Entwirrung der Unterschiede zwischen PAR, PPF, PPFD und PFD
PAR, PPF, PPFD, und PFD Einführung
Gewächshaus- und Gartenbaufachleuten werden verschiedene Begriffe im Zusammenhang mit der Lichtmessung begegnen. In diesem Artikel werden die vier Begriffe PAR, PPF, PPFD und PFD erläutert. Diese Begriffe werden in der Literatur synonym verwendet und können zu Verwirrung führen. Wir wollen das ein für alle Mal klären.
Hintergrund der PAR-Metrik
Die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) ist der Eckpfeiler der Auswirkungen des Lichts auf das Pflanzenwachstum und die Photosynthese. In den 1960er Jahren wurde mit PAR das Licht zwischen 400 und 700 nm gemessen, also die für die Photosynthese entscheidenden Wellenlängen. Dabei wurden entweder Watt pro Sekunde (W/s) oder Watt pro Quadratmeter pro Sekunde (W/m²/s) verwendet. Dabei wurde die „Energie“ des Lichts gemessen, die benötigt wird, um das Pflanzenwachstum auszulösen und zu erhalten.
Abb. 1 -Foto von Meritt Thomas auf Unsplash
PAR an PPF
In den 1970er Jahren kam es zu einem entscheidenden Wandel im Verständnis von Pflanzen. Die Wissenschaftler argumentierten, dass die Quantifizierung der Strahlungsenergie (Wattzahl) allein nicht ausreicht. Stattdessen schlugen sie vor, die Anzahl der emittierten Photonen anstelle der Wattzahl zu messen, da die Auswirkungen auf die Photosynthese direkter und genauer messbar sind.
Dies führte zum photosynthetischen Photonenfluss (PPF), der die Anzahl der Photonen innerhalb dieses kritischen Bereichs über einen bestimmten Zeitraum quantifiziert (Anzahl der Photonen pro Sekunde oder μmol/s).
Abb. 2 Photonen des Lichts
PPF zu PPFD
Eine weitere Verfeinerung führte zur Photosynthetischen Photonenflussdichte (PPFD), wobei die PPF um eine Dimension, die Oberfläche, erweitert wurde. So führte PPF (μmol/s) zu PPFD, d. h. der Anzahl der Photonen, die in einer Sekunde auf eine bestimmte Oberfläche treffen (μmol/m²/s). Die „Fläche“ ist wichtig, weil die Landwirte diese Daten nutzen können, um die Grow-Lampen so zu platzieren, dass genügend Photonen gleichmäßig über eine Anbaufläche verteilt werden.
Anmerkung: mol & μmol erklärt(hier)
Abb. 3 PFFD misst Photonen, die pro Sekunde auf eine Fläche zwischen 400 und 700 nm fallen.
Abb. 4 – Die Licht-Energie-Fabrik in der Thylakoidmembran
PPFD zu PFD
Wie bereits erwähnt, umfasst die PPFD nur die Photonen, die zwischen 400-700nm vorhanden sind. Jüngste wissenschaftliche Erkenntnisse haben jedoch die Bedeutung bestimmter Wellenlängen jenseits dieses Bereichs enthüllt, die die Pflanzenphysiologie weiterhin beeinflussen. Dazu gehören blaues Licht unter 400 nm und fernes rotes Infrarotlicht über 700 nm.
Folglich ist die Photonenflussdichte (PFD) eine weitere Verfeinerung, ein breiteres Spektrum, das von 350nm bis 800nm reicht und den nicht traditionell definierten photosynthetisch aktiven Bereich umfasst.
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Abb. 5 PFD-Maßnahmen jenseits der traditionellen 400-700nm
Abb. 6 – PFD reicht über 400 und 700 nm hinaus.
Weitere Untergliederung des PFD
Eine weitere Verfeinerung ist die Unterteilung von PFD in noch spezifischere Farbwellenlängen wie PFD-B (Blau), PFD-R (Rot), PFD-FR (Fernrot), PFD-UV (Ultraviolett).
Chlorophylle, die primären Pigmente der Photosynthese, absorbieren Licht am effizientesten im roten (PFD-R) und blauen (PFD-B) Bereich des Spektrums. PFD-B mit seinen kürzeren, energiereicheren Wellenlängen ist in den frühen Wachstumsstadien von entscheidender Bedeutung, da es das Wachstum der Blätter, die Verzweigung und die allgemeine Pflanzenstruktur beeinflusst. PFD-R erweitert den Bereich der Lichtabsorption für die Pflanze und trägt zum Gesamtpool der verfügbaren photosynthetischen Energie bei.
PFD-FR-Daten sind zusammen mit PFD-R-Daten entscheidend für das Verständnis und die Beeinflussung von Samenkeimung, Stammwachstum, Blüte und Fruchtbildung. Siehe Artikel über Photomorphogenese(hier).
PFD-UV-Daten sind wichtig für die Pflanzengesundheit. Eine milde UV-Bestrahlung kann eine Reihe von Reaktionen auslösen, z. B. die Abwehr von Schädlingen und Krankheitserregern. Es kann den Gehalt an Antioxidantien zum Schutz vor Sonneneinstrahlung erhöhen, das Immunsystem stärken und den Nährstoffgehalt erhöhen.
