The Small Planted Tank

Als je opzoek bent naar informatie over belichting boven een scape ga je op ten duur bemerken dat er veel verschillende visies zijn omtrent licht.
En als je dan opzoek gaat naar meer informatie kom je vaak op websites met veel technische termen, onderzoeksrapporten, testresultaten, spectrum vergelijkingen en andere interessante informatie tegen, waar de gemiddelde hobbyist eigenlijk helemaal niets mee kan...
Stel je een vraag op een forum krijg je meestal bijzonder interessant klinkende termen zoals spectrum, lumen, kelvin, par en fotosynthese.
Wellicht gaan ze je informeren over het aantal procenten blauw, rood en hoeveel kelvin en lumen je nodig hebt. Maar er zijn weinig mensen die je uit kunnen leggen hoe het eigenlijk nu allemaal eigenlijk werkt. En of dat eigenlijk wel allemaal klopt wat men beweert.

Dus ga ik een poging wagen om dit alles in Jip en Janneke taal uit te leggen.

Allereerst over licht in het algemeen: wat is licht?

In de afbeelding hierboven zie je een opbouw van kleur zoals ons 'daglicht' is opgebouwd. Het licht is opgebouwd uit een spectrum van diverse kleuren naast elkaar. Dit noemen we ook wel het spectrale bereik. Maar dit spectrale bereik is van toepassing hoe wij dat zien met onze ogen; van onze waarneming. Wij zien van blauw tot dieprood en alle kleuren die daar tussen liggen.
Het zichtbare spectrum is dus het gedeelte van het elektromagnetisch spectrum dat kan worden gezien door het menselijk oog.  In dat spectrum zitten trouwens ook gedeelten wat onze ogen niet kunnen onderscheiden. Zoals  ultraviolet straling. Dit bevind zich in het gedeelte tussen 10 tot 124 nm. Aan het andere kant van dat spectrum hebben we bijvoorbeeld infrarood. Dit zijn de golflengten tussen circa 780 nanometer (nm.) en 1 millimeter (106 nm.)

Je kunt misschien al een beetje opmaken dat het spectrum kan worden ingedeeld in een lichtfrequentie.
Licht is namelijk een elektromagnetische straling in een frequentiebereik dat door bepaalde cellen in onze ogen kan worden waargenomen.

Het is feitelijk een stroom van snelle deeltjes wat afkomstig is van de zon: het is een elektromagnetische straling. Deze deeltjes noemen we fotonen en de snelheidsenergie van een foton bepaalt de frequentie (en dus de golflengte) en daarmee de kleur van het licht zoals wij dit zien van een bepaald object. Die frequentie/ golflengte benoemen we nanometr (nm) en al het licht dat wij kunnen waarnemen bevind zich, zoals de afbeelding laat zien, tussen golflengtes 380 tot 780 nm.

Onze ogen zien de golflengte van het licht (elektrische deeltjes, zoals protonen) en daardoor kunnen wij verschillende kleuren waarnemen omdat onze ogen lichtgevoelige cellen hebben. Dat komt omdat de kleur van licht wordt bepaald door de intensiteit van de verschillende golflengtes waaruit dat licht is samengesteld. Een kleur is dus een mengsel van golflengten in verschillende sterkten.
Wit licht bestaat feitelijk uit alle kleuren van het spectrum die gebundeld zijn. Daarom groeit elk 'wit' licht planten.

Waarom is een plant groen en een tomaat rood?

Als licht ergens op valt (het maakt niet uit wat voor object het is) dan krijgen we te maken met absorptie.  Dit word veroorzaakt door pigmenten waar dat licht op valt, die een bepaald lichtfrequentie opnemen of terugkaatsen.
Een pigment is een stof die licht in bepaalde kleuren absorbeert en andere reflecteert en de pigmenten van een plant reflecteren een bepaald gedeelte van het spectrum.  Dit teruggekaatste licht wordt door ons waargenomen als de kleur groen. (het spectrum wat zich bevind rond de 252 Nm)
Een tomaat reflecteert het gedeelte van het spectrum wat zich bevind rond de 660 Nm en dit teruggekaatste licht wordt door ons waargenomen als de kleur rood.
Dus; we zien een plant als groen omdat we net hebben gelezen dat alle kleuren uit het spectrum worden geabsorbeerd en de kleur groen word teruggekaatst.
Onze ogen vangen dat teruggekaatste licht op en we zien, in dit geval, een groene plant.

