Dass Licht für Pflanzen lebensnotwendig ist, weil sie daraus durch Fotosynthese Energie gewinnen, ist allgemein bekannt.
In Bezug auf die Lichtstärke gibt es jedoch immer wieder einige Missverständnisse.
Darum habe ich einmal einige Daten aus verschiedenen Quellen zusammengesucht und gegenüber gestellt.
Das Schwierige ist dass kaum jemand Licht wirklich misst. Es werden immer und überall nur relative Angaben (schwach, mittel, viel) bei den Lichtansprüchen der Pflanzen gemacht.
Die Angaben als Lichtwerte in Watt pro Liter geben einen brauchbaren Anhaltspunkt, wenn wir von Aquarien bis 40 cm Höhe und einer Beleuchtung mit guten und sauberen Reflektoren ausgehen.
Diese Werte beziehen sich auf Kulturerfahrungen mit den verschiedenen Aquarienpflanzenarten unter T8 Leuchtstoffröhren.
Bei der Verwendung von T5-Röhren ist die Lichtausbeute höher.
Das ist in Bezug auf die Lichtwerte aber nur bei ausgesprochenen Schattenpflanzen wichtig,
weil sie teilweise stärkere Belichtung nicht vertragen oder bei zuviel Licht nicht mit Algen konkurieren
können, die schneller wachsen als sie. Bei den meisten anderen Pflanzen wirkt sich etwas mehr Licht in der Regel positiv aus.
Pflanzen können mit Hilfe der Fotosynthese aus dem Sonnenlicht chemisch gebundene Energie gewinnen.
Die Lichtteilchen, die Photonen, regen Elektronen im Chlorophyll a an und heben es auf ein höheres Energieniveau.
Dieses Elektron wird an ein Molekül gebunden, das Nicotinamidadenindinukleotidphosphat, abgekürzt NADPH, heißt.
Dabei wird eine Hybridion (H-)von dem Molekül abgespalten und die Energie in Form von NADP+ gespeichert.
An das NADP gebunden kann das Elektron und die darin enthaltene Energie in der Pflanze transportiert werden und dient zum Aufbau von Traubenzucker aus Kohlendioxid und Wasser.
Der Photonenbedarf zur Bindung eines Kohlendioxidmoleküls ist dabei nicht konstant, sondern unter anderem abhängig von der Stickstoffversorgung.
Bei der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum sind für die Bindung von 1 Mol CO2 8,8 bis 14 Mol Photonen notwendig.
Chlorophyll a ist das einzige Pigment, das in photosynthetisch reaktiven Zentren zu finden ist und nur an diesem Molekül laufen die chemischen Vorgänge der Lichtreaktion ab.
Es kann aber nur von Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge aktiviert werden. Die Chancen, dass es gerade von so einem direkt getroffen wird, ist gering.
Darum gibt es in der Pflanze Pigment-Protein-Komplexen, die die Energie aus absorbierten Photonen durch Resonanzübertragung bzw. Excitonentransfer an das Reaktionszentrum weiterleiten.
Diese Komplexe werden als Antennen- oder Licht-Sammel-Komplexe bezeichnet.
Sie bestehen aus Chlorophyll a, Chlorophyll b, Carotinoiden und je nach Pflanzenart weiteren Farbstoffen.
Sie bilden zusammen mit dem reaktiven Zentrum eine photosyntetische Einheit, ein Photosystem.
Setzt man die Wellenlänge des Lichts und die Photosynthesleistung einer Pflanze in Bezug erhält man eine Kurve, die das Wirkspektrum der Fotosynthese darstellt.
Pflanzen mit unterschiedlicher Pigmentzusammensetzung in den Lichtsammelkomplexen haben unterschiedliche Wirkspektren.
Pflanzen steht für die Fotosynthese theoretisch das gesamte Spektrum des Sonnenlichts zur Verfügung.
Tatsächlich nutzen sie aber nur Wellenlängen aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts zwischen 400 und 700 nm.
Dieser Bereich des Lichtspektrums wird als photosynthetisch aktive Strahlung bzw. photosynthetic active radiation (PAR) bezeichnet.
Diese Strahlung wird von höhere Pflanzen, Grünalgen, Cyanobakterien und Kieselalgen für die Fotosynthese genutzt.
Bacteriochlorophyll a hat seine Absorptionsmaxima dagegen im Bereich von UV- und Infrarot-Licht.
Begrenzende Faktoren für die Fotosyntheseleistung sind die Lichtstärke, das CO2-Angebot, die Temperatur und Nährstoffmängel.
Indirekt wirkt sich bei submersen Pflanzen auch Wasserbewegung aus, da sie den Gasaustausch an der Blattoberfläche begünstigt.
