Фотосинтетически активная радиация, или, сокращённо, ФАР — часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазон от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения. Фотоны с более короткой длиной волны несут слишком много энергии, поэтому могут повредить клетки, но они по большей части отфильтровываются озоновым слоем в стратосфере. Кванты с большими длинами волн несут недостаточно энергии и поэтому не используются для фотосинтеза большинством организмов.
Самый многочисленный пигмент — хлорофилл — наиболее эффективно поглощает красный и синий свет. Вспомогательные пигменты такие как каротиноиды и ксантофиллы поглощают некоторое количество зелёного и синего цвета и передают его в реакционный центр фотосинтеза, однако большая часть зелёного цвета отражается и придает листьям их характерный цвет.
Содержание
- 1 Единицы измерения
- 2 Усваиваемый растением поток фотонов
- 3 Примечания
- 4 Литература
- 5 Внешние ссылки
Единицы измерения
Обычно ФАР измеряется в мкмоль фотонов м−2с−1, что обозначают как плотность фотосинтетического фотонного потока англ. photosynthetic photon flux density, PPFD. Фотосинтетический фотонный поток — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с). Иногда эту величину выражают в эйнштейнах, то есть, мкЭ м−2 с−1, хотя эта единица не является стандартной и её использование часто неоднозначно. ФАР можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м2); это актуально при рассмотрении баланса энергии фотосинтезирующих организмов, но, поскольку фотосинтез является квантовым процессом, то в физиологии растений ФАР чаще всего выражают в единицах PPFD.
Например, источник света в 1000 люменов при температуре 5800 K будет излучать приблизительно 1000/265 = 3.8 Вт ФАР, что эквивалентно 3.8*4.56 = 17.3 мкмоль/с. Для абсолютно чёрного источника света при 5800 K, каковым приблизительно является солнце, в виде ФАР излучается 0.368 от его общего излучения. Для искусственных источников света, которые обычно не обладают спектром абсолютно чёрного тела, эти коэффициенты перевода являются приблизительными.
где — спектр излучения чёрного тела в соответствии с формулой Планка, — стандартная спектральная световая эффективность монохроматического излучения, обозначают длины волн диапазона ФАР (400 и 700 нм), a — число Авогадро.
Усваиваемый растением поток фотонов
Как уже упоминалось выше, значение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400–700 нм. Кроме того, используется приближение, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность. Если известен точный спектр излучения, то фотосинтетический фотонный поток в мкмоль/с можно модифицировать, используя весовые коэффициенты для каждой длины волны. Этот параметр, представляет собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. Он носит название усваиваемый растением поток фотонов англ. yield photon flux (YPF)[1]. Красная кривая на графике показывает, что фотоны с длинной волны около 610 нм (оранжево-красный) обладают максимальной фотосинтетической активностью в расчёте на один фотон, поскольку коротковолновые фотоны несут больше энергии на один фотон. А вот максимум фотосинтеза в расчёте на одну единицу энергии находится при большей длине волны, около 650 нм (тёмно-красный).
В случае объединения световой среды человека и растения предпочтительным является свет, обеспечивающий не только потребности растения, но и зрительный комфорт человека, т.е. белый свет высокой цветопередачи. Светодиодный белый свет по эффективности в мкмоль/Дж не уступает светильникам ДНаТ 600-1000 Вт, используемых в промышленных теплицах, и незначительно уступает узкополосным светодиодным источникам[5][6][7]. Существует упрощенный способ оценки ФАР для белого светодиодного света: световой поток 1000 Лм соответствует фотосинтетическому фотонному потоку PPF=15 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует плотности фотосинтетического фотонного потока PPFD=15 мкмоль/с/м2[8][9].
- ↑ Accuracy of quantum sensors measuring yield photon flux and photosynthetic photon flux. — PubMed — NCBI
- ↑
- ↑
- ↑
- ↑ Anton Sharakshane. Whole high-quality light environment for humans and plants // Life Sciences in Space Research. — Т. 15. — С. 18–22. — DOI:10.1016/j.lssr.2017.07.001.
-
↑ Anton Sharakshane. White LED Lighting for Plants (англ.) // bioRxiv. —
2017-11-07. — P. 215095. — DOI:10.1101/215095. - ↑ Освещение растений белыми светодиодами (рус.). Проверено 3 апреля 2018.
-
↑ Anton Sharakshane. An easy estimate of the PFDD for a plant illuminated with white LEDs: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 (англ.) // bioRxiv. —
2018-03-30. — P. 289280. — DOI:10.1101/289280. - ↑ Оценить PPFD при освещении растения белыми светодиодами просто: 1000 лк = 15 мкмоль/с/м2 (рус.). Проверено 3 апреля 2018.
- Gates, David M. (1980). Biophysical Ecology, Springer-Verlag, New York, 611 p.
- McCree, Keith J. (1972a). «The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants». Agricultural and Forest Meteorology 9:191-216.
- McCree, Keith J. (1972b). «Test of current definitions of photosynthetically active radiation against leaf photosynthesis data». Agricultural and Forest Meteorology 10:443-453.
- McCree, Keith J. (1981). «Photosynthetically active radiation». In: Encyclopedia of Plant Physiology, vol. 12A. Springer-Verlag, Berlin, pp. 41–55.