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灯光 PAR 值是什么? - 解惑珊瑚需要什么样的光才能生长

PAR 值是什么?

灯光 PAR 是一个常见术语,在很多视频和文章都会出现。


想必你会听说过流明,其实 PAR 和流明都是一样的意思,就是亮度,只是流明是对于人类而言,PAR 值对应的是珊瑚。


除了滤食性的珊瑚,大部分珊瑚都需要照明来维持生命和生长,和植物差不多。珊瑚组织内生活着被称为虫黄藻的微小植物,作为珊瑚的一体进行光合作用。


由于珊瑚对光的需求不一样,我们可以使用 PAR 值来衡量珊瑚所需的亮度,同时也可以比较不同灯,不同的亮度。


理想情况下,你买到的珊瑚,最后与它的原生环境接近,它活得就更舒服一些,死亡率低点,生长速度快点。所以,你可以尝试在海缸中,不断调整位置,直到最适合。


实际上,现代的灯具的 PAR 值都已经足够高,高到可以哂死你的珊瑚。但是却不一定能保证均匀的PAR值。常见的毛病就是正下方高,四周低。

如图

t5 灯管发散光源
LED 聚光光源


PAR VS Lumens vs 流明 vs Lux VS 瓦

我是用龟壳灯的,即 400 瓦(W),低的有 250W ,极少数鱼友用 150W。鱼友间讨论各种灯只会比较多少 W,瓦数越高,感觉就是光越强,但很少说 PAR。

瓦指的是功率,而且是消耗的功率,也就是说,你可以用 400W 的灯,产生极低的光量,也可以用极低的瓦数产生极高的光量,就如同家里屋顶的 LED 灯,功率(瓦)远低于以前的钨丝灯,因为卤素和钨丝灯,很大一部分能量转为热能,而不是光。

随着 LED 流行,发光的原理完全不同,就不能再用 LED 的瓦数来与传统的卤素灯来对比。


流明 Lumens 指灯产生光的总量,将光想像成水,可以理解为立方这个单位。但它不能衡量某时间在某空间的流量。如同你不能用『立方』直接说这是长江的流量,缺少了时间单位。

1 Lumen 有多少光?相当于一支蜡烛燃烧一秒的光量。所以 Lumen 越高,想像越多蜡烛在燃烧就好了,哈哈。


Lux 勒克斯,在流量的基础上加上了时间和空间,大部分光测量仪都是用这个单位。但它不考虑色温与波长,所以珊瑚不需要的光量,它也计算进去了。最典型的情况是 UV 紫色光谱不够,但 Lux 仍然很高。

Lumen流明与 Lux

终于聊到 PAR,在植物能吸收的光谱范围内,某一特定时间照射到某一特定地点的光子数量。所以它在 Lux 单位的基础上,加上了光谱这个限定,即对我们饲养的珊瑚有效光谱才计算入内,这也是为什么水族 LED 厂家最喜欢用的单位。

所以,Lumen 流明是人对光的强度的衡量,PAR 是珊瑚或植物对光的强度的衡量


大家感受不一样嘛,所以你觉得很暗的蓝光,实际对珊瑚来说,也许是很强的光了,具体要用 PAR 表来测。

现在你知道,某宝买的亮度计,或苹果手机下载的 App 亮度计,它们都是只能测 Lux ,不带过滤的,测出来的结果对人有用,对珊瑚没用,不要买,也不用测 Lux了。



对于海水来说,那 PAR 是否完美单位呢?