Dabei reicht eine Strömung von etwa 1 mm pro Sekunde bereits aus um einen maximalen Effekt zu erzielen.
Nur in Pflanzenbeständen mit sehr feinfiedrigen Arten zeigt auch eine stärkere Strömung noch eine deutliche Steigerung der Fotosyntheseleistung.
Oft wird vermutet, dass sie in den Tropen gemessenen Lichtstärken aussagefähig für die erforderlichen Lichtmengen in der Aquarienkultur seien und das für tropische pflanzen sehr viel Licht nötig wäre. Das ist aber nicht richtig. Es ist wahr, dass an einem voll sonnigen, wolkenlosen Tag am Mittag in den Tropen 150 kLux oder mehr gemessen werden können. Im Durchschnitt liegt die Lichtstärke aber nur bei etwa 50-60 kLux, weil es eben auch in den Tropen reichlich Regentage und bewölkten Himmel gibt. Bäume, Sträucher, Felsen oder Uferböschungen beschatten Pflanzenbestände oft einige Zeit des Tages. Submerse Pflanzen bekommen zudem durch Reflexion und Extinktion weniger Licht. Steht die Sonne nicht senkrecht, dringt ein großer Teil des Lichts gar nichts ins Wasser ein. Algen, Schwebstoffe und Färbung durch Huminsäuren besorgen den Rest. Emerse Pflanzen sind zum Teil mit Schlammablagerungen der letzten überschwemmung bedeckt. Die in den Tropen zum Teil vorhandene Lichtstärke ist nicht in vollem Maße notwendig für die Fotosynthese und das überleben der Pflanzen.
Wassertiefe [cm] |
Schwarzwasser Borneo Waldgebiet |
Klarwasser Südthailand 12:00 Uhr |
Klarwasser Südthailand 15:00 Uhr |
Wasseroberfläche | 400 | 15000 -20000 | 1500 |
1 | 150 | - | - |
10 | 80 | - | 700 |
20 | - | - | 600 |
30 | - | 1000 - 3000 | 450 |
40 | - | - | 120 |
Um die Reaktion von Pflanzen auf Licht zu beschreiben gibt es drei interessante Werte: den Kompensationspunkt, den Sättigungspunkt und die halbmaximale Fotosyntheserate.
Pflanzen verbrauchen Energie durch Zellatmung.
Gewinnen sie mehr Energie aus dem Licht als sie aktuell benötigen, bauen sie Masse auf und wachsen.
Ist ihr Energiebedarf grösser, veratmen sie Reservestoffe und geben mehr Kohlendioxid ab, als sie durch die Fotosynthese binden.
Die Lichtmenge, bei der der Energiegewinn und damit Kohlendioxidaufnahme so gross ist wie der Energiebedarf und die Kohlendioxidabgabe wird als Kompensationspunkt bezeichnet.
Mit weniger Licht können Pflanzen auf Dauer nicht überleben.
Wachstum ist nur möglich, wenn die Lichtstärke über dem Kompensationspunkt liegt.
Der Sättigungspunkt ist bei der Lichtstärke erreicht, bei der durch die Steigerung der Lichtmenge keine Leistungssteigerung der Fotosynthese mehr zu erreichen ist.
In Systemen ohne künstlich erhöhten Kohlendioxidgehalt ist der Sättigungspunkt durch das Angebot an CO2 bedingt.
Die halbmaximale Fotosyntheserate bezeichnet die Lichtstärke, bei der die Pflanze, die Hälft ihrer maximalen photosynthetischen Leistung erreicht.
Die Kompensations- und Sättigungspunkte von verschiednenen Aquarienpflanzen ist unterschiedlich.
In der Tabelle sind die Kompensationspunkte mehrerer Wasser- und Sumpfpflanzen aus verschiedenen Quellen zusammen gefasst.
Die Lichtmenge ist in mol Photonen pro Quadratmeter und Sekunde angegeben und bezieht sich auf die photosynthetisch aktive Strahlung im Bereich zwischen 400 und 700 nm Wellenlänge.
