Işık ve bitkiler
Bitkiler, çeşitli dalga boyundaki ışığa karşı insanlardan farklı bir duyarlılığa sahiptir. İnsan gözü tarafından görülebilen ışığın sadece bir kısmı, yani 400 ile 700 nm arasında dalga boyuna sahip olan ışıklar bitkilerin büyümesine (fotosentez) yardımcı olur. Buna PAR alanı denir (PAR = Fotosentetik Aktif Radyasyon). Gün ışığının küresel radyasyonu yaklaşık %45'i 400 ile 700 nm arasındadır. Yani, küresel radyasyonun yaklaşık %45'i PAR'dir.
Bir ampulün bitkilerin büyümesinde etkili olması için, mümkün olan en fazla elektrik enerjisinin PAR'a dönüştürülmesi gerekir.
Fotosentez, ışık enerjisinin yapraklardaki klorofil ve karotenoid tarafından emildiği fotokimyasal bir işlemdir. Bu enerji yaprağın saldığı karbon dioksit gazından (CO2) şeker üretmek için kullanılır. Bu işlem aşağıdaki şekilde gösterilebilir:
6 CO2 + 6 H2O + ışık enerjisi -> C6H12O6 + 6 O2
karbon dioksit + su+ ışık enerjisi şeker ortaya çıkarır + oksijen
Işık kaynağı, enerji parçacıklarını yayan bir kaynak olarak düşünülebilir. Bu parçacıklara ışık kuantumu veya foton denir. Fotonun enerji içeriği dalga boyuyla ilgilidir. 400 ile 700 nanometre(nm) arasında her dakikada gönderilen fotonların toplam sayısına µmol s-1 ile ölçülen bir nicelik olan PPF (Fotosentetik Foton Akımı) denir. PPF lümene benzetilebilir, ancak bitkilerin duyarlılık tepkisine bağlıdır. 400 nm fotonun (mavi) enerji içeriği, 700 nm fotonunkinden (kırmızı) 1,75 sefer daha yüksektir; ancak her iki fotonun da fotosentetik işleme etkisi eşittir. Mavi fotonun enerji fazlalığı büyük ölçüde ısıya dönüşür.
Fotosentezin oranı, bu fotonların toplam enerji içeriği tarafından değil de bitki tarafından emilen 400 ila 700 nm arasındaki fotonların sayısı ile belirlenir. Bu nedenle, PPFD (Fotosentetik Foton Akımı Yoğunluğu) olarak tanımlanan belirli bir yüzeye düşen 400 ile 700 nm arasında her dakikada fotonların sayısı sadece yaklaşık bir niceliktir. Bu nicelik fotosentetik işlem için kullanılması gereken ışık miktarıdır. PPFD lükse (lümen m-2) benzetilebilir, ancak bitkilerin duyarlılık tepkisine bağlıdır
.
PPFD kuantum sensoru kullanılarak ölçülür ve m²'de dakikada (µmol m-2 s-1) fotonların µmol ile ifade edilir. PAR (Fotosentetik Aktif Radyasyon) söz konusu olduğunda, 400 ve 700 nm arasındaki (W m-2de) ışığın içeriğinden bahsedilir.
birimi PPF = 400 ila 700 nm arasında her dakikada gönderilen fotonların toplam sayısı; µmol s-1
birimi PPFD = bir birim alanındaki 400 ila 700 nm arasında bir dakikadaki fotonların sayısı; µmol m-2 s-1
birimi PAR = her birim alanındaki 400 ila 700 nm arasında her dakikadaki enerji içeriği; W m-2
Bitkinin ışık tayfı duyarlılığı
PAR aralığında bile, her bitki dalga boylarına karşı aynı duyarlılığa sahip değildir. Diğer şeylerin yanı sıra, buna klorofilin en çok bulunduğu yer olan yapraklardaki tüm pigmentlerin özel emilimleri neden olur. Nispeten güçlü bir yansıma ve iletim sonucunda, yaprak tarafından en az yeşil ışık etkili olarak kullanılır. Yaprağın insan gözü tarafından yeşil olarak algılanmasının nedeni budur.
Bitkinin büyümesinde çeşitli dalga boylarının radyasyon etkisi bitki duyarlılık eğrisi ile gösterilebilir. Fotosentez büyüme için en önemli süreç olduğu için çeşitli dalga boylarında fotosentez oranının nasıl belirleneceğini tanımlamak için bir etkinlik tayfı kullanabiliriz. Bu fotosentetik etkinlik tayfı her dalga boyu tarafından emilen fotonların sayısına (ışık kuantumu) bağlıdır. Böyle bir etkinlik tayfına ayrıca 'ışık tayfı kuantum etkisi' de denir.
,Araştırmalara göre (McCree 1972) farklı bitki türlerinin ortalama sapması %5'ten fazla değildir. Ayrıca bu araştırma, kuantum etkisinin en fazla turuncu-kırmızı bölgesinde olduğunu gösterir; örneğin turuncu-kırmızı ışık en etkili fotosentezi sağlar. Bu, bitkilerin bu renkte ışık kullanıldığı takdirde büyümediği anlamına gelmez. Düzgün bir şekilde gelişmeleri için bitkilerin dengeli bir ışık tayfı alması oldukça önemlidir. Bitkilerin sağlıklı gelişmesi için mavi ışığın oranı özellikle önemlidir. Az miktarda mavi ışık alması uzamaya (aşırı kök büyümesi) ve bazen sarılaşan yapraklara neden olur. Ayrıca bitkinin gelişmesi için kırmızı/açık kırmızı oranı da önemlidir. Açık kırmızı oranının düşük olması kökün büyümesini engeller. Bu duyarlılık tepkileri bitki türlerine göre değişir.
Kaynak: Philips Lighting Academy