CN104968196B - 用于增强水生动物的生长的光照系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了被配置用于缓解生长下降并且因此增强水体积中的水生动物的生长的光照系统和方法。光照系统包括包含被布置成向水体积发射光的至少一个发光二极管的至少一个光源（110），以及被布置成驱动至少一个光源的至少一个光驱动器（120）。光照系统还包括控制器（140），其被适配成向光驱动器提供控制信号以在至少一天到两周，优选地至少两天到两周的时间段（T）内将从至少一个光源发射的光的光强度水平从第一光强度水平（I1）增加至第二光强度水平（I2）。
Description
技术领域
本发明涉及用于增强水生动物的生长的光照系统的领域。具体地，本发明涉及被配置用于通过控制被发射用于海笼（sea cage）的光照的光来增强水笼（例如海水笼）中的鱼的生长的光照系统以及用于通过控制被发射用于海笼的光照的光来增强水笼（例如海水笼）中的鱼的生长的方法。
背景技术
水产养殖是农业的海洋对应物，其中在受控条件下繁殖水生动物。水产养殖是快速发展的领域，其在过去数十年间已经经历了若干大的改变。
可以以淡水种类和海水种类来对鱼进行分类。还存在在淡水和海盐水之间迁徙的洄游种类的鱼。例如，鲑鱼、条纹鲈鱼和大西洋鲟在淡水中产卵并且向银化发育长大，并且它们在盐水中成熟，所谓的生长中（on-growing）阶段。鱼要求用于生长和发育的特定环境条件，诸如温度、氧气、水流等。对于大西洋鲑鱼养殖的生长中阶段，在其中光条件欠佳的诸如挪威、智利、加拿大和其它较高纬度位置之类的位置中提供最佳环境条件。在这些区域中，已经发现人造光在海水农场中的应用对鱼的发育和生长具有积极效果。人造照明的积极效果涉及防止鱼的性成熟。最新的研究还示出更多人造光对生长的积极效果。当前，大多数鱼农场应用高强度常规光（例如布置在海笼上方的金属卤化物灯）以提供光照。
US 2005/0135104公开了用于利用包含发光二极管（LED）的光照系统光照海洋栖息地以用于生长的方法和装置。光系统包括LED光源、用于这样的光源的电源以及用于控制LED光源的激活状态和强度的控制器。控制器允许用户或制造商对所发射的光的照明周期和模式、频谱成分或空间成分进行编程。
德国实用新型DE 20 210 005 570 U1公开了一种用于鱼缸照明的照明器具，包括用于调节照明器具的宽度和/或长度以匹配鱼缸的宽度和/或长度的可延伸载体，使得照明器具在鱼缸的相对侧壁之间可附接到鱼缸的顶部。照明器具包括LED光源，其光强度可以被控制成模拟日/夜光循环、日光的季节变化或月亮周期。
典型地，对于大西洋鲑鱼，幼体当在鱼苗阶段中时不感受到光/感受到极少的光，在某个时间段内连续24小时低照明制度，这相比于为了诱发银化的6-8周时段内的光周期制度，在此期间鱼暴露于24小时内的黑暗与低强度光的交替时段。在6-8周时段之后，鱼被移至转移槽中，其中将鱼连续保持在人造低光水平之下以完成银化并且准备进行海洋转移。该过程中的最后的步骤是将鱼移至海笼以供进一步生长。海笼是用于生长鱼的封闭盐水区域。
已经发现，在转移到海笼之后，所转移的鱼经历生长下降。生长速率中的下降可能持续不少于8周并且高达12周，从而严重地影响特定时段之后鱼的大小或者影响鱼具有预确定大小之前的时段的持续时间。
在本领域中存在对增强鱼的生长的需要，特别是紧接在接通人造光之后的时段中，例如在已经将鱼转移到海笼之后。
发明内容
鉴于上文，提供有效的人造照明解决方案或光照系统是合期望的，其能够防止生长下降并且确定已经转移到水笼（例如海笼）的鱼（特别是鲑鱼）的改善的生长。
为此目的，公开了一种被配置用于增强（海）水体积中的水生动物的生长的光照系统。光照系统包括包含被布置成向水体积发射光的至少一个发光二极管的至少一个光源以及被布置成驱动至少一个光源的至少一个光驱动器。光照系统还包括控制器，其被适配成向光驱动器提供控制信号以在至少一天到两周，优选地至少两天到两周的时间段内将从至少一个光源发射的光的光强度水平从第一光强度水平增加至第二光强度水平。
