Суточный интеграл света (DLI) описывает количество фотосинтетически активных фотонов (отдельные частицы света в диапазоне 400-700 нм), которые доставляются в определенную область в течение 24-часового периода. Эта переменная особенно полезна для описания светового окружения растений.
Определение и единицы измерения
Суточный интеграл света (DLI) - это количество фотосинтетически активных фотонов (фотонов в диапазоне PAR ), накопленных на квадратный метр в течение дня. Это функция интенсивности и продолжительности фотосинтетического света (длина дня) и обычно выражается в молях света (моль фотонов ) на квадратный метр (м -2 ) в день (d -1 ), или: моль · м -2 · d −1 . [1] [2]
DLI обычно рассчитывается путем измерения плотности потока фотосинтетических фотонов (PPFD) в мкмоль · м −2 · с −1 (количество фотонов в диапазоне PAR, полученных в квадратном метре в секунду), когда она изменяется в течение дня, а затем с использованием это для расчета общего оценочного количества фотонов в диапазоне PAR, полученных за 24-часовой период для определенной области. Другими словами, DLI описывает сумму посекундных измерений PPFD в течение 24-часового периода. [3]
Если интенсивность фотосинтетического света остается неизменной в течение всего 24-часового периода, DLI в моль м -2 сут -1 можно оценить из мгновенного PPFD по следующему уравнению: мкмоль м -2 с -1, умноженное на 86 400 (количество секунд в день) и разделить на 10 6 (количество мкмоль в моль). Таким образом, 1 мкмоль м -2 с -1 = 0,0864 моль м -2 сут -1, если интенсивность света остается неизменной в течение всего 24-часового периода.
Обоснование использования DLI
В прошлом биологи использовали люксметры или измерители энергии для количественной оценки интенсивности света. Они перешли на использование PPFD, когда стало ясно, что поток фотонов в диапазоне 400-700 м является важным фактором в управлении процессом фотосинтеза. Однако PPFD обычно выражается как поток фотонов в секунду. Это удобная шкала времени для измерения краткосрочных изменений фотосинтеза в газообменных системах, но недостаточна, когда необходимо охарактеризовать световой климат для роста растений. Во-первых, потому, что он не принимает во внимание продолжительность светового дня, а в первую очередь потому, что интенсивность света в поле или в теплице сильно меняется в течение дня и дня. Ученые пытались решить эту проблему, сообщая об интенсивности света, измеренной для одного или нескольких солнечных дней в полдень, но это определение уровня освещенности только для очень короткого периода дня. Суточный интеграл освещенности включает 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 только в течение дня. [4] [5] Некоторые счетчики энергии могут регистрировать PPFD в течение интервала времени, например, 24 часов.
Нормальные диапазоны
На улице значения DLI меняются в зависимости от широты , времени года и облачности . Иногда в яркие летние дни в некоторых местах могут быть достигнуты значения более 70 моль · м −2 · сут −1 . Среднемесячные значения DLI находятся в диапазоне от 20 до 40 в тропиках, от 15 до 60 на 30 ° широты и от 1 до 40 на 60 ° широты. [6] Для растений, растущих в тени более высоких растений, например, на лесной подстилке, DLI может быть менее 1 моль · м −2 · сут −1 даже летом.
В теплицах 30-70% внешнего света будет поглощаться или отражаться стеклом и другими конструкциями теплицы. Поэтому уровни DLI в теплицах редко превышают 30 моль · м −2 · сут −1 . В камерах для выращивания наиболее распространены значения от 10 до 30 моль · м −2 · сут −1 . [7] Теперь доступны новые световые модули для садоводческой промышленности, где интенсивность света ламп, используемых в теплицах, регулируется таким образом, чтобы растения получали заданное значение DLI, независимо от внешних погодных условий.
Воздействие на растения
DLI влияет на многие свойства растений. Обобщенные кривые доза-ответ показывают, что DLI особенно ограничивает рост и функционирование отдельных растений ниже 5 моль · м -2 · сут -1 , тогда как большинство признаков приближается к насыщению, превышающему DLI 20 моль · м -2 · сут -1 . Хотя не все растения реагируют одинаково, и разные длины волн имеют разные эффекты [8], обнаружен ряд общих тенденций: [6]
Анатомия листа
Сильный свет увеличивает толщину листа либо из-за увеличения количества слоев клеток внутри листа, либо из-за увеличения размера клеток в слое клеток. Плотность листа также увеличивается, как и сухая масса листа на единицу площади ( LMA ). Также на 1 мм2 больше устьиц .