Abb. 7 Bedeutung von PFD-FR, PFD-UV
Abb. 8 – Spektrale PAR-Messgeräte können Farben sehen
PFD-Messung – Spektrale PAR-Messgeräte
Bei den meisten PAR-Messgeräten auf dem Markt handelt es sich um Quantum-PAR-Messgeräte oder -Sensoren – sie sind nicht in der Lage, so detaillierte Messungen wie PFD vorzunehmen, da sie meist nur Photonen zwischen 400 und 700 nm zählen.
In letzter Zeit haben sich die Landwirte jedoch der Wissenschaft zugewandt und wenden sich den Spektral-PAR-Messgeräten zu, um alle Unterteilungen des PFD zu messen. Spektrale PAR-Messgeräte können Farben sehen, aber Quantenmessgeräte nicht.
Durch die Analyse und Quantifizierung der Lichtintensität in diesen Farbbereichen können die Landwirte die Gewächshausbeleuchtung optimieren, um das Lichtspektrum an die spezifischen Bedürfnisse der Pflanzen in den verschiedenen Wachstumsphasen anzupassen. Diese Granularität bei der Messung der PFD über alle Farbwellenlängen hinweg ermöglicht eine präzise Steuerung und Verbesserung des Pflanzenwachstums, wodurch die photosynthetische Effizienz und der Gesamtertrag maximiert werden.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung von PAR zu PPF, PPFD und PFD eine stufenweise Entwicklung durchlaufen hat, wobei sich in der Literatur und in der Diskussion Unklarheiten eingeschlichen haben. Wenn diese Begriffe jedoch in einem klaren Kontext verstanden werden, können Landwirte und Wissenschaftler die Kluft zwischen traditioneller Landwirtschaft und neuen Technologien überbrücken.
- PAR – ist heute ein Oberbegriff für das gesamte Thema der Messung der Lichtmenge für das Pflanzenwachstum und umfasst PPF, PPFD und PFD.
- PPF (Photosynthetic Photon Flux) misst die Lichtmenge (Photonen) im Bereich von 400-700 Nanometern und wird in μmol/s gemessen.
- PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) misst die Lichtmenge zwischen 400 und 700 Nanometern und wird in μmol/m²/s gemessen.
- PFD (Photon Flux Density) misst die Lichtmenge zwischen 350 und 800 Nanometern und wird in μmol/m²/s gemessen. PFD kann weiter unterteilt werden in PFD-B, PFD-R, PFD-FR und PFD-UV durch Spektral-PAR-Meter.
Wir hoffen, dass wir diese manchmal uneinheitlich verwendeten Begriffe entwirren und etwas Klarheit in Ihre Wissensbasis bringen konnten. Bitte kommentieren Sie, wenn Sie Fragen oder Anregungen haben.
Referenzen:
UPRtek – Photomorphogenese, Geschwister der Photosynthese
UPRtek – Photosynthese: Was, wo, wie und warum?
UPRtek – Das mächtige Chlorophyll-Molekül.
Abb. 9 Spektrales PAR-Messgerät PPFD
Vertiefung: Was ist ein Mol (mol), Mikromol (μmol)?
Ein Mol ist nur eine zählende Metrik, wie Kilogramm oder Meter, oder sogar ein Substantiv wie „Äpfel“ (ich habe 5 Äpfel). Aber warum verwenden wir Mole zum Zählen von Photonen? Weil es große Zahlen leicht überschaubar macht.
Zum Beispiel gibt es kleine Dinge wie Atome, Moleküle und Photonen in großer Zahl. Nehmen wir an, die Anzahl der von einem Licht ausgesandten Photonen beträgt 602.214.129.000.000.000.000.000.000 Photonen. Es wäre viel einfacher, 6,02214129 Mol Photonen zu sagen. Das reduziert die übermäßigen Zahlen um den Dezimalpunkt und ist übersichtlicher!
In der Regel wird jedoch das Zählen der Photonen zu Messungen führen, die eine Zahl wie 602.214.129.000.000 (zum Beispiel) ergeben. In diesem Fall ist die Umrechnung in Mol 0,0000006022000214129 Mol Photonen – das sind immer noch viele Zahlen hinter dem Komma, aber in umgekehrter Richtung. Multipliziert man jedoch mit 1.000.000, erhält man 6,022214129 Mikromol (μmol). Die Verwendung von Mikromolen eignet sich also für die Zählung von Photonen und ist eine weitere Möglichkeit, um zu große oder zu kleine Zahlen um den Dezimalpunkt herum zu vermeiden.
Ein Maulwurf ist also im Wesentlichen eine große Anzahl von etwas, das Photonen oder auch Äpfel sein können. Ich könnte 1 Mol Äpfel haben, aber das wären genug Äpfel in einer Reihe, um weit über den Rand des Sonnensystems hinauszugehen!
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Der Hauptsitz von UPRtek, die Forschung und Entwicklung sowie die Fertigung befinden sich in Taiwan, mit weltweiter Vertretung durch unsere zertifizierten Global Reseller.
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