Text: Refet Ali Yalçin

Akvarieväxter och belysning

När du väljer rätt ljus för ditt akvarium finns det mer att ha i åtanke än att bara belysa akvariet. De belysningsalternativ som finns har olika egenskaper och att förstå det ibland förvirrande ämnet är inte alltid lätt. I den här artikeln tar författaren upp viktiga begrepp och reder ut ljusets komplexitet.

Ljus är en av de viktigaste komponenterna i ett akvarium. Dess intensitet, färg och spektrum har en direkt inverkan på den biologiska funktionen hos akvariets invånare, och ljus tjänar också ett estetiskt syfte. När du väljer akvarium och akvarietillbehör som filter och värmare är det lätt att förstå att effekt och flödeshastighet måste förhålla sig till det tillgängliga utrymmet och akvariets dimensioner. Men inom belysning är mätvärden och termer som watt, PAR, Kelvin och CRI mindre allmänt kända och förstådda. Innan vi går in på detaljerna i hur ljus mäts är det bäst att först ställa frågan "Varför behöver vi ljus?"

Det finns tre skäl till varför vi behöver ljus: för att lysa upp akvariet, se inredning, fisk och växter i akvariet samt att ge tillräckligt med ljus för att akvarieväxter ska trivas. Hur vi uppfattar ljuset i akvariet är relaterat till dess intensitet, dess färgtemperatur och hur färgerna reflekteras av fiskar och inredning. Dessa attribut kan dock inte alla utvärderas med blotta ögat. Låt oss granska varje krav på belysningen för sig.

Färgtemperatur och akvariet

När vi väljer hushållsbelysning står valet oftast mellan “varma” (gula nyanser) eller “svala” vita (mindre gula) lampor och vi väljer enligt våra estetiska preferenser. Detta gäller också i akvariehobbyn, där du kanske vill att ditt akvarium ska ge ett gulaktigt, vitt eller blåaktigt intryck beroende på dina visuella förväntningar och / eller för att efterlikna fiskens livsmiljö. Till exempel tenderar vattnet där du hittar apistogrammor och tetror i Amazonas att vara mer gulaktigt / brunaktigt på grund av skräp, vegetation och tanniner i vattnet. Å andra sidan verkar det klara vattnet i de afrikanska sprickdalssjöarna vara mer blåaktigt. Detta gäller särskilt när man dyker till större djup där färgen rött absorberas redan på grunt vatten och endast våglängder i den blå delen av spektrumet kan tränga igenom. Här är den belysningsparameter du behöver tänka på färgtemperatur som mäts i Kelvin.

Färgtemperaturen är en skala (bild 1) som hjälper till att beskriva vilken nyans ljuskällan drar mot. I den höga änden av skalan är ljuset blåaktigt; i den låga änden är ljuset gulaktiga. Färgtemperatur är inte additiv, om du har ett 6.000 K lysrör och lägger till ytterligare 6 000 K glödlampa har du fortfarande en färgtemperatur på 6 000 K. Kelvin bör vara parametern att ha i åtanke när vi är intresserade av valet av den dominerande färgen på ett akvarium (bild2 2).

Bild 1 – Färgtemperaturskalan används för att visualisera ljusets utseende.
Bild 2 – Detta exempel illustrerar hur samma akvarium skulle se ut vid olika färgtemperaturer.

Sann färgåtergivning av akvariedekor och akvariets invånare

Solljus har ett fullständigt färgspektrum från violett till rött (bild 3). Våra ögon kan normalt inte urskilja färger i solljuset, men vi kan använda ett prisma för att exponera de dolda färgerna i vitt ljus som när vi ser dem i en regnbåge. Om vi dirigerar ljus från artificiella källor genom ett prisma kan vi också observera deras spektrum (bild 4). När ljuset från en vanlig glödlampa bryts i prismat ser man att den typen av ljuskälla har ett fullständigt färgspektrum, medan till exempel kompaktlysrör saknar flera delar av färgspektrat vilket uppträder som “luckor” i det brutna ljuset.

Tyvärr är de flesta ljuskällor på marknaden inte fullspektrum utan tenderar att framhäva vissa delar av spektrumet, som visas i bild 5. För att vi ska "se" ett objekt (t.ex. en fisk) måste ljuset först reflekteras från objektet in i våra ögon. För att ytterligare komplicera saker kommer vissa pigmenttyper hos fisken att absorbera ett visst spektrum av ljuset, medan resten reflekteras. Om akvariebelysningen inte innehåller den del av ljusspektrat som fisken kan reflektera, kan vi inte se fiskens sanna färg.