En waarom zien wij water als blauw, terwijl het feitelijk kleurloos is?

Een kleur is dus een mengsel van golflengten in verschillende sterkten in een frequentiebereik en alle kleuren hebben een eigen frequentie als het gaat om aantal trillingen per seconde. De kleuren met de snelste trillingen, ofwel de hoogste frequentie, zijn het sterkst. Hierdoor kunnen zij makkelijker worden weerspiegeld dan andere kleuren.  De kleur met de hoogste frequentie is de kleur blauw.

Doordat deze kleur het snelst trilt per seconde, wordt alleen deze kleur weerkaatst. Daarom spreken we van een blauwe lucht en een blauwe zee. Logischerwijs word (door deze weerspiegeling van water in de zee) aangenomen dat de kleur blauw het dominantste is. Maar dat is een misverstand.

Met dit als voorkennis komen we nu uit op licht en de relatie tot (aquarium)planten.

Er zijn bepaald golflengtes in dat gedeelte van het spectrum wat planten gebruiken, en dat is het gedeelte tussen de 400 en 700 nm. Onderzoek heeft namelijk aangetoond aan dat groei van planten vooral wordt bepaald door het aantal fotonen tussen 400 en 700 nm dat zij gebruiken.

Dit licht wat de plant gebruikt voor haar groei wordt aangeduid met de afkorting PAR. Ookwel uitgedrukt in micromol fotonen per seconde (µmol/s). PAR is de afkorting voor photosynthetically active radiation, en vertaald: Fotosynthetisch actieve straling.

PAR zijn de kleuren in het spectrum (feitelijk de elektromagnetische straling in een frequentiebereik) die planten nodig hebben voor fotosynthese.

Het doel van de fotosynthese is het maken van suiker (glucose) en dit gebruikt de plant als brandstof. Een bijproduct hiervan is zuurstof (O2) wat de plant ook weer gebruikt om te 'ademen'. De cellen in de plant kunnen namelijk niet zonder zuurstof.

Om de fotosynthese te kunnen uitvoeren heeft een plant drie dingen nodig:

Ten 1e water. Dit word door elk gedeelte van de plant opgenomen: via de wortels en via het blad. Dat is voor de plant niet zo moeilijk, hij staat immers onder water 

Ten 2e koolstofdioxide (CO2) via de oppervlaktecellen in de bladeren of direct door de dunne cuticula (bovenste grenslaag).

En als 3e licht voor de chemische energie die nodig is om koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) om te zetten in glucose. Zonder licht kan een plant niet aan fotosynthese doen.

Als de plant die zelfgemaakte glucose gaat verbranden voor de groei, dan komt er koolstofdioxide vrij. Hierbij wordt net als bij de mens zuurstof gebruikt. Dit proces heet verbranding.

Het resultaat is dat gedurende de dag wanneer de plant zowel aan verbranding doet als aan fotosynthese, er twee kanten op gaswisseling van zuurstof en koolstofdioxide plaats vindt. 's Nachts vindt er geen fotosynthese plaats. Verbranding nog wel. In de nacht gebruikt de plant dus zuurstof en geeft koolstofdioxide af. Vandaar ook dat planten kunnen groeien in de nacht.

Gelukkig gebruiken planten meer koolstofdioxide tijdens de fotosynthese, dan dat zij produceren tijdens de verbranding. Omgekeerd maken zij meer zuurstof tijdens fotosynthese, dan dat er gebruikt wordt tijdens verbranding. Dat is goed te zien als er zoveel O2 vrijkomt bij het assimileren dat de plant gaat 'pearlen'.

Er zijn drie belangrijke aandachtspunten die een onderlinge relatie hebben met planten laten groeien en PAR:.

1: De fototrope reactie.

Dit is de chlorofyl bevattende plant die reageert op een lichtbron om het proces van fotosynthese te starten.

2: Fotosynthetische reactie.

