Осветление на растителния аквариум

Съществуват много погрешни схващания относно изискванията за осветление на растителния аквариум. Това причинява безкрайни главоболия на хобистите, които следват така наречените правила, без да разбират някои от фундаменталните принципи на физиологията на растенията и фотосинтезата. На хобистите обикновено се препоръчва да използват „колкото се може повече светлина“ или да „обновят сегашните си нискокачествени осветителни тела, доставени с аквариума, с по-ярки и по-атрактивни лампи“. За съжаление в повечето случаи крайният резултат е аквариум, обрасъл с водорасли, и/или пълно унищожаване на скъпи растения.

Хобистите също са били учени на произволни правила, като Watts per Gallon (WPG) (вата на галон), и на убеждението, че някои растения се нуждаят от по-висок WPG, за да се развиват добре. Уебсайтовете, продаващи растения, често посочват „Изисквания за светлина“ за съответния вид. Друго популярно произволно „правило“ гласи, че оптималната цветна температура е 6500K.

Никое от тези „изисквания“ или произволни „правила“ няма реална стойност, особено когато се следва извън контекста на изискванията за CO2 на растенията. Така в продължение на години хобистите са били водени в кръг в напразни опити да осигурят „оптимално“ осветление за растенията си, докато през цялото време пренебрегват най-важния аспект на грижата за растенията. Тази статия има за цел да разобличи популярните митове за осветлението във връзка със здравето на растенията.

Какво представлява светлината и как я използват растенията?

Хобистите автоматично приемат, че светлината пада върху растението и че то расте просто в резултат на тази експозиция. Наблюдаваме например на открито, че растенията на сянка не изглеждат толкова жизнени, колкото тези на пряка слънчева светлина. Изводът е, че повече светлина винаги е по-добре и че ако растение изглежда нездраво, причината трябва да е недостатъчна светлина.

Истината е много по-сложна история. Листата на растенията всъщност работят по много сходен начин на фотоелектричен диод, при който светлината, попадаща върху пластината, възбужда материала и той след това изхвърля електрони. Обектът в листа, който съдържа електроните, е молекулата на хлорофила.

Самата светлина е загадъчна форма на енергия, която се държи едновременно като вълна (подобно на океанска вълна) и като частица, подобна на снаряд. Затова, за по-голяма простота, е полезно да си представим вибрираща камертон, изстреляна от оръдие. Когато камертонът се сблъска с друг обект, той предава енергия не само заради движението си като снаряд, но и заради енергията на своята вибрация.

Милиарди милиарди от тези снаряди, известни като „фотони“, се движат през пространството. При сблъсък с други обекти те биват унищожени, но енергията, която са носили в своята вибрация, се предава на обекта, с който са се сблъскали. Ако попаднат върху хлорофила под точно правилния ъгъл и на точно правилното място, енергията на фотона се предава на електрони, задържани от хлорофила. След това електроните могат да се освободят и биват уловени от други протеини, които ги използват за изграждане на други съединения. Възможно е да има хиляди отделни протеини, които улавят и след това освобождават тези електрони по същия начин, по който редица доброволци подават чували с пясък по веригата, за да построят временна дига в края на редицата.

В края на веригата в листа, вместо да се изгради дига, електроните се използват, за да отделят въглерода от въглеродния диоксид, да го хидратират с вода, а крайният продукт е вид захар, която лесно може да се превърне в глюкоза. Глюкозата се използва за хранене на всяка клетка в цялото растение.

Затова растенията растат благодарение на наличността на храната, която успяват да произведат. Светлината е само един компонент от този процес на производство на храна. За да се завърши изграждането на захарта, са необходими вода, CO2 и хранителни вещества като фосфат и нитрат.

Затова, ако се съсредоточим само върху светлината и пренебрегнем значението на всички останали ключови съставки, захарта не може да се изгради правилно и растението ще умре от глад. Представете си строителите на дигата, които подават чувалите с пясък от един на друг. Представете си, че чувалите са повече, отколкото всеки човек може да поеме. Резултатът ще бъде изпуснати чували, може би върху краката на следващия човек, което ще намали ефективността на него и на следващия. За много кратко време, ако броят на чувалите нарасне над възможностите на всеки човек в редицата да ги поеме и премести, резултатът ще бъде хаос. Точно това се случва в аквариуми с прекалено много светлина. Електроните (чувалите с пясък) се разпръскват и увреждат цялата верига от процеси.

Каква е алтернативата на WPG и как да контролираме светлината?

Най-основното измерване на светлинната енергия, ако се придържаме към аналогията със снарядите, е просто да преброим броя на снарядите, преминаващи през определена площ за определено време. Колко топовни гюлета удрят стената на обсадена крепост на час? В нашия случай това измерване се нарича фотосинтетично активна радиация, известна с акронима PAR.