而且，公开了一种用于加速水体积中的水生动物的生长的方法。方法使用包括具有至少一个发光二极管的至少一个光源的光照系统。方法包括以下步骤：提供控制信号以驱动至少一个光源向水体积发射光以在至少一天到两周，优选地至少两天到两周的时间段内将光的光强度水平从第一光强度水平增加至第二光强度水平。
还公开了一种包含光照系统的水笼，例如海笼。
用于增强水生动物的生长的光照系统和方法基于以下领悟：动物在人造照明应用的开始处所感受的高光强度贡献于生长速率中的所观察到的下降。在人造光已经被接通之后的前几周期间，已经针对转移到海水的鱼清楚地观察到这一点。所公开的光照系统和方法提供光强度模式和时间模式，其中光强度在延长的时间段内从人造光的低强度水平（其可以为零）缓慢地增加至显著更高的强度水平（其可以对应于如直接应用在现有技术海笼照明系统中的高强度值）。作为结果，动物不会被高强度光致盲并且动物的眼睛可以缓慢地适应于较高的光强度。相比之下，现有技术金属卤化物照明系统立刻接通并且使鱼“致盲”，这妨碍鱼适当地进食。所公开的光照系统和方法的结果在于鱼未被致盲，具有对于食物更好的可见性并且因此可以缓解生长下降。
鱼从接通金属卤化物灯所感受到的另一效果是压力，其导致同样转化成较低生长的较低食物转换。通过积极地控制光强度，还作为使用具有良好光照控制性质的发光二极管的结果，可能的是，可以更好地控制动物生长并且因而可以更早地收获动物或者动物可以生长得更大。
优选地，第一光强度水平是使得鱼的性成熟被防止。适用的光强度水平取决于种类，例如鳕鱼比鲑鱼对光更敏感。
典型地，光强度在至少一天到两周的时段内增加，这还取决于诸如鱼种类和动物的发育阶段、水温等因素。优选地，光强度在其内增加的时段持续两天到两周之间，例如三天、四天、五天、六天或七天。
在光照系统的实施例中，控制器被适配成向光驱动器提供控制信号，使得光强度水平在延长的时间段内从第一光强度水平连续地增加至第二光强度水平。光强度的连续增加的优点在于，可以在合理的时间段内达到第二光强度水平，从而减小鱼成熟的风险。在光照系统的可替换实施例中，控制器被适配成向光驱动器提供控制信号，使得光强度水平在延长的时间段内从第一光强度水平步进式增加至第二光强度水平。
在光照系统的实施例中，控制器被适配成向光驱动器提供控制信号，使得光强度水平在该时间段内从第一光强度水平步进式增加至第二光强度水平，其中控制信号在该时间段期间还提供光强度水平在其期间降低的一个或多个子时间段。该实施例的优点在于，鱼在降低的光强度的时段期间可以休息。光强度减小到的水平应当优选地停留在成熟发生在其以下的光水平以上。优选地，在其期间应用较低光强度的子时段的持续时间在该时间段内降低，以便最终使鱼习惯于一天24小时的连续高光强度。
在光照系统的实施例中，控制器被适配成向光驱动器提供控制信号，使得光强度水平在该时间段的第一子时段期间以第一速率增加并且在该时间段的第二子时段期间以第二速率增加，其中第一速率低于第二速率。该实施例的优点在于，可以在该时间段中的早期的第一子时段中应用较低的第一速率并且在达到鱼的眼睛敏感度水平之后，可以在第二子时段期间应用第二（较高的）速率。第一和第二子时段可以是接连的时段。
在光照系统的实施例中，光照系统包括接收第一光强度水平、第二光强度水平和时间段中的至少一个的值的输入设备。这些值可以取决于诸如动物种类、发育阶段和其它因素之类的因素来设定。值可以由制造商预设或者由用户（例如鱼孵化场的操作员）设定。
在光照系统的实施例中，第一光强度水平为第二光强度水平的至多1/100-1/10。控制器和光源因此被适配成以非常低的强度开始光照并且之后在延长的时间段内显著增加光强度以最终获得第二光强度水平。作为示例，第一光强度水平仅为第二光强度水平的百分之一或百分之几。
在光照系统的实施例中，至少一个光源可沉入或沉入在水中。在实施例中，光照系统包括多个光源，优选地发光二极管（的集合），其可沉入或沉入在1-20米范围中的深度之上的海笼的水中。常规地，在海笼中饲养鱼产生以下情况：从水上方提供食物并且鱼主要接近于水表面进食。因此，由于接近水表面的“饲养点”附近的鱼的高密度并且由于高光强度，会出现有压力的情况。通过将（多个）光源沉入到水中，在饲养周期期间，并不是所有鱼都被吸引到水表面。而是，鱼可以停留在较大的深度处，其中作为来自沉入的光源的人造光的结果，食物同样是可见的，由此作为靠近水表面的鱼的较低密度的结果而造成对于鱼的较小压力。压力水平的减小贡献于鱼的增强的生长。