不完全是,主要是原因是,从 400nm ~ 700nm (纳米)这个波长来说,细胞中的叶绿素,能进行光合作用东东,效能不一样。如下图

a, b 两种叶绿素对 450 和 650 波段,光合作用最高。但留意在 400 以下这个波段,就是所谓 UV 光,这个是不算在 PAR 值的范围内的。

从图中可见,绿光,黄光,红光对珊瑚完全没有效果,所以厂家一般都是用蓝光,UV 紫光为主。而黄光,红光则只对植物的叶绿素有效。


叶绿素就是珊瑚前面说的虫黄藻了,要吃光的。

下图是叶绿素 a 光合作用图,不同色彩代表不同色温,我们的灯用的是左边的色温,紫色和蓝色为主。

叶绿素 a 光合作用光谱
叶绿素ab-光合作用-色温范围
叶绿素ab-光合作用-色温范围

来自维基的解释

叶绿素(Chlorophyll)是普遍存在具光合作用能力生物中,主要反射绿光的光合色素的合称,并可依照其吸收波段被分为叶绿素a, b, c及d。
光合作用的第一步是光能被叶绿素吸收并将叶绿素离子化。产生的化学能被暂时储存在三磷酸腺苷(ATP)中,并最终将二氧化碳和水转化为氧气和碳水化合物。叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱较为接近,两者在蓝紫光(430~480nm)和红光区(640~660nm)都有一吸收高峰,叶绿素ab对绿光的吸收很少,所以呈绿色。


光谱的定义

一般光谱波长的定义,不同波长不同色彩,可以对应灯具上面用的灯珠。

紫色:400 - 430纳米

蓝色:431 - 480纳米

绿-蓝:481 - 490纳米

蓝-绿。491 - 510纳米

绿色。511 - 530纳米

黄-绿。531 - 570纳米

黄色。571 - 580纳米

橙色。581 - 600纳米

红色:601 - 700纳米


水对蓝光吸收极小,但对红光非常繁殖,大部分红光都被吸收了


大自然的光谱分布,可以见到,红光占了非常多,蓝光只是一小部分

太阳光自然光色温分布


到了水下 3 米左右,由于红光被吸收,蓝光和紫光占比多了不少

太阳光水深 3 米色温分布


家用 LED 光源,基本以蓝光为主

家用 LED 20cm 水深色温分布


举例:Kessil 成品灯分析

我的缸用了 4 支 Kessil 灯,国内一般叫神灯。其实没这么神,只是它的色温能让屎色的东西,照得非常漂亮,用来拍闲鱼照,或微拍堂照最适合不过了。


可以看出 Kessil 灯的光谱完全按照叶绿素发生光合作用的波长来设计,所以效能最高。只是由于太蓝,它看起来就不那么自然,因为去掉了太阳光中的绿光,同样的,波长较高的黄光也去掉了。所以拍照的时候,总是那么蓝,不用滤镜基本没法看。但我用卤素是没这问题的,可以直接拍照,12000k 色温的灯胆有许多黄光。


淡水植物,陆生植物,对应的是 Kessil Sun 版,去掉了绿光,保留了黄光,与上述的叶绿素光合作用图一一对应。

实际上,太阳光的光谱是很广泛的,但海洋中的海水将阳光中的绿光,红光都吸光了,所以海水才会呈蓝色,珊瑚自然也不会接受到。


你用绿光或黄光照珊瑚,估计珊瑚在前半生都没经历过,它又怎能适应过来呢?

Kessil 灯的广告号称是这样子的,在同功率下,其它厂的灯,PAR 值虽高于 Kessil 灯,并不代表它们就优胜,因为 PAR 值不包括 UV 波段。


如下图,可以看到用在藻缸(海水钢丝藻或羽毛藻)的版本,有许多红色光谱。你想到了,是要促进植物的光合作用


Kessil 神灯光谱

我没卖 Kessil 灯,其它灯应该也有类似的设计,明白这些原理,大家可以留意一下。


大自然的 PAR 值

下图是夏威夷的 PAR 值变化表,忽略涨退潮

分别是晴天和多云。晴天的时候,水深 10 米,PAR 值可达 700,即使在多云天气,也超过 250。

横坐标是尺(3尺 = 1 米),纵坐标是 PAR 值

晴天 PAR 值度量
多云 PAR 值度量

下图是 3 米水深的 PAR 值在一天的变化,你可以依据这个来设定你的灯具,就和大自然非常相近了。

正午间的 4 小时,太阳光 PAR 值高达 1000

一天下来的 PAR 值

但一般我们的海缸用不到 1000 的 PAR 值,也能令珊瑚发色,是什么原因呢?

