свет и фотосинтез растений, PAR ламп

> что такое PAR и нужны ли специальные лампы?
> ADA о фотосинтезе и спектре ламп
>
квантовый выход (Quantum yield)
> измерение PAR
> что означает низкая, средняя и высокая интенсивность освещения?
> суммарный дневной PPF
> длительность освещения аквариума с растениями
> спектр PAR и восприятие света человеком
> затухание света под водой с увеличением глубины
> спектр света и "красные" растения
> что предлагает ADA
> какая освещенность используется фирмой ADA? Нужен ли нам PAR-метр?
> какой PAR у обычных ламп T8/T5 HO 5200-6700K?
> перевод люмен в PAR и PPFD
> лидер PAR - Т8 36W Philips Advantage 850 5000K
> рекомендации

Итак, мы уже определились каким должен быть свет в Nature Aquarium¬ с точки зрения соответствия природному освещению водоемов и качества цветопередачи. Теперь рассмотрим какими должны быть лампы чтобы обеспечивать потребности фотосинтеза водных растений.

Photosynthetically available radiation (PAR).
Фотосинтез это процесс соединения при помощи света оксида углерода CO2 и воды с образованием карбогидратов - основной "пищи" всех живых организмов. Его интенсивность напрямую зависит от интенсивности освещения - буквально каждый фотон подходящей длины волны достигающий поверхности листа используется в реакциях фотосинтеза, причем независимо от угла падения.
Для аквариума достаточно давно выпускаются лампы, специально разработанные для улучшения роста растений. Они имеют увеличенную долю той части спектра, которая больше поглощается хлорофиллом (хлорофилл растений абсорбирует свет с длиной волны от 400 до 700 нм), то есть дают много излучения способствующего фотосинтезу PAR (photosynthetically available radiation). Обычно они имеют два пика, в голубой и красной частях спектра. Соотношение синий/красный могут сильно отличаться. Но являются ли они столь необходимыми для хорошего роста растений и подходят ли по эстетическим соображениям?
Обратимся к архивам TheKrib. Uwe Behle сообщал что в немецком журнале DATZ Август/Сентябрь 1993г.публиковались статьи о влиянии разной длины волны на фотосинтез растений. Первые исследования относительно восприимчивости хлорофилла к разным частям спектра проводились McCree. Он обнаружил, что определенные виды водорослей имеют повышенную чувствительность к определенной длине волны. Один пик чувствительности был определен в красной части, второй в голубой части спектра. Часто считали что его данные в той же мере касаются и высших водных растений. Давно доказано что это неверно - когда сам же McCree провел эксперименты с высшими водными растениями(!), были получены совершенно другие данные. Большой пик был на 620-680нм (красный), затем падение чувствительности на 505нм на цветах между 400-550нм (зеленый-голубой). Вот этот график. Смотреть P-линию (источник: A rational approach to light measurements in plant ecology, K. J. McCree 1973). Ничего общего с демонстриуремыми всеми производителями PAR-ламп гафиками теста отдельно хлорофилла a и b (wiki).
Более точный график McCree можно найти в работе Effects of radiation quality, intensity, and duration on photosynthesis and growth, Bruce Bugbee (Fig.2)
Поглощение для листа и для отдельно извлеченных из него хлорофиллов - РАЗНЫЕ ВЕЩИ.

from: A rational approach to light measurements in plant ecology, K. J. McCree

McCree: "Те кто сталкиваются с фотосинтезом знают, что раньше было несколько попыток определить что такое PAR, но консенсус все еще не достигнут. Я считаю что сейчас мы имеем факты которые могут обосновать рациональное решение по этому важному вопросу. Как знает каждый школьник, хлорофилл это магическая субстанция которая заставляет зеленые растения расти. Он также должен знать, но часто ему этого не говорят, что для этого требуется большая помощь со стороны пигментов другого цвета, особенно желтых. Результат (переводя на научный жаргон) - кривая спектра поглощения фотосинтеза довольно плоская практически во всем видимом спектре (400-700nm). Это особенно очевидно, как и должно быть, после распечатки графика поглощения квантового потока PAR. Разница между разными растениями тоже очень мала, потому что они имеют один и тот же фотохимический механизм. Хотя фотосинтетическая эффективность голубого света действительно немного меньше чем красного, практическая ценность этого значительно уменьшается потому что растения никогда не растут под монохроматическим светом, а всегда под светом который содержит долю обоих длин волн. Также здоровые зеленые растения настолько сильно поглощают свет во всем видимом спектре, что разделение на абсорбированный и отраженный свет теряет всякий практический смысл... Это означает что мы можем определить и измерить фотосинтетически активную радиацию PAR как квантовый поток в диапазоне волн от 400 до 700nm без ссылки на какие либо экспериментальные кривые отдачи фотосинтеза." (A rational approach to light measurements in plant ecology, K. J. McCree)
Это сказано McCree в далеком 1973г., но до сих пор (2008г.!) мы снова и снова видим эти глупые графики поглощения для отдельных видов хлорофилла выделенных из ткани, а отдельные "ученые" предлагают всем покупать PAR-метр чтобы верно оценить используемую растениями интенсивность освещения. Ниже я расскажу почему PAR-метр никому не нужен, как измеряет PAR прибор от LICOR, и почему фирма ADA представила данные¬ по своим светильникам только в Lux.
Позднее доктор O.Elgersma (Philips) обобщил эти кривые по множеству проведенных McCree экспериментов. В 1982 году Philips провела ряд собственных экспериментов чтобы определить влияние разного освещения на рост водных растений. Использовались следующие растения: Hottonia inflata, Limnophilia sessiflora, Ludwigia natans, Bacopa amplexicaulis, Hygrophilia polysperma, Rotala macrandra. Был получен результат аналогичный данным McCree – разница в фотосинтезе при разной длине волны была менее 10%!Результаты этих данных применимы ко всем водным растениям так как все они имеют одинаковый хлорофилл, такой же что и у наземных растений. У водорослей имеются дополнительные виды хлорофилла, которых нет у высших растений. Из экспериментов McCree видно, что дополнительные виды хлорофилла у водорослей ответственны за поглощение голубой части спектра. (Uwe Behle, 1993г. архивы TheKrib) Как можно видеть далее, чувствительность хлорофилла практически повторяет график¬ поглощения света с разной длиной волны под водой, компенсируя падение интенсивности красного света достигающего листьев.

Фирма Dennerle утверждает, что так как водоросли появились в Океане, они растут лучше при освещении именно голубым светом, а высшие водные растения произошли от наземных, поэтому больше "любят" желто-красную часть спектра. Да, но в реальности красного света под водой намного меньше чем голубого, поэтому растения на самом деле больше используют именно синий! Увеличение доли красного света (недостаток синего) приводит к стагнации растений и некрасивому виду. Какие типы хлорофилла у разных видов водорослей можно найти в таблице учебника Физиология растений. А каково мнение ADA?

"В общем, что касается ламп для выращивания растений, то большинство из них имеют красноватый оттенок, но такой свет хорошо используют для фотосинтеза только наземные растения. Но кроме него, при фотосинтезе также используется и голубой свет. По правде говоря, когда только красный свет освещает растения, они будут в плохом состоянии. Голубой свет важен и в другом смысле. Когда растения освещены только красным светом, стебли растений сильно вытягиваются и выглядят некрасиво. Когда же есть и голубой свет, стебли и листья растений становятся намного лучше. Кроме того, красный свет очень быстро затухает под водой, а голубой наоборот хорошо проникает на глубину¬. По этой причине, считается что для фотосинтеза под водой растения в основном используют голубую часть спектра света." (Длина волны света и фотосинтез растений, ADA)

"Обычно считают что фотосинтезу наземных растений способствует красный свет. Но на самом деле для фотосинтеза используется и голубой свет. Кроме того, голубой свет имеет и другую важную функцию. Если растение освещать только красным светом, стебель вытягивается и растение становится некрасивым. Когда освещение имеет синий спектр стебель и листья становятся красивыми. Более того, под водой красный свет быстро затухает, а синий нет. По этой причине считается что водные растения для фотосинтеза используют преимущественно синий свет." (Руководство ADA)

Квантовый выход (Quantum yield).
Квантовый выход (Quantum yield, Φ) - это количество производимого фотосинтеза на единицу поглощенного растением света в зависимости от длины волны. Он показывает насколько эффективно растение использует свет той или иной длины волны. Измеряется путем оценки полученного количества O2 - основного продукта фотосинтеза показывающего его интенсивность.
Замеры квантового выхода в зависимости от длины волны для наземных растений показали что фотосинтетическая эффективность фотонов в диапазоне 400-680нм почти одинакова (см. Taiz and Zeiger, 1991 Plant physiology, Benjamin/Cummings, Redwood City, CA; fig.2, local¬),  с быстрым падением после 680нм.
То что зеленый свет практически не используется в процессе фотосинтеза не соответствует действительности - достаточно посмотреть на общий квантовый выход на Рис.2 и кривые абсорбции света (сплошная линия) и отражения (точечная линия) света на Рис.1 (по Kasperbauer, 1987). Абсорбция и квантовый выход зеленого света всего на 15-20% меньше чем красного. (см. GENERAL LIGHTING REQUIREMENTS FOR PHOTOSYNTHESIS, Donald R. Geiger, раздел Light Quality Affects Photochemical Reactions)
Красный свет для наземных растений эффективнее только при оченьнизкой освещенности (Irradiance) 50W·m−2. При высокой интенсивности освещения, то есть когда имеет место полное насыщение фотосинтеза (200W·m−2) значительно эффективнее используется голубой и зеленый свет (см. рис.1 и 2). И чем выше интенсивность освещения и приближение к насыщению фотосинтеза (200-300W·m−2), тем эффективнее используется Синяя часть спектра, а не красная и зеленая - рис.3. То же касается возраста листьев - рис.4. (прим.: автор отмечает, что замеры эффективности спектра проводились кратковременно, что не дает корректной картины так как эффективность поглощения фотонов определенной длины волны зависит от возраста листьев, а освещенность и спектр света значительно меняются в течение дня) (см. Spectral Composition of Light and Growing of Plants in Controlled Environments; A.A.Tikhomirov) Добавим к этому и то, что далеко не все растения вообще критичны к спектральному составу света. (Bruce Bugbee)
Более того, несколько больший квантовый выход для голубого и красного света действительно в большинстве случаев имеет место, но если наложить график PAR¬ и график поглощения света под водой¬ вы увидите, что эти два фактора взаимно компенсируются. То есть квантовый выход для красного света больше примерно на столько, на сколько больше поглощение этих длин волн под водой чем синих или зеленых в чистой прозрачной воде. Кроме того, на графике¬ видно что основные хлорофиллы типа а и b используют синий свет даже больше чем красный. Квантовый выход от зеленого света несколько меньше чем от синего или красного, но настолько же больше его проникает под воду. Получается что общий фотосинтез растений под водой от всех длин волн примерно одинаков от всех частей спектра света, что и показали результаты экспериментов доктора O. Elgersma (Philips) приведенные выше¬.
Установка ламп с усиленной красной и синей частями спектра для повышения PAR вместо достаточной интенсивности "дневных" ламп 5000-6700K не имеет никакого смысла. Установка ламп со слишком большой долей синего света может увеличить рост водорослей, хотя спектр света является далеко не таким весомым фактором роста водорослей как другие (недостаточная биомасса растений, аммоний, колебания CO2, длительность освещения, пропорция PO4:NO3, смотри статью триггеры водорослей¬). Кроме того, по мнению ADA такие лампы действуют на растения угнетающе. Возможно, если разница в фотосинтезе от разной длины волны у всех типов водных растений не более 10%, то если аквариум будет освещаться преимущественно красным светом (свет PAR-лапм) водоросли получат от этого больше преимуществ, чем растения?
Компания ADA является первой кто отверг использование ламп со специальным PAR-спектром с усиленными долями красного и синего спектра приводившие к большим искажениям цветопередачи, и выпустила лампы с нормальным широким "дневным" спектром скорректированным специально (повысив цветовую температуру до 8000K)) для наилучшей цветопередачи в аквариуме с растениями. Более того, в последние годы почти все производители ламп для теплиц и гидропоники стали выпускать лампы T5/MH-HQI/LED с нормальным широким дневным спектром и нормальной цветопередачей, причем рекламируются они как лампы с еще большим PAR нежели те что выпускались ранее с только красным+синим светом. Недавние исследования также показали что причиной плохих вкусовых качеств и низкого содержания питательных веществ у сельхозкультур выращенных в теплицах было именно использование ламп без зеленого света...
^

