Pengaruh radiasi dan spektrum cahaya pada pertumbuhan karang scleractinian Galaxea fascicularis - Pengaplikasian cahaya LEP dan LED untuk budidaya karang

Abstract

Karena degradasi global terumbu karang dan tingginya permintaan karang Scleractinia, budidaya organisme laut ini semakin penting. Untuk membuat budidaya karang ekonomis yang dapat terus berjalan, optimasi budidaya protokol sangat penting. Kami menentukan dampak dari radiasi dan spektrum cahaya terhadap model pertumbuhan spesies karang scleractinian, Galaxea fascicularis (Linnaeus 1767). Polip tunggal (n = 10) yang dibudidayakan di bawah enam perlakuan yang berbeda; LED (light emitting diode) di PPFD 40-60, 125-150 dan 275-325 µmol m-2 s-1; dan LEP (light emitting plasma) pada PPFD 40-60, 125-150 dan 275-325 µmol m -2 s-1. Pertumbuhan spesifik dan tingkat kelangsungan hidup yang dipantau selama interval 69 hari. Tingkat pertumbuhan rata-rata adalah 0.031 spesifik ± 0,006 hari-1 untuk perlakuan LED 40-60, 0.030 ± 0,007 hari-1 untuk LED 125-150, 0.022 ± 0,009 hari-1 untuk LED 275-325, 0,024 ± 0,011 hari-1 untuk LEP 40-60, 0.040 ± 0.008 hari-1 untuk LEP 125-150, dan 0.031 ± 0,006 hari-1 untuk LEP 275-325. Tingkat kelangsungan hidup karang pada akhir interval pertumbuhan adalah 95%. Sebuah efek utama yang signifikan dari radiasi pada laju pertumbuhan karang yang spesifik ditemukan (faktorial ANOVA, P = 0.018), sedangkan spektrum tidak menunjukkan efek utama yang signifikan (faktorial ANOVA, P = 0.085). Efek interaktif yang signifikan antara radiasi dan spektrum telah ditemukan (faktorial ANOVA, P = 0,013), pencahayaan LEP mengakibatkan tingkat pertumbuhan karang yang dua kali lebih tinggi pada tingkat radiasi yang diterapkan. Pengaruh radiasi dan interaksi dengan spektrum kemungkinan besar dipengaruhi oleh laju aliran air. Hasil kami menunjukkan bahwa sumber-sumber yang seimbang serta cahaya condong ke bagian biru pada hasil spektrum pertumbuhan karang yang tinggi. Secara khusus, LEP dan LED telah terbukti merupakan teknologi pencahayaan yang sesuai untuk budidaya karang, di mana hasil LEP menunjukkan tingkat pertumbuhan G. fascicularis yang tinggi pada tingkat radiasi yang lebih tinggi.

Pendahuluan

Terumbu karang merupakan ekologi yang luar biasa juga bidang ekonomi yang sangat penting, dan saat ini dalam kondisi penurunan global (Hoegh-Guldberg et al., 2007; Hughes et al., 2003). Hal ini disebabkan perubahan iklim global dan gangguan antropogenik lokal, termasuk polusi, pembangunan pesisir dan overfishing (Hughes et al., 2003). Penangkapan ikan berlebihan adalah ancaman terumbu karang lokal di Asia, terutama di Indonesia dan Filipina, di mana karang dan organisme terumbu lainnya dikumpulkan untuk perdagangan akuarium internasional (Wabnitz et al., 2003). Perdagangan ini sebagian didasarkan pada permintaan yang tinggi untuk spesies karang tropis sebagai rumah tanaman hias, dan tidak berkelanjutan karena hanya sebagian karang ekspor yang diproduksi oleh budidaya laut. Sebagai perdagangan akuarium internasional tentu gangguan ini berdampak pada perubahan iklim dan antropogenik lainnya, ada insentif pertumbuhan budidaya karang yang berkelanjutan, baik dengan budidaya laut maupun budidaya perairan tawar, sehingga degradasi lokal terumbu karang dapat melambat. Agar budidaya karang ekonomis, optimasi protokol budidaya sangat penting. Hal ini

