수생 또는 조류 재배에서 다양한 식물/조류에 가장 적합한 광합성 이용 방사선(PAR) 및 광합성 이용 방사선(PUR)은 무엇입니까?

一, 다양한 수생 식물 그룹의 조명 요구 사항의 차이와 PUR을 더 잘 작동시키는 방법
1. 긍정적인 수생 식물은 많은 빛이 필요하며 빨간색과 파란색 빛 모두에서 잘 작동합니다.
붉은나비나 궁궐풀 같은 긍정적인 수생식물은 모양과 생동감 넘치는 체색을 유지하기 위해 많은 빛이 필요합니다. 가장 좋은 PAR 범위는 150~300μmol/m²/s이지만, 660nm 적색광과 450nm 청색광을 함께 사용하면 PUR 효율이 40% 증가합니다. 예를 들어, 독일의 ADA 수생 식물 연구소는 LED 시스템을 사용하여 3:1의 적색광:청색광 비율을 얻습니다. 이로 인해 양성 수생 식물은 일반 형광등보다 28% 더 많이 자랍니다. 동시에 6500K 백색광을 활용하여 550nm 녹색광 대역의 공백을 메웁니다. 이는 빛이 더 깊은 물에 도달하는 것을 더 쉽게 만들고 깊은 물 영역에서 빛이 손실되는 문제를 해결합니다.
2. 약한 빛 적응 및 부정적인 수생 식물의 전체 스펙트럼 균형 조정
Iron Crown 및 Moss와 같은 음성 수생 식물은 20~70μmol/m ²/s의 PAR 범위에서 번성할 수 있습니다. 그러나 PUR 효율은 전체 스펙트럼 범위에 따라 달라집니다. 일본 기업인 Takagi Aqua는 나노 코팅 기술을 사용하여 LED 스펙트럼을 개선했습니다. 그들은 청색광 대역(400~500nm)과 적색광 대역(600~700nm) 사이에서 1:2의 에너지 비율을 얻을 수 있었습니다. 550nm의 녹색광을 사용하여 물의 색온도도 6500K로 변경하여 자연스러운 하천 조명 설정처럼 보이게 했습니다. 이로 인해 음성 수생 식물의 엽록소가 35% 더 풍부해-조류의 성장이 60% 느려졌습니다.
3. 수생식물의 천이지대에서의 광보상
물양파, 갈대와 같은 수생식물은 물과 땅이 만나는 지역에서 자라기 때문에 항상 PAR/PUR 설정을 변경해야 합니다. Shanghai Ocean University의 연구에 따르면 식물의 수중 부분은 PAR 100~150 μ mol/m ²/s에서 가장 잘 자라는 반면, 위-수역 부분은 200~300 μ mol/m ²/s의 높은 빛이 필요합니다. 각도 조절이 가능한 LED 어레이가 엔지니어링에 사용되며 사물 인터넷 시스템은 식물의 성장 단계에 따라 조명 모드를 자동으로 변경합니다. 예를 들어, 450nm 청색광은 묘목 단계(PUR 60% 차지)에 주로 사용되어 뿌리 성장을 촉진하고, 660nm 적색광은 성숙 단계(PUR 75% 차지)에 주로 사용되어 개화를 촉진합니다.
2, 성장하는 조류에 대한 광생태학적 역치 및 PUR 스크리닝
1. 미세조류의 빛 요구량은 종마다 다릅니다.
다양한 유형의 조류는 PAR/PUR에 매우 다르게 반응합니다.
Chlorella vulgaris의 최고 PAR은 50~150μmol/m²/s인 반면, 최고 PUR 효율은 450nm의 청색광과 660nm의 적색광을 함께 사용할 때입니다. 칭다오 해양대학의 광생물반응기 실험에서는 청색광과 적색광을 1:1 비율로 활용하면 백색광에서 성장하는 것에 비해 클로렐라의 바이오매스가 2.3배 증가하고 아스타잔틴 농도가 40% 증가하는 것으로 나타났습니다.
스피루리나는 많은 빛을 처리할 수 있는 조류입니다. 포화 PAR은 500μmol/m²/s 이상이지만 PUR 효율은 660nm 적색광 대역에서 가장 좋습니다. 윈난 스피루리나 산업 기지는 680nm 협대역 LED를 사용하여 단위 면적 생산량이 120g/m²/년을 넘고 전통적인 태양열 배양을 300% 더 효율적으로 만듭니다.
