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La iluminación en el crecimiento de las plantas

La iluminación en el crecimiento de las plantas es un factor importante que debe tenerse muy en cuenta. En el proceso de la fotosíntesis, las plantas utilizan agua, dióxido de carbono y luz como fuente de energía para producir la glucosa, un nutriente esencial para la planta.

Normalmente, los profesionales del sector sugieren LEDs azules y LEDs rojos para aplicaciones de horticultivo, luz azul 430nm-480nm para periodo vegetativo y luz roja 630nm-780nm para floración o germinación, pero en realidad la situación es mucho más compleja.

detalle-fotosintesisA la hora de determinar la luz debemos tener en cuenta varios parámetros:

Radiación Fotosintética Activa o PAR

La radiación fotosintéticamente activa es el proceso utilizado por las plantas para convertir la radiación electromagnética (luz) en energía química útil para el crecimiento y el desarrollo de la planta. Se encuentra por lo general en el rango espectral de 400nm a 700nm, donde los organismos fotosintéticos son capaces de utilizar esa energía en el proceso de fotosíntesis.

Una unidad de medida común del PAR es la densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD), medida en unidades de moles por metro cuadrado por segundo. Eso sí, cada fotón absorbido, es independientemente de su longitud de onda. La siguiente imagen muestra el porcentaje absoluto de 0 a 1 de absorción espectral en sus diferentes longitudes de onda. Vemos como en 550nm el porcentaje de absorción es mínimo y coincide aproximadamente con las curvas McCree y DIN Standard.

grafica-parEsto tiene relación con la Ley Stark de Einstein, que establece que todos los fotones que se absorben y excitan a un electrón, son independientes de la energía del fotón, entre 400 nm y 700 nm. Por esta razón, el flujo de fotones también se le puede llamar flujo cuántico.

McCree (1972) midió la absorbancia espectral y el rendimiento cuántico de CO2 en asimilación de las hojas de 22 especies de plantas de cultivo. Tomando las medidas medias en intervalos de 25 nm, produjo el rendimiento de fotones ponderados en relación cuántica aproximándose a la mayoría de las plantas de cultivo:

Longitud de Onda (nm) Relación Cuántica de fotones ponderados
400 0.42
425 0.68
450 0.70
475 0.63
500 0.65
525 0.72
550 0.82
575 0.91
600 0.97
625 1.00
650 0.90
675 0.90
700 0.48

Estos parámetros los encontramos en la APP Spectrum Genius Agriculture Lighting. Cuando vamos a realizar una medida “Single” o “Daily”, nos aparece la Curva McCree y la Curva DIN Standard de referencia sacando así los rendimientos más óptimos.

Si, por ejemplo, tenemos un fotón con una longitud de onda, la absorción por la hoja de una planta va a depender de la absorbancia espectral de la hoja, que a su vez está determinada en gran medida por las propiedades ópticas de las hojas, incluyendo la concentración de pigmentos de las plantas tales como la clorofila A y B, carotenos…

Las clorofilas son responsables del característico color verde de las hojas y los pigmentos beta-carotenos contribuyen al naranja. La siguiente imagen muestra los espectros de absorbancia típicos de la clorofila A, la clorofila B, beta-caroteno, y dos fitocromos Pr/Pfr:

clorofilas

Fitocromos Pr – Prf

Como cabe de esperar y muchos estudios han demostrado la germinación de semillas en la oscuridad es inviable; solo el 15% de estas semillas serían capaz de germinar. Gran parte de este hecho se debe a los fitocromos.

  • Fitocromo Pr o R: Esta proteína soluble se encuentra en el citoplasma. Su longitud de onda optima es de 580nm-700nm y tiene una longitud de pico 670nm.
  • Fitocromo Prf o RL: Esta proteína soluble se encuentra en el núcleo celular. Su longitud de onda optima debe ser superior a 680nm y tiene una longitud de pico 730nm.

Los fitocromos son proteínas solubles pueden estar en las semillas, hojas, tallos, raíces y demás órganos de la planta. Existen dos configuraciones de fitocromos:

La siguiente imagen muestra tres experimentos donde se modifica la longitud de onda de la misma planta, creando así fitocromos R o RL.

fitocromos

  • En el primero caso vemos como la planta tiene menos altura y tiene las hojas más cercanas unas de otras, esto se debe a que existe mayor longitud de onda R que longitud de onda Proporción 8R : 2RL
  • En la segunda maceta vemos como empieza aumentar la distancia entre nudos. Proporción 8R : 4RL
  • En el tercer caso vemos que han aumentado considerablemente la longitud de onda RL lo que provoca un aumento entre nudos y una mayor altura de tallo. Proporción 8R : 8RL

Con Lighting Passport Pro y la app SGAL podemos determinar estas curvas de referencia. En el apartado de “Reference” tenemos ambas gráficas. Por otra parte, una vez realizada una medida podemos determinar si nuestra planta tiene más o menos R/RL

DLI

El DLI es la cantidad de PAR que recibió a lo largo de un día. Se expresa como moles de luz por metro cuadrado por día, o: mol / m^2 *D. En cámaras de crecimiento o invernaderos, los valores de DLI son más bajos, esto puede afectar a la relación raíz/tallo, al momento de floración e incluso a la morfología de la planta.

A continuación, podéis ver un ejemplo de tabla donde aparecen diferentes tipos de especies con sus valores DLI óptimos.

dli-optimos

Desde mi experiencia, analizar estos parámetros tan importantes ocasionaría un aumento de un 40% o incluso un 50% más en el rendimiento de cultivos interiores, horticultivos, viverismos…

Aquí podéis descubrir todos los parámetros que mide Lighting Passport Pro – AsenseTEK y la APP Spectrum Genius Agriculture Lighting –  SGAL

¡Nos vemos en un próximo artículo!

Publicado en Información LED, Tutoriales.

Fernando Barrachina

Responsable del departamento de ventas técnicas & soporte en medidordeled.com. A través de mis artículos espero profundizar y facilitar el funcionamiento de nuestros productos.

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