Измерение PAR.
Так как растения чтобы употребить 1 моль CO2 требуют 1 моль или 8-10 фотонов fixed (Nobel 1991), относительная интенсивность фотосинтеза измеряется путем измерения потребления CO2 при данном уровне освещенности (на 1 Watt мощности или 1 моль PAR фотонов). Единица измерения PAR - µmol·m²·sec (часто пишут µmol/m²/sec). Старая единица измерения - micro Einstein, µE·m²·sec (часто пишут как µE/m²/sec, µE m-2 s-1, meinsteins/m2/sec) [»]. Einstein это 1 моль фотонов, она равна современной 1000µE m-2s-1 = 1000µmol m-2 s-1. (Apogee Instruments). "Один Einstein - это один моль фотонов, независимо от их частоты." (» + »). “Единица измерения Einstein использовалась как взаимозаменяемая с µmol m-2 s-1 в 60-х и 70-х годах, но Einstein не является единицей СИ (SI – International System) и предпочтительно использовать Моли." (») Для измерения PAR/PUR используются приборы радиометры (Quantum meters). Самые точные замеры PAR можно получить спектрорадиографом, например Apogee SPEC-PAR/NIR ($3900). Аквариумисты пользуются более простыми радиометрами с отдельным водонепроницаемым сенсором фирм Apogee или LI-COR®, например Apogee Basic Quantum Meter $200, или измеряющим как PAR так и освещенность в канделах Apogee DUAL RADIATION METER Model DRM-FQ $300 + водонепроницаемый высокоточный сенсор Quantum sensor $130 и т.п. Суммарный дневной поток фотонов PPFD¬ за день используемых в процессе фотосинтеза (об этом ниже) измеряется другим прибором, например Apogee Nanologger.
Что касается точности показаний, то сенсор PAR-метра всегда калибруется по конкретному измеряемому источнику света (с типичным спектром для Солнца, флуор. ламп холодного света, MH HQI, газоразрядных содовых), и измерение PAR другого источника приведет к погрешностям которые нужно будет корректировать. Погрешность при измерении температуры света K очень мала (0.6-0.8%) и ею можно пренебречь. На погрешность измерений влияет и форма полупрозрачного стекла сенсора. При использовании датчика Quantum sensor от Apogee с купольным сенсором погрешность измерений при интенсивности освещения от самой низкой до самой высокой не более 0.5%. Все погрешности возникающие при замерах разных ламп без калибровки в пределах 0.3-3%, и никак не могут повлиять на практику аквариума с растениями.

Но нужен ли нам вообще PAR-метр?
Как уже было сказано выше (McCree¬, O.Elgersma¬), на самом деле эффективность фотосинтеза листа растения почтиравномерна во всем видимом диапазоне света (см. рис.1¬ зеленая кривая). Растения поглощают зеленый свет всего на 20% менее эффективно чем красный, и на 5% чем синий. Научно доказано что растения действительно используют для фотосинтеза зеленый свет, и его доля в фотосинтезе оченьзначительна. В живом листе (в отличие от выделенной клетки) происходит фильтрация света и изменение его спектральных характеристик. В тканях листа в зависимости от характера освещения формируется разное количество светочувствительных пигментов чувствительных к разной длине волны, что позвояет растениям в короткий срок (около двух недель) адаптироваться практически к любому освещению.
Это означает что идеальный PAR-метр чтобы верно давать оценку PAR источника освещения НЕ ДОЛЖЕН быть более чувствительным только в красной и синей частях спектра, наоборот: чем более равномерно он измеряет PAR во всем видимом спектре (включая зеленый) - тем более точным будет прибор. Любое отклонение от идеальной кривой квантовой отдачи (пунктирная линия) приводит к недо/переоценке PAR источника света. PAR-метры от LI-COR® являются самыми точными приборами как раз потому что сделаны в соответствии с этим важнейшим принципом (см. Comparison of Quantum Sensors with Different Spectral Sensitivities PDF 451Kb, Fig.3 C) и дают погрешность всего 2-4%. Чувствительность сенсора PAR-метра LI-COR® LI-190 Quantum Sensor почти идеально соответствует идеальной кривой квантовой отдачи (пунктирная линия) и концепции McCree для измерения PAR - когда поглощение света хлорофиллом происходит во всем видимом спектре почти равномерно, а не с очень большими акцентами в красной и/или синей области, и поглощение зеленого света на самом деле очень большое. Ссылаться на кривые поглощения хлорофилла выделенного из листа поглощающего в основном только синий и красный свет, и последующий замер PAR-метром с равномерной(!) чувствительностью во всем видимом спектре 400-700nm (включая зеленый) по меньшей мере абсурдно ибо он замерит и PAR от зеленой части спектра ваших ламп. PAR-метр измеряет и зеленый свет тоже, большой пик которого присутствует в лампах предназначенных для зрения человека - ламп дневного света с нормальной цветопередачей и цветовой температурой 5500-6500K.

Drawing by LI-COR.

Тот факт что растения используют всю видимую часть спектра света более-менее равномерно позволяет использовать при подборе освещения для растений обычный Lux-метр. Несмотря на то что Lux-метр измеряет интенсивность излучения не равномерно, а в соответствии с кривой восприимчивости зрения человека с очень большим акцентом на зеленом (см. рис.1¬, LI-210 Photometric Sensor brochure PDF 585kB), нам совершенно не стоит об этом беспокоиться. Да, Lux-метр измеряет свет в основном в зеленой области, но это вовсе не означает что красного и синего у ''дневных'' ламп слишком мало для нормального роста растений! Просто в данном случае измеряется не весь используемый для фотосинтеза растениями спектр что есть у лампы, это не означает что его там нет. Это легко проверить по графикам спектрального состава ламп¬. Дело в том что для того чтобы получить нормальную цветопередачу, ''дневные'' лампы кроме большого пика в зеленой части всегда имеют большие пики в красной и синей областях спектра. В результате PAR таких ламп не только достаточен, но и часто превышает таковой у специальных ламп ''с повышенным PAR'' имеющих только красную+синюю часть спектра (см. результаты замеров PAR-метром¬). При достаточной интенсивности освещения всегда будет обеспечен и достаточный PAR. Кроме того растения хорошо адаптируются, и низкий PAR от одного цвета компенсируется PAR полученным другими пигментами от света с другой длиной волны.

Так как технологический уровень примерно одинаков, для достижения нормальной цветопередачи и получения максимальной визуальной ''яркости'' лампы ''дневного'' света равной цветовой температуры от любого производителя имеют примерно одинаковый набор пиков спектра... и соотвественно имеют почти одинаковый PAR. Световая отдача ламп на 1 Watt мощности зависит от текущего уровня технологий и тоже является фиксированной величиной. Все это позволяет составить таблицы для перевода значений Lux в PAR для каждого типа ламп просто умножая на известный коэффициент¬. Этими таблицами и пользуются аграрии уже не один десяток лет.
Следовательно для аквариумистов использующих лампы ''дневного света'' использование Lux-метра вместо PAR-метра это всего лишь вопрос использования другой единицы измерения, и чуть меньшей точности, не более того. Если же нужно знать именно PAR, то его можно получить просто умножив данные в Lux на известный коэффициент¬ для конкретного типа ламп, что давно является общепринятой практикой для гидропоники, тепличных хозяйств и пр. применений. А чтобы подбирать интенсивность освещения по LSP, достаточно данные таблицы¬ в PAR перевести в Lux используя коэффициенты предоставленные Li-COR¬.
Знание о равномерности чувствительности PAR-сенсора и фиксированном соотношении PAR/Lux для ламп ''дневного'' света делает PAR-метр совершенно ненужным прибором для аквариумиста. Пользуясь данными PAR/Lux и данными замера освещенности в Lux под подвесами ADA можно точно подобрать PAR имея обычный Lux-метр за $50¬. Выбор ламп для аквариума с растениями сводится только к выбору ламп удовлетворяющих нас с эстетической точки зрения¬, и любые дискуссии о красном/синем свете, призывы использовать PAR-метр, специальные 'par-лампы' c большой долей красного+синего и почти полным отсутствием зеленого являются некомпетентными. Разумеется для научных исследований нужно использовать исключительно PAR-метр.

Если вы до сих пор считаете что растения используют для фотосинтеза только красный и синий свет, что PAR-метр измеряет только красный и синий свет, что использование Lux-метра при подборе освещения для аквариума с растениями неверно и следует покупать PAR-метр, что нужно использовать par-лампы с ненормальным сине-красным светом... посмотрите еще раз на кривую чувствительности сенсора PAR-метра Li-COR, коэффициенты перевода Lux в PAR и обратно от Li-COR¬, данные Defblog замера PAR самых разных ламп¬, кривую использования света для листа растения на рис.1¬, мнение самого McCree¬, данные O.Elgersma (Philips)¬, кривую поглощения света под водой¬, и наконец новые научные данные об использовании зеленого света в фотосинтезе... :)
Как перевести значение Lux в PAR и обратно и данные по подвесам ADA смотри ниже¬.
^

