Chiếu sáng trong hồ thủy sinh

         Chúng ta đều biết rằng cây sử dụng ánh sáng để quang hợp – một quá trình sống còn cho phép chúng tạo ra năng lượng (tức thức ăn) dự trữ cho chính mình. Nếu không đủ ánh sáng, quá trình quang hợp sẽ bị ảnh hưởng và sức khỏe của cây bị suy giảm. Việc cung cấp nguồn sáng đầy đủ, kết hợp với những điều kiện thích hợp về môi trường, sẽ đảm bảo rằng cây có thể quang hợp ở mức độ tối ưu và phát triển mạnh khỏe.

         Thông thường, đa số hồ cảnh chỉ có một bóng đèn huỳnh quang, nhưng không may, điều này chưa đáp ứng đủ nhu cầu chiếu sáng đối với nhiều loài cây thủy sinh. Nhìn chung, việc chiếu sáng phù hợp là một vấn đề mà rất nhiều cây thủy sinh cần đến. Để cung cấp một nguồn chiếu sáng phù hợp, điều quan trọng là phải hiểu làm thế nào mà cây thủy sinh hấp thu ánh sáng ngoài tự nhiên và nguồn sáng chất lượng bao gồm những gì.

Các thành phần của ánh sáng
         Ánh sáng khả kiến chỉ chiếm một vùng nhỏ trong quang phổ trường điện từ, bao gồm sóng vô tuyến, vi sóng và tia X. Ánh sáng trắng bao gồm những bước sóng khác nhau, mỗi bước sóng tương ứng với một màu nhất định. Điều này được thể hiện qua màu sắc của cầu vồng, vốn được tạo ra nhờ hơi nước phân tách ánh sánh mặt trời thành nhiều bước sóng khác nhau và do đó, tạo ra các màu sắc khác nhau. Bước sóng ánh sáng thường được đo bằng nano mét (nm) – tức một phần tỷ của mét. Ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được có tầm từ 380 đến 700 nm và được gọi là phổ ánh sáng khả kiến. Ở đầu sóng “ngắn” của phổ ánh sáng khả kiến là tia cực tím (UV) với bước sóng từ 300 đến 350 nm và ở đầu sóng “dài” là tia hồng ngoại (700-750 nm). Các nguồn sáng khác nhau tạo ra các phổ ánh sáng khác nhau tùy vào bước sóng cực đại phát ra. Lấy ví dụ, nguồn sáng xanh dương tạo ra nhiều ánh sáng ở đầu sóng ngắn (400-500 nm) của phổ ánh sáng, trong khi nguồn sáng đỏ lại tạo ra nhiều ánh sáng ở đầu sóng dài (650-700 nm) của phổ ánh sáng.

 

 
Nhiều cây thủy sinh cần chiếu sáng mạnh mặc dù chỉ một phần nhỏ ánh sáng được hấp thu trong quá trình quang hợp. Những vùng xanh dương và đỏ trong quang phổ là hữu dụng nhất.

         Màu của các vật thể mà chúng ta nhìn thấy chính là màu của ánh sáng phản xạ từ các vật thể đó; những màu còn lại trong phổ bị hấp thu hết. Đấy là lý do tại sao nước biển lại có màu xanh dương – bởi vì màu xanh dương chứa nhiều năng lượng và ít bị nước hấp thu.

         Cây chỉ hấp thu một phần ánh sáng mà chúng nhận được, tập trung vào một dải đặc biệt trên phổ ánh sáng và chỉ sử dụng những bước sóng nhất định, thường là những bước sóng sẵn có nhất. Khi ánh sáng chiếu qua nước, cường độ của nó bị suy giảm nhưng một số vùng của quang phổ lại xuyên qua một cách dễ dàng hơn. Bước sóng ngắn chứa nhiều “năng lượng” hơn là bước sóng dài và sóng càng mạnh thì càng đi xuyên qua nước một cách nhanh chóng. Sóng ít năng lượng hơn đi xuyên qua nước chậm hơn và nhanh chóng bị hấp thu, vì vậy chúng không có nhiều ý nghĩa đối với cây thủy sinh ở một độ sâu nhất định. Ánh sáng năng lượng cao với các bước sóng ngắn (xanh dương và cực tím) không hề bị hấp thu một cách nhanh chóng, vì vậy cây thường nhận được nhiều ánh sáng xanh dương hơn là đỏ.

