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在水中轻渗透

克劳德E. Boyd,Ph.D.

光渗透是Phytoplankton光合作用的能源

轻渗透
光区的深度,接收1%或更多入射光的水层可以通过Secchi磁盘可视性估算。

Sunlight由整个电磁辐射频谱组成,其包括γ,X,紫外线,可见,红外,微型和无线电波。太阳辐射的主要部分是可见和红外线的形式,其波长变化。

撞击地球表面的阳光被吸收或反射。水面的透明度变化。清澈的水是更大的,当水面光滑时,当太阳的光线最近与地球表面最近垂直时,中午和午后之间。纬度和季节也影响了太阳光线的角度。当太阳光线的入射角为60度或更小时,通常由水表面反射的离线阳光小于10%。

由表面反射的入射光的百分比称为Albedo。水体的年度玻璃玻璃的范围为5至7%,达到60度的60度纬度。每月按一月,水的反照会随着年度赤道的时间而变化几乎不变,但在60度纬度下,Albedo在3月和9月的股份有限公司约为5%,冬季开始约为55%。

轻渗透

在向下渗透和吸收或淬火时,光渗透到水面的光。水散射但不吸收紫外线。它吸收红外线灯 - 小红外光渗透超过2米。即使在透明水中也很快就会淬火。只有约25%的入射光达到开阔的海洋深度为10米,水很清楚。

可见光谱由390和750纳米之间的波长(Nm,表1)组成。一个纳米相当于1亿米。红色和橙色光线的视觉光衰减率最大,紫色光线和黄色,绿色和蓝色光线最少。溶解的有机物质的存在和悬浮固体进一步阻抗光渗透,不同类型的固体优先吸收不同的波长。

Boyd,光线和颜色的类别,表1

整个光谱
射线类型
整个光谱
波长
可见光谱
射线颜色
可见光谱
波长
伽玛小于0.01 nm
X0.01-10.00 nm.紫色390-450 nm.
紫外线10.00-389.00 nm.蓝色的450-495 nm.
可见的390.00-750.00 nm.绿色的495-570 nm.
红外线的759.00-106 nm黄色的570-590 nm.
106-109 nm橙子590-620 nm.
表1.阳光电磁光谱中的光线和颜色的类别。

Phytoplankton在光谱的红色和橙色部分内吸收最佳光线,但它们吸收其他颜色以较小程度。溶解有机物最强烈地吸收蓝色,紫,紫外线。悬浮的矿物质倾向于在可见光谱上均匀地吸收光,而溶解的无机物质不会干扰水的光吸收。因此,盐度对水下光没有显着影响。

轻渗透
图1:在水中轻渗透。

分层

当光的光子被水吸收时,温暖水。赋予水的热量随着深度的增加而降低。当然,水重新辐射到大气中的长波辐射,并且易于实现进入和输出辐射之间的平衡,在24小时或更长时间内放置水温变化的限制。

在许多水体中,在上层中获得的热量比其通过风力驱动的水流混合到更深的水中。这导致较低密度的温水的上层覆盖更深的冷却水的更深密度。如果两层之间的密度差异变得如此之大,则表面水不能通过风动作与更深的水混合,发生热分层。在热分层的水体中,上层称为癫痫,下层称为低旋转,并且在其迅速变化的层横跨温度变化为热量。

当表面层冷却并增加密度,或风雨导致更强的混合,热分层消失。根据水体和气候和天气条件的特点,热分层可以在日常,季节性或零星的时间表上发育和崩溃。热带气候中的一些湖泊非常长时间。

水产养殖池通常是浅薄的,并且在温暖,平静的日子里发展的分层在夜间不会持续存在,当热量丢失到覆盖空气时。当然,在充气池塘中,曝气器产生的水流使水彻底混合。热分水体的高升性通常缺乏溶解氧。热毁灭 - 特别是如果突然 - 可能导致溶解的氧气耗尽并导致鱼杀死。含有鱼笼的湖泊突然破坏是一个重要的风险。

光合作用

光线渗透到水中也是浮游植物和其他水生植物的光合作用的能源。植物使用红色和橙色光最好,但它们也使用可见光谱的其他部分。 400至700纳米之间的波长称为光合作动辐射(PAR),并且可以使用水下光计。

因为光合作用是由叶绿素和其他光敏颜料捕获的光的光子介导的能量介导的植物细胞中的光子,所以将光子被处理好像它们是测量聚合物中的分子。

光区,Secchi磁盘

作为一般规则,植物植物和其他水生植物不能在低于表面上接收的光的光强度处存活 - 无论是单灯还是均衡。接受1%或更多入射光的水层被称为光子或Euphotic区。因为光线被呈指数终线淬火,所以事件的百分比迅速减小(图1)。顺便提及,用于衰减总光的深度轮廓几乎与PAR相同。

图1中所示的水下灯轮廓包括:1是中午在热带水产养殖池塘的晴天,浮游植物绽放。利用Lambert的法律方程估计了对不同深度的光渗透。不到20%的入射光达到0.50米,略高于1.00米,光区厚度仅为1.35米 - 水产养殖池塘相当典型的情况。

在具有通气的池塘中,诱导水循环不断将浮游植物从更深的水中带入光区,反之亦然。这种现象基本上与增加光区的厚度相同的效果 - 它增加了水体中每单位表面积的光合作用量。

在湖泊中,光区的深度通常对应于热分层发生的深度。肺炎中没有光合作用以提供溶解的氧气。湖泊,其中发生的低型溶解氧耗尽被归类为富营养学 - 意味着富含营养成分 - 而不是营养较差的植物湖泊。

可以通过Secchi磁盘可视性估计光区的深度。几个研究人员报告了米的SECCHI磁盘可见度除以米的SECCHI磁盘可见度,以提供对Lambert的律方程中使用的光消光系数(K)的良好估计。

利用该方法获得K并解决Lambert的定律方程,深度为1%的光渗透,表明光区的厚度约为Secchi磁盘可视性的2.7倍。基于植物生长的研究,光区的深度已被各种报告为Secchi磁盘可视性的两到三倍,但是2.7的值是一般目的的良好。

浮游植物在池塘中产生的浊度通常是一种避免水下巨乳生长的手段。在水产养殖池中40至50厘米的典型Secchi磁盘可见度,最小深度为110厘米,以避免底部的足够照明以进行植物生长。

(编辑’S注意:本文最初发表于2014年11月/ 12月印刷版 全球水产养殖倡导者。)