Glödlampor producerar hela det synliga spektrat, men vi använder dem inte ändå eftersom de också avger en oönskad del av färgspektrat, nämligen den infraröda delen. Infraröd bidrar inte visuellt men ökar uppvärmningen och energiförbrukningen. Vi kan dock använda det eller solljus som ett verktyg för att bedöma vår nuvarande belysning. Om rikare färger dyker upp i solljus eller en glödlampa jämfört med vår nuvarande belysning, kan det antas att den nuvarande belysningen kan förbättras. (Kom ihåg att ha direkt solljus på akvariet i allmänhet inte är önskvärt eftersom en hög värmebelastning och överdriven belysning kan uppmuntra algtillväxt.)

Bild 3 – Fördelning av solenergi i den synliga delen av ljusspektrat. Bild: Refet Yalcin.

Bild 4a,4b – Ett prisma är ett användbart verktyg för att bestämma spektrumet av synligt ljus.
Genom att rikta ljus genom ett prisma sprids ljuset i dess komponentfärger på en motstående yta. I detta exempel betraktas en glödlampa (överst) som fullspektrum, medan ett kallvitt kompaktlysrör (botten) saknar delar av spektrumet. Bild: Mert Yilmaz.
Bild 5 – Glödlampor tenderar att betona vissa delar av spektrumet, såsom den spektrala fördelningen som visas här hos ett kallvitt lysrör. Bild: Refet Yalçin & Mert Yilmaz.

Color Rendering Index (CRI) är en skala som används för att beskriva hur väl en ljuskälla återger ett objekts färg för det mänskliga ögat. Ju högre CRI-värde, desto bättre är färgåtergivningsförmågan (se bild 6). Ett CRI-värde på 100 (som en glödlampa) betyder att ljuskällan har ett fullt synligt spektrum. Tyvärr har vanliga lysrör som säljs för hushållsbruk, som visas i bild 5, ett CRI på cirka 70. Många specialiserade lysrör och LED-lampor har CRI-värden runt 95. I allmänhet är dessa produkter med högt CRI konstruerade för användning i textil- och färgindustrin där det är viktigt att de sanna färgerna återges. De är också mer lämpliga för akvarier än vanliga glödlampor för hushållet.

Figur 6 – Color Rendering Index (CRI) är ett mått på en ljuskällas förmåga att exakt återge färgerna på det objekt det lyser upp. På en skala till upp till 100 anses värden över 90 vara utmärkta. Bild: Courtney Tobler.

Ljus för akvarieväxter

När vi väljer ljus för estetiska ändamål kan vi förlita oss på våra ögon när vi bestämmer våra personliga preferenser. Tyvärr är detta inte fallet när det kommer till att välja ett ljus som tjänar ett funktionellt syfte, dvs. ett lämpligt ljus för fotosyntes hos akvarieväxter. Ljusspektrat som används för fotosyntes (grön linje) och det mänskliga ögat (vit linje), som visas i bild 7, har överlappande intervall. Det mänskliga ögat är mer känsligt för grönt och mindre känsligt för blått och rött. För växter är det tvärtom, de utför fotosyntes bättre i rött och blått och är mindre effektiva under grönt ljus.

För att verka ljusare och effektivare för det mänskliga ögat har vanliga lysdioder och lysrör ett mer grönorienterat spektrum än blått eller rött, som visas i bild 5. Lumen och lux används för att definiera ljusmängd respektive intensitet, men definieras utifrån det mänskliga ögat och är inte nödvändigtvis relevant när du väljer belysning för växter. Detsamma gäller för verkningsgrad, som också baseras på lumen.

Photosynthetic Active Radiation (PAR) är en annan standard för ljuskällor, men den är inte spektralt selektiv, vilket innebär att den tar lika stor hänsyn till alla ljusets våglängder inom 400 nm och 700 nm. För akvarium med levande växter är PAR en viktig faktor, men det är fortfarande inte ett helt tillförlitligt värde. Avsaknad av viktiga delar av ljusspektat, som rött eller blått, kan inte bestämmas utifrån PAR-värdet enbart. Dessutom redovisas PAR sällan på datablad för LED och lysrör. Därför är det oftast bättre att titta på diagrammet över ljusspektrat och välja lampor där rött och blått dominerar.

Bild 7 – En jämförelse av det spektrum som är mest effektivt för fotosyntes (grön linje) och det synliga spektrumet för det mänskliga ögat (vit linje). Bild: Zielinska-Dabkowska, Hartmann, and Sigillo 2019/ CC BY 4.0. https://doi.org/10.3390/su11092642 Altered by Mert Yilmaz.

