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1、 什么是光？光与水草、海水生物之重要性 光可说是一种能量。水草藉着光能、二氧化碳和水进行光合成作用，制造葡萄糖等养份供应水草本身需要，而副产品为氧气。而此氧气适足于提供于鱼呼吸之需要。同样，海水生物缸内某些藻类（algae）或所谓共生藻类（Zooxanthellae）藉着光也行光合成作用而成长，提供软体生物（corals、invertebrates）等需要。所以，无论水草或海水生物水槽均需藉由人工提供适量的二氧化碳（CO2）与光能结合进行光合作用，共生藻类和植物藉以繁衍或成长，鱼儿或海水生物或呼吸或取食藻类，光能则藉以传递而形成共生的食物链。 反之，植物或藻类缺乏光能的取得，则必褪色或直接枯萎而死亡。相对的，鱼儿或海水生物则无所依附也必然难逃死亡的命运，完整的水草或海水生物生态缸即无法形成。




2、 自然光源与人造光源的认识 自然界的光源，取之太阳光。所以，无论陆地或海洋生物皆均沾此光能并交随食物链传递而得以生存和万物滋长。同理，营造一缸水草或海水生物的生态缸，必然缺乏不了光能的取得。然而，居家的水族缸取用自然光源，势必在所难。太阳光的光源包罗万象，科学家从太阳光的光谱中析出除人类肉眼可察觉的可见光如红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫外；太阳光尚具有红外线光、紫外线光、X光、雷射光等其他肉眼无法察觉的不可见光。而自然界中的植物无论陆地或海洋接收此太阳光含（可见光与不可见光）是否照单全收？抑或植物自有其机制取其所需而能排除其他不必要的光源，自有待研究或成立某部分的假说。 但是科学日新月异，科学家从不断的模拟太阳光的光源并析出有用的光源，而制造出类似太阳灯管（红、绿、蓝三波长灯管）、植物灯管、强列光合灯管、全光谱灯管、软体灯管、爬虫灯管、紫外线切断灯管、PL灯管等萤光灯管及水银灯。复金属灯等人造光源。这些人造的光源自然予以吾人无穷方便，吾人于营造居家水族缸自然可无阴雨而掌控光源，虽然说水草或海水生物的生态缸系模拟自然界生态的缩影，然则亦仅系模拟，难等同于自然界的实象。盖自然界中阴雨绵延数日或竟月，某些水草或海水生物依然能存活；而自然界中水草或海水生物处于水流和潮汐以及适存的水境因子，人造的水缸仅系一池死水的再环循过滤，且其水境因子亦仅系必要而难言充分。再说，吾人营造的居家水缸，由于观赏的需要，通常调整水草或海水生物于自然界中的不同生理时钟段。 因此，站在模拟的角度，营造居家水草或海水生物的生态缸，取用人造光源是必然的选择。惟，人造光源繁多，如何应用？首应对人造光源的灯管有全然的认识，兹列述如下： A、 太阳灯管 真正名称应为红、绿、蓝三波长域灯管，由于此灯管光谱红、绿、蓝三个波长域，能源波均高近100值，模似太阳光的红、绿、蓝三原色，具有多于近2倍日光灯管的光束值，光于肉眼的感觉甚强，每w（瓦）的流明（Lm）（注一）达90，故俗称太阳灯管。 此型灯管，一般为应付西方人（蓝眼珠）和东方人（黑眼珠）需要（注二），而另模拟旭日（橙色→4000－5500°k色温）、正午（白色光→6000－6500°k色温）、夕阳（橙红→2700－3000°k色温）等的色温光色，而通常5500°k以下称暖色系；6000°k以上称冷色系。 德国Sylvania公司此型灯管称Luxline/860，率T8－26mm管径有15W、18W（即20W）、30W、36W（即40W）、58W等环保灯管，唯一寿命达14000小时始光衰，还比一般高达30％寿命，可说是最先进的灯管。 36W灯管流明值高达3250Lm。



