Verlichting voor een beplant aquarium

Er bestaan veel misvattingen over de lichtbehoeften van een beplant aquarium. Dit zorgt voor eindeloze frustratie bij hobbyisten die de zogenaamde regels volgen zonder de fundamentele principes van plantenfysiologie en fotosynthese te begrijpen. Hobbyisten krijgen doorgaans te horen dat ze “zoveel mogelijk licht” moeten gebruiken of hun “huidige, matige verlichting die met de bak werd meegeleverd moeten upgraden naar fellere, aantrekkelijkere lampen”. Helaas is het eindresultaat meestal een bak vol algen en/of de complete ondergang van dure planten.

Hobbyisten hebben ook willekeurige regels geleerd, zoals Watt per Gallon (WPG), en dat sommige planten een hoger WPG nodig hebben om te gedijen. Websites die planten verkopen, vermelden vaak “lichtbehoeften” voor de soort. Een andere populaire, willekeurige “regel” stelt dat de optimale kelvinwaarde 6500K is.

Geen van deze “vereisten” of willekeurige “regels” is geldig, zeker niet wanneer ze worden toegepast los van de CO2-behoefte van planten. Zo worden hobbyisten al jaren in cirkels rondgeleid in hun vergeefse pogingen om “optimale” verlichting voor hun planten te bieden, terwijl ze steeds het belangrijkste aspect van plantenverzorging negeren. Dit artikel wil de populaire mythes over verlichting in relatie tot plantengezondheid ontkrachten.

Wat is licht en hoe gebruiken planten het?

Hobbyisten gaan er automatisch van uit dat licht op de plant schijnt en dat de plant simpelweg groeit als gevolg van die blootstelling. Buiten zien we bijvoorbeeld dat planten in de schaduw er minder robuust uitzien dan planten in volle zon. De conclusie is dan dat meer licht altijd beter is, en dat als een plant er ongezond uitziet, dit wel aan een lichttekort moet liggen.

De waarheid is een veel gecompliceerder verhaal. Plantenbladeren werken eigenlijk op een manier die sterk lijkt op een fotodiode: licht dat op het oppervlak valt, brengt het materiaal in een aangeslagen toestand waardoor het elektronen uitstoot. Het onderdeel in het blad dat deze elektronen bevat, is het chlorofylmolecuul.

Licht zelf is een raadselachtige vorm van energie die zich zowel als een golf (zoals een oceaangolf) als een deeltje, zoals een projectiel, gedraagt. Voor het gemak kan het helpen om je een trillende stemvork voor te stellen die uit een kanon wordt afgeschoten. Wanneer de stemvork tegen een ander object botst, geeft hij niet alleen energie af door zijn beweging als projectiel, maar ook de energie van zijn trilling.

Miljarden miljarden van deze projectielen, “fotonen” genoemd, bewegen zich door de ruimte. Bij inslag op andere objecten worden ze vernietigd, maar de energie die ze in hun trilling meedroegen, wordt overgedragen aan het object waarmee ze botsten. Als ze de chlorofyl onder precies de juiste hoek en op precies de juiste plaats raken, wordt de energie van het foton overgedragen aan elektronen die door de chlorofyl worden vastgehouden. Die elektronen kunnen dan ontsnappen en worden opgevangen door andere eiwitten, die de elektronen kunnen gebruiken om andere verbindingen te vormen. Er kunnen duizenden individuele eiwitten zijn die deze elektronen opvangen en weer vrijgeven, op dezelfde manier als een rij vrijwilligers zandzakken doorgeeft om aan het einde van de rij een geïmproviseerde dam te bouwen.

Aan het eind van die rij in een blad wordt er echter geen dam gebouwd: de elektronen worden gebruikt om de koolstof uit koolstofdioxide te halen, deze met water te hydrateren, en het eindproduct is een soort suiker die gemakkelijk in glucose kan worden omgezet. De glucose wordt gebruikt om elke cel in de hele plant te voeden.

Planten groeien dus dankzij de beschikbaarheid van het voedsel dat ze kunnen aanmaken. Licht is slechts één onderdeel van dit voedselproductieproces. Water, CO2 en voedingsstoffen zoals fosfaat en nitraat zijn nodig om de aanmaak van suiker te voltooien.