要指出的是，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。因而，第一方面的所有特征和优点同样分别适用于第二和第三方面。
附图说明
本发明的各种方面，包括其特定特征和优点，将从以下详细描述和附图容易地理解，在附图中：
图1是转移到海笼之后的鱼的生长速率的示意图；
图2图示了根据本发明的实施例的光照系统；
图3是根据本发明的实施例的方法的示意图示；
图4是根据本发明的实施例的包括光照系统的海笼的示意图示；以及
图5A-5E是根据本发明的实施例的光强度与时间模式的关系的图示。
具体实施方式
现在将参照附图在下文更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同形式体现并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例是为了透彻性和完整性而提供的，并且向技术人员充分传达本发明的范围。贯穿说明书，相同的参考符号是指相同的元件。
图1是鱼在从淡水槽转移到海笼时生长速率中所经历的下降的示意图示。在十二月或一月转移到海笼的鱼示出在前几周，可能地延伸直到三月或甚至四月开头的降低的生长速率。另一曲线图图示了本发明的预期效果，其中光强度在延长的时间段内缓慢地增加并且生长速率下降消失或至少被缓解。
图2是光照系统100的示意视图。图3示出操作光照系统100的方法的步骤。
光照系统100包括光源110。光源110包括至少一个发光二极管。光源110由此被布置成发射光。光源110优选地被布置成可浸入在水体中。光照系统100还包括在操作上耦合到光源110并且被布置成驱动光源110的光驱动器120。光驱动器120可以是LED驱动器。光驱动器120可以可选地与光源110集成在照明设备130中。
光照系统100还包括控制器140，其被适配成向光驱动器提供控制信号以在至少一天到两周，优选地至少两天到两周的时间段内将从至少一个光源发射的光的光强度水平从第一光强度水平增加至第二光强度水平，如将参照图5A-5D更详细地解释的。
可选地，控制器140可以在操作上连接到输入设备150。输入设备150被配置成接收第一光强度水平I1、第二光强度水平I2和时间段T中的至少一个的值，其中T＞1天，以用于将光照强度从第一强度水平增加至第二强度水平，作为图3中的步骤S11的部分。这些值可以取决于诸如动物种类、发育阶段和其它因素之类的因素来设定。值可以由制造商预设或者由用户（例如鱼孵化场的操作员）设定。
基于所接收的第一光强度水平I1、第二光强度水平I2和时间段T确定来自控制器140的控制信号，以用于由控制器140在步骤S12中将光照强度从第一强度水平I1增加至第二强度水平I2，接着在步骤S13中将所确定的控制信号提供给至少一个光驱动器120。至少一个光驱动器120由此驱动至少一个光源110以向水体积发射光。
图2中的光照系统100可以可选地包括至少一个外壳160，其包括至少一个光源110中的至少一个。外壳160可以被布置成可浸入在水体积中。外壳160可以可选地包括光驱动器120。
光照系统100还可以包括至少一个位置致动器170。位置致动器170被布置成调节至少一个光源110在水体积中的浸入深度。浸入深度与水体积的表面和至少一个光源110之间的垂直距离相关联。控制器140还可以被适配成接收用于至少一个光源110的期望的位置设定点。光照系统100还可以布置在水体积的表面上方以用于通过在延长的时间段内缓慢地增加光强度来光照水体。
图4是包含在操作上耦合到控制器140的多个照明设备130（即包括光源110和光驱动器120的集成设备）的海笼200的示意图示。光源110可以包括LED照明器，每一个LED照明器包含多个LED，例如160个LED。照明设备130提供在海水体积V的表面S下方20米的深度之上。
照明设备130可以被配置为用于峰值光强度的每LED照明器400-1000W电功率。照明设备130是可调光的以能够通过来自控制器140的控制信号来提供第一光强度I1。
