Μάρτιος 2015                             Αναστασία Σιάνου MSc  Αγροχημεία και Βιολογικές Καλλιέργειες Τεχνολόγος Γεωπονίας    

Το ανθρώπινο μάτι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στο κίτρινο φως. Οι περισσότεροι λαμπτήρες σχεδιάζονται, ώστε να εξυπηρετούν την ανθρώπινη καθημερινότητα. Οι κατασκευαστές λαμπτήρων έχοντας ως κύριο κριτήριο το ανθρώπινο μάτι, δίνουν περισσότερο βάρος στο κίτρινο φάσμα του φωτός και λιγότερο στο μπλε ή το κόκκινο. Το πόσο φωτεινή ή όχι είναι μια πηγή περιγράφεται με τις μονάδες Lumens και Lux. Το Lux είναι η αναλογία των lumens πάνω σε ένα τ.μ. επιφάνειας. Η μέγιστη τιμή είναι περίπου στα 555 νανόμετρο (nm)(κίτρινο φως). Ομοίως και τα lumens μετράνε πόση ισχύ φωτός πέφτει σε μια επιφάνεια. Για παράδειγμα ένας φωτισμός 1000LUX συνεπάγεται 1000Lumens ανά τ.μ. Οι όροι αυτοί αναφέρονται στην ανθρώπινη όραση και όχι στον τρόπο με τον οποίο τα φυτά χρησιμοποιούν το φως.
Τα φυτά, ανταποκρίνονται αποτελεσματικότερα στο ερυθρό και μπλε φως. Μάλιστα το καλύτερο αποτέλεσμα λαμβάνεται στο κόκκινο φάσμα, περίπου τα 630 νανόμετρα. Για το λόγο αυτό ο όρος lux δεν είναι κατάλληλος για τα φυτά. Πως θα μπορούσε λοιπόν να αξιολογηθεί ο φωτισμός για τα φυτά; Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις, η μια αφορά τη μέτρηση της ενέργειας και η άλλη την καταμέτρηση των φωτονίων. Τα φωτόνια είναι η ελάχιστη μονάδα που αφορά την ενέργεια του φωτός, και με τη μέθοδο αυτή καταγράφεται πως η απορρόφηση ενός φωτονίου επιδρά στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Με τη μέθοδο αυτή είναι λογικό να προσδιορίζονται πόσα φωτόνια πέφτουν πάνω σε ένα φυτό ανά δευτερόλεπτο. 

