Fotosíntesis: Conceptos Avanzados II
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Fotosíntesis: Conceptos Avanzados II
Os hacemos entrega de la segunda parte de la entrada en la que tratábamos el tema de la fotosíntesis desde una perspectiva diferente.
Como analizabamos en oscuridad no hay fotosíntesis, lo cual no quiere decir que no se respire; es por esto que se necesita un valor mínimo de irradiancia para el cual la tasa de consumo de CO2 y la de desprendimiento por respiración sean iguales. Es en este punto la tasa de asimilación de CO2 fotosintético es 0 y se le llama punto de compensación de luz, a partir de este valor mínimo de irradiancia, cuanto más aumente la irradiancia más aumenta la fotosíntesis hasta alcanzar un punto de saturación consecuencia de la limitación impuesta por la velocidad de las reacciones del carbono, cuyos valores tipo han sido vistos en el anterior post.
En este post de continuación valoramos la luz aprovechable por la planta, en términos de cantidad de fotones incidentes. Para ello manejamos el concepto de PPFD.
Recordemos lo que vimos en el anterior post: la luz puede ser concebida como una corriente de partículas de luz, llamados fotones. Un método para calcular la intensidad de una fuente de de luz artificial es contar el número de fotones que golpean una hoja por segundo. La unidad para este cálculo como vimos es “micromoles de fotones por segundo” µmol·s-1m-2.
Algunos cultivadores hacen referencia al flujo de fotones fotosintéticos (PPF) – sólo los fotones que son entre 400 y 700 nm. Esto es claramente una forma más pertinente de medir la intensidad de luz para plantas que, por ejemplo, lúmenes. Entendemos como densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) como la unidad de medida que expresa de forma cuantizada los fotones de la luz solar (artificial) (específica para unas longitudes de onda en concreto) y en este caso referida específicamente al rango del espectro con actividad fotosintética, que denominábamos como PAR.
Se le suele denominar a este parámetro al respecto de la luz, como irradancia lumínica, queda aquí explicado puesto que en el anterior post igual no se profundizó en esta definición en exceso. Así podemos dejar claro la variante cuantitativa, que creemos que debería ser óptima para la valoración de la idoneidad de la iluminación de nuestros indoors.
En lo que respecta a la calidad de la luz que debemos aportar a nuestro cultivo en interior, es evidente que artículos científicos corroboran que el espectro que las plantas utilizan para el conjunto de los procesos metabólicos es amplio y no se limita a rangos de iluminación segmentados, por ejemplo como pueden ser los HPS virados al rojo, o los MH virados al azul, como ejemplo de los sistemas de iluminación más ampliamente utilizados. El espectro lumínico y fundamentalmente su calidad, es algo muy a tener en cuenta, y por otro lado la cantidad de fotones, como hemos visto, de ese espectro que damos a nuestras plantas cerraría la ecuación.
Comparativa de la distribucion espectral de una MH (izquierda) y una HPS (derecha), con respecto al PAR (linea roja)
El color, mejor dicho frecuencia, de la luz tiene una notable influencia en lo referente al crecimiento y productividad de la planta, lo que viene a tener una fuerte influencia en los procesos químicos que median dentro de ella durante su vida. El espectro de la luz es importantísimo cuando cultivamos “indoor” y es lógico a estas alturas del texto, pensar: ¿si las plantas como organismos vivos se han desarrollado durante millones de años bajo el espectro lumínico del sol, obviamente podremos esperar que éstas, estén adaptadas a ese espectro lumínico completo del sol y a su uso de la forma más eficiente?, quiero decir, que parece obvio pensar que anchos de banda del espectro que con nuestros sistemas tradicionales de iluminación obviamos, quizás tienen una notable influencia en las distintas fases y procesos de las plantas.
Quizás los nuevos sistemas de iluminación proporcionan un nuevo paradigma al respecto de la iluminación de nuestras plantas en indoor. Una de las principales razones por las que se popularizo el uso de bombillas HPS, era por los experimentos de cultivo interior desarrollados por la NASA, aquí se empezó a asumir el único dogma: “las plantas son eficiente usando exclusivamente luz roja”. Posteriormente se popularizó su uso por imitación de los cultivadores de invernadero que usaban HPS, pero lo que hay que tener en cuenta es que estos utilizan la iluminación para suplementar fotoperiodo de luz solar, en los invernaderos, los sistemas HPS son empleados para suplementar espectro rojo a la luz azul del espectro solar y ampliar el fotoperiodo si se requiere.
Las bombillas HPS proporcionan mucha iluminación, pero con el contrapunto, de que lo hacen en limitadas partes del espectro y aparte que emiten mucho infrarrojo que aumenta la temperatura. Más adelante veremos gráficamente una comparatica al respecto de las curvas de sensibilidad de la planta y la distribucion espectral que proporciona una HPS.