Als we ons dus alleen op het licht richten en het belang van alle andere sleutelingrediënten negeren, kan er geen suiker naar behoren worden aangemaakt en zal de plant verhongeren. Stel je de dambouwers voor die de zandzakken van de een naar de ander doorgeven. Stel je voor dat er meer zandzakken zijn dan iedere persoon aankan. Het gevolg is dat er zandzakken vallen, misschien op de voeten van de volgende persoon, waardoor de efficiëntie van die persoon en de volgende ook afneemt. Als het aantal zandzakken binnen zeer korte tijd groter wordt dan wat elke persoon in de rij aankan en kan doorgeven, ontstaat er chaos. Precies dit gebeurt in bakken met te veel licht. Elektronen (de zandzakken) verspreiden zich en beschadigen de hele keten van gebeurtenissen.

Wat is het alternatief voor WPG en hoe regel je het licht?

De meest fundamentele meting van lichtenergie is, als we bij de projectielvergelijking blijven, simpelweg het aantal projectielen tellen dat over een bepaald oppervlak binnen een bepaalde tijd beweegt. Hoeveel kanonskogels raken per uur de muur van een belegerd kasteel? In ons geval heet die meting Photosynthetically Active Radiation, doorgaans bekend onder het acroniem PAR.

PAR vertelt ons precies hoeveel foton-projectielen elke seconde een vierkante centimeter passeren. Omdat fotondeeltjes zo klein zijn en zich zo snel bewegen, is de meting meestal een zeer groot getal, ergens in de orde van 1 miljard miljard kanonskogels die elke seconde een vierkante centimeter van 1x1 passeren. Dit getal, een miljard miljard, is onvoorstelbaar, dus krijgt het een makkelijker naam: het wordt een “micromol” genoemd. Zo is het makkelijker om te spreken van 10 micromol of 20 micromol in plaats van iets onhandigs als “twee komma nul maal tien tot de achttiende macht per vierkante centimeter, per seconde”.

In een donkere kamer blijkt, wanneer je een zaklamp aanzet, dat een hand die vlak, op een paar centimeter van de lens, in de lichtbundel wordt gehouden, fel verlicht is, maar dat de intensiteit op een paar meter afstand snel afneemt naarmate de fotonen zich over een groter oppervlak verspreiden. Als we de PAR nauwkeurig meten, zien we dat elke keer dat we de afstand tot de lamp verdubbelen, de PAR op die verdubbelde afstand slechts een kwart is van wat hij op de eerste afstand was. Op driemaal de afstand is de PAR gedaald tot een negende (1/9^e). Deze afname wordt een “omgekeerd-kwadratenverband” genoemd en is een zeer nuttige en consistente regel.

Er zijn redenen waarom de WPG-vuistregel voor zoveel problemen kan zorgen. Ten eerste hebben niet alle type lampen dezelfde intensiteit. Een T5-lamp is feller dan een T8-lamp. Led-verlichting heeft verschillende wattages en wordt in verschillende clusters gerangschikt, waardoor het bijna onmogelijk is om de regel op enige zinvolle manier toe te passen. Ten tweede heeft WPG een zeer beperkte reikwijdte vanwege de omgekeerd-kwadratenregel. In bepaalde bakken, zoals een middelgrote bak van pakweg 30 gallon, kan een bepaald WPG-getal bruikbaar zijn, maar naarmate de bakgrootte verandert, verandert de afstand tot de lamp bij grotere of kleinere volumes niet proportioneel. Dus wat gebeurt er als de bakgrootte verdubbelt? De verticale afstand tot de lamp verdubbelt niet, dus de lichtafname is niet proportioneel, terwijl de WPG-regel wel een verdubbeling van het wattage eist. In grote tot zeer grote bakken kan het volgen van de WPG-regel dus rampzalig zijn.

