Фотосинтез является наиболее важным процессом для растений для производства энергии. Но как мы можем связать фотоны света с урожайностью растений? На основании исследований мы знаем, что для производства одного грамма высушенной биомассы (урожая) требуется один моль фотосинтетических фотонов.
1 грамм/моль
Чтобы понять, как свет поддерживает определенное количество биомассы, нам нужно узнать о фотосинтезе, квантовом выходе, эффективности преобразования, дыхании и индексе урожая.
Фотосинтез
Фотосинтез – это процесс, при котором растения используют воду и углекислый газ (CO2) для производства энергии. Эти простые молекулы могут производить энергию с помощью света. Растения используют фотоны света для преобразования углекислого газа и воды в углеводы и выделения кислорода в процессе.
Однако сколько света требуется?
Понимая квантовый выход, мы можем измерить количество фотонов, необходимых для производства биомассы растений.
Это относится к фиксированным молям углерода на моль поглощенных фотонов (моль моль-1). Мы знаем, что минимальное количество фотонов, необходимых для производства углеводов, равно 10. Другими словами, квантовая потребность для 1 молекулы углевода составляет 10 фотонов. Но 10 — это квантовое требование, которого мы можем достичь при низкой интенсивности света.
В Университете штата Юта Др. Предыдущее исследование Bugbee показало, что при высоких уровнях CO2 (1600 частей на миллион) и интенсивности света около 400 мкмоль м-2 с-1 обычным культурам, таким как помидоры и шпинат, требуется 12 фотонов света (квантовый выход = 1 моль / 12 моль фотонов). ).= 0,08 моль моль-1).
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что для производства 1 молекулы углеводов требуется около 12 фотонов света.
Чтобы понять, как фотоны используются для производства биомассы растений, нам необходимо учитывать эффективность преобразования.
Компетенция
Насколько эффективным может быть фотосинтез? Эффективность равна выходу, деленному на вход.
Эффективность = выход / вход
Углеводы равны 30 г на моль (CH2O, атомная масса C=12, H2=2, O=16). Помните, что для производства углеводов требуется 12 молей. Тогда КПД рассчитывается следующим образом.
Эффективность = 30 г / 12 молей = 2,5 г
Дыхание растений – это процесс, в котором углеводы используются для получения энергии.
Дыхание растений и урожайность
При работе с растениями мы часто слышим выражение «чистая скорость фотосинтеза». Чистая скорость фотосинтеза относится к общей скорости фиксации углерода без учета потерь CO2 во время дыхания. Это правильный способ измерения фотосинтеза.
Пытаясь связать фотоны с урожайностью, мы должны учитывать, что определенный процент углеводов будет использоваться для дыхания растений. Этот процесс, конечно, повлияет на то, как углеводы используются в растительной биомассе или урожайности.
При производстве растительной биомассы нам также необходимо узнать о дыхательной эффективности растения. Предыдущие исследования показали, что эффективность дыхания у растений составляет около 60%.
Похожие товары
Чтобы учесть влияние эффективности дыхания и фотосинтеза, нам необходимо рассчитать эффективность преобразования фотонов.
Эффективность преобразования фотонов равна эффективности дыхания, умноженной на эффективность фотосинтеза.
Эффективность преобразования фотонов = (2,5) x (60%) = 1,5
Этот расчет дает нам общую биомассу в 1,5 грамма, произведенную на каждый фотон света. Это означает, что в идеальном сценарии, когда все испускаемые фотоны поглощаются растением, на каждый фотон света будет производиться 1,5 грамма биомассы. Поскольку идеальных сценариев действительно трудно или невозможно достичь, наше предположение таково: для производства одного грамма высушенной биомассы требуется один моль фотосинтетических фотонов.
1 грамм/моль
Когда мы поймем, как растения используют свет, мы сможем лучше проанализировать систему и понять важность света для наших культур. Благодаря хорошему дизайну мы можем оптимизировать попадание света в наши системы выращивания растений. Кроме того, узнав о влиянии света, можно оценить, сколько может стоить выращивание различных культур в закрытых производственных помещениях. Однако для того, чтобы рассчитать это, нам нужно знать понятие индекса урожая.
Индекс урожая
Индекс урожая представляет собой отношение годного к употреблению или съедобного продукта к общей биомассе растения. Например, считается, что индекс урожая многих культур составляет около 50%. Это потому, что мы выращиваем растение и собираем его плоды. Таким образом, мы потребляем около половины всей биомассы растений. Сюда входят огурцы (огурцы), помидоры и т.д. Может быть хорошее предположение. Листовая зелень, такая как салат, имеет более высокий показатель 80%, и мы потребляем почти все растение.
Индекс урожайности может быть очень важным при попытке соотнести свет, урожайность и стоимость света в закрытых производственных помещениях. Например: в идеальных условиях стоимость фотонов будет составлять около 5% от рыночной цены салата, в зависимости от количества фотонов и урожая. Этот показатель составляет около 18% для растений с более низким индексом урожая, таких как томаты.
Собранного растительного материала мало по сравнению с общей произведенной растительной биомассой. Следовательно, стоимость производства и света завода будет выше. По этой причине большинство комнатных растений ориентируются на листовую зелень. Поэтому оптимизация светового воздействия на урожай очень важна для систем растениеводства.
Конечно, мы также можем использовать искусственное освещение в качестве дополнительного освещения. Дополнительное освещение, которое мы будем использовать помимо свободного солнечного света; Мы можем улучшить рост и качество растений, увеличив количество и качество интенсивности света.
Фотосинтез и использование фотонов могут быть сложными проблемами. Однако, если мы действительно хотим контролировать наши посевы, мы должны обратить внимание и понять фотосинтез, который является наиболее важным процессом получения энергии в растениях, а вместе с ним и в наших культурах.