PAR показва точно колко фотонни снаряда преминават през квадратен сантиметър всяка секунда. Тъй като фотонните частици са толкова малки и се движат толкова бързо, измерването обикновено е много голямо число, някъде от порядъка на 1 милиард милиарда топовни гюлета, преминаващи през квадрат 1х1 сантиметър всяка секунда. Това число, милиард милиарда, е немислимо голямо, затова му е дадено по-лесно за употреба име – нарича се „микромол“. Така вече е по-лесно да се говори за 10 микромола или 20 микромола, вместо за нещо тромаво, като „две цяло нула по десет на осемнадесета степен на квадратен сантиметър в секунда“.

В тъмна стая, при включване на фенерче, ще видим, че ръка, поставена в лъча, само на един инч от лещата, е ярко осветена, но на разстояние няколко фута интензитетът рязко спада, тъй като фотоните се разпръскват върху по-голяма площ. Ако измерим PAR точно, ще установим, че всеки път, когато удвоим разстоянието от лампата, PAR на удвоеното разстояние ще бъде само една четвърт от стойността при първоначалното разстояние. При три пъти по-голямо разстояние PAR ще спадне до една девета (1/9^-та). Този спад се нарича „обратна квадратична зависимост“ и е много полезно и постоянно правило.

Има причини, поради които емпиричното правило WPG може да причини толкова много хаос. Първо, не всички видове лампи имат еднакъв интензитет. Лампа T5 свети по-силно от лампа T8. LED модулите имат различна мощност и са подредени в различни групи клъстери, което прави правилото почти безсмислено. Второ, WPG има много ограничен обхват заради обратната квадратична зависимост. В определени аквариуми, например среден по размер аквариум от около 30 галона, дадена стойност на WPG може да е полезна, но с промяната на размера на аквариума разстоянието до лампата при по-големи или по-малки обеми не се променя пропорционално – тогава какво се случва, ако размерът на аквариума се удвои? Вертикалното разстояние до лампата не се удвоява, така че спадът на светлината не е пропорционален, а правилото WPG изисква удвояване на мощността. Затова при големи до много големи аквариуми следването на правилото WPG може да бъде пагубно.

Разработено е много по-разумно емпирично правило, основано на по-постоянното измерване PAR. За съжаление то не е просто правило. Направени са измервания на PAR с типични видове лампи, а стойностите на PAR са нанесени на графика спрямо разстоянието от лампата. В общи линии:

Зоната на слаба светлина е дефинирана като светлина, достатъчна за измерване на по-малко от 50 микромола на нивото на субстрата.

Зоната на средна светлина е дефинирана като светлина, достатъчна за измерване между 50 и 75 микромола на нивото на субстрата.

Зоната на силна светлина обхваща всичко над 75 микромола, измерени на нивото на субстрата.

Аквариумите без никакво обогатяване с CO2, тоест без инжектиране на газ и без дозиране на течен въглерод, е добре да се поддържат в зоната на слаба светлина. Аквариумите с инжектиране на CO2 трябва да стартират в зоната на слаба светлина и след няколко седмици, ако CO2, потокът/разпределението и хранителните вещества се окажат достатъчни, светлината може да бъде увеличена.

Хобистите трябва винаги да имат предвид, че няма връзка между количеството светлина и здравето на растенията. Съществуват много здрави аквариуми с инжектиране на CO2 или с течен въглерод, които използват слаба светлина. Такъв аквариум е МНОГО по-лесен за поддръжка, а разцъфтяването на водорасли е много по-рядко. Последицата от използването на силна светлина е, че темпото на растеж на растенията се увеличава, но същото важи и за темпото на растеж на водораслите. Темпото на растеж не е същото като здраве. Аквариуми със силна светлина и недостатъчно CO2 или лошо хранене могат да имат растения, които растат бързо, но имат водорасли или други здравословни проблеми.

За новаците, начинаещите, а дори и за по-опитните хобисти, ако аквариумът е закупен като пакет, включващ стандартно осветление, абсолютно най-лошото решение е да се мисли за „обновяване“ на лампите. Това винаги е началото на проблемите. Препоръчва се хобистите първо да се научат да отглеждат растения при стандартно или слабо осветление, независимо дали има инжектиране на CO2 или добавяне на течен въглерод. Ако след натрупване на известен опит се желае по-бърз растеж, интензитетът може да бъде увеличен, но това винаги носи риск от влошаване на здравето на растенията, ако останалите компоненти не бъдат отработени ПЪРВО.

