Как обеспечить равномерность освещения в больших прудах для аквакультуры или глубоководных резервуарах для аквакультуры? Как выявить и устранить мертвые зоны в освещении?

一, Основные части контроля равномерности освещения
1. Оптимизация формы схемы освещения.
Расстояние между освещением и водоемом должно соответствовать правилу «соотношения расстояния к высоте». Например, если у вас есть пруд для аквакультуры глубиной 10-метров и вы используете светодиодный подводный светильник мощностью 200 Вт с углом луча 120 градусов, вам необходимо поддерживать расстояние между светильниками от 3 до 5 метров, чтобы степень перекрытия соседних световых пятен составляла не менее 30 %. Завод по выращиванию креветок в Циндао использовал программное обеспечение для 3D-моделирования, чтобы показать, как будет распространяться свет. Исследователи обнаружили, что, когда источники света были расположены в шахматном порядке в виде «кучки цветов сливы», однородность нижнего света можно повысить до более чем 85 %, что на 22 % выше, чем в типичной матричной конфигурации.
2. Компенсация затухания света и динамический контроль.
Свет разных длин волн по-разному поглощается водоемами. Например, красный свет поглощается в пресной воде со скоростью 0,3/м, а синий свет — с плотностью 0,1/м. Чтобы компенсировать это, необходимо использовать мультиспектральные светодиоды. Платформа глубоководной-морской аквакультуры Хайнань Линшуй оснащена интеллектуальной системой затемнения, которая автоматически изменяет соотношение мощности красного света (660 нм) и синего света (450 нм) на основе данных в реальном-времени о мутности воды (значение NTU), концентрации хлорофилла (мкг/л) и глубине. Например, когда мутность превышает 15NTU, система увеличивает выходную мощность красного света на 40 %, чтобы компенсировать потери на рассеяние и поддерживать значение PUR на глубокой воде в пределах диапазона, необходимого организмам.
3. Совместная работа над созданием отражающих границ
Количество используемого света напрямую зависит от отражающей способности внутренней стенки пруда для аквакультуры. Согласно исследованию Шанхайского университета океана, пруды для аквакультуры с стенками из белого полиэтилена высокой-плотности (HDPE) могут отражать до 85 % света, что на 60 % больше, чем бетонные пруды. Они также могут сделать нижний свет в 1,8 раза ярче. Кроме того, размещение на дне бассейна зеркальных пластин из нержавеющей стали (с коэффициентом отражения 92%) позволяет избавиться от еще большего количества световых слепых зон. После внедрения этого подхода постоянство придонного света на базе разведения окуней в Санье возросло с 62% до 91%, а кормовая активность популяции рыбы значительно улучшилась.
2. Способы поиска и подсчета мертвых зон при свете
1. Технология моделирования 3D освещения.
Используя программное обеспечение, такое как LumenRT или Dialux, для создания цифровой двойной модели пруда для аквакультуры, вы можете найти мертвую зону света, введя параметры лампы (световой поток, угол луча, высоту установки), оптические свойства воды (коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния) и пороговые значения биологической потребности (например, оптимальный PAR для водорослей составляет 50-200 мкмоль/м²/с). Используя этот метод, креветочная ферма в Чжаньцзяне, провинция Гуандун, обнаружила зону слабого освещения диаметром 2 метра (PAR<30 μ mol/m ²/s) in the middle of the pool bottom under the old arrangement. The dead zone area was cut down to a diameter range of 0.5 meters after changing the space between the lights.
2. Портативный спектрометр для полевых испытаний.
Используйте портативный спектрометр, например Ocean Optics USB2000+, чтобы отобрать образцы из пруда для аквакультуры (с интервалом от 0,5 до 1 метра) и записать уровни PAR и спектральное распределение в каждой точке. Можно создать модель корреляции между интенсивностью света и биологическим распределением, рассматривая биологическое поведение, такое как агрегация рыб и адгезия водорослей. В эксперименте по садковой аквакультуре с глубокой-сеткой было замечено, что, когда PAR<40 μ mol/m²/s, the aggregation density of young golden carp diminished by 70%, concurrently, the proportion of detrimental dinoflagellates, such as Tremella, escalated twofold.