Pflanzenart | Temperatur [°C] | Art der Messung | Kompensationspunkt
µmol / m2 s-1 |
Sättigungspunkt
µmol / m2 s-1 |
Halbmaximale Fotosyntheserate µmol / m2 s-1 |
Cabomba caroliniana | 30 | Licht / CO2 Absorption | 55 | 700 | 160 |
Callitriche caphocarpa | 8 | Wachstumskurve
unter 16 Stunden Licht |
5,1 - 17,8 | 60 | - |
Ceratophyllum demersum | 30 | Licht / CO2 Absorption | 35 | 700 | 145 |
Ceratophyllum demersum | 7 | Wachstumskurve
unter 16 Stunden Licht |
- | - | 7,2 |
Cladophora glomarata | Licht / CO2 Absorption | - | 790 | - | |
Crassula helmsii | 23 - 30 | Licht / CO2 Absorption | - | 300 | - |
Egeria densa | 24 | Licht / CO2 Absorption | - | > 1050 | - |
Egeria najas | 25 | Wachstumskurve
unter 12 Stunden Licht |
6 | 18 | 60 |
Egeria najas | 25 | Licht / CO2
Absorption Licht / O2-Abgabe |
13-22 | 32-38 | - |
Fontinalis antipyretica | 3 | Licht / CO2
Absorption Licht / O2-Abgabe |
0,3 | - | - |
Fontinalis antipyretica | 21 | Licht / CO2
Absorption Licht / O2-Abgabe |
6,5 | - | - |
Fontinalis antipyretica | 27 | Licht / CO2
Absorption Licht / O2-Abgabe |
7,2 | - | - |
Hydrilla verticillata | 24 | Licht / CO2 Absorption | - | > 1050 | - |
Hydrilla verticillata | 30 | Licht / CO2 Absorption | 15 | 600 | 80 |
Hydrocotyle ranunculoides | 25 - 35 | Licht / CO2 Absorption | - | 800 | - |
Ludwigia grandiflora | 25 - 30 | Licht / CO2 Absorption | - | 700 | - |
Myriophyllum aquaticum | 27 - 37 | Licht / CO2 Absorption | - | 900 | - |
Myriophyllum brasiliense | 30 | Licht / CO2 Absorption | 42 - 45 | 250 - 300 | - |
Myriophyllum spicatum | 30 | Licht / CO2 Absorption | 35 | 600 | 120 |
Myriophyllum spicatum | 25 | Licht / CO2 Absorption | - | > 2000 | 164 - 365 |
Riccia fluitans | Licht / CO2 Absorption | 16,1 -29,3 | 100 - 300 | - | |
Vallisneria americana | 25 | Licht / CO2 Absorption | 140 | 60 -197 | - |
Der Kompensationspunkt unterscheidet sich nicht nur zwischen den Arten, sondern verändert sich auch in Abhängigkeit von den Lebensbedingungen.
Beispielsweise brauchen die Unterwasserformen von Hygrophila polysperma und Limnophila sessiliflora sehr viel weniger Licht als die überwasserformen.
Der Kompensationspunkt ist auch abhängig von den Umweltbedingungen. Schwach belichtetet (325 Lux) H. verticillata erreichen ihren Kompensationspunkt schon bei 7 -12 µmol / m2 s-1
und ihre Sättigung bei etwa 150 -175 µmol / m2 s-1.
Unter stärkerem Licht (16.216 Lux) kultivierte Hydrilla hat ihren Kompensationspunkt bei 20 -25 µmol / m2 s-1 und erreicht ihre Sättigung bei etwa 500 -600 µmol / m2 s-1.
Dabei setzen die Pflanzen 2,6 bzw. 5,4 µmol CO2 / mg Chlorophyll in der Stunde um.
Die Photosysteme arbeiten also unterschiedlich effektiv bei verschiedenen Lichtstärken.
Auch die Konzentration von Kohlendioxid und Sauerstoff sowie die Temperatur wirken sich auf die Kompensations- und Sättigungslichtstärke aus.
Wasserströmung beeinflusst die Gaskonzentration an der Blattoberfläche und wirkt so indirekt auf die Fotosyntheseleitung.
Es ergeben sich auch unterschiedliche Werte bei der Feststellung des Kompensationspunkes, wenn an Stelle der Bilanz von CO2-Verbrauch und CO2-Ausstoss,
die Sauerstoff-Bilanz oder die Wachstumskurve bestimmt wird. Die Werte sind also immer nur grobe Richtwerte.
Lichtstärke und Photonenfluss
Aquarianer messen die Lichtstärke ihrer Lampen meist in Lux. Die photosynthestisch aktive Strahlung wird aber in µmol Photonen / m2 s-1.
Diese Werte sind nicht so ohne weiteres mit einander vergleichbar. Es gibt jedoch die Möglichkeit mit Hilfe von Umrechenformeln zu Näherungswerten zu kommen.
Zu beachten ist dabei, dass der Anteil der PAR (photosynthetisch active radiation) an der Gesamtstrahlung einer Lichtquelle von ihrem Spektrum abhängt.
Da Sonnenlicht ein anderes Lichtspektrum hat als eine weiße Neonröhre benötigt man für die Umrechnung eine andere Konstante.
Für die Umrechnung von Photonenfluss in Kilolux und umgekehrt gilt die Formel:
[klx] x c = [µmol / m2 s-1] bzw. [µmol / m2 s-1] / c = klx
Die Größe der Konstante c ist abhängig von der Lichtquelle.