Что означает низкая, средняя и высокая интенсивность освещения?
Интенсивность освещения - важнейший параметр который задает темпы фотосинтеза. Пропорционально уровню освещенности мы подаем CO2 и вносим удобрения. Но что значит "высокая", "средняя" или "низкая" освещенность в конкретных физических величинах PAR?
Интенсивность света Солнца в середине дня ~2000µmol·m²·sec, или 100.000lux [3]. Свет очень быстро затухает под водой и растения получают намного меньшую его интенсивность. Растения приспособились к этому - например хлоропласты содержащие хлорофилл расположены в верхнем слое клеток листьев для поглощения как можно большего количества света. Фотосинтез водных растений насыщается всего при 15-50% полной интенсивности света Cолнца. Они также имеют низкую точку компенсации света (light compensation point - LCP). Это точка при которой темпы фотосинтеза становятся равными темпам дыхания растения и рост останавливается. Это позволяет растениям расти на глубинах где они получают только 1-4% от полного солнечного света - PAR 20-80µmol·m²·sec.
Освещая аквариум мы должны предоставить растениям не просто некую интенсивность освещения в lux, а достаточно света тех длин волн, которые используются в процессе фотосинтеза - PAR. По данным необходимого уровня PAR для достижения насыщения фотосинтеза четырех видов растений под водой по рис.6 (pH5.5) в работе Comparison of the Photosynthetic Characteristics of Three Submersed Aquatic Plants (pdf 1.3Mb) - 80-100µmol·m²·sec это малый, 150-200 средний, и 300-400 и больше почти максимальный уровень PAR, выше которого увеличения фотосинтеза почти нет (предел насыщения 600-700). Там же (рис.2) приведено снижение освещенности под водой с увеличением глубины: на 30см глубине вдвое (700µmol·m²·sec), а на 60см освещенность уже вчетверо меньше (450µmol·m²·sec) чем на поверхности. Уровень освещения для достижения полного насыщения фотосинтеза (LSP) зависит от вида растений, и достигал ½ максимума (1/2Vmax.) при 80/120/145/160µmol·m²·sec, в среднем 125µmol·m²·sec.
Легко понять что в аквариуме освещенность на поверхности воды более PAR=300-400µmol·m²·sec попросту не нужна - это почти физиологический предел (80%) даже для быстрорастущих длинностебельных растений, и значение PAR>400 (по расчетам это 30.000lux) можно считать максимальным для аквариума. Минимальная освещенность достигающая листьев должна быть не ниже точки компенсации света (LCP) 15-55µmol·m²·sec, иначе растения начнут просто погибать. Эти данные и будут служить ориентиром в определении что такое низкая ~100, средняя ~200-300, и высокая 300-400µmol·m²·secинтенсивность освещения доcтигающая листьев растений.
Так как прирост биомассы в сутки определяется не только интенсивностью освещения, но и общим дневным количеством фотонов (Daily PPF¬), с учетом ограничения периода яркого света до 4-6 часов в день даже для самого мощного светильника ADA¬ это соответствует умеренной скорости роста растений. Бóльшая интенсивность совершенно не нужна - слишком большой прирост в день приводит к тому что обеспечить потребности растений в CO2/макро/микро будет сложнее. К тому же это противоестественно, и значительно влияет на метаболизм (см. ступенчатый метод¬). Избыток света ухудшит стабильность, и значительно усилит рост водорослей во время дисбаланса. Умеренный рост снижает потребности растений, и обеспечить их питанием станет намного проще. Это значительно улучшает стабильность аквариума¬.
Если вы обеспечили средний по ADA уровень PAR на поверхности воды (150-200µmol·m²·sec), растения переднего плана получат ~1/3 этого света (благодаря отражению от стенок аквариума).[3] Этого вполне достаточно потому что насыщение фотосинтеза для них происходит при намного меньшем PAR (имеют очень низкий LCP). Многие из них нормально растут даже в аквариумах с освещенностью на поверхности всего 14000lux~PAR 200µmol·m²·sec, что у дна даст не более 50-60µmol·m²·sec.
Важно отметить что от интенсивности освещения напрямую зависит поглощение CO2. Точка насыщения CO2 для одних видов была 44мг/л, для других 19мг/л. Бóльшие концентрации рост растений не увеличивают (Comparison... табл.4, [3]), тем более если намеренно ограничивать рост растений для повышения Стабильности¬ когда CO2~15-20мг/л вполне достаточно для процветания любых растений.

Еще интереснее данные фактических замеров из книги "The Complete Book of AquariumPlants", Robert Allgayer and Jacques Teton (1987, ISBN 0-7063-6614-X). Здесь LSP (Light Saturation Point) это Точка насыщения фотосинтеза - уровень интенсивности освещения выше которого дальнейшее увеличение света увеличения темпов фотосинтеза при полном отсутствии лимитирования растения по питанию и CO2 к увеличению темпов фотосинтеза не приводит, это предел для растения (рис.). LCP (Light Compensation Point) это Точка компенсации света - минимально необходимый свет для растения когда темпы роста начинают превышать темпы гибели клеток.

Растение
передельный минимум, LCP, lux
типичный, lux/PAR*
LSP - предельный максимум, Lux/PAR*
Плавающие
850 lux
--
8000 lux / PAR 148
Myriophyllum
850 lux
3500 lux / PAR 63
4000 lux / PAR 74
Bacopa
700 lux
1000 lux / PAR 18
2500 lux / PAR 46
Hottonia
850 lux
1200 lux / PAR 22
5000 lux / PAR 92
Ludwigia
850 lux
1200 lux / PAR 22
4500 lux / PAR 83
Aponogeton
850 lux
1400 lux / PAR 26
4000 lux / PAR 74
Cerapteris
850 lux
900 lux / PAR 16
4500 lux / PAR 83
Nomaphila
850 lux
1400 lux / PAR 26
4000 lux / PAR 74
Rotala
850 lux
1400 lux / PAR 26
3500 lux / PAR 63
Vallisneria
600 lux
1200 lux / PAR 22
3000 lux / PAR 55
Echinodorus
500 lux
850 lux / PAR 16
2200 lux / PAR 40
Sagittaria
700 lux
800 lux / PAR 15
1800 lux / PAR 33
Cryptocoryne
700 lux
800 lux / PAR 15
1600 lux / PAR 30
Marsilea
500 lux
600 lux / PAR 11
1500 lux / PAR 28
Microsorium
500 lux
600 lux / PAR 11
1500 lux / PAR 28
Источник: "The Complete Book of AquariumPlants", Robert Allgayer and Jacques Teton (1987, ISBN 0-7063-6614-X)
*данные PAR получены мной перееводом Lux в PAR по коэффициенту для солнечного света 0.0185¬

Обратите внимание насколько низкая Максимальная (LSP) и Типичная освещенность нужна даже для светолюбивых длинностебельных растенияй: Myriophyllum, Nomaphila, Bacopa, Hottonia, Ludwigia, Rotala. Даже с учетом того что на глубине 30см освещенность падает примерно вдвое, для этих растений PAR=150 (Lux=11000) на поверхности будет более чем достаточным. Это говорит о том что любители с 80-х гг. сильно переоценивают потребности длинностебельных растений в свете, что не дает улучшения их состояния и приводит только к ухудшению стабильности аквариума.
В работе Comparison of the Photosynthetic Characteristics of Three Submersed Aquatic Plants приводятся растения Hydrilla verticillata/Ceratophyllum demersum/Myrophyllum spicatum/Cabomba caroliniana имеющие LSP при намного больших значениях PAR, но для них прекрасно подойдут и значения PAR вдвое-втрое меньше. Если у вас на поверхности воды PAR=150µmol·m²·sec что примерно равно ~11.000Lux для флуоресцентных ламп T5 'холодного' дневного света, то большей интенсивности вам просто не нужно (коэффциенты перевода PAR в Lux смотри ниже¬). Если же освещенность на поверхности воды будет меньше LSP для данного вида, это вовсе не означает что ваши растения не будут расти. Более того, это дает даже лучшее состояние и внешний вид растений, и упрощает содержание аквариума значительно улучшая его Стабильность¬.
Что касается эталонного оборудования для любителей аквариума с растениями фирмы ADA¬, то замеры T.Barr под подвесом ADA Solar I показали PAR=150µmol·m²·sec на поверхности, и PAR=30-40µmol·m²·sec у дна. Даже при падении интенсивности света на глубине 30см на 50%, под светильником ADA Grand Solar II с 15000lux на поверхности воды свет будет предельным (>LSP) даже для длинностебельных растений!

Суммарный дневной поток фотонов - Photosynthetic Photon Flux Per Day (PPFD).

Достаточно ли приведенных выше данных о насыщении фотосинтеза и освещенности под водой? Нет.
Еще один важнейший аспект определения требуемой интенсивности освещения - неправильное использование единиц измерения и данных об освещенности. Обычно берут во внимание только значения количества падающих на поверхность воды/под воду фотонов в отдельный момент времени измеряя PAR/PUR, но само по себе значение PAR нам ничего не дает, поскольку прирост биомассы растений определяется не просто интенсивностью PAR, а СУММАРНЫМ количеством PAR фотонов падающих на листья растений в течение ДНЯ на 1м2 измеряемым в mol·m²·day - так называемый Дневной PPFD (Photosynthetic Photon Flux Per Day, в день). (см. PPFD, General Lighting Requirements for Photosynthesis, D.R.Geiger - Physiologically Important Measures of Light)
Обеспечив некую Среднюю оптимальную освещенность PAR на водной поверхности в µmol·m²·sec в зависимости от режима освещения (обычный или Ступенчатый метод¬) и общей его длительности можно получить либо недостаточный поток фотонов за день, либо избыточный. Этим можно объяснить например тот факт, что при равномерном освещении аквариума 10ч в день при весьма низкой интенсивности PAR>=100µmol·m²·sec (см. аквариумы Oliver Knott) рост растений будет хорошим, так как суммарный PPFD за день будет не меньше такового в водоеме с коротким пиком намного более интенсивного освещения.
В природе дневной PPFD сильно урезается из-за того что большую часть дня свет Солнца падает на водную поверхность под большим углом и свет почти не проникает в воду (см. Comparison...). Кроме того, спектральный состав солнечного света значительно меняется в течение дня, что уменьшает суммарный дневной PPFD по сравнению с более постоянным светом ламп аквариума. Это дает возможность выращивать водные растения в аквариуме при значительно меньшей пиковой интенсивности освещения, но более равномерной в течение дня, в итоге получая дневной PPFD равный тому что получают растения в природе в тени (PAR=185-460µmol·m²·sec) или в облачный день (PAR=185µmol·m²·sec).
Данных сколько суммарного дневного PPFD получают водные растения у меня нет (2007г.), но известно что в полдень летом земная (а значит и открытая водная) поверхность в тропиках получает суммарный дневной PPFD~50mol·m²·day (источник). Это дневной PPFD в 6 раз больше чем даст освещение с PAR 200 в течение 12 часов c PPFD= 8.64mol·m²·day (см. данные Apogee). Если учесть что ADA включает сильный свет только на 3-4 (MH+T5) или 6-8 часов (MH), дневной PPFD будет меньше уже в 10-12 раз. Дневной PPFD в океане на глубине 1м составляет 1640mol·m²·day (см. Underwater Light Field and its Comparison to Metal Halide Lighting, By Sanjay Joshi, Ph.D.).
Дневной PPFD можно измерить только специальным прибором типа APOGEE NANOLOGGER Model ANL.
Как примерно переводить постоянный PAR (PPF) в дневной PPFD: Apogee - CONVERSION: Instantaneous PPF to integrated PPF, таблица "12-HOUR PHOTOPERIOD".