Dit is het proces dat begint wanneer energie uit licht wordt opgenomen/geabsorbeerd door eiwitten, fotosynthetische reactiecentra: genaamd chlorofyl.

3: Chlorofyl synthese.

Dit verwijst naar de chemische reactie die optreedt bij de juiste golflengte van licht die resulteert in de groei van de plant.

Eigenlijk bestaat PAR uit nog een meer specifysieker gedeelte wat planten gebruiken voor fotosynthese: PUR

PUR is de meting van hoeveel van de PAR-golflengtes nuttig licht is dat wordt geabsorbeerd door pigmenten en daarmee de fotosynthese in planten stimuleert. Want we hebben te maken met een absorptie spectrum en met een actiespectrum.

Per definitie en met een beetje logica, moet PUR kleiner zijn dan PAR, en PUR zal afhangen van zowel de pigment opbouw van de plant en daarbij de spectrale samenstelling van het beschikbare licht. Dit is wellicht nog een betrouwbaar en/of nauwkeurige benadering dan PAR. Maar... dan moeten we wel al het chlorofyl van onze planten moeten gaan analyseren om met PUR te gaan werken.

En nog complexer; planten kunnen zich aanpassen aan verschillende golflengtes die binnen het PAR-spectrum worden gevonden! èn minder PAR betekent per definitie niet dat het minder fotosynthetisch bruikbare straling (PUR) heeft..!

Dus PUR is pas bruikbaarder dan PAR als we elke plant op onze planeet hebben kunnen analyseren op hun chlorofyl opbouw. Maar dat gaat simpelweg niet gebeuren om het feit dat het teveel geld en teveel tijd gaat kosten. M.a.w. er is geen verdienmodel om bij elke plantje wat er bestaat onderzoek te gaan doen. Dus moeten we het doen met PAR.

En trouwens als je de PAR weet te achterhalen (door een Par meter of via de technische gegevens) dan weet je nog helemaal niets als je niet weet waaruit de spectrale vermogensverdeling bestaat het zogenaamde spectrum wat de lichtbron bevat. Dus de vermelding hoeveel PAR een lichtbron uitstraalt is zoveelste interessante marketingkreet zonder feitelijke inhoud.

Goed; terug on topic:

In een groene plant zit chlorofyl wat zich bevind in de bladkorrels (chloroplasten) van de plant.

Gespecialiseerde moleculaire complexen in chloroplasten zijn in staat om lichtenergie (fotonen) uit zonlicht op te vangen en met behulp van water en koolstofdioxide word het omgezet in organisch materiaal (glucose en koolhydraten) wat de plant gebruikt als voeding. Een bijproduct wat hierbij vrijkomt is zuurstof.

Een plant is namelijk autotroof; dat wil zeggen dat deze haar eigen voedsel maakt.

De voeding die wij aan het water toevoegen zijn de verdere bouwstenen die de plant nodig heeft voor de groei. Zo zorgt bijvoorbeeld ijzer voor aanmaak van bladgroen, Borium zorgt voor de stabiliteit van de celwand en bevordert de plantengroei en bv fosfaat bevordert de groei en wortelvorming en zorgt daarbij voor energietransport in de plant. Zo dragen alle voedingstoffen (NPK en micro)  bij aan de opbouw van gezonde sterke planten.

De lichtintensiteit bepaald de snelheid waarmee dat gebeurt (de snelheid van de uiteindelijk groei). Hoe meer licht hoe groter het bombardement van fotonen op de plant hoe meer fotosynthese er plaats gaat vinden. Als er meer licht word aangeboden dan de plant water en koolstofdioxide kan omzetten; dan krijgt de plant een tekort in koolstof, wat weer leid tot andere tekorten.

Want het toevoegen van meer licht vereist de toevoeging van meer koolstof (CO2) omdat de plant zelf niet in staat meer kan zijn om voor de benodigde koolstof te zorgen.

Wat veel mensen niet weten is dat door meer CO2 toe te voegen er minder licht kan worden gebruikt. Want als je met minder licht meer koolstof gaat doseren krijg je GEEN SNELLER groeiende planten: je krijgt betere kwaliteit planten: dikkere bladeren, gezondere kleuren,  betere wortels en een betere gezondheid in het algemeen.

elk wit gekleurd licht dat groeit planten

Eigenlijk is het eenvoudig: hoe meer de lichtbron naar het spectrum van zonlicht toeschuift hoe beter het is.