Muchos vendedores de lámparas de cultivo indican la salida de sus sistemas en lúmenes como valor de iluminancia, pero hay que entender que esta medida está basada en como los humanos percibimos la intensidad y espectro de esa luz. Nuestros ojos son sensitivos a longitudes de onda muy concretas cercanas a los 550 nm. Pero las plantas son sensitivas a un espectro mucho más amplio, y no segmentado.
Es así que es interesante entender la iluminación en términos de espectro PAR. Es el rango del espectro lumínico que contempla la radiación fotosintéticamente activa; es la fracción del espectro luminoso útil para la fotosíntesis (esta se encuentra en el rango de los 400 nm y 700 nm). Se mide en unidades de fotones (flujo fotónico fotosintético PPF) o de energía. En un día soleado el PPF relativo al PAR puede ser de 400 W/m2 o lo que es lo mismo, 2000 µmol/m2s. siendo en un día nublado de alrededor de 1200 µmol/m2s. Es por eso que expresar la medida de un sistema de iluminación en términos de lúmenes no es lo más correcto, puesto que lo que hacemos es medir la fracción del espectro visible por nuestros ojos, que es realmente muy diferente a las que es sensitiva por las plantas.Valores como Kelvin, CRI, Lux, lumens o candelas, no son medidas ideales para la selección de las lamparas de cultivo.
[img]http://www.gavita-holland.com/images/stories/logos/spectrum%20sensitivity_sm.png[/img]
Comparativa entre la sensibilidad humana y la de la planta. La curva del ojo humano define el rango base que se emplea para la iluminación artificial.
Por otro lado es importante tener en cuenta la distribución de energía de la lámpara al respecto del espectro de frecuencias, lo que viene a llamarse Distribución Espectral. Así el sol podemos decir que tiene un espectro continúo y completo, y es esta distribución espectral la que se intenta o debería intentar imitarse en un cultivo indoor. Una lámpara ideal sería aquella que emplea la electricidad que consume en transformarla en el máximo de energía lumínica aprovechable por las plantas, con la menor cantidad de infrarrojo posible. Las plantas requieren todos los colores de la distribución espectral del PAR ya que utilizan estas diferentes partes de diferentes maneras, así se afirma que aaproximadamente el crecimiento de una planta en condiciones normales se produce en el rango delos 600-1000 µmol/m2s del PAR completo.( 1 μmol m-2 s-1 = 0.0864 mol m-2 d-1). Un dia soleado de verano viene a tener 50-60 mol d-1 por m2
Actualmente la técnica de cultivo se está desarrollando en este sentido, y es la de proporcionar al cultivo iluminaciones que abarquen el PAR completo. Se trata de dispositivos como pueden ser las lamparas de plasma de azufre, sistemas de emisión de plasma (LIFI), las lamparas de induccion EFDL Bi-Espectro, o las PSMH-Pulse Start Metal Halide. Son productos muy técnicos, quizás no al alcance del bolsillo de todos. Una de las cosas que la técnica actual trata de lograr es la obtención del PAR completo, como hemos dicho.
[img]http://chameleongrowsystems.com/Home_files/PAR%20PLASMA%20HPS%20Full%20Color%20Graph.png[/img]
(PAR) – Espectro Radiacion Fotosintéticamente Activa (Gradiente)
(SGI) – Espectro Luz Plasma (blanco)
(HPS) – Espectro Luz HPS ( rosa )
Os adjunto una distribución de frecuencias prePAR, PAR y postPAR y el esquema de absorción clorofílica de la planta, así como sus efectos:
200-280 nm: UVC radicación muy tóxica para las plantas.
280-315 nm: UVB radiación que decolora la planta.
315-380 nm: UVA Se discute sobre sus efectosm posiblemente en floración tiene influencia en la respuesta floral.
380-400 nm: Comienzo del espectro fotosintetico. La absorcion clorofílica comienza.
400-520 nm: Este ranco incluye el violeta, azul y ciertas bandas del verde. Se da el pico de absorcion fotosintética, muy significativo en crecimiento vegetativo.
520-610 nm: Incluye el verde, amarillo y naranja, la planta tiene poca absorción de las mismas.
610-720 nm: Llamada como banda roja donde se produce alta absorción fotosintética, promueve floración y fructificación.
720-1000 nm: Escasa absorción clorofílica, pero con influencia en la floración y germinación. Se le denominad como banda del rojo lejano.
1000+ nm: Rango infrarrojo, toda la energia que se absorbe se convierte en calor.
Para los bolsillos menos exigentes el cultivo indoor se desarrolla en buenas condiciones con bombillas HPS o MH, dependiendo de la etapa de crecimiento, una consideración al respecto seria poder combinar ambos espectros y obtener variaciones graduales de cada uno de ellos para que la distribución espectral de la luz sea lo más completa y semjante al PAR luminico fotosintético.