3. Диагностика с помощью биомаркеров.
Глядя на физиологические признаки водных существ, в том числе на показатели флуоресценции хлорофилла Fv/Fm и уровни кортизола в сыворотке рыб, мы можем получить представление о том, насколько хороша световая среда. Например, каменистые кораллы обычно не получают достаточно света, если плотность их зооксантелл меньше 1 × 10 ⁶ клеток/см². Кроме того, если концентрация кортизола в крови у рыб превышает 20 нг/мл, это может вызвать стресс из-за мертвой зоны воздействия света.
3. Полный план управления световой мертвой зоной.
1. Проектирование многоуровневой системы освещения
For deepwater aquaculture tanks, the illumination is arranged in layers, with "surface strong light+middle supplementary light+bottom weak light." In a 20-meter-deep aquaculture cabin, for instance, a 500W LED spotlight (PAR>300 мкмоль/м²/с) размещают на поверхности (0-5 метров), светодиодный прожектор мощностью 200 Вт (PAR=100-200 мкмоль/м²/с) размещают в среднем слое (5-15 метров), а красный заполняющий свет мощностью 50 Вт (660 нм, PAR=50-100 мкмоль/м²/с) размещают в нижнем слое (15-20 метров). Этот план может обеспечить однородность освещения более чем на 80% в каждом слое глубины.
2. Совместная работа над управлением полем потока и световым полем.
Интегрировав систему циркуляции воды, вы можете избавиться от мертвых зон, вызванных воздействием света. Донное подруливающее устройство создает вращающийся поток воды (скорость потока 0,2–0,5 м/с) в круглом пруду для аквакультуры, чтобы равномерно распределить взвешенные частицы и уменьшить эффект локального затенения. Эксперимент, проведенный Даляньским океаническим университетом, показывает, что эта мера может уменьшить диапазон колебаний интенсивности донного света с ± 60% до ± 20%, одновременно повышая однородность растворенного кислорода на 15%.
3. Объединение интеллектуального затенения и дополнительного освещения
Система регулируемых затемняющих штор и светодиодных фонарей используется для соединения открытых глубоководных клеток. Когда солнечный свет сильнее 1000 Вт/м², солнцезащитный козырек автоматически открывается до 50% пропускания, чтобы свет не был слишком ярким. Когда солнечный свет слабее 200 Вт/м² или вода глубже 10 метров, светодиодный заполняющий свет начнет удовлетворять основные потребности в освещении. После того, как эта технология была применена на глубоководной морской аквакультурной платформе в Ляньцзяне, Фуцзянь, цикл роста Pseudosciaena crocea сократился на 15%, а коэффициент кормления был снижен на 0,2.
4. Поддержка со стороны отраслевых тематических исследований и данных.
Ферма по разведению норвежского лосося: если разместить оптоволоконную световодную систему на дне клетки, солнечный свет может достигать глубоководной зоны. В сочетании со светодиодными заполняющими лампами значение PAR на глубине 15 метров остается в пределах от 80 до 120 мкмоль/м²/с. Это увеличивает скорость роста лосося на 20% и снижает уровень деформации до менее 3%.
База по разведению креветок в провинции Цзянсу Рудун. Вдоль стенок бассейна расположены по кругу светодиодные ленты полного-диапазона (плотность мощности 8 Вт/м²). Существует также программа запрограммированного затемнения, которая обеспечивает 100% мощности с 6:00 до 18:00 днем ​​и 30% мощности с 6:00 до 6:00 ночью. Это обеспечивает однородность нижнего света 88%. Плотность выращивания креветок увеличена до 500 креветок/м², а удельная продуктивность составляет более 15 кг/м³.
Сингапурский вертикальный фермерский аквариум. Используя комбинацию много-групп отражателей и светодиодных матриц с регулируемой фокусировкой, вертикальная колонна для аквакультуры высотой 30-метров смогла достичь однородности света 92 %. Степень покрытия кораллами выросла с 65% до 90%, не было отмечено вспышек роста водорослей, вызванных мертвыми зонами света.