         Sắc tố quang hợp, tức diệp lục tố, được đa số cây dùng để quang hợp, chủ yếu “hút” ánh sáng xanh dương và đỏ, mặc dù ánh sáng đỏ ở tầm 650-675 nm được hấp thu một cách hiệu quả nhất. Ánh sáng xanh dương được hấp thu ở mức độ tương đương với ánh sáng đỏ đơn giản bởi vì nó luôn sẵn có và dồi dào trong ánh sáng mặt trời, và đi xuyên qua nước dễ dàng hơn. Trong hồ thủy sinh, nguồn sáng nhân tạo lý tưởng nên cực đại ở vùng đỏ của quang phổ mặc dù nó có thể khiến cảnh quan trông không được như ý. Nguồn sáng nhân tạo với phổ ánh sáng đỏ và xanh dương mạnh thường dễ chịu hơn đối với mắt người mà vẫn cung cấp đầy đủ ánh sáng cho cây. Nên nhớ rằng nguồn sáng xanh dương mạnh cũng kích thích sự phát triển của tảo, vì vậy hãy điều chỉnh để đạt được sự cân bằng giữa nguồn sáng đỏ và xanh dương.

 
Bóng đèn huỳnh quang phát sáng theo mọi hướng. Tấm phản xạ có thể hướng ánh sáng chiếu vào hồ và cải thiện cường độ chiếu sáng một cách đáng kể. Các tấm phản xạ được làm bằng nhựa dẻo tráng thủy hay nhôm bóng.
Chiếu sáng không thích hợp là một nguyên nhân khiến tảo bùng phát trong hồ thủy sinh. Việc điều chỉnh cường độ và thời lượng chiếu sáng có thể giải quyết những vấn đề thông thường do tảo gây ra.

Sự phản xạ…
Màu của lá cây cung cấp một bằng chứng quan trọng về nhu cầu chiếu sáng của chúng. Hầu hết cây cối đều có các cấp độ xanh lục khác nhau, nhưng nhiều cây cũng tạo ra lá nâu và đỏ. Bởi vì chúng ta hiểu rõ về phổ ánh sáng, chúng ta biết công suất của ánh sáng mặt trời và những bước sóng (hay màu) nào đi xuyên qua nước dễ hơn. Chúng ta cũng biết rằng màu của một vật thể được tạo ra bởi ánh sáng phản xạ từ chính nó (nghĩa là không bị hấp thu). Do đó, chúng ta có thể xác định được những bước sóng nào được cây sử dụng và mức độ hiệu quả của sự quang hợp ở chúng dựa trên màu của lá cây.

Lá cây màu xanh lục nhạt. Bởi vì màu trắng là tổng hợp của rất nhiều màu, màu sáng hơn cho thấy rằng có ít ánh sáng được hấp thu trên toàn bộ quang phổ (tức phản xạ nhiều hơn). Cây có lá màu xanh lục nhạt dường như không quang hợp một cách có hiệu quả và thiếu chất diệp lục tố. Cây màu xanh lục nhạt cần chiếu sáng mạnh để bù đắp cho việc thiếu chất diệp lục tố bên trong các tế bào.

Lá cây màu xanh lục sậm. Lá cây màu xanh lục sậm là dấu hiệu cho thấy cây hấp thu ít ánh sáng xanh lục hơn so với những vùng khác trong quang phổ. Điều này chứng tỏ cây có đủ chất diệp lục tố (bởi vì ánh sáng xanh lục bị phản xạ nhiều hơn). Việc gia tăng lượng diệp lục tố trong lá cây cho phép cây khai thác tối đa một nguồn sáng. Lá cây xanh lục sậm thích nghi với điều kiện chiếu sáng yếu và không đòi hỏi chiếu sáng mạnh. Khi cây xanh lục sậm ra lá mới, chúng thường nhạt hơn rất nhiều, bởi vì lượng diệp lục tố vẫn chưa phát triển bằng với lá cây trưởng thành.