Os hacemos entrega de la segunda parte de la entrada en la que tratábamos el tema de la fotosíntesis desde una perspectiva diferente.
Como analizabamos en oscuridad no hay fotosíntesis, lo cual no quiere decir que no se respire; es por esto que se necesita un valor mínimo de irradiancia para el cual la tasa de consumo de CO2 y la de desprendimiento por respiración sean iguales. Es en este punto la tasa de asimilación de CO2 fotosintético es 0 y se le llama punto de compensación de luz, a partir de este valor mínimo de irradiancia, cuanto más aumente la irradiancia más aumenta la fotosíntesis hasta alcanzar un punto de saturación consecuencia de la limitación impuesta por la velocidad de las reacciones del carbono, cuyos valores tipo han sido vistos en el anterior post.
En este post de continuación valoramos la luz aprovechable por la planta, en términos de cantidad de fotones incidentes. Para ello manejamos el concepto de PPFD.
Recordemos lo que vimos en el anterior post: la luz puede ser concebida como una corriente de partículas de luz, llamados fotones. Un método para calcular la intensidad de una fuente de de luz artificial es contar el número de fotones que golpean una hoja por segundo. La unidad para este cálculo como vimos es “micromoles de fotones por segundo” µmol·s-1m-2.
Algunos cultivadores hacen referencia al flujo de fotones fotosintéticos (PPF) – sólo los fotones que son entre 400 y 700 nm. Esto es claramente una forma más pertinente de medir la intensidad de luz para plantas que, por ejemplo, lúmenes. Entendemos como densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) como la unidad de medida que expresa de forma cuantizada los fotones de la luz solar (artificial) (específica para unas longitudes de onda en concreto) y en este caso referida específicamente al rango del espectro con actividad fotosintética, que denominábamos como PAR.
Se le suele denominar a este parámetro al respecto de la luz, como irradancia lumínica, queda aquí explicado puesto que en el anterior post igual no se profundizó en esta definición en exceso. Así podemos dejar claro la variante cuantitativa, que creemos que debería ser óptima para la valoración de la idoneidad de la iluminación de nuestros indoors.
En lo que respecta a la calidad de la luz que debemos aportar a nuestro cultivo en interior, es evidente que artículos científicos corroboran que el espectro que las plantas utilizan para el conjunto de los procesos metabólicos es amplio y no se limita a rangos de iluminación segmentados, por ejemplo como pueden ser los HPS virados al rojo, o los MH virados al azul, como ejemplo de los sistemas de iluminación más ampliamente utilizados. El espectro lumínico y fundamentalmente su calidad, es algo muy a tener en cuenta, y por otro lado la cantidad de fotones, como hemos visto, de ese espectro que damos a nuestras plantas cerraría la ecuación.
Comparativa de la distribucion espectral de una MH (izquierda) y una HPS (derecha), con respecto al PAR (linea roja)
El color, mejor dicho frecuencia, de la luz tiene una notable influencia en lo referente al crecimiento y productividad de la planta, lo que viene a tener una fuerte influencia en los procesos químicos que median dentro de ella durante su vida. El espectro de la luz es importantísimo cuando cultivamos “indoor” y es lógico a estas alturas del texto, pensar: ¿si las plantas como organismos vivos se han desarrollado durante millones de años bajo el espectro lumínico del sol, obviamente podremos esperar que éstas, estén adaptadas a ese espectro lumínico completo del sol y a su uso de la forma más eficiente?, quiero decir, que parece obvio pensar que anchos de banda del espectro que con nuestros sistemas tradicionales de iluminación obviamos, quizás tienen una notable influencia en las distintas fases y procesos de las plantas.
Quizás los nuevos sistemas de iluminación proporcionan un nuevo paradigma al respecto de la iluminación de nuestras plantas en indoor. Una de las principales razones por las que se popularizo el uso de bombillas HPS, era por los experimentos de cultivo interior desarrollados por la NASA, aquí se empezó a asumir el único dogma: “las plantas son eficiente usando exclusivamente luz roja”. Posteriormente se popularizó su uso por imitación de los cultivadores de invernadero que usaban HPS, pero lo que hay que tener en cuenta es que estos utilizan la iluminación para suplementar fotoperiodo de luz solar, en los invernaderos, los sistemas HPS son empleados para suplementar espectro rojo a la luz azul del espectro solar y ampliar el fotoperiodo si se requiere.
Las bombillas HPS proporcionan mucha iluminación, pero con el contrapunto, de que lo hacen en limitadas partes del espectro y aparte que emiten mucho infrarrojo que aumenta la temperatura. Más adelante veremos gráficamente una comparatica al respecto de las curvas de sensibilidad de la planta y la distribucion espectral que proporciona una HPS.
