Интеграл дневного света

Интеграл суточного света ( DLI ) описывает количество фотосинтетически активных фотонов (отдельных частиц света в диапазоне 400–700 нм), которые доставляются в определенную область в течение 24 часов. Эта переменная особенно полезна для описания световой среды растений.

Формула

Уравнение для преобразования плотности потока фотосинтетических фотонов (PPFD) в DLI при условии постоянной PPFD приведено ниже. ^[1]

${\displaystyle {\text{DLI}}({\text{mol}}/({\text{m}}^{2}\cdot {\text{day}})=3.6\cdot 10^{-3}\cdot {\text{PPFD}}(\mu {\text{mol}}/({\text{m}}^{2}\cdot {\text{s}}))\cdot {\text{Light-hours}}/{\text{day}}}$

где
     Световые часы — количество часов в день, в течение которых активные фотоны доставляются в целевую область, измеряемое в часах.

Обратите внимание, что коэффициент 3,6·10 ^-3 обусловлен переводными коэффициентами, полученными из мкмоль, конвертируемыми в моль, и единицей часов (из световых часов), конвертируемой в секунды.

Определение и единицы измерения

Интеграл суточной освещенности (DLI) — это количество фотосинтетически активных фотонов (фотонов диапазона ФАР ), накопленных на квадратном метре в течение суток. Это функция интенсивности и продолжительности фотосинтетического света (длины дня) и обычно выражается в молях света (моль фотонов ) на квадратный метр (м ^-2 ) в день (д ^-1 ) или: моль·м ^-2 · д ^-1 . ^{[2] [3]}

DLI обычно рассчитывается путем измерения плотности потока фотосинтетических фотонов (PPFD) в мкмоль·м ^-2 ·с ^-1 (количество фотонов в диапазоне ФАР, полученных на квадратный метр в секунду), поскольку она изменяется в течение дня, а затем с использованием это для расчета общего предполагаемого количества фотонов в диапазоне PAR, полученных за 24 часа для конкретной области. Другими словами, DLI описывает сумму измерений PPFD в секунду в течение 24-часового периода. ^[4]

Если интенсивность фотосинтетического света остается неизменной в течение всего 24-часового периода, DLI в моль м ^-2 д ^-1 можно оценить по мгновенному PPFD по следующему уравнению: мкмоль м ^-2 с ^-1 , умноженный на 86 400 (количество секунд в сутки) и разделить на 10 ⁶ (количество мкмоль в моле). Таким образом, 1 мкмоль м ^-2 с ^-1 = 0,0864 моль м ^-2 д ^-1 , если интенсивность света остается одинаковой в течение всего 24-часового периода.

Обоснование использования DLI

Счетчик энергии HortiPower способен измерять PPFD в определенный момент или фиксировать серию измерений с определенным интервалом времени.

В прошлом биологи использовали люксметры или измерители энергии для количественной оценки интенсивности света. Они перешли на использование PPFD, когда поняли, что поток фотонов в диапазоне 400–700 нм является важным фактором, управляющим процессом фотосинтеза. Однако PPFD обычно выражается как поток фотонов в секунду. Это удобная временная шкала для измерения краткосрочных изменений фотосинтеза в системах газообмена, но ее недостаточно, когда необходимо охарактеризовать световой климат для роста растений. Во-первых, потому, что он не учитывает продолжительность светового дня, а прежде всего потому, что интенсивность света в поле или в теплицах очень сильно меняется в течение суток и изо дня в день. Ученые пытались решить эту проблему, сообщая об интенсивности света, измеренной в течение одного или нескольких солнечных дней в полдень, но это означает уровень освещенности только в течение очень короткого периода дня. Интеграл дневной освещенности включает в себя как суточные вариации, так и продолжительность дня, а также может быть представлен как среднее значение за месяц или за весь эксперимент. Было показано, что он лучше связан с ростом и морфологией растений, чем PPFD в любой момент или длину дня. ^{[5] [6]} Некоторые счетчики энергии способны регистрировать PPFD в течение интервала времени, например 24 часов.

Нормальные диапазоны

На открытом воздухе значения DLI варьируются в зависимости от широты , времени года и облачности . Иногда в яркие летние дни в некоторых местах могут достигаться значения более 70 моль·м ^-2 ·сут ^-1 . Среднемесячные значения DLI колеблются от 20 до 40 в тропиках, от 15 до 60 на 30° широты и от 1 до 40 на 60° широты. ^[7] Для растений, растущих в тени более высоких растений, например, на лесной подстилке, DLI может составлять менее 1 моль·м ^-2 · сут ^-1 даже летом.

В теплицах 30-70% внешнего света поглощается или отражается стеклом и другими конструкциями теплицы. Поэтому уровни DLI в теплицах редко превышают 30 моль·м ^-2 · сут ^-1 . В камерах выращивания наиболее распространены значения от 10 до 30 моль·м ^-2 · сут ^{-1 . [8]} Новые световые модули теперь доступны для садоводческой отрасли, где интенсивность света ламп, используемых в теплицах, регулируется таким образом, что растения получают установленное значение DLI, независимо от внешних погодных условий.

Воздействие на растения

DLI влияет на многие свойства растений. Обобщенные кривые «доза-реакция» показывают, что DLI особенно ограничивает рост и функционирование отдельных растений при концентрации ниже 5 моль·м ^-2 · сут ^-1 , тогда как большинство признаков приближаются к насыщению за пределами DLI, равного 20 моль · м ^-2 · сут ^-1 . Хотя не все растения реагируют одинаково и разные длины волн оказывают различное воздействие, ^[9] обнаруживается ряд общих тенденций: ^[7]

Анатомия листа

Яркий свет увеличивает толщину листа либо из-за увеличения количества слоев клеток внутри листа, либо из-за увеличения размера клеток внутри слоя клеток. Плотность листа также увеличивается, как и сухая масса листа на единицу площади ( LMA ). Также на мм2 приходится больше устьиц .