Die Tabelle gibt die Konstanten von Leuchstofflampen mit 36 Watt und verschiedenen Lichtfarben, sowie Quecksilberdampflampen
und Halogenmetalldampflampen wieder (Quelle: www.hereinspaziert.de).
Konstante c | Beispiel für entsprechende Röhren |
|
Sonne | 18,5 | |
Lichtfarbe 530 |
13,1 |
|
Lichtfarbe 535 |
12,5 |
|
Lichtfarbe 640 |
13,6 |
|
Lichtfarbe 740 |
14,1 |
|
Lichtfarbe 765 |
14,7 |
|
Lichtfarbe 830 |
12,7 |
Osram Warmwhite Philips 830 Warmton Sylvania Warmton Deluxe |
Lichtfarbe 840 |
13,4 |
Osram
Coolwhite Philips 840 Weiß Sylvania Weiß Deluxe |
Lichtfarbe 865 |
14,1 |
|
Lichtfarbe 930 |
14,6 |
Osram Lumilux
Deluxe Warm White Philips 930 Warmton |
Lichtfarbe 940 | 14,3 |
Osram Lumilus
Deluxe Coolwhite Philips 940 Neutral weiß |
Lichtfarbe
950 |
15,1 |
Osram Lumilux
Deluxe Daylight Phillips 950 Tageslicht |
Lichtfarbe
965 |
15,5 |
Osram 965
Biolux Philips 965 Tageslicht Sylvania 172 Activa |
Growlux
36 Watt, 1200 Lumen |
25,4 |
|
Aquarelle
36 Watt, 2450 Lumen |
17,8 |
|
HPL-Comfort,
80 Watt, 4000 Lumen |
13,0 |
|
HPL -
N, 80 Watt, 3700 Lumen |
12,9 |
|
CDM
830, 70 Watt, 6500 Lumen |
14,5 |
|
CDM
942, 70 Watt, 6000 Lumen |
16,3 |
|
CDM-Elite
930 75 Watt, 7200 Lumen |
14,8 |
|
HQI /
WDL, 78 Watt, 6200 Lumen |
13,3 |
|
HQI /
NDL, 78 Watt, 6500 Lumen |
16,8 |
|
HQI /
D, 78 Watt, 6200 Lumen |
15,4 |
Beispiele für Lichtbedarf in Lux zum Erreichen des Kompensationspunktes einiger Pflanzen im Aquarium unter verschiedenen Lichtquellen (Werte gerundet)
Pflanzenart |
Kompensationspunkt µmol / m2 s-1 (Sonnenlicht) |
Lux bei Sonnenlicht oder Vollspektrum-Tageslichtlampen 1700 Lumen |
Leuchtstoffröhre kaltweiß |
Pflanzenleuchte 925 Lumen |
Cabomba caroliniana | 55 | 2975 | 4075 | 1830 |
Ceratophyllum demersum | 35 | 1890 | 2590 | 1170 |
Hydrilla verticillata | 15 | 810 | 1111 | 500 |
Myriophyllum spicatum | 35 | 1890 | 2590 | 1170 |
Limnophila sessilisflora, submers |
8 | 435 | 590 | 270 |
Hygrophila polysperma, submers |
9 | 490 | 670 | 300 |
Um Pflanzen dauerhaft kultivieren zu können, müssen sie im Tagesdurchschnitt mehr als die Lichtmenge bekommen, die sie für das Erreichen des Kompensationspunktes benötigen.
Da nachts kein Licht vorhanden ist, aber trotzdem ein Energiebedarf vorliegt, muss die Pflanze während der Beleuchtungszeit genug Energie sammeln um auch die Nacht über versorgt zu sein.
Wachstum erreicht man nur, wenn im Verlauf von 24 Stunden mit Hell- und Dunkelphase Energie übrig bleibt.
Günstig ist es, wenn die Pflanzen so starkes Licht zur Verfügung haben, dass sie etwa die Hälfte ihrer maximalen Fotosyntheseleistung erreichen.
Die Lichtstärke für die halbmaximale Fotosyntheserate ist aber nicht für viele Aquarienpflanzen bekannt.
Nach Kramer (2009) und verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen liegt sie zwischen 800 Lux (Anubias barteri) und 5500 Lux (Pogostemon stellatum) bzw. 11900 Lux (Cabomba caroliniana und Myriophyllum spicatum).
Walstad (2003 und 2005) empfiehlt als Faustzahl 120 µmol / m2 s-1 für die Belichtung von Aquarien.
Das entspricht etwa 8900 Lux an der Wasseroberfläche unter einer kaltweißen Leuchtstoffröhre.
Weitaus bekannter ist der Lichtwert in Watt pro Liter bzw. Verhältnis von Liter zu Watt (z. B. 1:4 entspricht 0,25 W/l).