А какво да кажем за цветната температура (Келвин) и спектъра?

Вероятно вторият най-лош съвет, който се дава за осветлението, е, че растенията се нуждаят от 6500K, за да бъдат в оптимално здраве. Този мит съществува сякаш открай време, защото, разбира се, цветната температура на слънцето е около 6000K-6500K, така че естествено всички предполагат, че това трябва да е перфектното „качество“ светлина. Продавачите налагат „специални лампи за растения“ на завишени цени на нищо неподозиращите хобисти. Ако трябва да сме честни, малко, ако изобщо, водни растения някога виждат пълния спектър на обедното слънце, тъй като растат в сянката на балдахина и в мътните води на тропическите гори по света, което прави стойността на цветната температура или на пълния спектър без значение. Освен това нито една лампа дори не се доближава до спектралното разпределение на слънцето. Наличието на няколко пика в няколко тесни диапазона по никакъв начин не наподобява слънцето. Терминът „пълен спектър“ е просто поредният маркетингов термин, използван за примамване на хора. Ако се подредят десетина различни марки лампи, всички твърдящи, че са 6500K, всички те биха изглеждали с различни цветове, така че всъщност нито една лампа не е точно 6500K. Когато се чете стойността в Келвини на дадена лампа, числото трябва да се разглежда по-скоро като номер на модел, отколкото като имащо каквато и да е научна стойност.

Луминесцентна лампа от местния железарски магазин отглежда растенията по абсолютно същия начин като специална лампа за растения. Реално няма никаква разлика в резултата, стига видовете лампи да са едни и същи и мощността им да е еднаква. Растенията автоматично се адаптират към средата си, като произвеждат пигменти, реагиращи на наличния спектър. Затова лампа, закупена от B&Q, от Home Depot или от кой да е магазин за самостоятелен ремонт в квартала, ще свърши абсолютно същата работа, независимо какъв е спектърът. Разликата е, че на хобиста може да не му хареса цветовият оттенък на лампата от B&Q. Затова стойностите в Келвини и другите цветови параметри трябва да се разглеждат единствено в контекста на емоционалното въздействие върху наблюдателя. По същия начин, например, в месарски магазин лампите, използвани за осветяване на месото, обикновено имат червен компонент. Това прави месото да изглежда по-апетитно. Това е илюзия, но месарите я познават много добре и рядко биха избрали лампа с преобладаващо синьо или зелено, например, защото това би придало негативен естетически вид на месото.

Цветовете трябва да се използват както бихме използвали четка за рисуване – за да пресъздадем настроения върху аквариума. Ако се използват няколко лампи, може да се симулира утринна светлина с червени и оранжеви тонове, а по-късно през деня да се премине към по-сини тонове. Никога не е необходимо да се ограничават цветовете над аквариума заради погрешното впечатление, че растенията няма да се развиват добре при стойност на Келвините, различна от 6500K. Това е строго в областта на фантазията.

А какво да кажем за LED осветлението?

С намаляването на цените на LED модулите те стават по-достъпни и с повече функции. Майсторите, които предпочитат да си направят сами осветлението, могат да набавят суровини и сами да изградят своите осветителни тела. Най-важната функция в света на LED е възможността за димиране на модула от 0% до 100% интензитет. Всъщност това е много по-ценна функция от количеството PAR, което даден модул произвежда, което така или иначе обикновено е прекалено високо. Димирането дава максимален контрол, а той се равнява на контрол над водораслите. Друга страхотна функция на модулите от по-висок клас, която може постепенно да достигне и до по-евтините модели, е наличието на множество цветни диоди, комбинирани с възможност за програмиране. Както бе споменато, това е по-скоро художествена функция и веднага щом хората се събудят от хипнозата на 6500K, ще осъзнаят истинската стойност на цвета. Рибите и другата фауна могат да бъдат накарани да изглеждат по-цветни. Любими луминесцентни лампи могат да бъдат симулирани с правилната комбинация от RGB и CYMK.

Дотук вече би трябвало да е ясен отговорът на въпроса дали растенията могат да се отглеждат с LED осветление. Отново, по-важните фактори при дизайна на LED система са контролируемостта, естетиката, надеждността и така нататък.

Продължителност на осветлението (фотопериод)

Рядко растенията се нуждаят от повече от около 8 до 9 часа светлина. Фотопериод, по-дълъг от това, единствено насърчава развитието на водорасли. Винаги е най-добре да се използва таймер за осветлението, а ако аквариумът е с инжектиране на CO2, трябва да има и отделен таймер за електромагнитния вентил на газа. Пропускането да се изключи светлината може да има тежки последици за растенията.