Par Watts για τα φυτά.
Η μονάδα Watt μετρά την ποσότητα της ενέργειας που χρησιμοποιείται ή εκπέμπεται από μια λάμπα. Μια λάμπα πυρακτώσεως 100w καταναλώνει 100 Joules ηλεκτρικής ενέργειας ανά δευτερόλεπτο. Οι σύγχρονοι λαμπτήρες εκκένωσης, όπως νατρίου υψηλής πίεσης (HPS) και αλογόνων μετάλλων μετατρέπουν συνήθως το 30 – 40% της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως. Διαφέρουν δηλαδή σαφώς από του λαμπτήρες πυρακτώσεως και είναι αποτελεσματικότεροι.
Τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια μεταξύ 400 και 700 νανόμετρα και το φως στην περιοχή αυτή ονομάζεται φωτοσυνθετική  ακτινοβολία ή PAR. Μπορούμε να μετρήσουμε τη συνολική ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται σε αυτή την περιοχή και να το ονομάσουμε PAR Watts. Αυτό δείχνει άμεσα, πόση ενέργεια του φωτός είναι διαθέσιμη για τα φυτά που την χρησιμοποιούν για την φωτοσύνθεσή τους.
Ενδεικτικά ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως 400 Watt αποδίδει περίπου 25 Watt για τα φυτά. Ένας λαμπτήρας αλογόνου 400 Watt αποδίδει 140 Watt για τα φυτά, ενώ ένας λαμπτήρας νατρίου υψηλής πίεσης 400 Watt αποδίδει περίπου 120 – 128 Watt. Αυτό συμβαίνει επειδή οι λαμπτήρες νατρίου υψηλής πίεσης  εκπέμπουν κίτρινο φώς  και έχουν περισσότερα lumens (για το ανθρώπινο μάτι).
Τα φωτόνια της PAR περιοχής του φάσματος είναι ενεργά στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης (περίπου από 400 έως 700 νανόμετρα σε μήκος κύματος), συνεπώς είναι λογικό να καταμετράται το PAR φωτονίων. Ένας λαμπτήρας θα μπορούσε να αξιολογηθεί, ανάλογα των πραγματικών ποσών φωτονίων, που  εκπέμπονται ανά δευτερόλεπτο. Προς το παρόν δεν υπάρχει κατασκευαστής λαμπτήρων που να μπορεί να κάνει αυτή την εκτίμηση.
Αντί αυτού, οι βιολόγοι και οι ερευνητές προτιμούν να μιλούν για τη ροή των φωτονίων που πέφτουν κάθε δευτερόλεπτο σε μια επιφάνεια. Αυτή είναι η βάση της PPF PAR με PPF θέση, για φωτοσυνθετικά Photon Flux, μια διαδικασία, η οποία στην πραγματικότητα μετράει τον αριθμό των φωτονίων που πέφτουν ανά δευτερόλεπτο σε ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας.
Ένα άλλο μέτρο κατάλληλο για την ανάπτυξη των φυτών, ονομάζεται YPF PAR ή απόδοση Photon Flux λαμβάνοντας υπόψη όχι μόνο τα φωτόνια που εκπέμπονται αλλά και κατά πόσο χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά από τα φυτά. Στο κόκκινο φάσμα τα φωτόνια χρησιμοποιούνται πιο αποτελεσματικά από τα φυτά και ενισχύουν την αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Τα YPF PAR δίνει περισσότερο βάρος στα κόκκινα φωτόνια  με βάση την καμπύλη ευαισθησίας των φυτών.
Δεδομένου ότι τα φωτόνια είναι πολύ μικρά πακέτα ενέργειας, οι επιστήμονες αντί να αναφέρονται σε ‘’1.000.000.000.000.000.000’’ φωτόνια, χρησιμοποιούν συμβατικά τον αριθμό ‘’1,7 μικρογραμμομόρια φωτόνια’’  που ορίζεται από το σύμβολο ‘’μmol’’.  Ένα μmol συμβολίζει 6 x 1017 φωτόνια. Ένα mole συμβολίζει 6 x 1023 φωτόνια. Ακτινοβολία ή illumination μετριέται σε Watt ανά τ.μ. ή μικρομόρια (φωτονίων) ανά τ.μ ανά δευτερόλεπτο και σε συντομία μmol.m – 2.s – 1.
Η μονάδα ‘’einstein’’  μερικές φορές χρησιμοποιείται για να αναφερθεί σε ένα mole ανά τ.μ ανά δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει κάθε δευτερόλεπτο 1 τ.μ. της επιφάνειας έχει 6 x 1023 φωτόνια, που υπάγονται σε αυτό. Οπότε η ένταση της ακτινοβολίας για την ανάπτυξη των φυτών μπορεί να μετρηθεί σε: micro – einstein ή σε PAR Watts / τ.μ.
Αυτά τα τρία μέτρα της  φωτοσυνθετικής ακτινοβολίας, PAR Watts / τ.μ., PPF PAR και YPF PAR, αν και διαφορετικά μεταξύ τους είναι σωστός τρόπος μέτρησης του φωτός των λαμπτήρων για την ανάπτυξη των φυτών. Από την αντίδραση των φυτών έχει διαπιστωθεί ότι η ιδανική περιοχή είναι μεταξύ 400 και 700 νανόμετρα, παρόλα αυτά ορισμένοι επιστήμονες αναφέρονται σε περιοχές μεταξύ 350 και 750 νανόμετρα ως PAR περιοχή. Χρησιμοποιώντας αυτή τη διευρυμένη περιοχή, μετά από δοκιμές διαπιστώθηκε ότι είχαμε πιο ήπια αποτελέσματα σε σύγκριση με την πιο συντηρητική προσέγγιση. Ωστόσο η διαφορά ήταν πολύ μικρή.