Нельзя увеличивать дневной PPFD увеличивая длительность освещения до более чем 10-12 часов - вы усилите рост водорослей, а не растений! (см. Tropica¬)

Учитывая дневной PPFD компания ADA давно использует это для освещения аквариума - подвесы с MH-HQI с сильным светом всегда используются только 3-5 часов в день (остальное время 8-10ч светового дня аквариум освещается слабым светом), а подвесы с меньшей интенсивностью с лампами T5 включаются на 8-10 часов. В результате этого несмотря на очень большую разницу в освещенности поверхности воды, разница дневного PPFD не столь велика, и яркий свет не ухудшает Стабильности¬ аквариума. Включение MH-HQI ламп на 8-10 часов в день - одна из самых распространенных ошибок начинающих. Это приводит к большой нестабильности аквариума и как правило вспышке водорослей т.к. вам будет намного сложнее обеспечить растения CO2 и прочим питанием при столь большом дневном PPFD.

Длительность освещения аквариума с растениями.

Исходя из обеспечения оптимального насыщения фотосинтеза и получения нужного дневного PPFD правильная длительность освещения аквариума напрямую зависит от интенсивности освещения:
· малая интенсивность освещения 0.5W/l (~2Wpg) - аквариум освещают 10...12 часов в день непрерывно
· средняя 0.5-0.8W/l (~2-3Wpg) - 8...10 часов в день
· высокая 0.8-1W/l (~3-4Wpg) - 6...8 часов в день (обычно MH-HQI лампы).

Правило 24WPG. Упрощенный способ определения зависимости длительности освещения от интенсивности предложил Edward Vic (PPS-pro¬) - permalink 2-march-2008. Это "правило 24Wpg в течение дня" (Wpg - Watt per gallon - Ватт на галлон). Например: при 2.0Wpg нужна длительность освещения 12 часов, при 2.2Wpg – 11ч, при 2.4Wpg – 9ч, при 2.7Wpg – 9ч, при 3.0Wpg – 8ч, при 3.4Wpg – 7ч, при 4.0Wpg – 6ч. 2Wpg x 12 = 24, 4Wpg x 6 = 24. Это дает некое усредненное количество света для растений в течение светового дня. Edward проверил что получается при Ступенчатом методе освещения у evergreen: (3ч x 1.6Wpg) + (4ч x 3.3Wpg) + (3ч x 1.6Wpg) = 22.8 Wpg в день, что очень близко к 24Wpg в день. Правило работает в пределах минимальной и максимальной длительности освещения аквариума с растениями в 6-12 часов.
Почему так? Потому что это в точности соответствует концепции некоего среднего дневного PPFD необходимого растениям… Большая длительность освещения чем указано при каждой из интенсивностей неизбежно приводит к водорослям и никак не улучшает роста растений! Любой из этих режимов дает хороший рост растений, и выбор интенсивности света определяется только потребностями в свете конкретных видов растений в конкретном аквариуме. В общем случае пользуйтесь правилом - чем меньше интенсивность света при которой вы получаете отличное состояние этих растений - тем легче поддерживать баланс¬ и полное отсутствие водорослей (то же касается макро- и микро- в воде).
Это традиционный метод менеджмента освещением. Значительно более гибким является Ступенчатый метод¬ освещения по ADA¬, когда в любой момент можно изменить дневной PPFD замедлив или ускорив рост ваших растений, при этом не меняя интенсивности освещения = уровня насыщения фотосинтеза. Это очень важно для светолюбивых растений и мелких растений переднего плана. Пик высоко интенсивного освещения позволяет выращивать самые светолюбивые растения, а его кратковременность благоприятна для растений и не стимулирует рост водорослей. Это значительно улучшает Стабильность¬.
^

PAR и цветопередача.
Из-за сильного искажения спектра PAR-лампы даже нельзя охарактеризовать температурой цвета К, потому что максимальная восприимчивость зрения человека (Human Eye Response Curve) лежит в диапазоне желто-зеленого спектра с пиком на 555нм. Эти лампы эстетически неприемлемы для Nature Aquarium - аквариум освещенный таким светом выглядит ужасно. Кроме того, давно известно что водные растения очень хорошо растут при освещении обычными флуоресцентными лампами "дневного" света.
Посмотрите на кривую восприимчивости зрения человека в зависимости от длины волны на Рис.1 и сравните с кривой света используемого в фотосинтезе растений (PAR), и вы легко представите НАСКОЛЬКО ИСКАЖЕННЫМИ будут все цвета в вашем аквариуме от PAR-ламп! (см. на plants.aqa.ru)

Рис. 1 [1] Кривые восприимчивости зрения человека и фотосинтеза растений в зависимости от длины волны (Human Eye Response Curve, Ralative Plant Sencitivity). Аналогичные данные приведены в Philips - The role of light in the growthand development of plants. (PDF 223.4kB) Еще одна иллюстрация насколько отличается восприятие света человеком от Photosynthetic Photon Flux (PPF=PAR/m2) на графике Apogee. Прибор Apogee Dual Radiation Meter может сразу сравнить Human Eye Response Curve с Photosynthetic Photon Flux (pdf).
^

Какой свет используют водные растения для фотосинтеза на самом деле?
Затухание света в воде происходит неравномерно в разных частях спектра потому что зависит от отражения от поверхности воды и поглощения света взвешенными частицами. Чистая вода поглощает в основном красный и инфракрасный свет, гуминовые кислоты преимущественно поглощают свет голубой и ультрафиолетовой части спектра, клетки планктона поглощают красный и голубой свет в соответствии со спектром хлорофилла. Большинство взвешенных частиц больше рассеивают свет, нежели поглощают. (Andersen T, Christensen C & Pedersen O (2007) Light - the driving force for growth of aquatic plants. THE AQUATIC GARDENER 20 (2): 26-35; PDF 1.41Mb)
В "желтой" и "коричневой" воде мест обитания многих растений, насыщенной гуминовыми кислотами, растворенной органикой и прочими веществами, свет проходя через воду изменяет свой спектральный состав. Например органические вещества растворенные в воде поглощают голубой, фиолетовый и ультрафиолетовый свет; фитопланктон поглощает голубой и оранжево-красный свет; взвешенные частицы ила и осадка поглощают свет равномерно во всем спектре; вода поглощает инфракрасные и ультрафиолетовые части спектра. Все эти вещества поглощают голубой свет, поэтому до растений доходит в основном желто-зеленый. ("Атлас аквариумных растений", К. Касссельман, стр.8) Такая же вода и в NA - коряги и торф выделяют гуминовые кислоты и биологически трудно разложимые продукты обмена веществ которые и подкрашивают воду. В любом аквариуме вода всегда желтоватого цвета. Известно что уже на глубине 40см только 69% красной составляющей света доходит до дна, синяя же составляющая в чистой воде доходит почти без потерь.

рис. naman

Как видим на рисунке [1], зелено-желтый и голубой свет гораздо лучше проникают в воду. Всего только 60% синего и 8-50% красного света доходят до растений. Это происходит потому что желтый свет отражается, а красный свет сильно поглощается так называемыми "желтыми веществами" растворенными в воде, которые НЕ могут быть отфильтрованы! Именно из-за отражения этими веществами желтого света вода в любом аквариуме приобретает желтоватую окраску.
Это лишний раз подтверждает правильность мнения ADA в отношении потребностей водных растений в свете определенной длины волны (намного больше сине-зеленой, чем красной), и соответственно спектра производимых ею ламп.

Такие же данные приводит и ADA: "В озерах, даже если прозрачность воды очень высокая, на глубине 20м интенсивность света падает на 90%. Эти темпы падения интенсивности освещения в воде объясняют почему водные растения растут только на относительно мелководных участках. Хорошо известно что темпы поглощения света значительно зависят от длины волны. Как видно на диаграмме ниже красный свет имеет самое большое снижение интенсивности. Она уменьшается примерно на половину на глубине всего 30см. В отличие от этого, интенсивность голубого света падает всего лишь на 1% на глубине 1м. Проще говоря, красный свет не проникает глубоко под воду, и на большой глубине мир в котором остаются только голубые цвета. Именно поэтому подводные фотографии и видео выглядят голубоватыми. Это говорит о том что водные растения для фотосинтеза под водой используют голубой свет.

Диаграмма показывает падение интенсивности освещения в зависимости от длины волны света. Красный свет уменьшается наполовину уже на глубине 30см". (Aqua Journal On-Line, Oct.-2008, Light Transmissivity in Water)
Плюс сравните кривую Квантового выхода для синего-зеленого-красного света, и вы поймете всю ложность утверждения что водные растения нуждаются в красном свете больше чем в зеленом и синем.
^

Спектр света и красные растения.
Еще один часто обсуждаемый аспект связанный со спектром света и PAR - влияние света с разной длинной волны на проявление красной окраски листьев у так называемых "красных" растений. Известно что красная окраска листьев вызвана выработкой флавеноидов. Именно они придают красный цвет листьям. Выработка флавеноидов является защитной реакцией от поражающего воздействия ультрафиолетового света, соответственно красная окраска проявляется только когда у ламп есть достаточная доля коротковолнового излучения синей части спектра близкого к УФ излучению. 4% УФ-излучения можно получить установив лампы "полного спектра"¬ или с высокой цветовой температурой 6500-9000K. Освещение растений светом со слишком большой долей красного света приводит к обратным последствиям - так как света начинает не хватать листья становятся тоньше и количество хлорофилла уменьшается, стебли и листья вытягиваются, и растение значительно теряет в эстетике. [см. General…] На окраску листьев также может влиять пропорция азот:фосфор¬ удобрений и другие факторы. Подробнее смотри в разделе красные растения¬.

Что предлагает ADA.
В отличие от ламп с пиками только в красной и синей частях спектра, ADA использует другое решение, основанное на иных данных. Вот что говорят о флуоресцентных лампах для подводного сада в самой фирме ADA: "Лампы ADA имеют смещение спектра всине-зеленую область и имеют цветовую температуру 8000 Кelvin. Теория говорит, и компания проводила соответствующие исследования, что в природе, растения получают прямой свет преимущественно между 10 и 15 часами дня в зависимости от сезона. В это время, до листьев растений достигает свет именно сине-зеленого спектра. Красный и оранжевый отражаются от поверхности воды. Отметим, что для наземных растений все немного иначе."
... и еще цитата из интервью сотрудника самой фирмы ADA: "линейка наших флуоресцентных ламп состоит из трубок на 15, 20, 30 и 40 ватт. Осветительная коробка нашего производства для стандартного аквариума длиной 60см вмещает 4х20W трубки. Наши трубки имеют смещение в зеленую часть спектра, и имеют световую отдачу 1250 lm для трубки на 20 W."
... цитата с suiso.com: "Лампы NA20W от ADA имеют цветовую температуру 8000 Kelvin, CRI=90 и световую отдачу 1250 lumen. (Aqua Journal, Feb. 95). NA лампы имеют пик 100% при длине волны 540nm (зеленый). ADA считает это способствует фотосинтезу."
ADA считает, что водные растения адаптировали свой фотосинтез для использования преимущественно сине-зеленого спектра - того что больше достигает листьев растений под водой. И наконец, ADA использует довольно большую мощность ламп¬.