memerlukan pengetahuan rinci tentang faktor-faktor yang memengaruhi pertumbuhan karang. Saat ini, beberapa faktor telah diidentifikasi, termasuk cahaya, kimia air, aliran air dan nutrisi (ditinjau oleh Osinga et al., 2011). Cahaya menjadi subyek penelitian yang intensif, dan sebagian besar penelitian dalam hal ini telah difokuskan pada efek radiasi pada karang dan alga yang simbiotik (Osinga et al., 2011 dan referensi di dalamnya). Beberapa penelitian, telah meneliti peran kualitas spektral cahaya pada fisiologi karang dan pertumbuhan. Dengan munculnya teknologi pencahayaan yang lebih efisien, termasuk LEP (light emitting plasma) dan LED (light emitting diode), dan kebutuhan untuk mengoptimalkan karang budidaya, pengetahuan tentang efek dari spektrum cahaya yang berbeda pada pertumbuhan karang sangatlah penting. LEP merupakan kandidat menarik untuk upaya pertumbuhan karang karena spektrum yang luas dan efisiensi yang tinggi, dan dianggap sebagai sebuah teknologi baru oleh National Renewable Energi Laboratorium Departemen Energi AS. LED adalah teknologi yang menjanjikan bagi banyak industri, dengan aplikasi di industri, jalan dan penerangan rumah (Pimputkar et al., 2009), dan sebuah teknologi baru dalam hortikultura karena yang cepat meningkatkan efisiensi energik; yaitu PAR tinggi (fotosintesis aktif radiasi) untuk rasio daya yang dikonsumsi (Van Ieperen dan Trouwborst, 2008). Meskipun pencahayaan LED dapat melampaui pencahayaan LEP dalam hal efisiensi energi, LED memancarkan cahaya pada bandwidth yang sempit, yang mungkin memiliki efek signifikan (negatif) pada kehidupan tumbuhan dan hewan. Selain itu, indeks rendering warna yang dihasilkan (CRI) sangat sedikit. Untuk mengatasi masalah ini, produsen menggabungkan LED yang berbeda dengan kualitas spektral yang berbeda untuk meniru sumber cahaya spektrum yang luas. Sebuah perbandingan antara efek spektrum biru seimbang, dihasilkan oleh kombinasi sumber cahaya bandwidth yang sempit, dan spektrum yang seimbang pada pertumbuhan karang saat ini kurang.

Hipotesis kami adalah bahwa di bawah tingkat radiasi yang sama, sumber cahaya memancarkan spektrum cahaya yang tidak seimbang dengan proporsional emisi tinggi di bagian biru dari hasil spektrum tingkat pertumbuhan karang yang lebih tinggi dibandingkan dengan mereka yang terus menerus memancarkan spektrum. Hal ini berdasarkan fakta bahwa karang dan / ex hospite zooxanthellae telah menunjukkan pertumbuhan dan tingkat fotosintesis tinggi bila terkena cahaya biru (Halldal, 1968; Kinzie et al., 1984; Kühl et al., 1995), dan fotosintesis membantu karang dalam mengalami pengapuran(Chalker dan Taylor, 1975; Kawaguti dan Sakumoto, 1948). Hipotesis kedua adalah bahwa efek dari spektrum biru yang seimbang dapat merangsang karang. Pertumbuhan dipengaruhi oleh radiasi, yaitu bahwa spektrum biru sangat berguna pada tingkat radiasi yang lebih rendah karena dapat menimbulkan suatu "respon tingkat warna" dan dengan demikian dapat memproduksi zooxanthellae yang lebih tinggi / photopigment untuk efisiensi fotosintesis (Kinzie et al., 1984). Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek interaktif radiasi dan spektrum cahaya pada pertumbuhan model spesies karang skleraktinia Galaxea fascicularis (Linnaeus 1767). Hasilnya akan digunakan untuk mengevaluasi penerapan pencahayaan LEP, memancarkan spektrum kontinu yang seimbang, dan lampu LED, memancarkan spektrum biru tinggi yang tidak seimbang, untuk budidaya karang.

Materi dan metode

2.1. Spesies yang dipilih dan pemeliharaan

Untuk penelitian ini, digunakan spesies scleractinian G. fascicularis Indo-Pasifik (Linnaeus 1767). Karang disimpan dalam dua wadah terpisah dengan masing-masing volume 12 m3. Salah satu baskom diberikan pencahayaan LEP, yang lainnya dengan LED (lihat paragraf 2.3). Filtrasi di setiap sistem disediakan reaktor denitrifikasi 1000 dm3 (Dinamis Mineral Control atau DyMiCo, US patent no. 6.830.681 B2, EcoDeco BV, Utrecht, Belanda). Selain itu, 250 kg batu hidup (De Jong Marinelife BV, Spijk, Belanda) yang dibudidaya dalam setiap sistem untuk meningkatkan nitrifikasi aerobik. Aliran air disediakan oleh dua 1,5 HP elektrik luar motor (Torqeedo GmbH, Starnberg, Jerman) per sistem. Parameter air dipertahankan pada tingkat berikut: salinitas 35,4 ± 0,4 g L-1, suhu 26,1 ± 0,9 °C, pH 8,2 ± 0,1, NH4+ -N 0,06 ± 0,02 mg L-1