Lá đỏ. Vùng đỏ trong phổ ánh sáng thường là nơi mà quá trình quang hợp diễn ra mạnh nhất, mặc dù ở cây lá đỏ, ánh sáng này bị phản xạ và không được hấp thu. Sự thay đổi màu sắc dựa trên một yếu tố rằng cây sử dụng diệp hồng tố, loại sắc tố kém hiệu quả hơn so với diệp lục tố, để hấp thu năng lượng ánh sáng. Bù đắp cho việc thiếu ánh sáng đỏ, cây phải hấp thu nhiều ánh sáng xanh dương và xanh lục hơn và do đó cần được chiếu sáng mạnh hơn. Một số cây có thể thay đổi loại sắc tố sử dụng để quang hợp tùy vào điều kiện chiếu sáng. Trong trường hợp đó, cây lá đỏ sẽ chuyển thành xanh lục nếu lượng chiếu sáng không đủ, và một số lá xanh lục sẽ chuyển thành màu đỏ ở phần ngọn (tức nơi gần với nguồn sáng hơn) hay trong điều kiện lượng chiếu sáng tổng thể mạnh hơn.

Ánh sáng tự nhiên
Cây thủy sinh hiện diện trong mọi thủy vực, mà chủ yếu là các hệ thống sông ngòi. Một con sông điển hình bao gồm nhiều phần và ánh sáng mà cây nhận được tùy thuộc vào vị trí của chúng trong con sông. Gần thượng nguồn, môi trường hai bên bờ thường trống trải và ít cây cối, vì vậy ánh sáng luôn dồi dào vào mọi thời điểm trong ngày. Tình trạng cũng tương tự ở hạ lưu của con sông, nơi thường là vùng đồng bằng. Tuy nhiên, nhiều con sông miền nhiệt đới lại chảy qua những vùng cây cối rậm rạp và một phần đáng kể ánh sáng mặt trời bị cành cây và bụi rậm che khuất. Cây thủy sinh thường được phát hiện gần bờ các con sông cỡ vừa và lớn, nơi mực nước cạn hơn và cây thu được ánh sáng dễ dàng hơn.

Hồ thủy sinh kết hợp các loại cây có màu sắc tương phản trông rất hấp dẫn, mặc dù việc chiếu sáng phải điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu của các loại cây khác nhau.

Địa bàn phân bố tự nhiên của cây cũng ảnh hưởng đến lượng chiếu sáng mà chúng cần trong hồ thủy sinh. Cây mọc ở vùng trống trải cần lượng chiếu sáng mạnh và kéo dài, trong khi cây mọc ở vùng có bóng râm cần lượng chiếu sáng ít hơn. Ngoài tự nhiên, một số loài cây, chẳng hạn như rong lá trầu Echinodorus spp. có lá vươn lên khỏi mặt nước để dễ hấp thu ánh sáng và CO2. Điểm thuận lợi của việc ra lá bên trên mặt nước là có khả năng quang hợp nhanh hơn và hấp thu CO2 dễ dàng hơn. Lá bên trên mặt nước cũng cung cấp bóng mát cần thiết cho những cây thủy sinh yếu hơn.

 

Thời lượng chiếu sáng
Hầu hết vùng nhiệt đới có thời lượng chiếu sáng khoảng 12 giờ một ngày, với 10 giờ chiếu sáng mạnh và 10 giờ tối hoàn toàn và chu kỳ này thay đổi chút ít trong cả năm. Điều quan trọng là đảm bảo sao cho cây trong hồ nhận được lượng chiếu sáng đều đặn trong một khoảng thời gian nhất định. Cách tốt nhất để thực hiện điều này là sử dụng một bộ định thời (timer) tự động bật sáng đèn trong 10-14 giờ một ngày. Với hồ lắp nhiều bóng đèn huỳnh quang, bạn có thể áp dụng hiệu ứng “tuần tự” với mỗi bóng bật (hay tắt) sau khoảng thời gian từ 5 đến 10 phút. Việc này nhằm giảm sốc cho cá và cây khỏi sự thay đổi đột ngột của cường độ chiếu sáng. Điều quan trọng là cây thủy sinh cũng cần khoảng thời gian tắt đèn hoàn toàn. Trong thời gian này, cây ngừng quang hợp và bắt đầu hô hấp, vì vậy giai đoạn tắt đèn là giai đoạn “nghỉ ngơi” đối với các chức năng sinh học của cây.