Ljuskällor

Nuförtiden finns det två vanliga alternativ för akvariebelysning; LED och lysrör. Fluorescerande finns vanligtvis som T5- eller T8-lysrör, och ibland som kompaktlysrör (CFL). På liknande sätt kan lysdioder koncentreras till ett mindre område, som kallas LED-spot, eller så kan de monteras på rad (LED-rör) eller i ett plan (LED-armaturer). I små akvarier (<80 liter) väljs vanligtvis LED på grund av sin kompakthet. För medelstora akvarier (80-400 liter) väljs mestadels lysrör och ibland LED. För större akvarier (> 400 L) väljs vanligtvis LED-spotlights med hög effekt och ibland lysrör.

Även om lysdioder är en möjlig lösning för alla akvarietyper är installationskostnaden för dem den högsta. Om inköpspriset för lysdioder var lika konkurrenskraftigt som för lysrör, skulle de vara den självklara lösningen för akvariebelysning. Det finns dock andra variabler att tänka på förutom inköpspriset vilket visas i tabellen nedan.

*Värmeresistens: För T8-lysrör är den optimala driftstemperaturen 25 ° C och för T5-lysrör är den 35 ° C, vilket är mer lämpligt för användning i slutna akvarielock. Vid temperaturer över och under dessa optimala temperaturer ger lampor mindre ljusflöde vid samma elförbrukning. För LED gäller “ju kallare desto bättre” och höga temperaturer minskar livslängden. Därför bör ett effektivt kylsystem finnas på plats för spot-LED där lysdioderna är koncentrerade till ett mindre område.

**Ljusutbyte: Med tanke på mängden producerat synligt ljus per mängd förbrukad energi är en glödlampa mycket ineffektiv vid 5-20 lumen per watt (lm / W). LED och lysrör är måttligt effektiva. LEDs energieffektivitet varierar från 75-120 lm / W, medan effektiviteten för T5-fluorescerande ämnen (80-100 lumen / W) är högre jämfört med T8-fluorescerande (80-100 lm / W) (“Luminous efficacy”, 2020).

Ljusets riktning

Bild 8 - Att ändra ljuskällans läge från toppen till en mer vinklad position kommer att maximera mängden ljus som reflekteras från fiskens sida, vilket resulterar i mer exakt färgåtergivning. Bild: Refet Yalçin and Mert Yılmaz.

För att se en fisk måste ljuset först reflekteras från fisken och in i våra ögon. Tyvärr är lampor vanligtvis monterade ovanför akvariet och därför riktas det mesta av ljuset som träffar fisken från toppen, inte från sidan. När vi tar ett foto av vår fisk med en blixt (dvs. ljus riktat från sidan) ser vi mer intensiva färger. Enligt samma princip tenderar manliga ciklider, för att maximera sin färgprakt under uppvaktningen av honor, att vinkla sina kroppar för att öka reflektionen av solljus. För att förbättra ljuset i våra akvarium skulle ljuskällan kunna fästas i en mer vinklad position för att visa fiskarnas färger mer naturligt (bild 8).

Ljusförluster

Tyvärr når inte allt ljus som kommer ut från lampan akvariet. Det finns tre viktiga mekanismer som arbetar tillsammans för att minska ljuset: reflektion, absorption och geometriska effekter. Låt oss titta på de mekanismer som sänker ljusintensiteten och hur vi kan minska förlusterna.

⦁ Reflektionsförluster
Reflektion sker när olika material möts. Reflektioner när ljuset träffar vattenytan är oundvikliga. När vi använder täckglas för att minska avdunstning och undvika att fiskarna hoppar ur akvariet skapar vi ytterligare två möten, nämligen luft-glas och glas-luft. Att använda antireflekterande beläggningar såsom magnesiumfluorid (MgF2) kan minska dessa reflektioner, men en stor förlust uppstår i allmänhet på grund av kalkavlagringar, alger och damm som fastnat på täckglaset. Ett rent täckglas minimerar dessa förluster.

⦁ Absorptionsförluster
Ljusets absorption i vatten på grund av akvariets höjd är vanligtvis överdriven. På en höjd av 30 cm absorberas endast 2 procent av ljuset, för höjder på 50 cm och 1 m är absorptionen 5 procent respektive 7 procent. Även för ett akvarium som är 1 m högt är absorptionen av ljus genom vatten lika med förlusten från ett rent lock. Dessa värden gäller för kranvatten. Om vattnet färgas av organiskt avfall eller tanniner ökar absorptionen. Förutom regelbundna vattenbyten, kommer tillsats av aktivt kol eller syntetiska polymerer till akvariefiltret att ta bort sådana orenheter.