(4,29 ± 1,43 µmol L-1), NO3--N 0,03 ± 0.01mgL-1 (2.14 ± 0.71 µmol L-1), PO43- -P 0,01 ± 0.01mgL-1 (0,32 ± 0,32 µmol L-1), Ca2 + 480 ± 22 mg L-1 (12,0 ± 0,6 mmol L-1), Mg2 + 1.608 ± 17 mg L-1 (66,1 ± 0,7 mmol L-1), alkalinitas 3.51 ± 0,20 mEq L-1. Setiap sistem diberi makan tiga kali seminggu dengan 100 mL campuran yang mengandung lima genera yang berbeda dari fitoplankton hidup; Isochrysis, Pavlova, Tetraselmis, Thalassiosira dan Nannochloropsis (Reed Mariculture Inc, Campbell, USA). Laju aliran air sekitar karang tidak diukur, tetapi secara visual dikonfirmasi untuk berada di bawah 10 cm s-1 untuk semua kondisi.

2.2. Fragmentasi koloni menjadi polip tunggal

Untuk masing-masing enam perlakuan (lihat perawatan ringan untuk rincian), yang digunakan adalah klon polip tunggal (n = 10). Polip tunggal (n = Total 60) secara individual dipisahkan dari koloni induk dengan menggunakan penjepit, dan kemudian dipasang pada ubin keramik (Korallenwelt, Rostock, Jerman) dengan resin epoxy (Aqua Medic GmbH, Bissendorf, Jerman). Semua polip tunggal adalah genotipe yang sama, karena mereka semua berasal dari orang tua koloni tunggal.

2.3. perawatan ringan

Untuk menentukan efek radiasi dan spektrum cahaya, polip tunggal diberi enam perlakuan yang berbeda. Tiga kelompok (n = 10 per kelompok) ditempatkan di bawah perlengkapan 480W LED (Vertex AQUARISTIK GmbH, Cologne, Jerman) dengan berbagai jarak horisontal dari lampu, yang secara efektif menciptakan tiga fotosintesis yang berbeda kerapatan fluks fotonnya (PPFD) interval: 40-60 µmol m-2 s-1, 125-150 µmol m-2 s-1, 275-325 µmol m-2 s-1 (Gambar. 1). tiga kelompok lainnya (n = 10 per kelompok) ditempatkan di bawah dua perlengkapan 300W Pro 300 LEP (Gavita Nederland BV, Aalsmeer, Belanda), ditempatkan pada berbagai jarak horisontal dari lampu untuk mendapatkan Interval PPFD yang sama seperti kelompok LED (Gbr. 1). Perlengkapan LEP adalah sebagai titik sumber cahaya, dua perlengkapan digunakan untuk mencapai distribusi cahaya homogen lebih. Semua karang ditempatkan di air dengan kedalaman sekitar 20 cm dari atas wadah (AquaHolland, Dordrecht, Belanda). Jarak antara lampu dan permukaan air masing-masing adalah sekitar 33 dan 45 cm untuk LEP dan LED. Radiasi diukur pada interval ruang 10 cm di sekitar 20 cm kedalaman air untuk menentukan tingkat radiasi menggunakan LI-COR 192SA sensor kuantum bawah (LI-COR, Lincoln, USA), yang mengukur cahaya dalam daerah spektrum aktif fotosintesis (PAR, ~ 400-700 nm). Kualitas spektral LEP dan LED perlengkapan diukur dengan spektrometer Jaz yang dikalibrasi (Samudera Optik, Dunedin, USA) pada interval ruang 10 cm. Spektrometer terhubung ke komputer laptop dan

spektra yang diukur disimpan. Semua pengukuran dilakukan pada kedalaman air sekitar 20 cm. Perbedaan spektrum diukur secara signifikan antara LEP dan LED (Gbr. 2). LEP menunjukkan radiasi yang seimbang atas seluruh spektrum yang terlihat, dengan pengecualian dari dua dips sekitar 412 dan 452 nm. Radiasi UV-A (315-400 nm) dan infrared (> 780 nm) juga diukur. Perlengkapan LED terdiri dari tiga jenis LED (putih, biru biru dan royal), menghasilkan spektrum dengan daya puncak biru sekitar 458 nm. Analisis spektral dilakukan untuk masing-masing interval tiga radiasi yang diterapkan, yang menunjukkan spektrum yang tidak terpengaruh oleh tingkat radiasi. Lampu 12:12 h: Rezim gelap digunakan untuk semua perawatan. Semua perawatan berlangsung 69 hari.