Er wurde von Paffrath (1979) für T8-Lampen mit Reflektor definiert.
Er schreibt dazu: "Die genannten: Lichtzahlen sind Mittelwerte und geben den günstigen Bereich an.
Unter bestimmten Voraussetzungen, etwa in sehr gutem Wasser, kann der Lichtwert um 0,5 nach unten gehalten werden.
Die angegebenen Lichtwerte sind nur gültig, wenn die Lichtquelle mit Hilfe eines Reflektors optimal genutzt wird.
Ohne Reflektor wird das Licht nur zu 40 % ausgenutzt. Ein dunkler Deckel im Lampenkasten bringt 60 %.
Bei Reflektion durch einen weißen Lackanstrich oder Metallfolie über den Lampen erfolgt bis zu 90% Lichtnutzung.
Das Weglassen der Aquarienscheibe bringt keine wesentlichen Vorteile. bei einwandfrei sauber gehaltener Abdeckung isr deren lichthemmende Wirkung geringt und beträgt etwa 5 %.
Die verschmutze Scheibe hält bis zu 20% zurück."
Kramer (2009) gibt zusätzlich zu den Lichtwerten Lichtstärken in Lux an, die nach seiner Erfahrung an den Blätter der Pflanzen vorliegen müssen, damit sie gut wachsen.
Teichfischer (1997) gibt an, dass für die meisten Pflanzen 1000 - 2000 Lux ausreichend sind und rote Pflanzen 8000 Lux und mehr benötigen.
Er hat diese Wert mit Hilfe eines Belichtungsmesser bzw. an Hand der Verschlusszeiten seiner Kamera berechnet.
Die Tabelle stellt drei Systeme zur Bemesssung von Lichtstärken
im Aquarium gegenüber.
Paffrath 1979 | Kramer 2009 an den Blättern |
Allgemeine Lichtstärken für Wasserpflanzen an der Wasseroberfläche * |
||
T8-Röhren mit Reflektor |
T5-Röhren
mit Reflektor |
Photonenfluss [µmol / m2 s-1] | ~
äquivalent in Lux Tageslicht |
|
wenig |
0,25 -0,35 W/l Lichtwert 1:4 - 1:3 |
bis 0,3 W/l 1000 -2000 Lux |
40 bis 80 µmol / m2 s-1 | 2150 -
4300 Lux |
mittel |
0,35 - 0,5 W/l Lichtwert 1:3 - 1:2 |
0,3 - 0,5 W/l 2000 -3000 Lux |
80 - 120 µmol / m2 s-1 | 4300 -
6500 Lux |
viel |
0,5 -0,7 W/l Lichtwert 1:2 - 1:1,5 |
0,5 - 0,6 W/l 3000 -5000 Lux |
120-300 µmol / m2 s-1 | 6500 -
16000 Lux |
sehr viel |
0,7 -1,0 W/l und mehr Lichtwert 1:1,5 - 1:1 und mehr |
0,6 und mehr bis 8000 Lux und mehr |
über 300 µmol / m2 s-1 | über 16000 Lux |
* Quelle der Werte ist eine hübsche, kleine Grafik, die ich im Internet gefunden habe.
Auf welchen Annahmen die Werte basieren weiß ich nicht. Die obere Grenze der mittleren Lichtstärke deckt sich allerdings mit der Lichtempfehlung von Walstad (2003 und 2005).
Das Hauptproblem bei den überlegungen zur Notwendigen Lichtstärke bleibt aber, dass wir den Lichtbedarf der Pflanzen einfach nicht kennen.
Die über Wasser in der Natur herreschenden Lichtwerte sind wenig ausssagkräftig.
Die Pflanzen verändern sich bei der Umstellung auf das submerse Leben so, dass ihre Unterwasserformen weniger Licht benötigen als die überwasserformen.
Die Blätter werden dünner, haben keine Wachsauflagerungen und enthalten auch in der äußeren Zellschicht Chlorophyll.
Bei Landpflanzen ist die Epidermis dagegen immer frei von Chloroplasten. Unter Wasser bilden die Pflanzen weniger Stützgewebe aus.
Sie verzichten auf Aromastoffe, die Fressfeinde abschrecken sollen. Behaarung, die Insekten abwehrt und die Verdunstung reduziert, benötigen sie ebenfalls nicht.
Dadurch ist es möglich den Grundbedarf an Assimilaten zu senken und mit weniger Licht und geringerer Fotosyntheseleistung zu leben.