Er is een veel verstandiger vuistregel ontwikkeld op basis van de consistentere PAR-meting. Helaas is het geen eenvoudige regel. PAR-metingen zijn uitgevoerd met typische lamptypes en de PAR is uitgezet in een grafiek op basis van de afstand tot de lamp. In algemene termen;

De zone met weinig licht is gedefinieerd als voldoende licht om minder dan 50 micromol op bodemniveau te meten.

De zone met gemiddeld licht is gedefinieerd als voldoende licht om tussen 50 en 75 micromol op bodemniveau te meten.

De zone met veel licht is alles boven 75 micromol, gemeten op bodemniveau.

Bakken zonder enige CO2-verrijking, dat wil zeggen zonder gasinjectie en zonder vloeibare koolstofdosering, doen er goed aan zich te beperken tot de zone met weinig licht. CO2-geïnjecteerde bakken moeten starten in de zone met weinig licht, en pas na enkele weken, als CO2, doorstroming/verdeling en voeding voldoende blijken te zijn, kan het licht worden verhoogd.

Wat hobbyisten altijd voor ogen moeten houden, is dat er geen verband bestaat tussen de hoeveelheid licht en de gezondheid van de plant. Er zijn veel gezonde, met CO2 of vloeibare koolstof aangevulde bakken die weinig licht gebruiken. Zo'n bak is VEEL makkelijker te onderhouden en algenbloei komt veel minder voor. Het gevolg van veel licht is dat de groeisnelheid van planten toeneemt, en dat van algen ook. Groeisnelheid is niet hetzelfde als gezondheid. Bakken met veel licht en een slechte CO2- of voedingsbalans kunnen planten hebben die snel groeien, maar die algen of andere gezondheidsproblemen hebben.

Voor de beginner en zelfs voor de meer ervaren hobbyist geldt: als een bak wordt gekocht als pakketdeal inclusief standaardverlichting, is het denken aan het “upgraden” van de lampen de absoluut slechtste beslissing die je kunt nemen. Dat is altijd het begin van problemen. Hobbyisten wordt aangeraden om eerst te leren planten te kweken met standaardverlichting of weinig licht, ongeacht CO2-injectie of vloeibare suppletie. Als na wat ervaring een snellere groeisnelheid gewenst is, kan de intensiteit worden verhoogd, maar dit brengt altijd het risico met zich mee dat de plantengezondheid verslechtert als de andere factoren niet EERST op orde zijn.

En hoe zit het met kelvin en spectrum?

Waarschijnlijk het op-één-na slechtste advies over verlichting is dat planten 6500K nodig hebben om optimaal gezond te zijn. Deze mythe bestaat blijkbaar al eeuwig, want de kleurtemperatuur van de zon ligt natuurlijk rond 6000K-6500K, dus iedereen neemt aan dat dit wel de perfecte “kwaliteit” licht moet zijn. Verkopers verkopen “speciale plantenlampen” tegen woekerprijzen aan argeloze hobbyisten. Eerlijk gezegd zien maar weinig, zo überhaupt, waterplanten ooit volspectrum middagzon, aangezien ze groeien onder het bladerdak in de schaduw en onder troebel water in de regenwouden van de wereld, waardoor de waarde van kelvintemperatuur of volspectrum irrelevant wordt. Bovendien komt geen enkele lamp ook maar in de buurt van de spectrale verdeling van de zon. Een paar pieken in een paar smalle banden benaderen de zon op geen enkele manier. De term "Volspectrum" is slechts een marketingterm om mensen te lokken. Als je een dozijn verschillende lampmerken naast elkaar zou leggen, allemaal beweren 6500K te zijn, zouden ze er allemaal anders uitzien, dus geen enkele lamp is eigenlijk echt 6500K. Wanneer je de kelvinwaarde op lampen leest, moet je dat getal eerder als een modelnummer beschouwen dan als iets met wetenschappelijke waarde.

