Выбор источника освещения


На различных этапах исследований использовались различные источники освещения. Изначально это были люминесцентные трубки, затем светодиодные светильники со спектральными характеристиками, близкими к солнечному свету. Однако основные данные были получены с использованием специально разработанных для эксперимента светодиодных светильников с диодами строго определённых длин волн.


При разработке источника освещения для определения светопоглощающей способности водорослей использовали спиртовую вытяжку фотосинтезирующих пигментов по Ю.В. Синицыной и др. [2008].
Исследованию подвергались не все виды водорослей, а лишь вид, показавший наилучшие результаты при выращивании в системах альгофильтров. Экстрагированию также подвергли цианобактерии, чтобы учесть при подборе светодиодов их спектр поглощения для снижения нежелательных обрастаний. Далее спиртовые вытяжки (отобранного вида водоросли и цианобактерий) подвергались спектрофотометрии (модель спектрофотометра ПЭ-5400) при пятикратной повторности, и на основании полученных данных выстраивались графики спектров поглощения. На основании этих графиков производился выбор длин волн светодиодов освещения.
Для выявления той части спектра, которая благоприятна для культивируемой водоросли и в то же время не способствует росту цианобактерий, т.е. определения оптимальных длин волн источника освещения альгофильтра, использована следующая формула:

H – коэффициент эффективности поглощения света водорослью Caulerpa prolifera с учетом спектра поглощения света цианобактериями; Aalg – коэффициент поглощения света водорослями; Abact – коэффициент поглощения света цианобактериями.
Теоретические выкладки оптимального спектра освещения прошли экспериментальную проверку. Для этого две группы водорослей (по 160 г сырой массы) передерживались в одинаковых условиях при интенсивности освещения 3400 лк (люксометр Milwakee MW 700). Опытная группа освещалась экспериментальным светильником, контрольная – диодным светильником Hagen Fluval Aqualife & Plant LED Strip Light - 35 W (504 светодиода), спектр которого приближен к солнечному. Эксперимент состоял из серии опытов. Перед каждым опытом растения выдерживались в темноте не менее 2х часов, после чего вода в ёмкостях (по 20 литров) заменялась на свежую (аналогичную по уровню рН, ОВП, температуре, солёности и растворённым веществам), с одинаковым содержанием кислорода (погрешность не более 0,05мг/л), около 90% насыщения. Для измерения pH, температуры, ОВП и солёности применялся мультиметр Ultrameter 2, MYRON L, 6FCE, кислород измерялся оксиметром Hach HQ-30d. Далее в обеих системах на один час включалось освещение. По истечении часа проводились контрольные замеры содержания кислорода (по трём точкам) и других гидрохимических показателей (рН, температура, ОВП). Затем свет снова отключался на два часа, светильники менялись местами (для повышения достоверности результата), и опыт начинался сначала. В день обычно удавалось сделать 2-3 таких цикла. Так как наибольшей изменчивостью обладал показатель содержания кислорода, в работе мы приводим данные только по нему. Показателем эффективности фотосинтеза являлось увеличение концентрации кислорода в воде (мг O2/л в час).
После установления оптимального спектра освещения определяли оптимальную его интенсивность. Естественная интенсивность освещения поверхности океана в переводе на электрическую энергию составляет порядка 1000 Вт/м2 [Hanson, 1987]. Искусственной источник освещения такой мощности является крайне дорогим в эксплуатации. Поэтому мы провели эксперимент, позволяющий определить интенсивность излучения, достаточную для роста и развития макрофитов и оптимальную с точки зрения экономии электроэнергии. С этой целью ёмкости с подобранным видом водоросли освещали диодными светильниками с интенсивность 3, 5, 9, 11, 15, 22 тыс. люкс. Интенсивность фотосинтеза контролировали по скорости выделения кислорода. На основании проведенных исследований получены данные о наиболее эффективной интенсивности искусственного освещения.