初步认为,更多的蓝光会促进珊瑚虫的光合作用,蓝光不仅是快速生长的触发因素,也是我们人类肉眼最喜欢的颜色。


多少 PAR 才真的够?

一般说来,100 PAR 或以下是暗光,超过 200 可以认为是高光。

软珊瑚 (Soft coral),像蘑菇,纽扣,皮革类的,50 ~ 150 PAR 已经足够,

软体(大水螅体 LPS) 火柴,榔头,尼罗河 这些,也是需要 50 ~ 150 PAR 就可以了

硬骨(小水螅体 SPS)鹿角,瓦片 等则要 200 ~ 500 PAR

不过呢,大多数珊瑚对 PAR 值都比较宽容,像平时常见的火柴,蛙卵,榔头,从 100 ~ 1000+ PAR 值都能适应。即使不适应,珊瑚在适应期内慢慢调节,也能应对。

不过我们都很懒,直接放缸内高光处,没有适应期,很容易出问题。

太高的 PAR 则会导致藻类滋生,还记得开缸爆藻时的场景吗?


下图的珊瑚缸 PAR 值高达 600,甚至 1000,但不代表它们就是适合你的,喜欢 PAR 值高的同学,可以一步步往上调,看看珊瑚状态再调整。

Radion LED
AI LED 珊瑚缸下的 PAR 值


追求高 PAR 值是否必要

追求高 PAR值 并不是大多数珊瑚所需要的。相反,珊瑚需要仔细观察,并依据它们的需要和状态进行调整。

例如,如果一个珊瑚开始失去颜色,尝试减少光照强度。将珊瑚移到水深处或移到缸的边缘。常见各种脑珊瑚在强光下都会有白化的问题。皮革在长时间高光位,也会出现虫黄藻脱去的情况(全身变白)。

另一方面,如果一个珊瑚开始变成屎色,它可能需要更多的光。当然水质可能才是主因。屎色珊瑚常见在硬骨(SPS)下缸一周后,毛变短,色变暗。


五爪贝在 550 的 PAR 值就会出现饱和,即再多的光量也不能促进生长。

最容易饲养的硬骨,叠瓦只需要 135 PAR 即可以生长,再多的光量,并不能加快其生长过程

135 PAR 值,相当于普通纽扣等软体珊瑚需要的光量。难怪我的缸用卤素,叠瓦随便放在暗光位,也长得飞起来。


要知道 PAR 值,可以使用防水的测光仪,放在不同的位置测试

测量后,心中有数,但并不代表可以解决所有问题,因为珊瑚状态好坏,太多因素影响了,光照只是其中一个。重要的还是多观察,慢慢调整。

PAR 测光仪
PAR 测光仪_感光件


小结

是不是太复杂呢?简单小结一下

1. 开缸用 LED 爆藻为什么难?

因为藻类喜欢黄光,你家的 LED 没有这光谱。换用非 LED 灯,效果更好。


2. 为什么不能用瓦数来比较光强度?

因为 LED 比传统的灯发光效能高太多了


3. 为什么 UV 紫光有用?

因为珊瑚喜欢呀,能促进光合作用


4. 为什么 LED 纯白光不能养珊瑚?

因为发生不了光合作用,还长藻


5. 为什么暗暗的蓝光能养珊瑚?

因为珊瑚和我们感受的光亮度感觉不一样,且珊瑚上的虫黄藻喜欢蓝光


6. 光越强是否珊瑚生长越快?

不会,会出现饱和状态,就像你吃饱撑了一样


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