通过将照明设备130沉入到水中，在饲养周期期间，并非所有鱼都被吸引到水表面S。而是，鱼可以停留在较大的深度处，其中作为来自沉入的照明设备130的人造光的结果，食物同样是可见的，从而造成作为饲养期间靠近水表面S的鱼的较低密度的结果的对于鱼而言较小的压力。压力水平的减小贡献于鱼的增强的生长。海笼200可以包括食物分发系统（未在图4中示出）。
所应用的光强度I1和I2以及时间段T的持续时间可以取决于许多因素。对所养殖的鱼种类及其不同的发育阶段的具体知识可以连同关于光强度水平和光周期的对应数据一起被使用以便针对不同种类的鱼优化环境条件。
图5A-5D是用于使控制器140增强水生动物的生长的光强度与时间特性的关系的示意图示。
在图5A中，控制器140控制（多个）光源110以时间t1处以光强度I1开始向水体积V中发射光。光强度连续增加至时间t2处的目标光强度水平I2。时间段T=t2-t1在一天到两周的范围中，例如两天、三天、四天、五天、六天或七天。光强度水平I1可以对应于例如防止鲑鱼的性成熟的0.016W/m2的辐射测量通量密度的人造光。应当了解的是，虽然在图5A中特性从I1到I2是线性的，但是可以应用其它函数，例如指数特性。
图5B提供其中来自（多个）光源110的光强度从第一光强度水平I1步进式增加至第二光强度水平I2的图示。优选地，第一步得出至少作为性成熟在其以下发生的光强度阈值的0.016W/m2的辐射测量通量密度的光强度值。如可以从图5B观察到的，光强度I2在时间t2之后维持。
在图5C和5D中，控制器140向光驱动器120提供控制信号，使得（多个）光源110的光强度水平在时间段T=t2-t1内从第一光强度水平I1步进式增加至第二光强度水平I2。在时间段T内的一个或多个子时间段SP期间，控制器140可以向照明设备130提供控制信号，使得光强度水平降低至例如零光照（图5C）或降低至较低的有限强度（图5D）。该实施例的优点在于，鱼在降低的光强度的时段期间可以休息。光强度减小到的水平应当优选地停留在成熟在其以下发生的光水平以上。
在图5C和5D中，在其期间应用较低的光强度的子时段SP的持续时间在该时间段内降低，以便最终使鱼习惯于一天24小时的连续高光强度以防止早成熟。
应当了解的是，在本发明的范围内可以设想到许多另外的光强度与时间方案的关系以用于增加水生动物（更特别地，鱼）的生长速率。
作为示例，图5E是其中光强度水平首先在第一子时段SP1期间从第一光强度水平I1缓慢地增加至较高的光强度水平I3的示意图示。光强度水平I3可以涉及例如鱼的眼睛敏感度阈值。在第二子时段SP2期间，强度水平然后可以以较高的速率增加至最终水平I2。应当了解的是，第一和第二速率不需要是线性的。例如，从光强度水平I3到光强度水平I2的增加可以是指数的。
本发明的各种实施例可以被实现为用于与计算机系统一起使用的程序产品，其中程序产品的（多个）程序定义实施例的功能（包括本文所描述的方法）。在一个实施例中，（多个）程序可以包含在各种非暂时性计算机可读存储介质上，其中如本文所使用的，表述“非暂时性计算机可读存储介质”包括所有计算机可读介质，其中唯一的例外是暂时性传播信号。在另一实施例中，（多个）程序可以包含在各种暂时性计算机可读存储介质上。说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：（i）信息永久地存储于其上的非可写存储介质（例如计算机内的只读存储器设备，诸如由CD-ROM驱动器可读的CD-ROM盘、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器）；以及（ii）可变信息存储于其上的可写存储介质（例如闪速存储器、软盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘、或者任何类型的固态随机存取半导体存储器）。
Claims (19)
1.一种被配置用于增强水体积中的水生动物的生长的光照系统（100），包括：
至少一个光源（110），该至少一个光源包括被布置成向水体积发射光的至少一个发光二极管，
被布置成驱动至少一个光源（110）的至少一个光驱动器（120），
控制器（140），其中控制器被适配成向光驱动器（120）提供控制信号以在至少一天、长到两周的时间段（T）内，将从至少一个光源发射的光的光强度水平从第一光强度水平（I1）增加至第二光强度水平（I2）；