2.4. Penentuan tingkat pertumbuhan karang

Untuk menentukan tingkat pertumbuhan semua polip tunggal, bobot basah sampai kering semua individu ditentukan pada awal dan akhir eksperimen menggunakan keseimbangan CS200 (Ohaus Eropa GmbH, Nänikon, Swiss). Semua bobot ditentukan sebelum dan sesudah pemasangan ubin keramik, untuk mendapatkan berat bersih dan berat total, dan dikombinasikan dengan epoxy / bobot genteng keramik. Pada akhir pertumbuhan Interval, jumlah bobot dikoreksi untuk berat gabungan resin epoxy dan ubin keramik untuk mendapatkan bobot bersih. Semua ubin sebelumnya dibersihkan secara menyeluruh dengan air laut dan disikat setiap pengukuran, untuk meminimalkan efek dari biofouling dan sedimen total berat. Dalam sebuah percobaan terpisah, 10 ubin keramik perwakilan yang diinkubasi dalam air laut selama 7 hari pada 26 ° C dan ditimbang basah-kering untuk menentukan kemungkinan serapan air yang disebabkan oleh pori yang bersifat material. Peningkatan berat karena penyerapan air adalah 3,72 ± 0,76 g. Semua data pertumbuhan dikoreksi untuk artefak ini. Untuk menghitung tingkat pertumbuhan spesifik (SGR) untuk setiap individu, menggunakan rumus berikut:

di mana Wt dan Wt-1 adalah bobot bersih karang akhir dan awal dinyatakan dalam gram (g), dan At adalah interval pertumbuhan dalam beberapa hari. SGR dinyatakan dalam gram gram karang karang-1 hari-1, yang dapat disederhanakan sebagai hari 1.

2.5. analisis data Selama interval pertumbuhan, tiga koloni dari satu kelompok telah hilang (lihat Hasil).

Untuk menjaga ukuran sampel yang sama di antara semua enam perlakuan (n = 7), kami secara acak mengabaikan data tiga koloni dari masing-masing lima kelompok lainnya. Normalitas data diuji dengan memplot residual dari setiap dataset dibandingkan nilai prediksi, dan dengan melakukan Uji Shapiro-Wilk. Homogenitas varians ditentukan dengan menggunakan Uji Levene. Semua data yang ditemukan terdistribusi normal dan menunjukkan homogenitas varians (P> 0.050). Kami menggunakan dua arah faktorial ANOVA untuk menguji (interaktif) efek radiasi dan

spektrum pada tingkat pertumbuhan karang tertentu. Sebuah Bonferroni pasca-hoc uji digunakan untuk menentukan perbedaan antara tingkat radiasi untuk LEP dan LED. Analisis efek sederhana digunakan untuk menyimpulkan pertumbuhan perbedaan antara LEP dan LED pada setiap tingkat radiasi. Sebuah Pb0.050 Nilai dianggap signifikan secara statistik. Analisis statistik dilakukan dengan SPSS Statistik 17,0 (IBM, Somers, USA). Grafik diplotkan dengan SigmaPlot 11.0 (software Systat, San Jose, Amerika Serikat). Semua Data yang disajikan, termasuk dalam Bahan dan metode, yang dinyatakan sebagai berarti ± s.d.

3. Hasil3.1. Tingkat pertumbuhan karangSelama percobaan, G. fascicularis polip tunggal tumbuh di bawah semua enam kondisi,

dan dari waktu ke waktu tumbuh menjadi koloni kecil. Selama Seluruh selang 69 hari, berarti tingkat pertumbuhan tertentu yang 0.031 ± 0,006 hari-1 untuk pengobatan LED 40-60, 0.030 ± 0,007 hari-1 untuk LED 125-150, 0.022 ± 0,009 hari-1 untuk LED 275-325, 0,024 ± 0,011 hari-1

untuk LEP 40-60, 0.040 ± 0.008 hari-1 untuk LEP 125-150, dan 0.031 ± 0,006 hari-1 untuk LEP 275-325 (Gambar. 3). Sebuah efek utama yang signifikan dari radiasi pada tingkat pertumbuhan spesifik adalah ditemukan (dua arah faktorial ANOVA, F2,36 = 4,477, P = 0.018, Tabel 1). Umumnya, karang dibudidayakan di bawah 125-150 µmol m-2s-1 menunjukkan tingkat pertumbuhan secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan yang budidaya dibawah 275-325 µmol m-2s-1 (Bonferroni, P = 0,028). Perbedaan pertumbuhan tidak signifikan ditemukan antara karang yang dibudidayakan di bawah 40-60 dan 125-150, dan 275-325 40-60 dan µmol m-2s-1 (Bonferroni, P = 0,064 dan P = 1.000, masing-masing). Efek utama dari spektrum pada tingkat pertumbuhan spesifik tidak ada yang signifikan perubahannya (dua arah faktorial ANOVA, F1,36 = 3,134, P = 0,085, Tabel 1). Sebuah efek yang signifikan interaktif dari radiasi dan spektrum juga ditemukan (twoway faktorial ANOVA, F2,36 = 4,938, P = 0,013, Tabel 1). ini adalah terlihat dari fakta bahwa karang tumbuh di bawah LEP menunjukkan tingkat