Een tl-lamp uit de plaatselijke bouwmarkt laat planten precies hetzelfde groeien als een speciale plantenlamp. Er is echt geen verschil in prestaties, ervan uitgaande dat het lamptype en het wattage hetzelfde zijn. Planten passen zich automatisch aan hun omgeving aan door pigmenten te produceren die reageren op het beschikbare spectrum. Een lamp gekocht bij de B&Q, bij Home Depot, of bij welke doe-het-zelfzaak dan ook in de buurt, doet dus precies hetzelfde werk, ongeacht het spectrum. Het verschil is dat de hobbyist misschien niet van de kleurzweem van de B&Q-lamp houdt. Kelvinwaarden en andere kleurparameters moeten daarom uitsluitend worden beschouwd binnen de context van het emotionele effect dat ze op de kijker hebben. Zo hebben bijvoorbeeld de lampen die in een slagerij het vlees verlichten, doorgaans een rode component. Dat laat het vlees smakelijker lijken. Het is een illusie, maar slagers weten dit maar al te goed en zouden zelden kiezen voor een lamp met veel blauw of groen, omdat dit een negatief esthetisch effect op het vlees zou geven.

Kleuren moeten worden gebruikt zoals we een penseel gebruiken: om stemmingen op de bak te schilderen. Als er meerdere lampen worden gebruikt, kun je ochtendlicht simuleren met rood- en oranjetinten en later op de dag overschakelen naar blauwere tinten. Het is nooit nodig om de kleuren boven de bak te beperken vanuit de misvatting dat planten het niet goed zouden doen bij enige andere kelvinwaarde dan 6500K. Dat hoort strikt tot het rijk der fantasie.

En hoe zit het met leds?

Naarmate led-units betaalbaarder worden, zal de beschikbaarheid toenemen en zullen er meer functies bijkomen. Doe-het-zelvers kunnen ruwe materialen aanschaffen en hun eigen armaturen bedraden. De belangrijkste functie in de ledwereld is de mogelijkheid om de module te dimmen van 0% tot 100% intensiteit. Dit is eigenlijk een veel waardevollere functie dan hoeveel PAR de unit levert, wat sowieso meestal te hoog is. Dimmen zorgt voor maximale controle, wat gelijk staat aan algencontrole. Een andere geweldige functie van de duurdere units, die mogelijk ook naar de goedkopere units doorsijpelt, is de beschikbaarheid van meerdere kleurdiodes gecombineerd met programmeerbaarheid. Zoals gezegd is dit een artistieke functie, en zodra mensen ontwaken uit hun 6500K-hypnose, zullen ze de ware waarde van kleur inzien. Vissen en andere dieren kunnen er kleurrijker uit laten zien. Favoriete tl-lampen kunnen worden nagebootst met de juiste mix van RGB en CYMK.

De vraag of planten met leds kunnen worden gekweekt, zou nu duidelijk moeten zijn. Nogmaals, belangrijkere factoren bij een ledontwerp zijn regelbaarheid, esthetiek, betrouwbaarheid, enzovoort.

Verlichtingsduur (fotoperiode)

Planten hebben zelden meer dan ongeveer 8 tot 9 uur licht nodig. Een langere fotoperiode stimuleert alleen maar algen. Het is altijd het beste om een timer voor de lampen te gebruiken, en als de bak CO2-geïnjecteerd is, moet er ook een aparte timer voor de gasklep zijn. Vergeten om het licht uit te doen kan ernstige gevolgen hebben voor de planten.

De lengte van de fotoperiode moet altijd worden beschouwd binnen de context van de intensiteit. Zoals eerder in dit artikel vermeld, veroorzaakt intensiteit de schade; als de intensiteit dus overmatig is, moet de fotoperiode strikt worden beperkt om de schade te minimaliseren. Als de verlichting te laag is (wat vrijwel NOOIT gebeurt), kan geen enkele lengte van de fotoperiode dit compenseren.

Als de hobbyist een late dienst werkt, kan de fotoperiode in die richting worden verschoven, zodat er kan worden gekeken wanneer hij of zij thuis is. Planten geven niet om het werkelijke tijdstip van de dag, alleen dat de fotoperiode regelmatig en consistent is.