남조류: 620nm에서 흡수할 수 있는 일정량의 적색광이 있지만, 적색광이 너무 많으면 쉽게 조류 번성을 유발할 수 있습니다. 태호 유역 처리 프로젝트에서 450nm의 청색광은 남세균의 광합성 시스템 II의 활동을 억제하고 660nm의 적색광과 결합하면 초성단백질을 분해합니다. 이는 시아노박테리아의 바이오매스를 75% 감소시키고 녹조류 및 규조류와 같은 유익한 조류의 비율을 80%로 증가시킵니다.
2. 조류군에서의 가벼운 경쟁이 중단되는 과정
혼합 조류 양식에서 빛의 질을 조절하는 것은 개체군의 구조를 개선하는 중요한 방법이 되었습니다. 예를 들어 미세조류를 미끼로 키우면서 실시간으로 LED 스펙트럼을 변화시켜 '가벼운 가축화'를 진행한다.
묘목 단계에서는 사상조류의 성장을 막고 단세포 조류의 번식을 촉진하기 위해 450nm 청색광이 주로 사용됩니다(PUR이 70%를 차지함).
로그 성장 단계에서는 660nm 적색광을 주요 광원(PUR이 80% 차지)으로 사용하여 조류 세포 분열을 촉진합니다.
안정 기간: 550nm 녹색광(PUR이 10% 차지)을 추가하여 광억제 효과를 줄이고 조류 생산 주기를 연장합니다.
이 계획은-클로렐라 및 Scenedesmus와 같은 고품질 조류의 비율을 60%에서 92%로 높이고 필터링 비용을 30% 절감합니다.
3, 엔지니어링 구현 및 기술 혁신의 길
1. 스마트 조명 환경 제어 시스템
IoT 기술을 사용해 PAR 센서, 스펙트럼 조정 모듈, 생물학적 행동 모니터링 장치를 연결함으로써 조명 조건을 실시간으로 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, 싼야(Sanya)의 한 해양 수족관은 AI 조명 환경 시스템을 사용하여 산호의 밝기, 물고기의 수영 속도 등의 데이터를 기반으로 스펙트럼 구성 요소와 조명 강도 분포를 실시간으로 변경합니다.
주간 모드: 10% 적색광이 추가된 6500K 백색광, PAR은 200~250μmol/m²/s 사이에서 유지됩니다. 야간 모드: 2700K 따뜻한 빛, 5% 청색광, PAR은 50 μmol/m ²/s로 감소합니다.
비상 모드: 전원이 꺼지면 빨간색 안전등이 자동으로 저조도(20μmol/m²/s 이하)를 켜서 생물에 대한 스트레스를 최소화합니다.
이 기술은 생물체의 생존율을 98%까지 높이고 에너지 사용량을 40%까지 줄여준다.
2. 생물학을 모방한 광학재료의 사용
새로운 나노 코팅 기술은 자연 수역이 빛의 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는지 모방할 수 있습니다. 선전의 한 쇼핑몰은 수족관 유리에 광결정 필름을 코팅했습니다. 이는 적색광 대역(620~750nm)의 감쇠율을 60% 줄여 심해 구역의 조명을 훨씬 더 좋게 만듭니다. 조정 가능한 초점 LED 어레이를 사용하여 수중 PAR 그라데이션 분포를 얻습니다.
상단 레이어(0~30cm)의 PAR은 300μmol/m²/s이며 빨간색 빛이 전체의 70%를 차지합니다. 중간층(30~60cm)의 PAR은 150μmol/m²/s이며 빨간색 빛이 전체의 50%를 차지합니다. 하단 레이어(60~90cm)의 PAR은 75μmol/m²/s이며 빨간색 빛이 전체의 30%를 차지합니다.
이 설계를 통해 양성 수생 식물은 깊은 물 위치에서 작게 유지될 수 있으며, 이는 추가 빛이 많이 필요하지 않음을 의미합니다.
3. 다양한 분야를 넘나드는 디자인 협업
조명 엔지니어는 해양 생물학자 및 색상 심리학자와 협력할 수 있는 표준 방법을 설정해야 합니다. 항저우의 5{1}}성급 호텔은 공동 팀 연구를 통해 다음과 같은 사실을 발견했습니다.
흰동가리에게 일반 백색광 대신 470nm 청색광과 590nm 황색광을 혼합하면 2.3배 더 많은 알을 낳습니다. 산호황조류에 6500K의 백색광과 10%의 보라색광(400-420nm)을 조사했을 때, 산호황조류의 형광단백질 발현 효율이 40% 증가했다.
2시간마다 기본 스펙트럼을 변경함으로써 물고기 행동 다양성 지수가 31% 증가했습니다.