Pflanzenart | Kompensationspunkt [µmol / m2 s-1] | Kompensationspunkt [Lux] | Sättigungspunkt [µmol / m2 s-1] | Sättigungspunkt [Lux] |
Limnophila sessiliflora -emers | 16 | 865 | 650 | 35.135 |
Limnophila sessilisflora -submers | 8 | 430 | 250 | 13.510 |
Hygrophila polysperma -emers | 45 | 2430 | 600 | 32.430 |
Hygrophila polysperma - submers | 9 | 485 | 400 | 21.620 |
Myriophyllum brasiliense - emers | - | - | 2000 | 108.100 |
Myriophyllum brasiliense - submers | - | - | 250 | 13.510 |
Die Menge an Chlorophyll a an der Gesamttrockenmasse ist bei den Unterwasserformen geringer als bei den Landformen.
Der Chlorophyll b-Gehalt bleibt dagegen fast gleich oder steigt sogar etwas an. Zusätzlich
schützen sich manche Pflanzen (z. B. Nesaea crassicaulis) durch die Bildung von Anthocyanen vor zu viel Licht.
Die Bildung der roten Farbstoffe wird durch ein gutes Kohlendioxidangebot begünstigt.
Trotzdem kann es sein, dass es bei Lichtstärken über dem Sättigungspunkt zur Hemmung der Fotosynthese durch zu viel Licht kommt.
Bei Nesaea crassicaulis ist das bei etwa 150 µmol/m2 s-1 (ca. 8100 Lux) der Fall. Bei Lobelia cardinalis kommt es ab etwa 300 µmol/m2 s-1 (ca. 16200 Lux) zur Photoinhibiton.
Die Chlorophyllgehalte in submersen Pflanzen schwanken außerdem im Jahresverlauf.
Ranunculus und Callitriche haben im Winter und Frühjahr einen höheren Chlorophyllgehalt als im Sommer.
Betrachtet man in der folgenden Tabelle die Zuordung der Pflanzen, stellt man schnell fest, das Kramer und Paffrath sich um eine "Stufe" gegeneinader verschieben.
Dieser kleine Unterschied liegt darin begründet, dass wir heute durch neue Technik, T5-Lampen und bessere Reflektoren eine höhere Lichtausbeute pro Watt haben.
Paffrath 1979 | Pflanzen bei Paffrath | Kramer 2009 | Pflanzen bei Kramer | |
Wenig | 0,25 -0,35 W/l Lichtwert 1:4 - 1:3 |
Cryptocoryne affinis | 1000 -2000 Lux bis 0,3 W/l |
|
Mittel | 0,35 -0,5 W/l Lichtwert 1:3 - 1:2 |
Aponogeton Anubias Ceratopteris cornuta Cryptocoryne cordata "Blassii" Cryptocoryne walkeri Cryptocoryne willisii Echindorus Hygrophila Microsorurum Sagittaria |
2000 -3000 Lux 0,3 - 0,5 W/l |
Bacopa carolineana Ceratopteris thalictroides, Cryptocoryne huderoi Cryptocoryne spiralis E. parviflorus Fontinalis hypnoides |
Viel | 0,5 -0,7 W/l Lichtwert 1:2 - 1:1, |
Bacopa carolineana Barclaya Bolbitis heudelottii Ceratophyllum submersum Crinum Cabomba caroliniana Ceratopteris cornuta Helanthium tenellum Hydrocotyle Hygrophila difformis Limnophila aquatica Lobelia Ludwigia Marsilea Micranthemum Myriophyllum aquaticum Nymphaea Rotala rotundifolia Vallisneria nana |
3000 -5000 Lux 0,5 - 0,6 W/l |
Ammannia gracilis Echinodorus aschersonianus, Heminathus callitrichoides Mayacca fluviatilis |
Sehr viel | 0,7 -1,0 W/l und mehr Lichtwert 1:1,5 - 1:1 und mehr |
Althernanthera reineckii Ammannia gracilis Cabomba aquatica und piauensis Ceratopteris thalictroides Didiplis Lilaeopsis Lysimachia Mayaca Proserpinaca palustris Rotala macrandra Samolus valerandi Saururus |
bis 8000 Lux und mehr 0,6 W/l und mehr |
Bacopa madagascariensis Limnophila browni Myriophyllum aquaticum Polygonum spec. ´Blutrot´ |
Es wird deutlich dass die realen Verhältnisse in Seen und in Aquarien sich gut an die rote Kurve anpassen. Es ist als Grundlage für weitere überlegungen also anzunehmen, dass die Lichtstärke im Aquarium sich auf 10 cm Wassertiefe jeweils halbiert. Mit dieser Information können wir nun errechnen wieviel Licht wir über dem Aquarium benötigen um die gewünschte Lichtstärke in einer bestimmte Wassertiefe zu erreichen.
Bei den Angaben in der folgenden Tabelle bin ich davon ausgegangen, dass wir die von Kramer geforderten
Lichtstärken auf halber Höhe im Pflanzenbestand erreichen wollen und habe sie mit 20 cm Wassertiefe gleichgesetzt (siehe Kramer
2009, S. 41). Daraus habe ich die erforderlichen Lichtstärken an der Wasseroberfläche errechnet.