B、 植物灯管 此型灯管，光谱主集中在红光与蓝光波长域等两区，科学家发现此两光波长域的各能源波值，最接近光合作用的效率曲线，是植物成长最佳光源，尤对绿色植物具有显着效果。 德国Sylvania公司此型灯具管称Grolux，光色嫣红鲜美，如少女腮红，系T8－26mm环保管径有15W、18W、30W、36W、58W等系列。36W灯管流明值达1440Lm。



C、 强力光合灯管 该型灯管，光谱仍集中红光与蓝光波长域等两区，惟此两光波长域的各能源波值恰与植物灯管的各能源波值呈现对调，是以光色偏淡蓝，但流明值较植物灯管高，可说属类植物灯管的加强亮度型灯管。 德国Sylvania公司此型灯管称Aquastar ,光色淡蓝如晴空，唯一色温高达10000°k，应用红色水草刺激花青素、 海水鱼、软体等具有光色自然和生态养成的加乘效果。系T8－26mm环保管径有15W、18W、30W、36W、58W等系列。36W灯管流明值达2000Lm。



D、 全光谱灯管 顾名思义，此型灯管系模拟太阳光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七个可见光色而演变性Ra值（注三）达98，色温值6500°k，实可比拟太阳，系另一型太阳灯管。惟以植物所需光合作用曲线相去甚远，且流明值过低（36W流明值仅2100Lm。）水草、海水生物缸应用多取原太阳灯管（即红、绿、蓝三波长域灯管）代之，况三波长域灯管演色性Ra值已达85，对水草、海水生物的逼真的原色已能表现得淋漓尽致。 德国Sylvania公司此型灯管称A ctiva , 系T8－26mm管径有18W、36W等环保型灯管。

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3、 水缸光量的需求与比温、演色的取舍
    按水草、海水生物是高光量的需求。方能营造类如其自然完整生态始竟其功，是不待赘言。惟何等的光量始足够？又何谓色温？色温有何重要性？什么叫演色性？有其必要吗？照度与流明又是什么？相信，这些有关“光”的名词多少困扰着初学者。
    其实，如前所说，营造一缸完美的水草、海水生物生态缸，无非是站在模拟的角度，绝非等同于自然的生态环境。所以，就实证的经验，藉此一一阐述。