pertumbuhan secara signifikan lebih tinggi bila dibandingkan dengan radiasi LED dari 125-150 µmol m-2 s-1 (F1,36 = 6,329, P = 0,016, Gambar. 3) dan 275-325 µmol m -2 s-1 (F1,36 = 4,335, P=0,045, Gambar. 3). Pada radiasi 40-60 µmol m-2 s-1, tidak ada perbedaan yang signifikan antara LED dan LEP ditemukan (F1,36 = 2,345, P = 0,134, Gambar. 3).

3.2. kelangsungan tingkat Hidup Tingkat kelangsungan hidup karang pada akhir interval pertumbuhan adalah 95%. Ditotal,

tiga dari enam puluh individu mati, satu akibat jatuh platform. Tiga koloni dari LEP 275-325 kelompok hilang, setelah 28, 29 dan 41 hari. Semua koloni lain tampak sehat dan memiliki ekspansi polip yang jelas sepanjang hari (tidak ditampilkan).

4. Diskusi4.1. Efek utama dan interaktif radiasi dan spektrum cahayaPenelitian ini tidak mengungkapkan efek utama yang signifikan dari spektrum cahaya pada

tingkat pertumbuhan tertentu G. fascicularis, seperti tingkat pertumbuhan secara keseluruhankarang yang tumbuh di bawah lampu LED tidak berbeda dari individu-individu budidaya di bawah LEP. Ini bertentangan dengan hipotesis pertama kami yang menyatakan bahwa spektrum cahaya yang tidak seimbang dengan emisi biru lebih tinggi (yaitu LED) lebih baik daripada yang seimbang, spektrum kontinu (yaitu LEP) dalam hal pertumbuhan karang. Sebuah efek interaktif yang signifikan antara radiasi dan spektrum cahaya telah ditemukan, menunjukkan bahwa efek dari spektrum pada pertumbuhan karang dipengaruhi oleh radiasi. Hasil ini juga membantah hipotesis kedua kami, karang yang tumbuh di bawah pancaran spektrum warna biru LED yang seimbang tidak menunjukkan pertumbuhan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pancaran

spektrum LEP di tingkat radiasi terendah. Sebaliknya, efek interaktif terlihat dari fakta bahwa karang yang dibudidayakan di bawah LEP menunjukkan tingkat pertumbuhan secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan LED di kedua tingkat radiasi tinggi yang diterapkan.

Hal ini tampak berlawanan bahwa LEP, dengan cahaya biru yang rendah dan cahaya merah yang lebih tinggi / emisi cahaya hijau mengakibatkan pertumbuhan karang yang lebih tinggi, seperti karang Scleractinia in/ex hospite zooxanthellae telah terbukti untuk menampilkan

tingkat pertumbuhan dan fotosintesis tertinggi bila terkena cahaya biru (Halldal, 1968; Kinzie et al., 1984; Kühl et al., 1995). Yang paling mungkin menyebabkan tidak adanya efek spektrum utama dalam studi ini, dalam hal ini adanya tingkat pertumbuhan karang yang lebih tinggi di bawah cahaya biru LED yang lebih relatif ke LEP, membatasi tingkat laju aliran air. Cahaya telah terbukti berhubungan dengan laju aliran air, sebagai radiasi yang memberikan efek yang kurang terlihat pada pertumbuhan karang di bawah masa aliran rendah (Osinga et al, 2011;. Schutter et al., 2011). Hal ini mungkin disebabkan oleh fakta bahwa hasil arus air rendah pada akumulasi oksigen yang dihasilkan dari fotosintesis dalam jaringan karang, yang mengarah ke peningkatan berikutnya dalam fotorespirasi dan penurunan nilai efisiensi fotosintesis (Mass et al., 2010). Sebagai karang yang hanya mengalami laju aliran air moderat (di bawah 10 cm s-1), ada kemungkinan bahwa faktor pembatas ini mengaburkan efek menguntungkan dari semua perlakuan ringan pada tingkat pertumbuhan, terutama untuk LED. Fabricius (2006) menyatakan bahwa fotosintesis di bawah radiasi tinggi dapat menyebabkan pemanasan besar dari jaringan karang, terutama di bawah aliran rendah. Sugesti bahwa cahaya dapat menyebabkan stres panas internal merupakan hal yang menarik: akumulasi panas mungkin sangat mempengaruhi karang tumbuh di bawah cahaya biru yang sangat energik, yang dipancarkan oleh lampu LED yang digunakan dalam penelitian. Jadi di bawah aliran rendah, karang mungkin memiliki kemampuan yang terbatas untuk memancarkan kelebihan panas ke dalam air sekitarnya. Penghambatan aliran-termodulasi hipotesis pertumbuhan dengan panas dapat menjelaskan mengapa kami menemukan interaktif yang signifikan dari efek radiasi dan spektrum cahaya, seperti di bawah aliran rendah, tinggi radiasi LED mungkin telah sangat merusak karang. Studi interaksi berfokus pada spektrum dan aliran air yang dapat menghilangkan lebih banyak cahaya mengenai hal ini.