Het maakt niet uit wat de bron is van het licht want elk normaal 'wit' licht is altijd opgebouwd uit alle kleuren van het spectrum. De kleuren die de plant nodig heeft voor fotosynthese zijn daarom in de meeste gevallen in voldoende 'hoeveelheid' aanwezig.

Onze ogen zien kleuren op een geheel andere manier dan planten dat doen.
Als wij een blauwe gloed in het licht zien dan is er nog steeds het volledige spectrum aanwezig; er zit alleen een 'piek' in de blauwe golflengte.  Wij interpreteren dit als blauwig licht en plakken hier een waarde aan vast: kelvin ofwel de kleurtemperatuur. Maar het maakt voor de plant helemaal niets uit wat de kelvin waarde is. Het bevat namelijk het gehele spectrum wat ie nodig heeft voor fotosynthese. Dus als je een licht aanschaft en er staat op de verpakking dat het een kelvin van (bv) 6000K heeft en dit dit het allerbeste zou zijn voor de groei, dan is dit meer beschreven uit motieven van marketing.

Men moet eenvoudige zaken niet gecompliceerder gaan maken dan dat ze zijn. Uiteraard is licht essentieel; maar ook weer niet zo belangrijk. Om een mooie bak met planten te laten groeien  kan je daarvoor bijna elke beschikbaar licht gebruiken.

Vaak word het licht als schuldige aangewezen als het men niet lukt om mooie gezonde planten te kweken. Nou, ik zal je een geheimpje vertellen; het ligt 9 van de 10x niet aan het licht...

Toch maken wij bijna altijd de keuze gebaseerd op Kelvin. Logisch want het licht moet wel als aangenaam worden beschouwt als het boven de bak hangt.

Een andere verkeerde aanname is dat het spectrum van een lichtbron bovenwater dezelfde zou zijn onderwater. Dat is simpelweg niet waar.
Want het spectrum boven water is heel wat anders dan onderwater-lichtspectrum. Spectrum word verstrooit als het word 'afgebogen' door watermoleculen. Dit is de reden dat wanneer licht door water reist, bepaalde kleuren licht selectief minder worden en/of uitdoven, terwijl andere kleuren juist worden doorgelaten, gevormd en zelfs opschuiven naar een ander absorptiespectrum.
Welke kleuren licht precies op grotere diepten doordringen, hangt af van de troebelheid van het water. In helder oceaanwater dringt bijvoorbeeld blauw licht het diepste door, in kustwateren groen licht en in troebele veenplasjes rood licht.
Maar terwijl landplanten over het algemeen alleen groene pigmenten gebruiken, beschikken onderwater planten over een veel breder scala aan fotosynthesepigmenten. Hiermee kunnen ze vele kleuren van het zichtbare, en zelfs van het infrarode deel van het spectrum, benutten voor fotosynthese.

In de praktijk blijkt dat er geen groeiverschil zit tussen het gebruik van TL of Led. Er zit wel een verschil in het absorptiespectrum waardoor de kleur van de plant intenser kan worden. Die is bij TL nog steeds beter, mooier en natuurlijker als bij LED. Maar het is een kwestie van tijd totdat LED op dezelfde hoogte staat. Daarbij heeft een TL (en zelfs een ouderwetse gloeilamp) in de meeste gevallen een betere verdeling van het spectrum dan LED verlichting.  Een ander punt is dat TL een veel betere verspreiding heeft van het licht dan LED.

Maar het is niet zo dat er slechte resultaten worden behaald met LED. In tegendeel zelfs. Dat zal hopelijk vanzelf duidelijk gaan worden als men zich gaat realiseren dat alleen de belichting opzich niet verantwoordelijk is voor mooi gezonde planten in prachtige kleuren.
Ik bedoel, hypothetisch gezien, dat als je het 'allerbeste licht' zou gebruiken en je gebruikt daarbij de verkeerde voeding, bodem of CO2 afstelling: dan krijg je echt geen mooie bak met gekleurde planten...