Φωτοσύνθεση και φωτομορφογένεση
Για να αναπτυχθούν σωστά τα φυτά χρειάζονται την κατάλληλη ποσότητα φωτός. Φυτά που μεγαλώνουν σε ανεπαρκή επίπεδα φωτός, αναπτύσσονται λιγότερο. Φυτά που μεγαλώνουν με υπερβολικές ποσότητες φωτός μπορεί να ξεραθούν, να διαμορφώσουν επιπλέον ανθοφόρους βλαστούς, να καταστρέψουν τη χλωροφύλλη τους, να παρουσιάσουν λεύκανση καθώς και άλλα συμπτώματα λόγω του στρες. Τέλος υπερβολικό φως συνεπάγεται υπερβολική θερμότητα, που μπορεί να οδηγήσει σε κάψιμο. Ωστόσο κατάλληλο φως, εντός του αποδεκτού εύρους, σημαίνει εύρωστα φυτά με σωστό ρυθμό ανάπτυξης. Η σχετική κβαντική απόδοση είναι ένα μέτρο του πόσο πιθανό είναι κάθε φωτόνιο να υποκινεί μια φωτοσυνθετική χημική αντίδραση. Η καμπύλη της σχετικής κβαντικής απόδοσης έναντι του μήκους κύματος ονομάζεται φωτοσυνθετική καμπύλη απόκρισης των φυτών.
Το κύριο συστατικό των φυτών που είναι υπεύθυνο για την φωτοσύνθεση είναι η χλωροφύλλη. Οι λαμπτήρες HPS και οι λαμπτήρες πυρακτώσεως έχουν σταθερή φασματική απόδοση, οι λαμπτήρες αλογόνων είναι διαθέσιμοι σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και χρωμάτων. Ο κάθε παραγωγός μπορεί να επιλέξει την λάμπα με την καλύτερη φασματική απόδοση  για τις ανάγκες της καλλιέργειάς του.
Εκτός από την φωτοσύνθεση η οποία δημιουργεί την ανάπτυξη, αρκετές άλλες δράσεις των φυτών όπως: βλάστηση, ανθοφορία, ενεργοποιούνται από την παρουσία ή την απουσία φωτός. Οι λειτουργίες αυτές, σε γενικές γραμμές κατατάσσονται ως φωτομορφογένεση και δεν εξαρτώνται τόσο από την ένταση, αλλά από την παρουσία ορισμένων τύπων φωτός. Η φωτομορφογένεση ελέγχεται από υποδοχείς, που είναι γνωστοί ως phytochrome, cryptochrome κ.α. και οι διάφορες λειτουργίες των φυτών ενεργοποιούνται σε απόκριση με υπέρυθρο, μπλε ή UV φως.

Γιατί χρησιμοποιείται ο όρος μmol
Έρευνες δείχνουν ότι η ανάπτυξη των φυτών καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων μεταξύ των 400 και 700nm την οποία απορροφούν. Αυτό ονομάζεται PPF. Όσο πιο υψηλό είναι το PPF αξία σε watt, πιο αποτελεσματικό είναι το φως σε σχέση με την ανάπτυξη του φυτού. Για φυλλώδη – βλαστική ανάπτυξη είναι απαραίτητο το μπλε φως. Το σωστό τμήμα του φάσματος διαφέρει από είδος σε είδος. Η ποσότητα του φωτός που απαιτείται για την υγιή ανάπτυξη των φυτών μπορεί να μετρηθεί.
Το φως είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες για την ανάπτυξη των φυτών. Η φωτοσύνθεση και η ανάπτυξη πρέπει να είναι σε ισορροπία για καλύτερη παραγωγή.Για τον φωτισμό αφομοίωσης εξετάζουμε τους τρεις παράγοντες: φώτα ανάπτυξης, ποιότητα φωτός, και θερμότητα του φωτός.Από τα τέλη του 2004 οι λάμπες έχουν καθοριστεί σε μmol.Αυτό περιγράφεται με τον όρο PAR και είναι η μόνη αξιόπιστη μονάδα μέτρησης, ώστε να καθορίσει την καταλληλότητα της λάμπας. Όσο πιο υψηλό το PAR τόσο πιο αποτελεσματική είναι η λάμπα. Για αυτό και καθορίζονται όλες οι λάμπες με τη μονάδα μmol/s.
Μικρομόλ είναι ο όρος για τα πρωτόνια. Μικρο (μ) = 10-6 και mol = 6.02214 x 10 ² ³ photons (Avogadro number).Micromole is 6.02214 × 10 ² ³ x 1017 photons. One micromole = 602,300,000,000,000,000 photons or light particles.

ΙΣΤΟΤΟΠΟΣ

http://www.gravita.com/index.php/news