Penelitian ini mengungkapkan efek utama yang signifikan dari radiasi pada tingkat pertumbuhan tertentu G. fascicularis. Hal ini tampaknya sesuai dengan hipotesis pengapuran oleh cahaya yang disempurnakan (Chalker dan Taylor, 1975; Kawaguti dan Sakumoto, 1948) dan studi Schutter et al. (2008), ketika membandingkan tingkat pertumbuhan G. fascicularis di bawah LEP menengah (125-150 µmol m-2 s-1) dengan yang berada di bawah radiasi LEP rendah (40-60 µmol m-2 s-1). Namun, karang yang dibudidayakan di bawah radiasi LEP yang lebih tinggi

(275-325 µmol m-2 s-1) menunjukkan perbedaan yang signifikan yaitu tingkat pertumbuhan yang lebih rendah daripada yang tumbuh di bawah radiasi LEP menengah. Dalam LED, tidak ada peningkatan efek radiasi positif pada pertumbuhan yang telah diamati, radiasi terendah mengakibatkan laju pertumbuhan tinggi. Sekali lagi, aliran air telah memainkan peran penting, membatasi pertumbuhan di bawah tingkat biru dan / atau radiasi tinggi karena panas dan akumulasi oksigen.

Emisi UV-A dengan perlengkapan LEP yang terdeteksi, yang telah mempengaruhi karang. Namun, sebagai dampak pertumbuhan dari UV-A pada karang telah diketahui dapat menjadi pencegahan yang baik atau netral (Gleason, 1993), hal ini tidak menjelaskan perbedaan yang ditemukan antara perlakuan LEP dan LED.

Beberapa faktor lain juga bisa menjelaskan perbedaan antara hasil sebelum dan sesudahnya. Pertama-tama, kami menggunakan spesies karang yang berbeda daripada kebanyakan penulis, yang menggunakan spesies karang scleractinian Favia pallida (Halldal, 1968), Acropora sp. dan Favia sp. (Kühl et al., 1995), dan Pocillopora damicornis dan Montipora verrucosa (Kinzie et al.,1984). Spesies karang yang berbeda dapat mengendalikan lingkungan mikro alga simbiotik mereka dengan cara yang berbeda, berpotensi menghasilkan spektrum cahaya yang berbeda untuk mencapai zooxanthellae (Kühl et al., 1995). Hal ini dapat mempengaruhi tingkat fotosintesis dan pertumbuhan karang.

Seperti penggunaan dua sistem yang berbeda untuk perlakuan LEP dan LED, kita tidak bisa mengecualikan kemungkinan "efek tank". Kimia yang tidak diketahui dan atau proses biologis mungkin telah memberikan kontribusi pada perbedaan pertumbuhan antara perlakuan LEP dan LED. Namun, karena semua parameter yang diukur sangat mirip pada kedua sistem, ini tampaknya tidak mungkin.

4.2. Tingkat pertumbuhan spesifikMeskipun kemungkinan kendala adalah aliran air, polip G. Fascicularis menunjukkan

tingkat pertumbuhan yang sangat tinggi selama semua perlakuan (0.022 ± 0,009-0,040 ± 0.008 hari-1), dimana sejauh ini tercatat yang tertinggi adalah untuk setiap karang scleractinian. Penelitian sebelumnya telah menemukan tingkat pertumbuhan spesifik rata-rata sampai kira-kira 0,025 hari-1 untuk G. fascicularis (Schutter et al., 2010). Kepadatan aliran fotosintesis foton yang diterapkan sebanding dengan yang digunakan oleh Schutter et al. (2008), yang dalam studi mereka menghasilkan tingkat pertumbuhan spesifik yang lebih rendah hingga 0.021 ± 0.001 hari-

1. Dengan demikian, faktor cahaya saja tidak bisa menjelaskan perbedaan ini. Satu atau beberapa faktor lain yang bertanggung jawab, yang akan dibahas secara rinci di bawah.