    A、照明与流明──自然的生态环境，因无法测得太阳的流明值仅得藉照度计测出其水草、海水生长环境的水流表面的照度值（勒克斯，Lux）（注四）如某一水草生长的环境的正午水流表面的照度值是11000Lux。当然，如依样画葫芦，以照度计（市面上可购得）先在空缸上、中、底层先量测灯光的照明值亦不失一法，但灌水满后，灯具设计的良窳致水的折射角度偏差甚巨，原测得的照度值Lux未免多所落空。
    为此，个人一向主张使用流明值（Lumen单位Lm）换算既简易又方便。而所谓流明值（Lm）即每支灯管发出光束的总通量。流明值（Lm）越高表示越亮，如一支36W太阳灯＝3250Lm，一支36W植物灯＝1440Lm；换言之，太阳灯的亮度是植物灯的2．25倍多。至于水族缸究竟需多少流明值（Lm）？就实证的经验，一立方公升的水至少需40－50Lm（40－50Lm／1L）。是以，若以4．2尺长（约126公分）×2尺宽（60公分）×2尺深（60公分）的水草缸可装水约126×60×60÷1000＝约450L的水（扣除底床），再以（40Lm／1L）至少的光量计算40Lm／1L×450L＝18000Lm／450L。准知， 此缸须具18000Lm光量，如以一支36W（4尺长）太阳灯管＝3250Lm，则至少需6支太阳灯管（3250×6＝19500）。
    故，首求流明值（Lm）是营造一缸水草、海水生物完美生态缸的不二法门之一。
    依此类推，只要掌握各类灯管所标明的流明值（Lm）依样画葫芦，换算水族缸所需的光量不失为一简便的法则。
    B、色温度与比温值──，色温度（Kelvn单位°K）R 定义，见诸前2．各型灯管的介绍。
    已略有所述，如太阳灯管有暖色系（2700°K、4000°K、5500°K）、冷色系（6000°K、6500°K）及强力光合灯管属冷色系（10000°K偏淡蓝）等。固然，色温度区分系为应付居于纬度高低国家的不同的市场需求。但应用于水草、海水生物生态缸亦有其必要性，盖，水草为求嫣红翠绿在如上例尺寸水草缸使用太阳灯管冷色系（6000°K）6支的白光照拂下，固然可表现水草的原色达85％，惟对于红色系水草，诸如大血心兰、红蝴蝶、小草莓──等似嫌未足欲反稍嫌淡出，此时再配以1支植物灯管（淡红色）一支强力灯管（淡蓝色）共8支，则更有画龙点睛之效。
    而植物灯管的高光合成曲线光谱且符绿色系水草成长需要；强力光合灯管的淡蓝光区可刺激红色水草的花青素，两者再补太阳灯管只求光量的需要但乏光合成效率（约55％）之不足。只是，由于水草照明的实证需要太阳灯管（6000°K）、植物灯管（淡红色）、强力光合灯管（淡蓝色10000°K）等不同色温的混色现象，吾人称之为比温值。反之，若6支太阳灯管使用暖色系4000°K（橙色光）为主光量的照明，则明显绿色系水草呈淡淡的黄绿，红色系水草则偏金红，固然可加配如上植物灯管、强力光合灯管、但整缸水草呈现热腾腾的偏橙红色调（早期荷兰式水草缸的基调），难以予人沁人心肺的清凉感受；抑且背离水草缸的照明要求应模拟自然原色，来表达其逼真的程度，亦即所谓的演色性。此可从台湾的水草缸、及日本ADA水草缸、等及欧洲水草缸渐调整色调可窥之一斑。
    同理，海水生物生态缸的主光量需求比照如上但流明值采高标准（50Lm／L因配软体灯其流明值较低），以如上例的水缸尺寸，吾人仍以6支太阳灯管冷色系（6000°K）为主光量再配以1支强力光合灯管属冷色系（10000°K偏淡蓝）及1支软体灯（蓝色光）或仅以2支软体灯（视软体数量多寡），其光量不但足够，且比温值呈现10000°K－12000°K间的标准值，最能呈现类如自然海水生物环境的光色生态，亦予吾人不言而喻的海中自然原色的满足视觉的感受，更且，这样的比温值一直以来都是欧美先驱奉为圭臬的营造海水生物生态缸的不二法则。
    是故，不论水草或海水生物等生态缸次求比温值的充分与必要条件，则是营造一缸水草、海水生物完美生态缸的不二法门之二。
    C、至于演色性一词，诚如前所述即灯管发光时对所照射之物体所能表达该物体原色的逼真程度而言，称之。以自然光（即太阳）为其准单位为Ra值100，已知太阳灯管是85，全光谱灯管是为98；植物灯管（已偏红）、强力光合灯管（已偏淡蓝）、软体灯（蓝色光）则谈不上演色性。是为模拟自然环境水草或海水生物等之原色需要，始为真。从数值上可知，唯赖太阳灯管或全光谱灯管两者演色性较近太阳的Ra值，始足当之。由于全光谱灯管固然其演色性虽高达98几近太阳的演色性，但人造光源的技术极限却流明值（36W＝2100Lm）还低于太阳灯管（36W＝3250Lm），其扮演主光量的角色必嫌捉襟见时，是以舍之，而以太阳灯管以达85Ra值肉眼几乎乱真，且具高光量来扮演主光量的角色较无后顾之忧，以数年来市场实例观之，有越演越烈之势，已无庸置疑。由上，显而易见，表达自然环境水草或海水生物等之原色，演色性的需要是不可忽视的一环。而扮演此角色更须借重扮演主光量者。否则，以植物灯管、强力光合灯管对水草言的必要条件来多支使用（排除太阳灯管搭配）非但光量不足，整缸偏红或偏淡蓝，视觉感受必奇差；同理，海水生物缸单单都使用软体灯，光量必不足，岂有视觉感受而言，而得以证之。演色性──附带属营造一缸水草、海水生物完美生态缸的不二法门之三，是当之无愧的。
    综上所述，首求流明值，次求比温值及演色性是营造水草、海水生物完美生态缸的不二法门，已是不争。然则，正所谓工欲善其事，必先利其器。有好的光源（各型灯管资料）及掌握正确的观念充其量为善其事做预备矣，而如何懂得利其器，亦是应予探讨。