Lichtstärke |
Lichtstärke
an den Blättern in 20 cm Tiefe [Lux] nach Kramer 2009 |
Lichtstärke
über dem Aquarium [Lux] |
schwach |
1000 -
2000 |
4000 -
8000 |
mittel |
2000 -
3000 |
8000 -
14000 |
stark |
3000 -
5000 |
14000 -
20000 |
sehr stark |
5000 -
8000 oder mehr |
20000
und mehr |
Dabei ist zu berücksichtigen, dass Hans-Georg Kramer ein erklärter Stängelpflanzenfreund ist.
Seine Vorstellung von "Schwachlicht" mag ist eine andere als die von Jemandem, der Cryptocorynen pflegt.
Cabomba caroliniana und Myriophyllum spicatum erreichen ihren Kompensationspunkt erst bei etwa 2000
bis 4000 Lux. Das bedeutet, dass sie bei dieser Lichtstärke gerade
einmal überleben können. Limnophila sessiliflora und Hygrophila
polysperma haben Kompensationspunkte um 430 bis 670 Lux.
Sie sind mit 2000 bis 4000 Lux gut versorgt.
Emerse Cryptocorynen von Schattenstandorten erreichen bei etwa 6500 bis 8000 Lux ihren Sättigungspunkt und vertragen mehr Licht meistens nicht.
Unter Wasser reagieren einige Arten noch empfindlicher.
Cryptocoryne affinis wächst nur bei schwachem Licht und verzeiht Schwankungen in der Lichtstärke nicht.
Kann man aber Luxwerte über 15.000 Lux im Aquarium denn überhaupt erreichen?
über einem Aquarium mit den Maßen 60 x 60 x 45 cm haben wir bei 6 Leuchtstoffröhren (T8)
je 18 Watt 7800 Lux an der Wasseroberfläche gemessen. Für mehr Lampen ist da keine Platz. Allerdings kann man die Lichtausbeute mit Hilfe von Reflektoren deutlich verbessern.
Die Verwendung von T5-Röhren und speziellen Reflektoren (M-Form) optimiert die Lichtausbeute.
Ein Vergleichstest ergab,
dass ohne einen Reflektor unter eine Doppelbalken mit 2 x 54 W T5-Lampen 9000 Lux messbar sind. Mit optimiertem Reflektor sind es
30.500 Lux. Durch die spezielle Form des Reflektors wird das gesamte Licht auf das Aquarium gelenkt und nur sehr wenig zurück zu Lampe.
Die "Eigenbeschattung" der Röhre sinkt. Reflektoren erhöhen die Lichtausbeute und vergrößern die Lichtstärke um das 2- bis 3-fache.
Der Energiebedarf für die gleiche Lichtausbeute ist bei T5-Röhren mit elektronischen Vorschaltgeräten und Reflektoren ist nur halb so hoch
wie bei der Verwendung T8-Röhre mit konventionellem Vorschaltgerät ohne Reflektor.
Energiesparend beleuchten
T8-Leuchtstoffröhren mit einem alten koventionellen Vorschaltgerät verbrauchen ewta 25% mehr Strom als die gleiche Röhren mit einem eletronischen Vorschaltgerät.
Im Energie zu sparen und die Lichtausbeute zu erhöhen kann man den Leuchtbalken gegen ein neueres Model mit T5-Fassungen und elektronischem Vorschaltgerät austauschen.
Kann man den Balken aber zum Beispiel aus einer Abdeckung nicht entfernen, kann man die gleiche Ersparnis erreichen in dem man die T8-Leuchtstoffröhre gegen eine T8-LED austauscht.
Die LED-Röhre benötigt kein Vorschaltgerät. Ein spezieller (mitgelieferter) Starter überbrückt es und trennt es vom Stromnetz.
Eine LED hat eine etwas größere Ausbeute an Licht pro Energieeinheit als Leuchtstoffröhren. Eine LED-Röhre erreicht etwa 100 Lumen / Watt, sehr gute Modelle sogar bis 200 Lumen/Watt.
Im Vergleich dazu liegt die Lichtleistung einer T8-Leuchtstoffröhre bei etwa 60 - 80 Lumen/Watt, die einer T5 Röhre bei etwa 90 - 100 Lumen/Watt und die einer Glühbirne bei 10 - 15 Lumen/Watt.
LED-Röhren werden nicht so heiß. Das ist vor allem im Sommer von Vorteil, wenn die Wassertemperaturen schon durch die Außentemperatur bedenklich hoch werden.
Spezielle Röhren oder LED-Lampen für die Aquaristik sind nicht nötig. Man kann einfach die Röhren und Spots aus dem Eletronikhandel nehmen.