Áp dụng giờ nghỉ trưa
Cây có khả năng duy trì mức độ quang hợp một cách tương đối dễ dàng, và nhanh chóng đáp ứng với mọi biến đổi về điều kiện chiếu sáng. Nói một cách khác, chúng không mất nhiều thời gian để khởi động và bắt đầu quang hợp một khi được chiếu sáng đầy đủ. Tuy nhiên, tảo không có lợi thế sinh học như cây thủy sinh và cần thời gian dài cũng như tương đối liên tục để tăng trưởng một cách hiệu quả. Tảo hoàn toàn có khả năng bị loại trừ khỏi hồ thủy sinh bằng cách khống chế cường độ và thời lượng chiếu sáng và áp dụng giờ “nghỉ trưa”. Đây là giai đoạn tắt đèn xen vào giữa chu kỳ thông thường ngày/đêm của hồ thủy sinh. Nếu hồ được chiếu sáng 5-6 giờ, sau đó nghỉ 2-3 giờ và rồi lại chiếu sáng 5-6 giờ nữa thì cây sẽ không bị ảnh hưởng gì và vẫn nhận đầy đủ ánh sáng cho cả một ngày, nhưng mức độ tăng trưởng của tảo sẽ bị suy giảm đáng kể và thậm chí bắt đầu chết dần mòn.

Giảm bớt suy hao ánh sáng
Trong hầu hết trường hợp, việc tăng cường tối đa lượng ánh sáng mà cây nhận được trong hồ là có lợi. Có hàng loạt nguyên nhân khiến ánh sáng bị suy hao một cách đáng kể khi di chuyển từ nguồn sáng đến bề mặt lá cây.

Cặn bã lơ lửng trong nước hồ có thể tiêu hao một cách đáng kể lượng ánh sáng chiếu đến cây, nhưng chúng có thể được loại bỏ dễ dàng bằng việc sử dụng bông lọc mịn gắn trong bộ lọc. Nắp kiếng và khay ngưng tụ có thể tiêu hao đến 30% cường độ sáng của một nguồn sáng nhất định. Về khía cạnh này, khay ngưng tụ bằng nhựa rất tệ hại bởi vì chúng nhanh chóng đổi màu và khó làm vệ sinh. Nếu có thể, hãy dùng nắp thủy tinh và lau chùi hàng tuần để tránh làm ánh sáng thất thoát nhiều. Ánh sáng từ đèn huỳnh quang phát ra theo mọi hướng và hầu như bị nắp hồ hấp thu hay thất thoát qua mặt kiếng. Sử dụng một tấm phản xạ đặc biệt, bạn có thể hướng ánh sáng chiếu xuống nước mà không đi ra ngoài. Tấm phản xạ có thể gia tăng mức độ hiệu quả của đèn huỳnh quang lên đến 40%.

SO SÁNH CÔNG SUẤT CHIẾU SÁNG
Công suất nguồn sáng chiếu lên một bề mặt được tính bằng đơn vị lux. Ánh sáng mặt trời đạt từ 70,000 – 80,000 lux, mặc dù phần lớn bị tiêu tán ngay tại thời điểm nó chiếu đến cây thủy sinh. Nhu cầu về lux của cây thủy sinh từ 300 đến 6,000 tùy loài. Các loài thường sống trong bóng râm như Anubias và Crytocoryne spp., đòi hỏi ít ánh sáng hơn so với những loài sống ở tầng cao hay vươn lên khỏi mặt nước và trong những vùng nước cạn, trống trải như Echinodorus tí hon và Myriophyllum. Lux được đo bằng máy đo biểu đồ lux, mặc dù việc đo lux để xác định chính xác công suất chiếu sáng trong hồ thủy sinh là không cần thiết. Tốt hơn là hãy xem xét cường độ của các nguồn chiếu sáng khác nhau.