Правильность спектра ламп ADA подтверждается графиком интенсивности поглощения хлорофиллом растений света определенной длинны волны (я наложил спектр ламп ADA на график поглощения хлорофиллом). Люминесцентные лампы ADA NA Lamp в точности повторяют эти пики, причем пик 670nm не сделан потому что красный свет нет только искажает цветопередачу, но и значительно способствует росту зеленых нитчатых и других водорослей.
"Хлорофиллы типа a и b являются основными фотосинтетическими пигментами большинства высших растений. Пик абсорбции этих видов хлорофилла приходится на красную область (600-700nm), с намного большим пиком в синей области (350-500nm). Большинство видов водорослей имеют хлорофилл типа a, c1 и c2, что означает что они гораздо больше полагаются на получении энергии от голубой части спектра (Kirk 1994)". (The Effects of Water Flow, pH and Nutrition on the Growth of the Native Aquatic Plant, Aponogeton elongatus PDF 2.57Mb)
Мы можем сравнить как это коррелируется со спектром ламп ADA, но такой подход будет полностью неверным - это данные по хлорофиллам выделенным из листа, данные же по среднему зеленому листу растений совсем иные: поглощение света почти одинаково для всех длин волн, так что растения используют далеко не только синий и красный свет, тем более водные (см. выше¬).

рис. naman

Кроме того, всегда чтобы усилить различение оттенков определенного цвета¬, усиливают именно эту часть спектра у ламп. Так например лампы с цветовой температурой¬ 6500K лучше по цветопередаче чем 5000K, потому что имеют лучшее различение синих оттенков - это происходит от того что в лампах 6500K цветовая температура выше, а чем выше цветовая температура тем больше доля синего и зеленого спектра (см. рисунок¬). Усиление зеленой части спектра ламп значительно улучшит различия между всеми тонкими оттенками зеленого и сделает аквариум более "светлым" (глаза наиболее чувствительны к зеленому свету).
У ламп со специальным спектром для увеличения PAR пики только в красной и синей частях спектра.
Например у лампы T8 Hagen Power-Glo ARt.#A-1628 усилена только доля красной и синей части излучения. Это лампы длиной 90см (30W) интенсивность излучения 1660 lumen или 135 lux при температуре 18000Kelvin. Эта лампа действительно сильно способствует росту растений, кустистости длинностебельных, хорошему росту (Eleocharis pussila, Ammania gracilis) но свет от нее странный и эстетически неприемлем. Как и T8 Osram FlUORA она способствует росту зеленых нитчатых водорослей. (фото см. на plants.aqa.ru)

спектр Sylvania T5 HO GRO-LUX 8500K

Намного более приемлемое освещение можно получить установив лампы T5 Sylvania Gro-Lux 8500K широкого спектра (не путать со старыми, с пиками только в красной и синей области!). Её свет имеет красноватый оттенок, хотя благодаря пику на 550nm зеленые цвета портятся не настолько сильно. Цветопередачу Sylvania Gro-Lux® 8500K + Aquastar 10000K + T8-765 1:1 можно назвать только "терпимой". Терпимым также можно назвать свет от трех ламп T5HO Hagen Life-Glo 6700K + одна T5HO Sylvania Gro-Lux® 8500K.
Как указывает сам производитель, Gro-Lux используется только при недостаточной интенсивности¬ света от ламп "тропического" света. T5 Gro-Lux широкого спектра это новая лампа которая практически идентичная спектру Sylvania Aquastar 10000K, но имеет усиленную часть красного спектра на 670nm и подпик на 400-410nm. Имеет высокий PAR. CRI=6, соотношение красный/синий - 1,42. Световой поток этих ламп в каталоге не указан.
Аналогичный спектр имеют кварцевые MH HQI лампы Sylvania HSI-TD 5K Daylight CRI=80 с 5200К 150W 11000lm, и Sylvania HSI-TD AquaArc® 10000K 150W 9000lm. Обе лампы имеют значительный пик в зеленой области 490-540nm. Есть на 8W, 13W, 24W, 39W, 54W.
Выпускается и аналогичная лампа T8 всех типоразмеров. Каталог Sylvania - Aquarium and Petcare lighting (англ. 765kB). Каталог на русском - Часть 1 и Часть 2.
Если вы все таки вынуждены использовать специальные лампы с высоким PAR чтобы они не портили эстетику аквариума используйте Ступенчатый метод¬ освещения включая их в середине дня, а вечером наблюдайте за аквариумом и оценивайте композицию при свете ламп с наилучшей цветопередачей¬.
^

Перевод люмен в PAR.
Как я уже говорил выше, аквариумистам замеры PAR и дневного PPFD совершенно не нужны. Только любопытные энтузиасты или те кто использует нездоровые PAR-лампы для растений могут проверить соответствие PAR данным подвесов ADA¬. Коэффициент перевода Lux->PAR ~=74. Самый дешевый и приемлемый по точности прибор для замера PAR это Apogee quantum meter. Его тестирование в сравнении с дорогим Li-Cor можно найти на Advanced Aquarist Online в статье Dana Riddle "A Comparison of Two Quantum Meters - Li-Cor v. Apogee". Li-Cor ($1100) это стандарт точности для подобных измерений, но Apogee ($300) ничем ему не уступает. Измерялся PAR ламп разного типа с температурой цвета от 4000 до 20000К, на воздухе и под водой. Точность приборов была практически одинакова (особенно при калибровке Apogee на свет “Sunlight”).
Но PAR-метр дорогой прибор, и даже не каждый клуб может себе это позволить. Так как соотношение PAR к lux или Watt для каждой лампы фиксированное, а отличия отдачи PAR для разных типов ламп не более 10%, пользуясь замерами Ivo Busko, Defdac.se или Apogee по конкретным лампам и графам освещенности под подвесами ADA в Lux можно сделать освещение своего аквариума точно соответствующим интенсивности ADA пользуясь одним только люксметром (см. выше¬).
Например нужно сделать освещенность на поверхности воды линейными флуоресцентными лампами широкого спектра T5 JBL Solar Ultra Natur (аналог ADA NA Lamp) получив на поверхности воды PAR~200µmol·m²·sec над аквариумом 90х45х45см. По таблице Ivo Busko берем среднюю отдачу PAR на Watt ~1.2, и учитываем эффективность отражателей и расстояние до воды коэффициентом 0.75. Лампы 90см имеют мощность 39W, примем 6 штук, (39W x 6шт. x 1.2 x 0.75) = 210µmol·m²·sec. С простыми отражателями (0.5) будет 140.
Как использовать данные из таблиц, переводить единицы измерения и пересчитать данные ваших ламп в освещенность на 1м2 поверхности воды в PARµmol·m²·sec имеющую для аквариума практический смысл рассказывается в статье Ivo Busko¬. Точно перевести PPFD в Lux и обратно не представляется возможным*, потому что распределение интенсивности света по поверхности воды неравномерное¬. Примерный перевод PAR/PPF в дневной PPFD - Apogee - CONVERSION: Instantaneous PPF to integrated PPF.
Самый простой и очень полезный метод довольно точного эмпирического определения уровня необходимой освещенности в день - правило 24Wpg¬. Вычислить PUR ваших ламп можно также калькулятором Defdac.se.
Можете воспользоваться готовой таблицей¬ подбора мощности линейных флуоресцентных ламп T5-HO¬.

Какая освещенность используется фирмой ADA?Нужен ли нам PAR-метр?
Из журнала Aqua Journal vol.139 May 2007 p.55 известночто максимальная освещенность на поверхности воды под подвесами ADA (аквариум 90х45х45см) 30.000lux (lux=lm/m2). Смотри Light Transmissivity in Water и таблицу в журнале. Но растения используют для фотосинтеза PAR излучение, почему же ADA представила данные не PAR, а в Lux? Это намного более полезные данные, чем можно подумать не зная следующего. Каждый тип ламп (MH HQI, флуор., галогенная, содовая и пр.) выдает практически одинаковое количество PAR на 1Watt. Так как количество излучаемого лампой света в Lux напрямую связано с ее мощностью, понятно что соотношение PAR->Lux тоже фиксированное. То есть замерив освещенность под лампой в Lux можно узнать PAR простым умножением на некий коэффициент. Коэффициенты перевода PAR в Lux давно известны: для Cолнечного света это PAR->Lux х54, MH ламп х71, флуоресцентных ламп холодного дневного света х74. Обратные коэффициенты для перевода Lux->PAR соответственно для Солнца x0.0185, MH x0.0141 ихолодных флуоресцентных x0.0135 (см. Conversion: PPF to LUX и Spectral comparisons of light and different lamps от Gerald Deitzer). Примем x0.0140.
Данные замеров PAR-метром Ivo Busko и defblog.se ниже¬ показали что для разных ламп нормального "дневного" спектра с хорошей цветопередачей оно колеблется не более чем на 20%, в пределах PAReff.=1-1.2PAReffuE/s на 1Watt. Такой же разброс эффективности и в таблице defdac¬. Для T8 ADA NA Lamp PUReff.=0.5mE/Joule. (замеры PAR Ivo Busko неверны т.к. как замерялись только красный и синий свет) Это означает что замерять PAR каждой лампы нет никакой нужды, достаточно воспользоваться коэффициентом, и данные PAR нам совершенно не нужны - достаточно данных освещенности в Lux на поверхности воды...

подвесы только с флуоресцентными T5 HO лампамиподвесы с лампами MH-HQI

Воспользовавшись переводом PAR->Lux и имея данные замеров ADA в Lux мы можем:

1) Определить предельную освещенность на поверхности воды исходя из предельно высокого уровня PAR для светолюбивых растений требующих 150µmol·m²·sec: она будет 150 x 71 ~11.000lux. Более высокая интенсивность не даст усиления роста т.к. будет достигнут физиологический предел растений - LSP¬.

2) Узнать ключевой(!) параметр системы - какую именно интенсивность PAR фирма ADA считатет "высокой" (подробнее ниже¬). Под самым мощным светильником Grand Solar I (1x150W MH HQI + 2x36W T5 HO NA Lamp) по коэффициенту перевода для MH-HQI Lux->PAR x0.0140 будет: в точке максимума PAR=30.000lux x 0.0140=420µmol·m²·sec, в широкой области фокуса PAR=20.000lux x 0.0140=280µmol·m²·sec. На глубине 30см будет ~200-140µmol·m²·sec. То есть самая Высокая интенсивность освещения по ADA на поверхности воды в области фокуса ~420-280µmol·m²·sec намного выше предела насыщения фотосинтеза для светолюбивых растений. Средняя интенсивность по ADA PAR~210-280µmol·m²·sec (Solar I, Grand Solar II) на поверхности воды в фокусе светильника. Как видим в целом это больше чем принятый мной максимум PAR=150 выше¬, но сделано это для того чтобы обепечить нужный PAR вне фокуса подвеса!
Обычно мы используем светильник с линейными T5 с равномерным распределением света, в таком случае не следует принимать столь высоких значений как у ADA, это только ухудшит Стабильность¬. Прим.: самый низкий PAR~110-210µmol·m²·sec под подвесом ADA Solar II в расчет не беру потому что он практически никогда не применяется (подойдет только для аквариума с папоротниками, мхами и криптокоринами).

3) Никто в этом хобби не нуждается в PAR-метре. Так как растения используют свет равномерно во всем видимом спектре¬ и коэффициент перевода Lux->PAR для ламп разного типа фиксированный, определение PAR как такового становится попросту ненужным: достаточно замерить Lux, и можно быть уверенным что достаточный PAR для растений обеспечен. Мы можем измерить освещенность в Lux под своим светильником и ТОЧНО узнать насколько это соответствует уровням освещения принятым фирмой ADA.
Используйте близкие к ADA NA Lamp 36W Twin по цветопередаче лампы как JBL Solar Ultra Natur 9000K, Hagen Life-Glo 6700K, Philips TL5 HO De Luxe Pro 6500K или смешивайте свет T5 950 лампы Aqua Medic Ocean White 10000K с Osram Lumilux SKYWHITE 880 8000K, и вы автоматически получите нужный PAR.

