PAR, PPF, PPFD, DLI – Capire le unità di misura relative alla luce utile per le piante

Il sistema di misura dell’intensità luminosa più noto e diffuso è basato su una grandezza detta lumen che consiste nella curva di reazione dell’occhio allo stimolo mentre il suo derivato lux è la quantità di luce proveniente da una rifrazione della superficie colpita dai fotoni (lumen/mq).

La luce si misura con grandezze fotometriche derivate dalla sensibilità dell’occhio umano ai colori, oppure con grandezze radiometriche riferite all’energia trasportata  e indipendenti dalla lunghezza d’onda. Lumen e lux sono unità di misura fotometriche riferite alla luce percepita dall’occhio umano. Poiché le piante utilizzano per la fotosintesi lunghezze d’onda diverse da quelle della visione umana, le misure fotometriche dell’intensità luminosa di una lampada non indicano quanti fotoni utili alla fotosintesi vengono effettivamente proiettati sulla pianta.

L’attività chimica delle piante presenta picchi attorno a 400-450nm (nanometri) e 650-670nm per la produzione di clorofilla A e sui 450-500 nm e 600-640nm per la clorofilla B. In fase di germinazione e crescita le piante utilizzano principalmente luce blu a 450-480nm, mentre in fioritura usano luce rossa sui 640-660nm. Una miscela di radiazioni rosse e blu è necessaria in tutte le fasi di vita anche se la massima efficienza di una lampada si ottiene sui 650nm, nella zona del “deep red”. La fioritura di molte piante richiede anche lunghezze d’onda oltre il rosso intenso, fino ai 700nm “far red”.

Quindi le radiazioni luminose che attivano la fotosintesi e altri processi biochimici nelle piante sono chiamate PAR (Photosynthetically Active Radiation) e si trovano nella gamma di lunghezze d’onda da 400 a 700 nm.

Ora vediamo quali sono i termini base nell’industria dell’agricoltura:

Regione PAR
La radiazione attiva fotosintetica è la larghezza di banda da 400 a 700 nm, che è la luce utilizzata principalmente dalle piante.
Diverse piante richiedono diverse combinazioni di lunghezze d’onda all’interno della regione PAR.

PPF (Photosynthetic Photon Flux) – Flusso dei fotoni fotosintetici per secondo

• Misurata in μmol / s
• Numero totale di fotoni emessi al secondo nella regione PAR.
• Ma quanti raggiungeranno la pianta e a quale distanza?

PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) – Densità del flusso di fotoni fotosintetici per m2 per secondo

• Misurata in μmol / m2
• Rappresenta il numero di fotoni che raggiungono l’impianto all’interno della regione PAR in una determinata area.
• Diminuisce in modo esponenziale quando aumenta la distanza tra la sorgente luminosa e la superficie dell’impianto.

I valori PPFD ideali per frutti e ortaggi variano da 400 a 1000, con fragole e insalate tra 250 e 450, mentre il pomodoro richiede da 450 a 750 µmol/m2/s. Alla nostra latitudine il sole a mezzogiorno emette da 1200 e 2000 PPFD a seconda delle stagioni.

DLI (Daily Lighting Integral) – Luce integrale giornaliera

• Le piante necessitano di una quantità minima di luce al giorno per soddisfare le loro necessità biologiche fondamentali, questa varia a seconda della specie.
• Per la fioritura e la fruttificazione, elevati livelli di luce possono mostrare significativi aumenti sia di qualità che di quantità.
• DLI = PPFD (μmol / m2) x 3,600 (s / h) x fotoperiodo (ore / giorno).

Possiamo immaginare il comportamento dei fotoni come se fossero goccioline di acqua. Il livello istantaneo luminoso in μmol/mq·s è il numero di goccioline raccolte in un metro quadro di superficie al secondo.  Allo stesso modo però possiamo considerare il numero di goccioline totali che cadono in un giorno o in 18 ore di luce, misurando alla sera il livello di acqua chiamandolo ‘integrale giornaliero della luce’’ μmol/mq·giorno.

Plant Lighting Efficacy – Efficienza Elettrica

• misurata in μmol/J
• Si riferisce a quanto efficiente è un sistema di illuminazione per orticoltura a convertire energia elettrica in fotoni di PAR

Quindi la principale unità di misura utilizzata per la misurazione della radiazione fotosintetica attiva (PAR) è la densità di flusso fotonico fotosintetico (PPFD), ossia il numero di fotoni che arrivano alle piante per stimolare la fotosintesi.

Tuttavia, una singola misurazione del PPDF non è sufficiente per valutare l’intera area di coltivazione, dipendendo da molteplici fattori che possono influire sulla fotosintesi, la foto-morfogenesi.