Cường độ chiếu sáng
Cường độ của một nguồn sáng được tính bằng lumen. (Lux được tính bằng lumen trên mét vuông). Nếu cường độ chiếu sáng là tối ưu, sau khi trừ đi những suy hao, chúng ta hoàn toàn có thể đảm bảo rằng cây thủy sinh nhận được đầy đủ ánh sáng. Với hướng dẫn sơ lược, trong một hồ tiêu chuẩn hình chữ nhật, cây thủy sinh cần khoảng 30-50 lumen trên mỗi lít nước.

Hiệu quả chiếu sáng
Mức độ hiệu quả của một nguồn sáng được tính bằng tổng số lumen được tạo ra trên mỗi watt. Nguồn sáng nhân tạo tiêu thụ điện năng (watt) và chuyển đổi thành ánh sáng và nhiệt. Bóng đèn huỳnh quang không bao giờ quá nóng và thậm chí có thể chạm vào khi chúng đang bật sáng. Đấy là vì hầu hết điện năng được chuyển hóa thành ánh sáng, điều khiến cho đèn huỳnh quang hoạt động rất hiệu quả. Mặt khác, một bóng đèn dây tóc 60 watt sẽ nóng hơn và phát ra ít ánh sáng hơn một bóng đèn huỳnh quang 60 watt (hay hai bóng 30 watt). Tuy nhiên, điều này không có nghĩa rằng nguồn chiếu sáng hiệu quả nhất luôn luôn là nguồn sáng tốt nhất. Với những hồ lớn và sâu, cần lắp đặt nhiều đèn huỳnh quang để cung cấp đầy đủ ánh sáng (lumen). Mỗi đèn huỳnh quang lại cần con chuột và không gian bên trên hồ. Từ lâu, giá cả và việc sử dụng nhiều đèn huỳnh quang đã trở nên không phù hợp và bạn nên cân nhắc đến việc sử dụng những nguồn chiếu sáng khác.

Mặc dù hiệu quả chiếu sáng kém hơn đèn huỳnh quang vì tỏa ra nhiều nhiệt và độ phát sáng trên mỗi watt ít hơn, đèn khí thủy ngân hay halogen là lựa chọn thích hợp. Công suất watt cực lớn của chúng đảm bảo cường độ và công suất chiếu sáng cao hơn. Ban đầu, những loại đèn này có vẻ đắt tiền nhưng nếu so sánh ở cường độ chiếu sáng tương đương với đèn huỳnh quang, thì chúng thực sự rẻ hơn.

Định nghĩa
Lumen: đơn vị cường độ sáng, khởi thủy là ánh sáng phát ra từ một ngọn nến.
Lux: đơn vị công suất chiếu sáng, tính bằng lumen trên một mét vuông.
Watt: đơn vị công suất điện.

 
Những loại cây thích nghi cao độ với các điều kiện chiếu sáng khác nhau sẽ không bao giờ sống chung một nơi ngoài môi trường tự nhiên. Loài bông súng nhiệt đới này cần nhiều ánh sáng trong khi những cây mọc bên dưới chỉ cần ánh sáng ở mức trung bình.

Lựa chọn nguồn chiếu sáng
Những kết luận mà chúng ta rút ra qua việc quan sát các loại nguồn chiếu sáng đó là nguồn chiếu sáng tốt nhất tùy thuộc vào chức năng mà chúng phải thực hiện. Bóng đèn dây tóc hiệu quả thấp và tạo ra nhiều nhiệt nhưng rẻ tiền và rất phù hợp để sử dụng trong gia đình. Đèn huỳnh quang rất hiệu quả và tương đối rẻ nếu sử dụng số lượng ít, và lý tưởng đối với hồ thủy sinh cỡ nhỏ. Tuy kém hiệu quả hơn, nhưng loại đèn cường độ/công suất lớn thích hợp nhất đối với hồ thủy sinh cỡ lớn. Nên nhớ rằng, chiếu sáng nhiều luôn tốt hơn chiếu sáng ít mặc dù chiếu sáng quá nhiều có thể gây hại. Khi lựa chọn nguồn chiếu sáng phù hợp với một hệ thống nhất định, có bốn yếu tố chính cần phải cân nhắc:

1. Mức độ hiệu quả (cường độ chiếu sáng trên công suất điện tiêu thụ)
2. Cường độ/công suất chiếu sáng
3. Giá cả
4. Phổ ánh sáng