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4、 光的反射与水槽的折射原理认识与灯具的选用

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2005-1-3 00:00


按萤火灯管发光是由管径360°发射，如从管径的剖面想象，则仿佛太阳光的圆周发射一般。所以，欲将萤光灯管应用于水槽的照明，势须将360°发射的萤光灯特性，做向下反射，使其尽可能将光束集中照入水中。如此，方不致造成光源散射与浪费。 因此，水槽灯具的设计，首先考量必需应用光的反射原理。盖，如所周知，光──是直线前进，且不需要依靠介质；所有的物体表面都可以反射光线。越光滑的表面，越容易反射光线，而凹面可以平行反射光线。甚至，一台良好的水缸照明灯具，必须基于以上光的反射原理，而有一向下抛物线的反射凹面的设计，使萤光灯管的360°发射的光线盖可能的皆向下平行反射，而提高照明效率始竟其功。当然，反射凹面的设计良窳及光滑与否，固取决成败。 除此而外，吾人尤须认知，光的传播速率（光速）在空气中是每秒30万公里，在水中则为225000公里，而由于介质不同，传播速率会不同，只是，光由空气向下进入水中因为传播速度不同，极易产生光的折射现象。因此，水缸照明灯具的设计，光源的正确位置及反射抛光面如何设计使反射及直射的光线均能直接垂直照射于水中以减少光的折射现象，是必要考量的。 由于，一切违反光的传播常理，诸如斜边梯形的反射，或入射角与反射角不对等的凹面设计、或反射面粗糙、或反射面过窄、或光源与反射面的设计造成法线与反射线同一……等诸如此类的灯具，均称不上水缸的照明灯具而流于滥竽充数。 是故，理解各型灯管的特性以及应用方法，势需搭配合理光的传播与反射常理的优良灯具， 是所为工欲善其事，必先行其器。否则，岂不一切枉然！

水草、海水生物完美生态缸，除对光的需求特性外，其等对温度的要求亦甚严格。水草一般对温度的要求多处于25℃－27℃间（但如雪花草等性冷水草则须需温18℃－22℃），盖处于此温度间其细胞质的循流率最活跃，光合作用效率最高；反之，过高或过低的温度环境，其细胞质的循流率则陷于停滞状态，更遑言光合作用。 而一般海葵、软珊瑚等海水生物一如海中环境对水缸要求也多处于25℃－26℃左右，整缸的共生状况方显得健康与活泼。所以，此等水缸多配备冷却机，始为理想。为此，灯具的设计尤需另行考量散热与低温的设计，俾不致影响到水缸的水温。盖一般水族照明灯具多忽略此项考量，灯罩外壳或塑胶质容易因热变形或黄变致绝缘危险；或虽采用铝合金成形，但质不佳及散热设计不良致未达散热效果等。此外，多半采用传统线圈式的安定器，不但耗电（易造成铜损与铁损8％－10％，36W灯管发光，实际约需48－52W始达额定流明值3250Lm）甚巨，且安定器本身发热80－105℃于灯具内，易影响光的流明输出，而容易短期内造成灯管光衰，而使得当初整缸的光量规划遭致前功尽异。又有的虽采用电子式安定器，但因技术不完善，不但未达省电要求，且仍无法改善过热问题，同时常出现短期内灯具不亮及过繁维修现象等。只故，灯具设计优良与否是水缸的照明重要课题。