Inzwischen gibt es die Röhren in verschiedenen Längen und mit verschiedenen Durchmessern.
Die einzelne Röhre bringt im vergleich zu optimierten Lichtbalken mit T5-Röhren und elektronischen Vorschaltgeräten wenig Ersparnis.
Wir aber beim Austausch aller unserer alten T8-Röhren Röhren im Aquarienkeller den Energiebedarf um etwa 75% gesenkt.
Verschiedene Lampen haben ein unterschiedliches Farbspektrum.
Dadurch verändert sich der Farbeindruck von den Pflanzen und den Einrichtungsgegenständen.
Das Bild zeigt den Unterschied zwischen Spot mit hohem Rotanteil und rein weißen Röhren.
Die Farbtemperatur (Kelvin) und die Farbwiedergabe (RAL) sind abhängig von der Zusammensetzung des Strahlunsspektrums der Lampe.
Ich möchte auf diese Werte hier nicht weiter eingehen.
Wirkung der Wassertiefe auf die Lichtfarbe
Licht verschiedener Wellenlängen wird unterschiedlich stark im Wasser absorbiert.
Durch die Absorption von UV- ind Infrarot-Licht reduziert sich die Lichtstärke in reinem Wasser in den obersten 10 cm
bereits auf etwa 55% des Ausgangswerts. Blaues Licht mit einer Wellenlänge von etwa 470 bis 490 nm wird am Wenigsten absorbiert und auf diesen Bereich engt sich das
Spektrum mit zunehmender Tiefe immer mehr ein. Rotes und oranges Licht wird dagegen stark absorbiert und steht darum für die Fotosynthese auch nur im begrenzten Maße
zur Verfügung. In 30 cm Wassertiefe ist das Licht mit einer Wellenlänge von 660 nm um etwa 25 % gegenüber der Oberflächenstrahlung reduziert.
Blaue Licht steht dagegen fast uneingeschränkt zur Verfügung. Diese Veränderung im Lichtspektrum kann sich stark auf das Pflanzenwachstum auswirken, wenn die
gewählte Beleuchtung einen starken Schwerpunkt im roten Bereich hat und nur wenig blaues Licht abgibt. Die verbleibende Lichtstärke ist dann möglicherweise für
lichtbedürftige Pflanzen zu gering.
Die Grafik zeigt die Reduktion des Lichtspektrums in Wassertiefen von 10, 20, 30, 40, 50 und 60 cm Tiefe. Zum Vergleich ist das Wirkspektrum der Fotosynthese mit im Diagramm eingetragen.
Höhere Pflanzen und grüne Algen nutzen Chlorophyll a und b als Pigmente für die Fotosynthese.
Damit absorbieren sie blaues und rotes Licht und nutzen es zur Energiegewinnung.
Sie können in klarem Wasser bis in Tiefen von 10 bis 15 Metern eine normale Fotosynthese betreiben.
In tieferem Wasser fehlen ihnen die notwendigen Wellenlängen in ausreichender Stärke zur Aktivierung ihrer Photosysteme.
Als Anpassung an das veränderte Lichtspektrum in größerer Wassertiefe haben Braunalgen andere Fotosynthesepigmente entwickelt.
Sie absorbieren mit Hilfe von Fucoxanthin, Chlorophyll a und c blaues und grünes Licht.
Es dringt tiefer ins Wasser ein und diese Algen können bis in eine Tiefe von etwa 50 m problemlos wachsen.
Rotalgen nutzen Chlorophyll a, Phycocyanin und Phycoerythrin. Damit absorbieren sie grünes und blaues Licht, das besonders tief ins Wasser eindringen kann.
Dadurch können Rotalgen in Tiefen bis etwa 150 m leben.
Da der Rotanteil vom Wasser stark absorbiert wird, hat er bei der Fotosynthese submerser Pflanzen kaum eine Bedeutung.
Spezielle Pflanzenlampen, die in diesem spektralen Bereich besonders viel Strahlung produzieren sind für Landpflanzen effektiv, aber
für Aquarienpflanzen nicht sinnvoll. Walstad (2003, 2005) zeigt die Ergebnisse eines Versuchs in dem die Fotosyntheseleistung -
gemessen an der Sauerstoffproduktion - bei der Kombination einer kaltweißen und einer Vollspektrum-Pflanzenröhre die besten
Ergbnisse erzielte. An zweiter Stelle lag die Kombination aus zwei rein weißen Röhren. Die Erklärung dafür ist einfach.
Die weißen Lampen liefern im Bereich zwischen 400 und 550 nm mehr Licht als die Pflanzenlampen. Deren Leistung im Bereich
über 550 nm ist dagegen durch die Absorption im Wasser verschwendet.
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