⦁ Geometriska effekter

Bild 9a och 9b - Fördelning av ljus på olika djup i ett akvarium för två olika källor. I det här exemplet når en ljusenhet per ytenhet botten på respektive akvarium.

Om ett ökande vattendjup inte minskar ljuset avsevärt, varför behöver vi kraftfulla lampor för högre akvarier? Svaret är i geometri. Avståndet mellan ett objekt och en närliggande ljuskälla är mycket viktigt. I bilderna 9a och 9b visas de krökta linjerna spridningen eller fördelningen av ljusvågor som avges från en lampa. När ljuset rör sig längre bort från källan sprids det ut och graden av ljusdensitet som täcker en ytenhet minskar. Ljuset fördelar sig inte enhetligt.

Bild 10 - Flera lysrör ger en mer enhetlig belysning (sett från sidan av akvariet).

Bild 9a visar förändringarna i ljusenheter på olika avstånd från ett lysrör eller LED-lysrör, sett från sidan av ett akvarium. I bild 9b visas en punktkälla, såsom en spot-LED, som ser likadan ut från både framsidan och sidorna av akvariet. Om ljuset är en punktkälla ovanför akvariets vattenyta är variationen av ljusets intensitet på grund av avståndet från ljuskällan mer dramatisk; om man väljer ett lysrör blir minskningen mildare.

För att skapa en mer enhetlig ljusfördelning kan man använd flera lysrör, ramper eller punktkällor över akvariet, som bild 10 visar.

Hur mycket ljus behöver akvarieväxter?

Tidigare fanns det en populär uppfattning inom akvaristiken att ljuskrav skulle baseras på vattenvolym. Faktum är att många företag världen över fortfarande använder watt per liter för att kvantifiera mängden ljus som behövs för en viss akvariumstorlek. En mer lämplig metod för att bestämma hur mycket ljus som ska användas är baserat på mätningar av PAR.

En vattentät PAR-mätare är ett dyrt men användbart verktyg som hjälper till att bestämma lämplig mängd och spatial fördelning av ljus i ett akvarium. Ett alternativ till att köpa en PAR-mätare är att låna en från din lokala akvarieklubb eller hyra en från en akvariebutik.

PAR-mätare anger ett värde i µmol m2 / s. Enligt den standarden är ett PAR-värde på 40-50 tillräckligt för akvarium med bara fiskar eller akvarier med växter som har låga ljuskrav såsom javamossa (Taxiphyllum sp.) och Anubiasarter. Ljuskravet för akvarium med levande växter och tillskott av CO2 (koldioxid) är närmare 100-150. För avancerade planterade akvarium kan ett PAR-värde upp till 250 vara aktuellt, men du bör känna till växternas lägsta krav. Om ljuset inte begränsar tillväxten, utan snarare bristen på koldioxid eller växtnäring, kommer ytterligare ljus inte att främja växternas tillväxt utan kan ge algtillväxt.

Ljus är “gaspedalen” i planterade akvarier; du bör öka den långsamt. En ökning av ljus ökar också koldioxidupptaget hos växterna. Detta kan bli ett problem om koncentrationen av koldioxid i atmosfären och fiskens andning inte kan kompensera för det ökade upptaget. Avtagande nivåer av CO2 kommer att resultera i fluktuationer av vattnets pH-värde med högt pH under ljusperioden och lågt pH under den mörka perioden. Dessutom kan kraftig algtillväxt uppstå.

Slutligen, kom ihåg att det är viktigt att använda rätt drivdon för LED-belysning och använda rätt ballast och reflektor för fluorescerande belysning för att maximera belysningens PAR-värde.

Som du förstår kan detta ämne göras hur komplicerat som helst, men om du känner till dessa grunder har du verktygen för att kunna ställa rätt frågor och hitta de bästa belysningslösningarna för dig och ditt akvarium.

Källor

Howell, J.R., M.P. Mengüç, och R. Siegel. 2016. Thermal Radiation Heat Transfer 6th Edition. Taylor and Francis Group, Boca Raton, Florida.

Luminous efficacy. 2020, August 15.Wikipedia, hämtad från https://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy.

McCree, K.J. 1972. The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology 9: 191-216.

Minnaert, M. 1954. The Nature of Light and Colour in the Open Air. Översatt av H.M. Kremer-Priest. Reviderad av K.E.B. Jay. Dover Publications Inc., New York. 362 pp.

Wyszecki, G. och W.S. Stiles. 2000. Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, 2:a upplagan. Wiley-VCH.

Dett är en översättning av artikeln Aquatic Plants — Lighting for aquariums från Amazonas Vol 9 No 6 - Keeping Characins. Prenumerationer kan du köpa på Amazonas hemsida.