยาด้านสี โรงแรมห้า-ดาวในหางโจวถูกค้นพบผ่านการศึกษาร่วมกันเป็นทีมว่า:
เมื่อปลาการ์ตูนได้รับแสงสีน้ำเงิน 470 นาโนเมตรและแสงสีเหลือง 590 นาโนเมตรผสมกัน แทนที่จะใช้แสงสีขาวปกติ พวกมันจะวางไข่ได้มากกว่า 2.3 เท่า เมื่อสาหร่ายสีเหลืองปะการังได้รับแสงสีขาว 6500K และแสงสีม่วง 10% (400-420 นาโนเมตร) ประสิทธิภาพการแสดงออกของโปรตีนเรืองแสงในพวกมันก็เพิ่มขึ้น 40%
โดยการเปลี่ยนสเปกตรัมหลักทุกๆ สองชั่วโมง ดัชนีความหลากหลายพฤติกรรมของปลาก็เพิ่มขึ้น 31%