Effecten van indirect of direct zonlicht door een raam

Dit is nog een gebied waarover hobbyisten zich meer zorgen maken dan nodig en waarnemingen verkeerd interpreteren. In een CO2-geïnjecteerde bak heeft zonlicht dat op de bak valt geen nadelig effect, mits CO2, doorstroming, verdeling, voeding en onderhoud op orde zijn. De hobbyist hoeft geen bijzondere voorzorgsmaatregelen te nemen vanwege binnendringend zonlicht. Als zonlicht op de bak valt en dit lijkt te leiden tot een soort algenprobleem, is dit echter een sterke aanwijzing dat er een fundamenteler probleem in de bak speelt en dat de hobbyist naar de eerder genoemde factoren moet kijken. Het meest voorkomende probleem is BGA onderaan het voorglas, mogelijk net onder het grind. Zwart plakband kan worden gebruikt om het licht te blokkeren, maar dit oogt niet erg fraai. De nitraatwaarden kunnen worden verhoogd om dit aan te pakken.

Helpen reflectoren?

Reflectoren op cilindrische buizen, compacte tl-lampen en dergelijke kunnen de PAR-output van de armatuur verhogen. De waarden variëren van 10% tot 20%, afhankelijk van configuratie, netheid en materialen. Zoals eerder vermeld: als de bak te veel PAR krijgt, zijn reflectoren juist nadelig en kunnen ze het beste worden verwijderd om de bak te laten herstellen. Als het goed gaat met de bak, kunnen reflectoren als iets positiefs worden beschouwd.

Wat zijn de tekenen van te veel PAR?

Omdat lichtintensiteit de behoefte aan al het andere bepaalt, zijn de tekenen van te veel licht heel divers. Te veel licht zorgt voor een grotere vraag naar voedingsstoffen dan er soms wordt geleverd. De lijst met voedingstekorten is lang en wordt behandeld in een apart artikel. Te veel licht zorgt ook voor een grotere vraag naar CO2 dan er wordt geleverd. Dit veroorzaakt vervolgens CO2-tekort, dat wordt gekenmerkt door smeltende, afvallende bladeren, verval en rotting, zwarte vlekken, bruine vlekken, krullende of anderszins vervormde bladeren, en gaten in de bladeren. CO2-gerelateerde algen zoals haaralgen of andere draadalgen, BBA of andere roodalgen. Kiezelwieren kunnen verschijnen na een “upgrade” van de verlichting. Het is heel goed mogelijk dat de verlichting zo hoog is dat er zulke hoge CO2-niveaus nodig zijn dat deze giftig worden voor de dieren.

Is een siësta een goed idee?

De siësta werd gepromoot door een bedrijf waarvan het onderzoeksteam geloofde dat, omdat er in de tropen regelmatig regenbuien vallen die de zon gedurende een aanzienlijk deel van de dag blokkeren, het licht midden op de dag uitzetten goed zou zijn voor waterplanten. Zoals blijkt, is er geen aangetoond verband tussen plantengezondheid en de siësta. In veel gevallen, afhankelijk van de andere omstandigheden in de bak, verslechterde de plantengezondheid, in andere gevallen verbeterde deze, en in de meeste gevallen was er geen verschil. Deze spreiding in effect betekent in feite dat er andere dingen in de bak speelden die niets met de siësta te maken hadden.

Is er een beste lamp of beste lamptype?

Ja, de beste lamp is degene die de bak er voor jou het mooist uit laat zien en die het leven niet zuur maakt door overdreven veel PAR te leveren. Al het andere kan overboord. Of het nu T5, T6, T8, T12, halogeen-metaaldamp of led is. Of het nu een armatuur, hanglamp of clip-on arc-pod-type is. Planten kunnen zelfs met gloeilampverlichting worden gekweekt. Het maakt ze werkelijk niets uit. Bij het kopen van verlichting wordt hobbyisten aangeraden om eerst te letten op de belangrijkere zaken die succes helpen garanderen, zoals de juiste doorstroming/filtratie, een goed plan voor CO2-oplossing en -verdeling, een solide voedingsprogramma en regelmatige waterverversingen en onderhoud. Wanneer al deze belangrijkere elementen op orde zijn, kun je vervolgens genieten van elk type verlichting, in elke kleur en, mits zorgvuldig aangepakt, van elke intensiteit.