Химический состав листьев

Принимая во внимание все виды и эксперименты, яркий свет не влияет на концентрацию органического азота, но снижает концентрацию хлорофилла и минералов. Он увеличивает концентрацию крахмала и сахаров, растворимых фенольных соединений, а также соотношение ксантофилл / хлорофилл и соотношение хлорофилла a/b.

Физиология листьев

Хотя концентрация хлорофилла снижается, листья имеют большую массу листьев на единицу площади листа, и в результате содержание хлорофилла на единицу площади листа остается относительно неизменным. Это справедливо и для светопоглощения листа . Светоотражение листьев увеличивается, а светопропускание листьев снижается. На единицу площади листа приходится больше RuBisCO и более высокая скорость фотосинтеза в условиях насыщения светом. Однако в пересчете на единицу сухой массы листа фотосинтетическая способность снижается.

Рост растений

Растения, растущие при ярком освещении, вкладывают меньше своей биомассы в листья и стебли и больше в корни. Они растут быстрее на единицу площади листьев (ULR) и на единицу общей массы растения ( RGR ), и поэтому растения, выращенные при ярком освещении, обычно имеют больше биомассы. У них более короткие междоузлия и большая биомасса стебля на единицу длины стебля, но высота растения часто не сильно страдает. У растений, освещенных ярким светом, действительно появляется больше ветвей или побегов.

Размножение растений

Растения, выращенные при ярком освещении, обычно имеют несколько более крупные семена, но дают гораздо больше цветков, и поэтому наблюдается значительное увеличение производства семян на одно растение. Крепкие растения с короткими междоузлиями и множеством цветков важны для садоводства, и, следовательно, для товарных садовых растений требуется минимальное количество DLI. Измерение DLI в течение вегетационного периода и сравнение его с результатами может помочь определить, какие сорта растений будут хорошо расти в конкретном месте. ^[10]

Смотрите также

• Расти свет
• Фотосинтез
• ПИ-кривая

Рекомендации

1. Мэттсон, Нил. «Освещение теплиц» (PDF) . Проверено 1 марта 2020 г.
2. Фауст, Джеймс Э.; Холкомб, Веронда; Раджапаксе, Нихал К.; Лейн, Десмонд Р. (1 июня 2005 г.). «Влияние дневного света на рост и цветение подстилочных растений». ХортСайенс . 40 (3): 645–649. ISSN  0018-5345.
3. Була, Р.Дж.; Морроу, RC; Тиббитс, ТВ; Барта, диджей; Игнатий, RW; Мартин, ТС (1 февраля 1991 г.). «Светодиоды как источник излучения для растений». ХортСайенс . 26 (2): 203–205. дои : 10.21273/HORTSCI.26.2.203 . ISSN  0018-5345.
4. Корчински, Памела С.; Логан, Джоанна; Фауст, Джеймс Э. (1 января 2002 г.). «Составление карты ежемесячного распределения интегралов дневной освещенности на территории континентальных Соединенных Штатов». ХортТехнологии . 12 (1): 12–16. ISSN  1063-0198.
5. Монтейт, JL (25 ноября 1977 г.). «Климат и эффективность растениеводства в Великобритании [и обсуждение]». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 281 (980): 277–294. дои : 10.1098/rstb.1977.0140 .
6. Шабо, Брайан Ф.; Юрик, Томас В.; Шабо, Жан Ф. (сентябрь 1979 г.). «Влияние мгновенной и интегральной плотности светового потока на анатомию листа и фотосинтез». Американский журнал ботаники . 66 (8): 940. дои : 10.2307/2442235. JSTOR  2442235.
7. Пуртер, Хендрик; Ниинеметс, Юло; Нтагкас, Николаос; Сибенкяс, Альрун; Мяэнпяя, Маарит; Мацубара, Шизуэ; Понс, ТейсЛ. (8 апреля 2019 г.). «Метаанализ реакции растений на интенсивность света по 70 признакам, начиная от молекул и заканчивая производительностью всего растения». Новый фитолог . дои : 10.1111/nph.15754 . ПМИД  30802971.
8. Пуртер, Хендрик; Фиорани, Фабио; Перушка, Роланд; Войцеховский, Тобиас; ван дер Путтен, Вим Х.; Клейер, Майкл; Шурр, Ули; Постма, Йоханнес (декабрь 2016 г.). «Избалованный внутри, пристававший снаружи? Различия и сходства между растениями, растущими в контролируемых условиях и в поле». Новый фитолог . 212 (4): 838–855. дои : 10.1111/nph.14243 . ПМИД  27783423.
9. Кэри, Митчелл. «Единственное освещение для сельского хозяйства с контролируемой средой». НТРС . Мейстер Медиа по всему миру . Проверено 4 июня 2020 г.
10. Лопес, Роберто Г.; Ранкл, Эрик С. (1 декабря 2008 г.). «Фотосинтетический дневной световой интеграл во время размножения влияет на укоренение и рост черенков и последующее развитие новогвинейских недотрогов и петунии». ХортСайенс . 43 (7): 2052–2059. doi : 10.21273/HORTSCI.43.7.2052 . ISSN  0018-5345.