Faktor utama yang dapat menjelaskan tingkat pertumbuhan yang tinggi secara keseluruhan ditemukan dalam penelitian ini adalah kinetika pertumbuhan karang. Schutter et al. (2010) menunjukkan bahwa laju pertumbuhan spesifik G. fascicularis tinggi (sekitar 0,025-hari-1) ketika memulai dengan polip tunggal, dan hal itu berkurang dengan 76% menjadi sekitar 0,006 hari-1

setelah 245 hari inkubasi. Seperti polip tunggal yang kita digunakan untuk penelitian ini, merupakan kemungkinan penyebab kinetika pertumbuhan awal yang tinggi dari G. fascicularis. Dibalik mekanisme biologis itu kinetika pertumbuhan polip karang tunggal yang tinggi mungkin terkait dengan tidak adanya kompetisi intracolonial (polip), dalam hal cahaya, oksigen, nutrisi dan plankton. Bantalan koloni yang lebih besar dari beberapa polip dan cabang mungkin menjadi pertumbuhan dibatasi oleh shelf-shading (Enríquez et al., 2005; Titlyanov, 1991), perpindahan massa tergantung aliran-oksigen dan nutrisi (Rinkevich dan Loya, 1984; Osinga et al, 2011.) dan kompetisi plankton (Wijgerde et al., 2011). Sebagai contoh, koloni kecil yang kami gunakan mungkin sudah menjadi cahaya yang tidak baik pada tingkat rendah dan tingkat menengah untuk

radiasi LED dan LEP, masing-masing, karena tidak adanya self-shading. Penurunan tingkat pertumbuhan G. Fascicularis dari waktu ke waktu juga dapat dijelaskan, setidaknya sebagian, oleh penurunan permukaan terhadap volume karena koloni bertambah besar. Hal ini merupakan ciri khas untuk karang batu berbentuk termasuk G. fascicularis, yang tidak bercabang melainkan menambahkan lapisan baru di atas corallum mereka (Bak, 1976; Schutter et al., 2010).

Kimia air juga telah menunjukkan berpengaruh pada pertumbuhan karang, dimana kalsium adalah parameter kunci. Kalsium (Ca2+), bersama-sama dengan konsentrasi karbonat, menentukan keadaan saturasi aragonit (Ωarag). Ωarag telah terbukti mempengaruhi pengapuran karang, melalui manipulasi eksperimental baik konsentrasi kalsium (Marshall dan Clode, 2002) atau konsentrasi karbonat (marubini et al., 2001, 2003), di mana Ωarag tinggi mempromosikan pengapuran. Itu berarti konsentrasi kalsium selama percobaan ini adalah 12,0 ± 0,6 mmol L-1, yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan studi Schutter et al. (2008, 2010, 2011), rata-rata konsentrasi kalsium yang diukur antara 9,7 ± 1,0 mmol L-1 dan 9,9 ± 0,5 mmol L-1 selama percobaan mereka. Hal ini mungkin, menjelaskan perbedaan yang diamati pada tingkat pertumbuhan tertentu secara keseluruhan antara penelitian kami dan projek sebelumnya, kadar kalsium tinggi dapat mempromosikan pengapuran.

Magnesium merupakan parameter yang relatif belum diketahui sehubungan dengan pertumbuhan karang. Unsur makro ini dimasukkan ke dalam corallum dari karang scleractinian selama pengapuran, dan dapat mengontrol pengapuran di skala ultra (Meibom et al., 2004). meskipun magnesium mungkin penting untuk calcifiers laut produksi magnesium yang kaya struktur kalsit, sedikit yang mengetahui tentang bagaimana konsentrasi magnesium air laut mempengaruhi tingkat pertumbuhan karang. Seperti yang kadar magnesium yang diukur yang relatif tinggi dalam sistem kami (66,1 ± 0,7 mmol L-1), yang disebabkan oleh reaktor kalsium aktif yang mengandung magnesium yang kaya substrat, parameter ini mungkin telah berkontribusi tingkat pertumbuhan yang diamati untuk semua perlakuan, meskipun hnya untuk sebagian kecil.

Heterotrophy memainkan peran utama dalam mempromosikan pertumbuhan karang (ditinjau oleh Houlbrèque dan Ferrier-Pagès, 2009) dan mungkin memberikan kontribusi terhadap pertumbuhan karang. Sayangnya, kami dapat mengukur tingkat makan dan tidak dapat menentukan sejauh mana parameter ini dipengaruhi hasil pertumbuhan kami secara keseluruhan.

