La fotosíntesis es el proceso más importante para que las plantas produzcan energía. Pero, ¿cómo podemos relacionar los fotones de luz con el rendimiento de las plantas? Según la investigación, sabemos que se requiere un mol de fotones fotosintéticos para producir un gramo de biomasa seca (rendimiento).
1 gramo/mol
Para entender cómo la luz soporta una cantidad dada de biomasa, necesitamos aprender acerca de: la fotosíntesis, el rendimiento cuántico, la eficiencia de conversión, la respiración y el índice de cosecha.
Fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas utilizan agua y dióxido de carbono (CO2) para producir energía. Estas moléculas simples pueden producir energía con la ayuda de la luz. Las plantas usan fotones de luz para convertir el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos y liberar oxígeno en el proceso.
Sin embargo, ¿cuánta luz se requiere?
Al comprender el rendimiento cuántico, podemos medir la cantidad de fotones necesarios para producir biomasa vegetal.
Se refiere a los moles fijos de carbono por mol de fotones absorbidos (mol mol-1). Sabemos que la cantidad mínima de fotones necesarios para producir carbohidratos es 10. En otras palabras, el requisito cuántico para 1 molécula de carbohidrato es de 10 fotones. Pero 10 es un requisito cuántico que podemos lograr con bajas intensidades de luz.
En la Universidad Estatal de Utah, la Dra. Investigaciones anteriores de Bugbee han demostrado que con niveles altos de CO2 (1600 ppm) y una intensidad de luz de alrededor de 400 μmol m-2 s-1, los cultivos comunes como los tomates y las espinacas requieren 12 fotones de luz (rendimiento cuántico = 1 mol / 12 mol fotones ).= 0,08 mol mol-1).
Según la investigación, podemos concluir que se requieren alrededor de 12 fotones de luz para producir 1 molécula de carbohidratos.
Para comprender cómo se utilizan los fotones para producir biomasa vegetal, debemos considerar la eficiencia de conversión.
Competencia
¿Qué tan eficiente puede ser la fotosíntesis? La eficiencia es igual a la producción dividida por la entrada.
Eficiencia = Salida / Entrada
Los carbohidratos equivalen a 30 g por mol (CH2O, peso atómico C=12, H2=2, O=16). Recuerde, se necesitan 12 moles para producir carbohidratos. La eficiencia se calcula entonces como sigue.
Eficiencia = 30 gramos / 12 moles = 2,5 g
La respiración de las plantas es un proceso en el que los carbohidratos se utilizan para producir energía.
Respiración y rendimiento de las plantas
Cuando trabajamos con plantas, a menudo escuchamos la expresión "tasa fotosintética neta". La tasa fotosintética neta se refiere a la tasa total de fijación de carbono sin tener en cuenta la pérdida de CO2 durante la respiración. Esta es la forma correcta de medir la fotosíntesis.
Cuando tratamos de relacionar los fotones con el rendimiento, debemos considerar que un cierto porcentaje de carbohidratos se usará para la respiración de la planta. Este proceso, por supuesto, afectará cómo se utilizan los carbohidratos en la biomasa o el rendimiento de la planta.
En la producción de biomasa vegetal, también necesitamos conocer la eficiencia respiratoria de la planta. Investigaciones anteriores han demostrado que la eficiencia de la respiración en las plantas es de alrededor del 60%.
Productos similares
Para tener en cuenta el efecto de la eficiencia de la respiración y la fotosíntesis, debemos calcular la eficiencia de conversión de fotones.
La eficiencia de conversión de fotones es igual a la eficiencia de la respiración multiplicada por la eficiencia de la fotosíntesis.
Eficiencia de conversión de fotones = (2.5) x (60%) = 1.5
Este cálculo nos da la biomasa total de 1,5 gramos producidos por cada fotón de luz. Esto significa que en un escenario perfecto donde todos los fotones emitidos sean absorbidos por la planta, se producirán 1,5 gramos de biomasa por cada fotón de luz. Dado que los escenarios perfectos son de hecho difíciles o imposibles de lograr, nuestra suposición es: se requiere un mol de fotones fotosintéticos para producir un gramo de biomasa seca.
1 gramo/mol
Cuando entendemos cómo las plantas usan la luz, podemos analizar mejor el sistema y aprender la importancia de la luz en nuestros cultivos. Con un buen diseño podemos optimizar la incidencia de la luz en nuestros sistemas de cultivo de plantas. Además, al conocer la influencia de la luz, es posible estimar cuánto podría costar producir diferentes cultivos en áreas de producción cerradas. Sin embargo, para calcular esto, necesitamos conocer el concepto de índice de cosecha.
Índice de cosecha
El índice de cosecha es la relación entre el producto utilizable o comestible y la biomasa vegetal total. Por ejemplo, se considera que muchos cultivos tienen un índice de cosecha de alrededor del 50%. Esto se debe a que cultivamos una planta y cosechamos su fruto. Por lo tanto, consumimos alrededor de la mitad de la biomasa vegetal total. Esto incluye pepinos (pepinos), tomates, etc. Podría ser una buena suposición. Las verduras de hojas verdes como la lechuga tienen una tasa superior al 80% y consumimos casi toda la planta.
El índice de cosecha puede ser realmente importante cuando se trata de correlacionar la luz, el rendimiento y el costo de la luz en áreas de producción en interiores. Por ejemplo: en condiciones ideales, el costo de los fotones sería de alrededor del 5% del precio de mercado de la lechuga, según la cantidad de fotones y la cosecha cosechable. Esta tasa ronda el 18% con plantas de menor índice de cosecha como el tomate.
El material vegetal cosechado es bajo en comparación con la biomasa vegetal total producida. Por lo tanto, el costo de producción y luz de la planta será mayor. Por esta razón, la mayoría de las plantas de interior se centran en las hojas verdes. Por lo tanto, la optimización del efecto de la luz sobre el cultivo es muy importante para los sistemas de producción de cultivos.
Por supuesto, también podemos utilizar iluminación artificial como iluminación adicional. Iluminación adicional que utilizaremos además de la luz solar gratuita; Podemos mejorar el crecimiento y la calidad de las plantas aumentando la incidencia y la calidad de la intensidad de la luz.
La fotosíntesis y el uso de fotones pueden ser temas complejos. Sin embargo, si realmente queremos tener control sobre nuestros cultivos, debemos prestar atención y entender la fotosíntesis, que es el proceso más importante para la obtención de energía en las plantas, y con ella nuestros cultivos.