4) Если учесть PAR на поверхности воды, быстрое падение интенсивности к краям аквариума и ограничение времени интенсивного пика освещения лампами MH до 3-6 часов что значительно уменьшает дневной PPFD¬ и прирост биомассы растений, понятно что ADA использует ограничение роста растений для улучшения Cтабильности¬ и простоты ухода за аквариумом, причем достигается это без ограничения их видового состава в аквариуме и ухудшения их красоты.

Освещенность по ADA / Light levels by ADA
Уровень / Intensity
*Lux (lumen/m2) (wide beam-hotspot)
PAR, µmol·m²·sec
(wide beam-hotspot)
подвес над аквариумом 90см
/ pendante over 90cm tank
низкая   / Low ~8000-15000 lux ~110-210 µmol·m²·secSolar II (T5x4)
средняя / Middle~15000-20000 lux ~210-280 µmol·m²·sec Solar I (MH), Grand Solar II (T5x4)
высокая / High~20000-30000 lux~280-420 µmol·m²·secGrand Solar I (MH + T5x2
Уровни в Lux / Lux levels from: Aqua Journal vol.139 May 2007 p.55 ( Light Transmissivity in Water)
Lux ->PAR translation: Apogee - Conversion: PPF to LUX, A Comparison Between Light Sources Used in Planted Aquaria by Ivo Busko, defblog.se.
* Используйте только лампы широкого (дневного) спектра! / Use wide spectrum (daylight) lamps only!

Замеры Tom Barr PAR-метром аквариума #20-IAPLC2008 в магазине Aqua Forest¬ (дилер ADA в США) и нескольких других показали что данные НЕ сходятся с нашими расчетами - под тремя подвесами ADA Solar I (всего 3x150W MH-HQI) висящими в 30см над водой на аквариуме 180х60х60см на поверхности самый высокий PAR был 150µmol·m²·sec, а у дна вдоль передней стенки аквариума 30-40µmol·m²·sec. Данные были одинаковыми независимо от размера аквариума. (ADA lighting at Aqua Forest and nice low PAR values - who knew? Oct/26/2008, 07:17 PM Tom Barr) Списать на малую эффективность конструкции подвеса или балласта нельзя, потому что ADA приводит данные света который уже достиг водной поверхности. Судя по таблицам Defblog.se замеров ламп ADA, JBL и бытовых ламп широкого спектра (daylight ~6500K) c высоким CRI нет никаких преподсылок для такого расхождения - выход PAR/PUR на Watt мощности у них почти одинаковый. Возможно подвесы висели чуть выше 30см? Автор замера использует интенсивность значительно выше: подвес с MH QHI 3x150W + 4xT5-HO 96W 6700K в 25см от поверхности PAR-метр показал на поверхности воды 650µmol·m²·sec и 150µmol·m²·sec у дна (без воды?), а при включенных только T5 лампах - 180 и 40µmol·m²·sec (см. Tom Barr). К сожалению он не проанализировал ни данные Ivo Busko и defblog.se, и не видел данных замеров в Lux от ADA, что привело его к рекомендации всем покупать PAR-метр, заявлениям об открытии факта ограничения роста растений фирмой ADA (что известно с 1998), и обвинениям ADA в антинаучных подходах при описании своей продукции...
Итак, выход PAR на Watt для ламп широкого спектра всегда одинаков¬, каждый аквариумист может узнать довольно точный PAR под своим светильником имея только недорогой люксметр. Более того, по той же причине (см. выше¬) PAR нам попросту не нужен - достаточно замерить Lux и сравнить с данными ADA. Зная об этом и дороговизне PAR-метров ADA любезно опубликовала данные в Lux а не PAR, которыми реально могут воспользоваться все любители аквариума с растениями для сравнения со светильниками других производителей.

В каталоге ADA-2008 приводится таблица рекомендуемой освещенности в зависимости от размера аквариума и типа светильника ADA. Как меняется интенсивность освещения в зависимости от высоты установки под подвесами ADA показано в статье Руководство ADA на adaeuro.com¬.

Рекомендуемое число подвесов ADA по каталогу ADA-2008 и Aqua Journal vol.139 p.54-55.
Подвес ADA / размер аквариума
60x30x36H
90x45x45H
120x45x45H
180x60x60H
Solar I
(1x150W MH-HQI)
1
1-2
2~3
3~4
Solar II
(2x36W T5-HO NA Lamp)
1
-
-
-
Grand Solar I
(1x150W MH-HQI + 2x36W T5-HO NA Lamp
-
1
2
2-3
Grand Solar II
(4x36W T5-HO NA Lamp)
-
1
1~2
2

Что означает "высокая" интенсивность освещения по ADA.
Многие совершают большую ошибку думая что для аквариума с растениями Высокая интенсивность освещения это та, при которой достигается физиологический предел фотосинтеза растений (80%=300-450µmol·m²·sec в зависимости от вида, см. выше¬). На графике видно, что все что более 300-450µmol·m²·sec почти не дает увеличения темпов роста и является пустой растратой. Половина этого значения PAR=250-150µmol·m²·sec даже на поверхности воды вполне достаточно для Nature Aquarium. Высокой ADA считает интенсивностью освещения 30000-20000lux~420-280µmol·m²·sec на поверхности воды потому что этого вполне достаточно для отличного роста светолюбивых растений. И в самом деле, если при такой освещенности очень хорошо растут даже "красные" длинностебельные растения, Glossostigma elatinoides¬ и Riccia fluitans¬ в подводной форме, почему бы называть такую интенсивность освещения "низкой"!? Еще в 1998 году были опубликованы данные об освещенности (W/gal) аквариумов Амано What's ideal? by Erik Olson, 5/98 (кратко на русском¬), которые давали совершенно четкое представление что ADA считает "высокой" намного меньшую интенсивность освещения чем думали многие. Добавьте к этому короткий пик яркого освещения в 3-6 часов, и дневной PPFD¬ будет еще меньше. (прим.: освещенность под прямым Солнцем 100.000lux PAR=2000µmol·m²·sec, в тени 10000–25000lux PAR=185-460µmol·m²·sec, в облачный день 1000lux PAR=18.5µmol·m²·sec) Обратите внимание что освещенность под подвесами ADA по краям в три раза меньше чем в центре светового пятна. Именно поэтому принята завышенная освещенность в центре светового пятна, но в средней зоне и по краям уровень более приемлемый.
Cравните эту интенсивность освещения с пределом насыщения фотосинтеза для растений LSP в Lux¬: 3500-4500lux (PAR 63-83) это предельная интенсивность (LSP) для длинностебельных, а типичная для них освещенность в природе всего лишь 1200-1400lux (PAR 55-74). Это означает что освещенности на поверхности воды в 3500-4500lux (PAR 63-83) более чем достаточно, и вам не нужно делать освещение с PAR выше чем 100µmol·m²·sec или 5400lux на поверхности воды. Так как распределение света под светильником ADA неравномерно, такой уровень следует обеспечивать у краев аквариума, тогда в центре светового пятна освещенность следует принять вдвое выше, PAR=200µmol·m²·sec или ~11000lux. При этом вы легко обеспечите и предельную освещенность (LSP) для растений переднего плана PAR28-40 (1500-2200lux). Как видим светильника ADA Grand Solar II c 4xT5HO подвешенного на высоте 20-25см над водой вполне достаточно даже для самых требовательных к интенсивности освещения растений.
Другой важнейший аспект о котором всегда забывают - само по себе значение PAR не покажет какой будет прирост биомассы растений, это определяет еще и суммарное количество света за день падающее на растения, дневной PPFD¬. MH HQI лампы у ADA включаются всего на 3-4 часа в комбинированных подвесах (ступенчатый метод¬), и на 6-8 часов если лампы только MH HQI. То есть дневной PPFD радикально снижен. Все это говорит о том что фирма ADA намеренноограничивает рост растений¬ до разумных пределов, и даже под их самым мощным светильником растения не будут расти на пределе своих возможностей. ADA использует разумное количество света, минимально необходимое для разных типов растений, и не больше!
Еще один важный вывод из выше сказанного для сравнения разных подвесов ADA - так как время горения MH HQI ламп ограничивается 3-8ч, на самом деле разница в приросте биомассы растений за день между подвесами вовсе не так велика как можно подумать! При освещении подвесом Grand Solar II 4xT5 аквариум освещается 10-12ч, с Solar I 1xMH HQI 150W 6-8ч, так что дневной PPFD от обоих подвесов будет примерно одинаковым(!). Можно также легко уравнять подвесы Solar I 1xMH HQI 150W и Grand Solar II 4xT5 36W повесив последний в 15см от воды. Так как именно свет задает темпы фотосинтеза, и соответственно потребность в CO2 и питательных веществах, ограничив рост светом обеспечить потребности растений в питании и CO2 становится значительно проще (их недостаток главная причина водорослей!), и аквариум будет намного стабильнее. В сочетании с тем что питание растений обеспечивается в основном через богатый органикой субстрат ADA Aqua Soil, пользователь продукции ADA застрахован от множества ошибок которые он мог бы совершить. Система легко стабилизируется, и вы получаете пышный аквариум полностью свободный от водорослей. Даже не обладая знаниями о содержании аквариума с растениями достаточно просто выполнять инструкции - положительный результат практически гарантирован. Ограничение роста растений интенсивностью и режимом освещения является одним из важнейших элементов системы ADA и значительно улучшает Стабильность аквариума. Подробно об этом в разделе Ограничение роста растений = стабильность¬.

Какой PAR у обычных T8/T5 HO 5200-6700K?
Прим: возможно замеры Ivo Busko совершенно неверны так как делались с учетом того что якобы растения используют для фотосинтеза только красный и синий свет, что не соответствует истине¬. Тем не менее результаты позволяют понять что выход PAR на Watt мощности ламп разного типа и спектра отличается незначительно, и специальные par-лампы нам не нужны, хотя он фактически замерял только часть PAR излучения использующегося растениями. Данные Defblog наверное точнее т.к. не было никакого перерасчета(?) - просто измерение PAR.

Очень интересное исследование ламп провел Ivo Busko¬. В таблицах (здесь фрагмент оригинала таблицы) приведены результаты его измерений со спектрографом и расчетами полученными специально написанной для этой цели программой. Исследовалась эффективность всех типов ламп по выходному PAR на 1 Watt мощности лампы, и доля в PUR от красной и синей составляющих.
Результат неожиданный: новые высококачественные лампы T5 серий 9** "дневного" света 5300-6700К с очень высоким CRI>95 со спектром максимально приближенным к свету теоретического источника "Солнце" с 5500К имеют эффективность PAR на 1Watt мощности не меньше, чем специальные PAR-лампы для выращивания водных растений! И совсем немного меньше чем MH HQI нового типа "dense-line emitter MH, или MHN" с CRI=91(!) (Iwasaki MH HQI 6500K или Optimarc MH HQI Duro-Test 250 Watt 5500K CRI=91)! Такой высокий PAR ламп T5 серий 9** и 8** объясняется тем, что они имеют очень большой пик в зеленой области который регистрируется PAR-метром, а для для повышения качества цветопередачи в них усилены доли спектра в красной, и особенно в голубой области. Аквариумные PAR-лампы имеют очень малую отдачу в люменах, очень мало излучения в желто-зеленом спектре, и дают пропорционально меньше PAR/Watt чем лампы T5 "дневного" света.
Вопреки распространенному заблуждению, очень желтые и некрасивые MH с 4100K (много красного) имеют суммарный PAR не больше чем у T5 950 5200K CRI>95 имеющих значительно лучшую цветопередачу.