Продължителността на фотопериода винаги трябва да се разглежда в контекста на интензитета. Както бе споменато по-рано в статията, вредата идва от интензитета, затова ако той е прекомерен, фотопериодът трябва да бъде строго съкратен, за да се минимизира щетата. Ако осветлението е прекалено слабо (нещо, което почти никога НЕ се случва), никаква продължителност на фотопериода не може да компенсира това.

Ако хобистът работи на късна смяна, фотопериодът може да бъде изместен в тази посока, така че аквариумът да може да се наблюдава, когато той/тя си е вкъщи. За растенията няма значение какъв е реалният час от денонощието – важно е само фотопериодът да бъде редовен и постоянен.

Ефекти от непряка или пряка слънчева светлина през прозорец

Това е поредната област, в която хобистите се тревожат повече от необходимото и погрешно тълкуват наблюденията. В аквариум с инжектиране на CO2, ако нивата на CO2, потокът, разпределението, храненето и поддръжката са адекватни, слънчевата светлина, падаща върху аквариума, няма никакъв вреден ефект. Хобистът не се нуждае от никакви специални предпазни мерки заради проникващата слънчева светлина. Ако обаче слънчевата светлина достига аквариума и това видимо води до появата на някакъв вид водорасли, това е силен индикатор, че в аквариума има по-фундаментален проблем и че хобистът трябва да провери гореспоменатите фактори. Най-честият проблем ще бъде BGA в основата на предното стъкло, вероятно точно под чакъла. За блокиране на светлината може да се използва черна лента, но това не е особено естетично. За справяне с проблема нивата на нитрат могат да бъдат увеличени.

Помагат ли рефлекторите?

Рефлекторите върху цилиндрични тръби, компактни луминесцентни лампи и така нататък могат да увеличат изходния PAR на осветителното тяло. Стойностите варират от 10% до 20% в зависимост от конфигурацията, чистотата и материалите. Както бе споменато, ако аквариумът страда от прекалено висок PAR, рефлекторите са нежелани и трябва да бъдат премахнати, за да помогнат на аквариума да се възстанови. Ако аквариумът се справя добре, рефлекторите могат да се считат за нещо добро.

Какви са признаците на прекалено висок PAR?

Тъй като интензитетът на светлината определя нуждата от всичко останало, признаците на прекалено много светлина са разнообразни. Прекалено много светлина причинява необходимост от повече хранителни вещества, отколкото понякога се доставят. Списъкът с дефицити на хранителни вещества е дълъг и е разгледан в отделна статия. Прекалено много светлина причинява необходимост от повече CO2, отколкото се доставя. Това от своя страна води до дефицит на CO2, характеризиращ се с топене, окапване на листа, влошаване и загниване, черни петна, кафяви петна, извиване или друга деформация на листата, както и дупки в листата. Водорасли, свързани с недостиг на CO2, като косъмчести или други нишковидни водорасли, BBA или други червени водорасли. Диатомни водорасли могат да се появят след „обновяване“ на осветлението. Напълно възможно е осветлението да е толкова силно, че да изисква такива високи нива на CO2, които да са токсични за фауната.

Добра идея ли е сиестата?

Сиестата беше популяризирана от компания, чийто изследователски екип смяташе, че тъй като в тропиците често валят дъждове, които блокират слънцето за значителна част от деня, следователно изключването на светлината в средата на деня е добро за водните растения. Оказва се, че няма доказана връзка между здравето на растенията и сиестата. В много случаи, в зависимост от останалите условия в аквариума, здравето на растенията се влошаваше, в други случаи се подобряваше, а в повечето случаи нямаше никаква разлика. Разпределението на ефекта по същество означава, че в аквариума са се случвали други неща, които нямат нищо общо със сиестата.

Съществува ли най-добра лампа или най-добър вид лампа?

Да, най-добрата лампа е тази, при която аквариумът изглежда най-добре за вас и която не превръща живота в мъчение, прекалявайки с прекомерен PAR. Всичко останало може спокойно да се пренебрегне. Без значение дали е T5, T6, T8, T12, халогенна или LED. Без значение дали е осветително тяло, висяща лампа или тип клипс с дъгова стойка. Растенията могат да се отглеждат дори с волфрамово осветление. На тях наистина не им пука. Когато купуват осветление, на хобистите се препоръчва първо да се погрижат за по-важните неща, които гарантират успеха – като подходящи нива на поток/филтрация, добър план за разтваряне и разпределение на CO2, солидна хранителна програма и план за чести смени на водата и поддръжка. Когато всички тези по-важни елементи са налице, човек може да се наслаждава на всякакъв вид осветление, с всякакъв цвят и, ако се внимава, с всякакъв интензитет.