Дневной световой интеграл

Дневной световой интеграл ( DLI ) описывает количество фотосинтетически активных фотонов (отдельных частиц света в диапазоне 400-700 нм), которые доставляются в определенную область в течение 24-часового периода. Эта переменная особенно полезна для описания световой среды растений.

Уравнение для преобразования плотности потока фотонов фотосинтеза (PPFD) в DLI, предполагая постоянную PPFD, приведено ниже. ^[1]

${\displaystyle {\text{DLI}}({\text{моль}}/({\text{м}}^{2}\cdot {\text{день}})=3,6\cdot 10^{-3}\cdot {\text{PPFD}}(\мю {\text{моль}}/({\text{м}}^{2}\cdot {\text{с}}))\cdot {\text{Световые часы}}/{\text{день}}}$

где
     Световые часы — это 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} коэффициентами пересчета, полученными из мкмоль, преобразованных в моль, и единицей измерения часов (из световых часов), преобразованной в секунды.

Дневной световой интеграл (DLI) — это число фотосинтетически активных фотонов (фотонов в диапазоне PAR ), накопленных в квадратном метре в течение дня. Он является функцией 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 фотонных фотонов фотосинтеза (PPFD) в мкмоль·м ⁻² ·с ⁻¹ (количество фотонов в диапазоне PAR, полученных на квадратный метр в секунду) по мере ее изменения в течение дня, а затем использования этого для расчета общего оценочного количества фотонов в диапазоне PAR, полученных за 24-часовой период для определенной 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 из мгновенного PPFD по следующему уравнению: мкмоль м ⁻² с ⁻¹ умножить на 86 400 (количество секунд в сутках) 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 неизменной в течение всего 24-часового периода.

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 в управлении процессом фотосинтеза. Однако PPFD обычно выражается как поток фотонов в секунду. Это удобная шкала времени при измерении краткосрочных изменений в фотосинтезе в системах газообмена, но она недостаточна, когда необходимо охарактеризовать световой климат для роста растений. Во-первых, потому что она не учитывает продолжительность светового дня, но прежде всего потому, что интенсивность света в поле или в теплицах 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, что они охватывают уровень освещенности только в течение очень короткого периода дня. Интеграл суточного освещения включает как суточные колебания, 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 времени или с продолжительностью дня в отдельности. ^{[5] [6]} Некоторые счетчики энергии способны фиксировать PPFD в течение определенного интервала времени, например, 24 часа.

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

В теплицах 30-70% внешнего света будет поглощаться или отражаться стеклом и другими тепличными конструкциями. Поэтому уровни DLI в теплицах редко превышают 30 моль·м ⁻² ·д ⁻¹ . В камерах роста наиболее распространены значения от 10 до 30 моль·м ⁻² ·д ^{−1 . [8]} Теперь для садоводческой промышленности доступны новые световые модули, в которых интенсивность света ламп, используемых в теплицах, регулируется таким образом, что растения получают заданное значение DLI, независимо от внешних погодных условий.

DLI влияет на многие признаки растений. Обобщенные кривые доза-реакция показывают, что DLI особенно ограничивает рост и функционирование отдельных растений ниже 5 моль·м ⁻² ·д ⁻¹ , тогда как большинство признаков приближаются к насыщению за пределами DLI в 20 моль·м ⁻² ·д ⁻¹ . Хотя не все растения реагируют одинаково, а разные длины волн оказывают разное воздействие, ^[9] обнаружен ряд общих тенденций: ^[7]

Высокий уровень света увеличивает толщину листа, либо из-за увеличения количества слоев клеток в листе, либо из-за увеличения размера клеток в слое клеток. Плотность листа также увеличивается, как и сухая масса листа на единицу площади ( LMA ). Также на мм2 больше устьиц .

Принимая во внимание все виды и эксперименты, высокий уровень освещения 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 хлорофилл a/b.

В то время как концентрация хлорофилла уменьшается, листья имеют большую массу листа на единицу площади листа, и в результате содержание хлорофилла на единицу площади листа относительно не изменяется. Это также верно для поглощения света листом. Светоотражение листа увеличивается , а светопропускание листа уменьшается . На единицу площади листа больше RuBisCO и выше скорость фотосинтеза в условиях насыщения светом. Однако, выраженная на единицу сухой массы листа, фотосинтетическая способность уменьшается.

Растения, растущие при ярком освещении, вкладывают меньше 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 ярком освещении, обычно имеют больше биомассы. У них более короткие междоузлия, с большей биомассой стебля на единицу длины стебля, но высота растения часто не сильно затронута. Растения при ярком освещении действительно показывают больше ветвей или побегов.

Растения, выращиваемые при высоком освещении, обычно имеют несколько более крупные семена, но производят гораздо больше цветов, и поэтому наблюдается значительное увеличение производства семян на одно растение. Прочные растения с короткими междоузлиями и большим количеством цветов 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 процветать в определенном месте. ^[10]

• Выращивайте свет
• Фотосинтез
• кривая ПИ