• Это еще раз подтверждает тезис, что для успешного выращивания водных растений ИНТЕНСИВНОСТЬ освещения важнее чем Спектр. Установка специальных PAR ламп не что иное как компенсация недостаточной освещенности. Значительно лучше для цветопередачи и дешевле установить еще пару ламп T5 чем ставить PAR-лампы.

Производители т.н. ламп с усиленным PAR как правило просто уменьшают количество элемента в люминофоре дающего зеленую часть спектра, а уровень свечения красного и синего остаются прежними т.к. ограничены текущим уровнем технологий. Но так как PAR дает и зеленый свет тоже, в результате вы получаете лампу с более низким PAR чем у лампы широкого спектра, что и было подтверждено замерами. Такая же ситуация и при производстве ламп MH-HQI. Немного другая ситуация с LED светильниками. Берутся разные светодиоды генерирующие свет в трех основных частях спектра - красной, зеленой и синей. Цветовая температура и PAR LED-светильника формируется путем подбора количества светодиодов дающих разную часть спектра. Здесь вы можете увеличивать долю любой части спектра сколько угодно просто используя большее число светодиодов дающих разную длину волны.

Если нет специальных аквариумных ламп тропического света¬ или "полного спектра"¬, можно использовать и обычные лампы T5 дневного света, по возможности с цветовой температурой ближе к 8000К - марок 965 (лучшая по цветопередаче), 860, 950, 880(?) или сочетание 6500K+10000K. Они обеспечат сбалансированный суммарный PAR/Watt и хорошую цветопередачу. Следует выбирать лампы обеспечивающие требуемую Интенсивность¬ и Качество цветопередачи¬ потому что соотношение PAR/Watt практически одинаково для любых "дневных" ламп. Более того, специальные PAR-лампы всегда имеют значительный дисбаланс в красную или синюю области спектра, что дает худшее состояние растений нежели при сбалансированном PAR (как показали исследования¬, растения используют не узкие пики спектра определенной длины волны, а используют свет в диапазоне 400-700 nm более равномерно).
Для улучшения цветопередачи под водой (т.е. повышения средней цветовой температуры ламп ближе к 8500К) можно скомбинировать¬ T5 марки 965 с лампами T5 Aqua Medic Ocean White 10000K.

Для аквариума предпочтение следует отдавать лампам с цветовой температурой не ниже 5200К и соотношением красный/голубой R/B~0.6 с чуть большей долей синего света - они будут точнее передавать оттенки под водой чем красноватые лампы с ~0.8. Лампы с R/B 0.37 cлишком синие. Кроме того, как уже говорилось выше, голубой свет в воде гораздо лучше проникает на глубину чем красный, и водные растения используют для фотосинтеза больше синюю, нежели красную часть излучения.
В таблице желтым выделены наиболее популярные/распространенные лампы T5-HO¬.

Лампа

Мощн.
Watt

Lumen

Эфф.

PAR
всего
uE/s

отдача
PAReff
uE/s на 1Watt

PUR
Blue
uE/s

PUR
Red
uE/s

R/B

Sun light 5500K (теоретическая лампа)
40W
2050lm
0.25
40.0
1.0
8.9
10.0
1.08
Philips Advantage T8 850 5000K CRI=85 - ADV850
32W
3100lm
0.32
46.2
1.44
11.5
7.2
0.63

Iwasaki MH HQI 6500K MHN CRI=91(!)

150W

12000lm

0.32

199

1.33

46.6

35.2

0.75

Optimarc Duro-Test 250 Watt 5500K MHN HQI CRI = 91
250W
19000lm
0.32
330
1.32
75
70
0.93

Osram Dulux L T5 5400K CRI=82 compact

55W

4800lm

0.29

72.2

1.31

19.6

10.3

0.52

Philips Aquarelle 10000K (очень некрасивый сине -фиолетовый свет) >

38W

2380lm

0.29

48.2

1.27

18.8

6.9

0.37

Philips MH 4100K CRI-65 non coated

250W

23000lm

0.28

310

1.25

67.6

32.2

0.48

TLD950 - Philips T5 TL'D/90 de Luxe 5300K CRI>95

36W

2350lm

0.26

42.8

1.19

8.5

10.0

1.18

GE SPX65 6500 K fluor.

40W

3050lm

0.26

46.2

1.15

13.8

5.1

0.37

Philips PL-L/950 comp. T5 5300K CRI=91

55W

3800lm

0.26

62.8

1.14

15.5

10.7

0.69

PC 6700K T5 comp. T5 (860?) 55W CRI~82

55W

4230lm

0.25

61.0

1.11

14.1

8.7

0.62

Interpet Triton

40W

2200lm

0.24

43.2

1.08

14.9

7.2

0.48

GE AquaRays Fresh&Saltwater fluor. (F40 T12 / A R / FS)

40W

2350lm

0.24

42.6

1.06

12.4

7.6

0.62

Sylvania Gro-Lux (старая, НЕ широкого спектра 8500K !)

40W

1200lm

0.23

41.2

1.03

9.7

15.5

1.6

Perfecto (a wide-spectrum grolux)

40W

1500lm

0.22

39.5

0.989

9.8

12.6

1.28

Osram Biolux

40W

2400lm

0.24

38.1

0.953

10.2

4.5

0.44

GE Freshwater AquaRays Freshwater fluorescent (F40T12/AR/FR) (a modified, lower efficiency grolux)

40W

1425lm

0.17

30.8

0.771

6.9

9.1

1.33

TL950 - Philips F32 T8/TL950 5000K CRI=98

32W

2000lm

0.15

22.7

0.709

2.0

2.4

1.19

from: "A Comparison Between Light Sources Used in Planted Aquaria" by Ivo Busko, marks by naman.

Лампы Hagen имеют странный спектр¬, и их нельзя сравнивать с другими лампами в тесте. По этой причине Ivo Busko вынес их в отдельную таблицу.

Лампа Hagen

Мощн.
Watt


Lumen

Эфф.

PAR
uE/s

отдача
PAReff
uE/s
на 1Watt

PUR
Total
uE/s

PUR
Blue
uE/s

PUR
Red
uE/s

R/B

Hagen PowerGlo 18000K

40

2200

0.25

43.2

1.08

25.7

14.9

5.8

0.39

Hagen SunGlo

40

3100

0.24

42.4

1.06

20.6

9.7

4.8

0.49

Hagen AquaGlo

40

960

0.21

38.5

0.964

27.9

11.5

14.6

1.27

Hagen FloraGlo
40
2180
0.18
34.3
0.857
16.7
3.4
9.2
2.69

Прим.: PUR (Photosynthetic Usable Radiation - используемое фотосинтезом излучение) это единица измерения подобная рейтингу ламп в люменах lm, но направленная на использование света растениями, а не на восприятие света человеком.

На основании таких данных автор предлагает рассчитывать мощность ламп для аквариума с растениями по получаемому PAR на 1м2 площади поверхности воды/дна. Учитывается уменьшение света с глубиной (в аквариуме из-за отражения от вертикальных стенок - 50%), и отражение света флуоресцентных ламп от поверхности воды без параболических отражателей¬ (75-25%). Думаю что не стоит прибегать к таким сложным расчетам, хотя статья очень важна для понимания теории обеспечения достаточной освещенности для роста водных растений. На практике достаточно принять освещенность аквариума в Lux по аквариумам Takashi Amano¬.

Аналогичное тестирование проводилось в Швеции в августе 2004г. - PUR efficiency list, defblog.se. Сравнивать с данными Ivo Busko не получится, поскольку результаты измерений приведены в разных единицах, но эти данные можно использовать как ориентир для определения PAR на поверхности воды¬ в аквариумах ADA. Приведу здесь данные некоторых ламп (один Joule в секунду равен 1 Watt).

PUR-эффективность по defblog.se (2004г.)
Лампа
lumen
PUR efficiency, microEinsteins/Joule, чем больше тем лучше
ADA NA-lamp T8 20w
1250lm
0.50
JBL Ultra T5 HO Solar Natur 24w
1100lm
0.43
JBL Ultra T5 HO Solar Natur 39w
1900lm
0.46
JBL Ultra T5 HO Solar Natur 54w
2750lm
0.48
JBL Ultra T5 HO Solar Natur 80w
3850lm
0.45
Arcadia Plant Pro T5 54w
2850lm
0.77
Arcadia Freshwater T8 6950K 36w
2900lm
0.73
Sylvania Aquastar (Saurama spectrum) T8 36w
2200lm
0.92
Sylvania Aquastar T8 36w (8500K)
2200lm
0.88
Sylvania Plantastar HPS 400w
50000lm
0.61
Sylvania CMI TD WDL UVS 150w
13500lm
0.65
Hagen SunGlo (Saurama spectrum) 40w
3100lm
0.57
Interpret Triton 40w
2200lm
0.72
Philips TLD965 36w
2100lm
0.60
Philips Deluxe Pro 950 36w
2300lm
0.53
Philips Master TL5 Super 865 (T5) 54w
4450lm
0.71
Philips Master TL5 Super 840 (T5) 54w
4250lm
0.66
Philips Aquarelle 38w
2380lm
0.76
Philips Aquarelle (Saurama spectrum) 38w
2380lm
0.84
Philips TLD33 36w
2850lm
0.70
Philips TLD830 36w
3350lm
0.66
Philips TLD840 36w
3350lm
0.83
Philips MasterColor MH T6 70w
6600lm
0.87
Philips MHN(W) TD Pro 150w
12900lm
0.77
Osram Fluora 77 (T8) 36w
1400lm
0.71
Osram Lumilux T5 FQ 860 80w
6650lm
0.73
Osram Biolux T8 40w
2400lm
0.55
Osram Lumilux 860 T5 comp. 36w
3250lm
0.66
Osram Lumilux Skywhite T5 comp. 36w (8000K)
2900lm
0.58
Osram Lumilux 840 T5 comp. 36w
3350lm
0.62
Osram HQI-NDL 150w
11250lm
0.68
Osram HQI-TS-WDL 150w
11000lm
0.55
Sera Daylight 36w
3250lm
0.72
Sera Tropic-sun 36w
2300lm
0.58
Sera Plantcolor 36w
1400lm
0.54
GE Aquaray T5 9325K 54w
4800lm
0.73
GE Aquaray T8 9325K 30w
1400lm
0.40
GE Aquaray T12 9325K 40w
2350lm
0.50
*желтым я выделил лампы наиболее приемлемые по цветопередаче для Nature Aquarium
^

Т8 Philips Advantage 850 5000K.
Интересная недорогая новинка отлично подходящая для выращивания растений в не видовых аквариумах фермах – обычная Т8 PhilipsAdvantage 850 5000K(маркировка ADV850). При приемлемой цветопередаче (CRI-85) у них PAReff.=1.44, что даже больше чем у PhilipsAquarelle (PAReff.=1.27) и Sylvania Gro-Lux старого типа (Pareff.=1.03) которые дают жуткий сине-фиолетово-красный свет (смотри на http://plants.aqa.ru/articles/color.htm). Синего и красного спектра для роста растений у Philips ADV850 ничуть не меньше чем у фитоламп - соотношение PAReff. от спектра Красный/Голубой=0.63.
Хотя это лампа T8, она максимально приближена к T5. Горит 30.000ч на обычном балласте для T8, и 36.000ч на Programmed Start Ballast (12 часов на один старт). Это 7 лет по 12 часов в день, причем сохраняет97% люмен (2935lm после 40% службы) на весь срок службы! Отдача lumen/Watt ~ 95(!).
Лампы длиной 120см 32W дают 3050lm - это даже больше (lm/W=91,7) чем у MH HQI.
Цветовая температура 5000К с CRI=85.
Не нуждается в дорогих балластах как T5.
Полная информация по ADV850 на англ. в pdf каталоге. Аналог - T8 GE Ecolux® UltraMax™ Starcoat® (pdf).