Химический состав листа
По всем видам и экспериментам, яркий свет не влияет на концентрацию органического азота, но снижает концентрацию хлорофилла и минералов. Он увеличивает концентрацию крахмала и сахаров, растворимых фенолов, а также соотношение ксантофилл / хлорофилл и соотношение хлорофилла a / b.
Физиология листа
В то время как концентрация хлорофилла уменьшается, листья имеют большую массу на единицу площади листа, и в результате содержание хлорофилла на единицу площади листа остается относительно неизменным. Это также верно для светопоглощения листа. Коэффициент отражения света от листьев увеличивается, а коэффициент пропускания света от листьев снижается. На единицу площади листа больше RuBisCO и выше скорость фотосинтеза в условиях насыщения светом. Однако, выраженная 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 листа (ULR) и на единицу общей массы растения ( RGR ), и поэтому растения, выращенные при сильном освещении, обычно имеют больше биомассы. У них более короткие междоузлия, с большей биомассой стебля на единицу длины стебля, но высота растений часто не сильно страдает. На ярких растениях появляется больше ветвей или побегов.
Размножение растений
Растения, выращенные при сильном освещении, обычно имеют несколько более крупные семена, но дают гораздо больше цветов, и поэтому количество семян на одно растение значительно увеличивается. Прочные 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 разновидности растений будут процветать в конкретном месте. [9]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Фауст, Джеймс Э .; Холкомб, Веронда; Rajapakse, Nihal C .; Лэйн, Десмонд Р. (01.06.2005). «Влияние дневного светового интеграла на рост и цветение растений» . HortScience . 40 (3): 645–649. ISSN 0018-5345 .
- ^ Bula, RJ; Морроу, RC; Тиббитс, TW; Барта, диджей; Игнатий, RW; Мартин, Т.С. (1991-02-01). «Светодиоды как источник излучения для растений» . HortScience . 26 (2): 203–205. DOI : 10.21273 / HORTSCI.26.2.203 . ISSN 0018-5345 .
- ^ Korczynski, Pamela C .; Логан, Джоанна; Фауст, Джеймс Э. (01.01.2002). «Составление карты ежемесячного распределения дневных световых интегралов в континентальной части Соединенных Штатов» . HortTechnology . 12 (1): 12–16. ISSN 1063-0198 .
- ^ Монтейт, Дж. Л. (25 ноября 1977 г.). «Климат и эффективность растениеводства в Великобритании [и обсуждение]» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 281 (980): 277–294. DOI : 10,1098 / rstb.1977.0140 .
- ^ 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. DOI : 10,2307 / 2442235 . JSTOR 2442235 .
- ^ а б Портер, Хендрик; Ниинемец, Юло; Нтагкас, Николаос; Siebenkäs, Alrun; Маенпяя, Маарит; Мацубара, Шизуэ; Pons, ThijsL. (8 апреля 2019 г.). «Мета-анализ реакции растений на интенсивность света по 70 признакам, от молекул до производительности всего растения» . Новый фитолог . DOI : 10.1111 / nph.15754 . PMID 30802971 .
- ^ Портер, Хендрик; Фьорани, Фабио; Пиерушка, Роланд; Войцеховски, Тобиас; van der Putten, Wim H .; Клейер, Майкл; Шурр, Ули; Постма, Йоханнес (декабрь 2016 г.). «Побалованы внутри, приставлены снаружи? Различия и сходства между растениями, растущими в контролируемых условиях и в поле». Новый фитолог . 212 (4): 838–855. DOI : 10.1111 / nph.14243 . PMID 27783423 .
- ^ Кэри, Митчелл. «Освещение от единственного источника для сельского хозяйства с контролируемой средой» . НТРС . Meister Media Worldwide . Дата обращения 4 июня 2020 .
- ^ Лопес, Роберто Дж .; Ранкл, Эрик С. (2008-12-01). «Фотосинтетический дневной световой интеграл во время размножения влияет на укоренение и рост черенков, а также на последующее развитие новогвинейских недотроги и петунии» . HortScience . 43 (7): 2052–2059. DOI : 10.21273 / HORTSCI.43.7.2052 . ISSN 0018-5345 .