其中第一光强度水平（I1）是第二光强度水平（I2）的至多1/10。
2.根据权利要求1的光照系统（100），其中，所述控制器被适配成向光驱动器（120）提供控制信号以在至少两天、长到两周的时间段（T）内，将从至少一个光源发射的光的光强度水平从第一光强度水平（I1）增加至第二光强度水平（I2）。
3.根据权利要求1的光照系统（100），其中，第一光强度水平（I1）是第二光强度水平（I2）的至多1/100。
4.根据权利要求1的光照系统（100），其中控制器（140）被适配成向光驱动器（120）提供控制信号使得光强度水平从第一光强度水平（I1）连续地或步进式增加至第二光强度水平（I2）。
5.根据权利要求1的光照系统（100），其中控制器（140）被适配成向光驱动器（120）提供控制信号使得光强度水平在所述时间段（T）内从第一光强度水平（I1）步进式增加至第二光强度水平（I2），其中控制信号在所述时间段期间还提供光强度水平在其期间降低的一个或多个子时段（SP）。
6.根据权利要求5的光照系统（100），其中控制器（140）被适配成将子时段（SP）的持续时间设定成在所述时间段期间降低。
7.根据前述权利要求中的任一个权利要求的光照系统（100），其中控制器（140）被适配成向光驱动器（120）提供控制信号使得光强度水平在所述时间段（T）的第一子时段（SP1）期间以第一速率增加并且在所述时间段的第二子时段（SP2）期间以第二速率增加，其中第一速率低于第二速率。
8.根据权利要求1-6中的任一个权利要求的光照系统（100），其中至少一个光源（110）可沉入到水体积中。
9.根据权利要求1-6中的任一个权利要求的光照系统（100），其中光照系统包括在1-20米的深度之中的可沉入到水体积中的多个光源（110）。
10.一种用于通过光照系统（100）加速水体积中的水生动物的生长的方法，所述光照系统包括具有至少一个发光二极管的至少一个光源（110），所述方法包括以下步骤：提供控制信号来驱动至少一个光源发射用于水体积的光以在至少一天、长到两周的时间段（T）内，将光的光强度水平从第一光强度水平（I1）增加至第二光强度水平（I2），其中第一光强度水平（I1）是第二光强度水平（I2）的至多1/10。
11.根据权利要求10的方法，其中，所述步骤包括，提供控制信号来驱动至少一个光源发射用于水体积的光以在至少两天、长到两周的时间段（T）内，将光的光强度水平从第一光强度水平（I1）增加至第二光强度水平（I2）。
12.根据权利要求10的方法，其中，第一光强度水平（I1）是第二光强度水平（I2）的至多1/100。
13.根据权利要求10的方法，包括以下步骤：提供控制信号使得光强度水平从第一光强度水平（I1）连续地或步进式增加至第二光强度水平（I2）。
14.根据权利要求10的方法，包括以下步骤：提供控制信号使得光强度水平在所述时间段（T）内从第一光强度水平（I1）步进式增加至第二光强度水平（I2），其中控制信号在所述时间段期间还提供光强度水平在其期间降低的一个或多个子时段（SP）。
15.根据权利要求14的方法，包括以下步骤：在所述时间段内降低子时段（SP）的持续时间。
16.根据权利要求10的方法，包括以下步骤：提供控制信号使得光强度水平在所述时间段的第一子时段期间以第一速率增加并且在所述时间段的第二子时段期间以第二速率增加，其中第一速率低于第二速率。
17.根据权利要求10-16中任一个权利要求的方法，其中第一光强度水平（I1）、第二光强度水平（I2）或时间段（T）中的至少一个取决于水生动物的种类和水生动物的发育阶段中的至少一个来设定。
18.一种用于使用根据权利要求1-9中任一个权利要求的光照系统（100）加速水生动物的生长的方法，其中光照系统（100）与海笼（200）相关联，包括以下步骤：
将水生动物从水槽转移到海笼（200）；以及
依照权利要求10-17中任一个权利要求的方法控制来自光照系统（100）的光。
19.一种包括根据权利要求1-9中的任一个权利要求的光照系统（100）的海笼（200）。
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