Рекомендации.
В природе никто не меняет спектр света¬ специально для растений. Спектр света и интенсивность под водой значительно изменяется в течение дня, и растения успешно к этому приспосабливаются регулируя количество пигментов поглощающих свет с определенной длиной волны, суточный метаболизм, активность Rubisco¬ и т.д. (S.Britz). Существует просто определенный суммарный дневной PPFD¬, при котором растения благополучно растут.
Установка ламп со специальным спектром с усиленным PAR/PUR не что иное, как компенсация недостатка интенсивности освещения за счет части спектра, немного лучше используемой растениями. Чем выше интенсивность освещения и ближе к насыщению фотосинтеза LSP¬, тем более эффективно растения используют сине-зеленую часть спектра а не красную, как ошибочно считалось ранее. Свет с очень большой красной составляющей разбалансирован по спектру, портит кондицию растений и цветопередачу, далек по составу от природного и вызывает серьезный сбой у растений что проявляется в ухудшении окраски и уменьшении размера листьев, удлинении междоузлий. Большинство цитируемых в аквариумной литературе исследований проводились давно, касались только выделенного из листа хлорофилла или процессов фотосинтеза водорослей, и не применимы. Кроме того, на поглощение растениями определенной части спектра влияет большое количество косвенных факторов - отражение части спектра от поверхности воды, поглощение взвешенными частицами и пр. Растения приспособились к очень изменчивому спектральному составу и интенсивности освещения в течение дня и по временам года, так что идеальным выбором будут лампы ADA, специальные аквариумные лампы тропического света¬, "полного спектра"¬, или обычные дневные лампы 5000-8000K достаточной мощности.
Так как PAR спектр любого типа ламп различается незначительно (см. таблицу выше - колонка Эфф.), нужно делать достаточную интенсивность света¬ лампами с наилучшей цветопередачей под водой. Вместо установки спецламп с высоким PAR/PUR и постоянной борьбы с проблемами угнетения растений, роста водорослей, неестественного вида подводного ландшафта, малого срока службы и высокой стоимости таких ламп лучше использовать флуоресцентные или металлгалидные¬ лампы специально¬ созданные для правильной цветопередачи именно под водой и соответствующие спектральному составу света падающему на водную поверхность в тропиках (рис.). PAR всега будет достаточным.

Эталонными по качеству цветопередачи под водой являются лампы ADA NA Lamp 8000K или или её аналоги¬ - T5 HO JBL Solar Ultra Natur, T5 HO Hagen Life-Glo, T8 Arcadia Freshwater, T5 HO Interpet Daylight Plus. Если таковых нет, можно ставить т.н. лампы "полного спектра"¬, в худшем случае - обычные лампы дневного света T5 965 6500К Ra98 сочетая¬ их с Aqua Medic Ocean White 10000K. Хороший вариант - T4 Feron White 6400K¬ (Россия) + T5 950. Они дают достаточно света, PAR-фотонов, и почти не искажают цвета растений под водой. А достаточный PAR/PUR получится автоматически. Для выращивания водных растений на подводной "ферме" наибольший выход PAR/Watt у Т8 PhilipsAdvantage 850 5000K (см. выше¬).
Лично я никогда не применяю ламп специально сделанных для получения высокого PAR/PUR - лампы для аквариумов тропического света с цветовой температурой 6700-10000K достаточной интенсивности¬ всегда дают хороший результат и по эстетике, и по росту растений, стоят намного дешевле, и всегда доступны.
^

[1] Мартин Сандер, Москва, ООО «Издательство Астрель», 1992002, -256с.: ил. ISBN 5-17-014808-9, ISBN 5-271-04713-X, или оригинальное немецкое издание "Aquarientechnik im Sus- und Seewasser", 1998, by Eugen Ulmer GmbH&Co., Stuttgart, Germany, ISBN 3-8001-7341-7.
[2] "Атлас аквариумных растений", К. Касссельман, Москва, Аквариум, 2001г.
[3] Comparison of the Photosynthetic Characteristics of Three Submersed Aquatic Plants, Thai K. Van, William T. Haller, and George Bowes - PDF 1.41Mb
Руководство ADA 2002/2003 с сайта http://www.aqua-shopping.net/cnt/howto/index.htm (воспользуйтесь переводчиком с японского на английский в браузере Maxthon (MyIE) - Tools>Translation&Service>Babel Fish: Japanese to English)
Wikipedia - Quantum yield.
расчет PUR ваших ламп он-лайн, defdac
foot-candles, lux, lumens, sunlight, PAR - TheKrib
Lighting Duration, etc. - TheKrib
Plant Physiology Online, a companion to Plant Physiology, Third Edition, by Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger, published by Sinauer Associates.
Watts, lumens and hogwash by Wright Huntley in the Sat, 9 Nov 1996 APD.
Pigmenti, luce e nutrienti, Annalisa Barera - [http://www.aquagarden.it//articoli/41_pigmenti.html]
Краткий курс аквариумной фотометрии, подраздел Кратко о фотосинтезе, Ukrop.
Variation in measured values of photosynthetic quantum yield in ecophysiological studies, SINGSAAS Eric L., ORT Donald R., DELUCIA Evan H. FLUORESCENT LIGHTS FOR PLANT GROWTH, HGA-00432, 364/1-91/WV/2000 Reprinted May 1996, by Wayne Vandre, Horticulture Specialist
Виды хлорофилла в растениях, таблица - http://4e.plantphys.net/image.php?id=78
Water Plants 101. A basic Introduction to the physiology and ecology of aquatic plants by Dave Huebert.
Краткий курс аквариумной фотометрии, Ukrop.
Владислав Смирнов, Основы аквариумного освещения, часть 1 и 2.
A Comparison Between Light Sources Used in Planted Aquaria by Ivo Busko.
Второй экземляр статьи на англ. - http://article.discusnews.com/cat-04/lightcompare.shtml.
Перевод статьи Ivo Busko на русский язык есть на Укроп. Копия есть и на >>amania.
RESPONSES OF SUBMERSED PLANTS TO LIGHT AND TURBIDITY, Aquabotanic.com
naturAcquario.net - Таблица потребности в свете растений по видам - со ссылками на Tropica.
PUR efficiency list, defblog.se
THE PHOTOSYNTHETIC PROCESS by John Whitmarsh, Govindjee
General Lighting Requirements for Photosynthesis, D.R.Geiger - Consequences of Rapidly Initiated or Gradually Changing Irradiance - приспособляемость растений к резкому включению света, его влияние на фиксацию CO2 Rubisco и ночную фазу метаболизма.
PPF (Photosynthetic photon flux) - General Lighting Requirements for Photosynthesis, D.R.Geiger, смотри раздел Physiologically Important Measures of Light.
Minimum spectral light requirements and maximum light levels for long-term germling growth of several red algae from different water depths and a green alga. European Journal of Phycology, Volume 29, Issue 2 May 1994, pages 103 – 112, Authors: Petra Leukart ab; Klaus Lüning.
Quantum secrets of photosynthesis revealed - [http://www.physorg.com/news95605211.html]
Данные о потребности в свете разных видов растений - naturAcquario.net.
Guard Cell Osmoregulation and a Blue Light-Activated Metabolic Switch, реакция водорослей на голубой и красный свет.
International Lighting in Controlled Environments Workshop; T.W.Tibbitts (editor) 1994 NASA-CP-95-3309
Regulation of Assimilate Partitioning by Daylength and Spectral Quality; S.Britz
Spectral Composition of Light and Growing of Plants in Controlled Environments;A.A.Tikhomirov
Optimization of Lamp Spectrum for Vegetable Growth; L.B. Prikupets and A.A. Tikhomirov (Short Report)
Effects of Radiation Quality, Intensity, and Duration on Photosynthesis and Growth; B.Bugbee
Light Period Regulation of Carbohydrate Partitioning; H.W. Janes (Short Report)
Leaf Absorbance and Photosynthesis; K.Schurer (Short Report)
Philips - The role of light in the growth and development of plants. (PDF 223.4kB)
A Comparison of Two Quantum Meters - Li-Cor v. Apogee by Dana Riddle
Изменение спектрального состава дневного света в зависимости от угла солнцестояния, Apogee
Quantum Yield
ADA MH-HQI Green
Light – the driving force for growth of aquatic plants By Troels Andersen, Claus Christensen and Ole Pedersen; Tropica/The Aquatic Gardener 2007 vol. 20 (2) pp 26-35
THE PHOTOSYNTHETIC PROCESS - [http://www.life.uiuc.edu/govindjee/paper/gov.html]
Photosynthetically active radiation
PAR action Spectrum (GIF)
STORIES BEHIND vol.001 -NA Lamp, Aqua Journal On-Line, October 2008
Aqua Journal On-Line, October 2008, Light Transmissivity in Water
Nature Aquarium Book 2008.
Aqua Journal On Line, October 2008 - Light Transmissivity in Water
Aqua Journal vol.139 May 2007 p.54-55
Keith McCree's Professional Career
A rational approach to light measurements in plant ecology, K. J. McCree
MсCree, K. J. The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agric. Meteorol. 9 (1972) 191-216.
McCree, K. J. Test of current definitions of photosynthetically active radiation against leaf photosynthesis data. Agric. Meteorol. 10 (1972) 443-453.
Light and Plants Watts, Lumens, Photons and Lux

 

welcome

Главная - amania
что такое Nature Aquarium
галерея IAPLC
основы композиции
растения в NA
рыбы в NA
технологии NA
сделай сам (DIY)
вода
свет
co2
субстрат
фильтрация
азотный цикл
удобрения
борьба с водорослями
морской аквариум
что посмотреть
разное
карта сайта

свет

свет в Nature Aquarium
par
мощность ламп по Амано
ступенчатый метод
светильник
лампы t5
лампы MH HQI
tropica о свете
сравнение Ivo Busko

поиск на сайте


  на » amania