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2005-1-3 00:01

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6、 灯具与萤光灯直管光源于各类水族的应用例


具备以上逐项的认识，可说对于水族照明的要领已然厘清。惟稍有疑问者，灯具或有单排灯管型、双排灯管型及四排灯管型；而水缸通常有一尺半宽（45cm），2尺宽（60cm），或2尺半、3尺宽者时，则灯具究如何选用？ 按萤光灯直管光源，发光的穿透力约至水缸3尺深左右，但以水草或海水生物缸的造景景色（依泰半的水草长成的高度及美感、海水生物的造景视觉美感）居家水缸通常已60－70cm高（或深度）为宜；至于水缸长度依各人喜好，通常为1．5尺、2尺、3尺、4尺等正可配灯管长度1．5尺、2尺、3尺、4尺等，而灯具亦依灯管长度而制。所以，论灯具与萤光灯直管光源的应用则直接究水缸的宽度（深度与长度相乘再×以宽度，仅为计算水量之用）计算灯具使用台数的多寡及究选用单排灯具型、双排灯具型、四排灯具型的基准，是直接又方便的

注一流明值：即人造光源如灯管、灯泡发出光束的总通量，（Lumen）单位为Lm。流明值越高表亮度越强，反之越弱。 注二：按东方人泰半居于热带或亚热带等低纬度地区，一年之中无秋冬或夏季长至9－10月（如台湾），故长期处于温暖的阳光照拂下起居生活，闷热的橙黄日光使其潜意识对冰冷、清凉的光色有趋之若惊鹜的视觉感受，是以合欢山一有雪景即络绎于途；又由于黑色眼珠对于冰冷白光有吸光作用，容忍度较高。反之，西方人都处高纬度地区，一年之中春、夏季不过3－4个月，长期处于冰山雪地的冰冷白色阳]光下起居生活，是以下意识视觉感受对温暖橙色的阳光较具好感所以西方人较喜日光浴，其来有自。又蓝眼珠对白色光具反排斥作用，由是西方人于正午间强光照拂下，必佩带太阳眼镜，是事出有因。所以，太阳灯管为适应此需要的市场不同，而有色温（光色）的暖色系与冷色系的区分。 注三：演色性Ra值简单地说就是人造光源对物体照射时物体接受光照射所反射出物体原色逼真的程度。这一切以自然光源（太阳）为比值的基准，是以如日光是100Ra值而太阳灯管（红、绿、蓝三长波域）多为85－87Ra值，全光谱灯管98 Ra值，而植物灯管则只5CRI。数值越高表演色性越好，即表达物体逼真的原色越接近，固不待言。而Ra即Renderaverage，CRI即Color ren der index，两者意识相同只是代号用语凭使用者习惯尔。盖Ra（Render average）恒指人造光源对由R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9（R10-14特定用法不列）等各色系所呈演色性的平均值也同于CRI即Color render index各列颜色（R1-R9）反向造光源原色逼真的指数。 注四：Lux照度值，即人造光源所发射的流明值照射于物体上每平方米所接受的光量的值，称之。易言之，物体每平方米承接多少人造光源所发射的流明值即Lux照度值，是以物体距光源越近接收流明值越多，Lux值就越高，反之，越低。公式：

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藻类是非常原始的生物体，有演化上比水草（高等植物）古老得多。因而不难理解，藻类竞争能力很强，能很快适应变化了的环境，以保证其生存。如果水草已适应了“三波长”的照明灯。而日光又不可避免地进入水族箱，这会使水草停止生长，甚至慢慢地死亡，但同时藻类却会生长繁殖得很快，即使以前水族箱内的藻类很少，究其原因，水草体内负责吸收光线和传递能量的色素系统比藻类的色素系统复杂得多。 当一束阳光射入水族箱时，水草色素系统中的许多色素不能马上适应和利用进入的阳光，但是水族箱内的藻类却能轻易地适应新境况，还能有效利用进入的新能量。 如果我们使用全光谱照明灯就可以完全避免产生由于日光进入而引起水族箱内藻类漫生的问题。 全光谱照明摹仿自然光效果最佳。这种理想的水族箱照明使水草得到类似于自然水体中的光照，使观赏鱼和水生动物在水族箱内栖息快乐，水族箱爱好者也可以观赏到水族生物真正的绚丽体色。 光是生命之本，不同观赏生物的环境有不一样的色温考虑，例如水草用全光谱灯管的理想色温是4000K，淡海水两用全光谱灯管的理想的色温是6000K，动物全光谱灯管的理想色温是6500K。





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