Muchos vendedores de lámparas de cultivo indican la salida de sus sistemas en lúmenes como valor de iluminancia, pero hay que entender que esta medida está basada en como los humanos percibimos la intensidad y espectro de esa luz. Nuestros ojos son sensitivos a longitudes de onda muy concretas cercanas a los 550 nm. Pero las plantas son sensitivas a un espectro mucho más amplio, y no segmentado.
Es así que es interesante entender la iluminación en términos de espectro PAR. Es el rango del espectro lumínico que contempla la radiación fotosintéticamente activa; es la fracción del espectro luminoso útil para la fotosíntesis (esta se encuentra en el rango de los 400 nm y 700 nm). Se mide en unidades de fotones (flujo fotónico fotosintético PPF) o de energía. En un día soleado el PPF relativo al PAR puede ser de 400 W/m2 o lo que es lo mismo, 2000 µmol/m2s. siendo en un día nublado de alrededor de 1200 µmol/m2s. Es por eso que expresar la medida de un sistema de iluminación en términos de lúmenes no es lo más correcto, puesto que lo que hacemos es medir la fracción del espectro visible por nuestros ojos, que es realmente muy diferente a las que es sensitiva por las plantas.Valores como Kelvin, CRI, Lux, lumens o candelas, no son medidas ideales para la selección de las lamparas de cultivo.
[img]http://www.gavita-holland.com/images/stories/logos/spectrum%20sensitivity_sm.png[/img]
Comparativa entre la sensibilidad humana y la de la planta. La curva del ojo humano define el rango base que se emplea para la iluminación artificial.
Por otro lado es importante tener en cuenta la distribución de energía de la lámpara al respecto del espectro de frecuencias, lo que viene a llamarse Distribución Espectral. Así el sol podemos decir que tiene un espectro continúo y completo, y es esta distribución espectral la que se intenta o debería intentar imitarse en un cultivo indoor. Una lámpara ideal sería aquella que emplea la electricidad que consume en transformarla en el máximo de energía lumínica aprovechable por las plantas, con la menor cantidad de infrarrojo posible. Las plantas requieren todos los colores de la distribución espectral del PAR ya que utilizan estas diferentes partes de diferentes maneras, así se afirma que aaproximadamente el crecimiento de una planta en condiciones normales se produce en el rango delos 600-1000 µmol/m2s del PAR completo.( 1 μmol m-2 s-1 = 0.0864 mol m-2 d-1). Un dia soleado de verano viene a tener 50-60 mol d-1 por m2
Actualmente la técnica de cultivo se está desarrollando en este sentido, y es la de proporcionar al cultivo iluminaciones que abarquen el PAR completo. Se trata de dispositivos como pueden ser las lamparas de plasma de azufre, sistemas de emisión de plasma (LIFI), las lamparas de induccion EFDL Bi-Espectro, o las PSMH-Pulse Start Metal Halide. Son productos muy técnicos, quizás no al alcance del bolsillo de todos. Una de las cosas que la técnica actual trata de lograr es la obtención del PAR completo, como hemos dicho.
[img]http://chameleongrowsystems.com/Home_files/PAR%20PLASMA%20HPS%20Full%20Color%20Graph.png[/img]
(PAR) – Espectro Radiacion Fotosintéticamente Activa (Gradiente)
(SGI) – Espectro Luz Plasma (blanco)
(HPS) – Espectro Luz HPS ( rosa )
Os adjunto una distribución de frecuencias prePAR, PAR y postPAR y el esquema de absorción clorofílica de la planta, así como sus efectos:
200-280 nm: UVC radicación muy tóxica para las plantas.
280-315 nm: UVB radiación que decolora la planta.
315-380 nm: UVA Se discute sobre sus efectosm posiblemente en floración tiene influencia en la respuesta floral.
380-400 nm: Comienzo del espectro fotosintetico. La absorcion clorofílica comienza.
400-520 nm: Este ranco incluye el violeta, azul y ciertas bandas del verde. Se da el pico de absorcion fotosintética, muy significativo en crecimiento vegetativo.
520-610 nm: Incluye el verde, amarillo y naranja, la planta tiene poca absorción de las mismas.
610-720 nm: Llamada como banda roja donde se produce alta absorción fotosintética, promueve floración y fructificación.
720-1000 nm: Escasa absorción clorofílica, pero con influencia en la floración y germinación. Se le denominad como banda del rojo lejano.
1000+ nm: Rango infrarrojo, toda la energia que se absorbe se convierte en calor.
Para los bolsillos menos exigentes el cultivo indoor se desarrolla en buenas condiciones con bombillas HPS o MH, dependiendo de la etapa de crecimiento, una consideración al respecto seria poder combinar ambos espectros y obtener variaciones graduales de cada uno de ellos para que la distribución espectral de la luz sea lo más completa y semjante al PAR luminico fotosintético.