Lainnya (a) parameter biotik yang memainkan peran penting dalam fisiologi karang dan pertumbuhan yang alkalinitas (marubini dan Thake, 1999), nutrisi anorganik (Ferrier-Pagès et al, 2000, 2001;. Langdon dan Atkinson, 2005; Marubini dan Davies, 1996; Marubini dan Thake, 1999; Snidvongs dan Kinzie, 1994; Stambler et al., 1991), suhu, pH (Anthony et al, 2008;. Langdon dan Atkinson, 2005; Reynaud et al., 2003) dan salinitas (Coles dan Jokiel, 1978). parameter ini dipantau secara hati-hati selama penelitian dan tidak menunjukkan deviasi yang signifikan dari yang diukur selama penelitian Schutter et al. (2008, 2010, 2011). Oleh karena itu tidak mungkin bahwa mereka memberikan kontribusi terhadap tingkat pertumbuhan yang tinggi setelah diamati.

Genotipe telah terbukti menjadi faktor biotik yang penting, dan dapat menyebabkan variabilitas tinggi selama percobaan dalam hal aklimasi dan tingkat pertumbuhan (Osinga et al., 2011). Karang yang digunakan untuk ini penelitian berasal dari koloni yang sama dengan yang digunakan oleh Schutter et al. (2008, 2010, 2011), tingkat pertumbuhan yang tinggi tidak dapat dihubungkan dengan genotipe.

Setelah genotipe karang, clade zooxanthellae yang dimiliki oleh karang Scleractinia dapat mempengaruhi tingkat pertumbuhan. Sebuah spesies karang yang diberikan dapat menjadi tuan

rumah berbagai clades zooxanthellae, yang dapat menghasilkan berbagai tingkat pertumbuhan dalam spesies tersebut, mungkin karena meningkatnya translokasi dari photoautotrophically oleh karbon (Little et al., 2004). Karang yang kami gunakan mungkin telah memiliki zooxanthellae tersebut, sehingga mendukung tingkat pertumbuhan yang tinggi.

4.3. Berlakunya LEP dan pencahayaan LED untuk budidaya karangPengaruh radiasi pada tingkat pertumbuhan karang dalam penelitian ini terbukti besar bagi

LEP, meningkat secara halus dalam tingkat pertumbuhan tertentu dapat menyebabkan peningkatan dramatis dalam produksi tahunan karang. Jika, misalnya, tingkat pertumbuhan karang tertentu yang tumbuh di bawah LEP pada tingkat radiasi dari 40-60 dan 125-150 µmol m-

2 s-1 dibandingkan, tingkat produksi tahunan untuk G. fascicularis akan 65% lebih tinggi bila menggunakan radiasi sebesar 125-150 µmol m-2 s-1, setidaknya di bawah (aliran) kondisi yang kami diterapkan. Namun, konsumsi daya yang meningkat akan menjadi sekitar 175%, sehingga menguntungkan untuk pertumbuhan karang di bawah tingkat radiasi yang lebih rendah. Ketika tingkat pertumbuhan spesifik antara LED dan LEP pada radiasi dari 125-150 µmol m-2 s-1

dibandingkan, tingkat produksi tahunan akan 36% lebih tinggi bila menggunakan LEP sebagai sumber cahaya, tanpa peningkatan relatif bersamaan dalam penggunaan listrik. Demikian seimbang trade-off antara tingkat produksi dan energi yang dikonsumsi tinggi penting untuk membuat Budidaya Perikanan karang ekonomis yang berkelanjutan.

Untuk meminimalkan biaya operasi dan dengan demikian memaksimalkan keuntungan, di samping radiasi dan spektrum, efisiensi energi sumber cahaya yang digunakan sangat penting. Dalam hal ini, rasio tinggi daya PAR yang dikonsumsi (PAR Watt-1) sangat penting. Kedua LEP dan LED memiliki rasio tinggi PAR Watt (1-1,25 µmol m-2 s-1W-1 sesuai dengan estimasi kami) dan melampaui pencahayaan konvensional, termasuk lampu neon dan logam halida, dalam hal efisiensi energi. Oleh karena itu, teknologi ini yang paling cocok untuk budidaya karang. Namun, karena keduanya LEP dan LED masih dalam pengembangan, sulit untuk membuat rekomendasi yang mendukung untuk salah satunya saat ini.

Kami menyimpulkan bahwa kedua cahaya biru yang seimbang dan tidak seimbang dari sumber menghasilkan pertumbuhan yang tinggi dari zooxanthellae karang scleractinian. Khususnya, LEP dan LED telah terbukti sebagai teknologi pencahayaan yang menarik untuk budidaya karang. Di bawah kondisi yangditerapkan di sini, tingkat pertumbuhan hasil LEP dan LED yang sebanding dengan yang diperoleh dengan pencahayaan konvensional (Schutter et al., 2008, 2010, 2011). Masa depan penelitian harus menentukan bagaimana radiasi dan spektrum berinteraksi di pertumbuhan lainnya, yang lebih penting spesies karang (bercabang), dan bagaimana spektrum berinteraksi dengan faktor-faktor lain selain radiasi. Laju aliran air tampaknya sangat menarik dalam hal ini.