Planten zetten licht, water en CO2 om in zuurstof en plantmateriaal, zoals fruit, hout, blad en nog veel meer. Het is een wonderbaarlijk en complex proces en bijna elke plant doet het net wat anders. Om het maximale uit een plant te halen moet er een balans gevonden worden tussen water, CO2 en licht. Om de juiste balans te vinden en te behouden, moet er gemeten worden. In dit stuk gaan we verder in hoe men tegenwoordig licht meten voor planten.

Wat is ‘licht’?

Licht lijkt vanzelfsprekend, iedereen die ten minste een beetje kan zien, is bekent met licht. We zien alle kleuren van de regenboog en we zien licht en donker. Je zou zeggen dat je dan moet meten op een schaal tussen licht en donker. Dit gaat toch niet helemaal op, want je ogen zijn er niet op gemaakt om te zien hoeveel licht er voor planten is. We hebben een pupil die groter en kleiner wordt om voor licht intensiteit te compenseren. Daarnaast zien wij niet alle kleuren even goed. We zien groen veruit het beste, wat wil zeggen dat we rood en blauw een stuk slechter zin in vergelijking. Een plant gebruikt voornamelijk rood en blauw licht en reflecteert juist groen licht, dit is ook de reden waarom veel planten er groen uitziet.

We hebben dus een meting nodig die niet afhankelijk is van onze ogen. Licht is een deeltje en een golf in één. De golf geeft aan welke kleur het deeltje is en het lichtdeeltje heeft de plant nodig om te groeien. Een golf kun je beschrijven met zijn golflengte. Een golflengte is de lengte wanneer de golf zich herhaalt, bijvoorbeeld de afstand tussen twee pieken. De golflengte kun je dus koppelen aan een kleur, zo is licht met een golflengte tussen de 495 en 570 nanometer (nm) groen.

Fotosynthetisch licht

Planten hebben licht nodig om te groeien. Licht wekt dus een reactie op in een plant, maar niet al het licht geeft een effect. In de avond is er vele infra-rood licht aanwezig, maar de planten zijn dan niet actief. De reactie van de plant hangt dus af van de golflengte van het licht.

Plant deskundigen hebben geconstateerd dat licht tussen de 400 en 700 nm door planten gebruikt wordt voor fotosynthese (McCree, K. J., 1972). Destijds werden negen veel gebruikte lichtbronnen voor land en tuinbouw vergeleken en hieruit bleek dat 400-700 nm een acceptabele meetstaaf was.

Omdat planten vaak net anders reageren op licht is er bepaald dat elk lichtdeeltje even zwaar meetelt, zolang deze binnen de 400-700 nm bereik ligt. Dit is anders dan met helderheid, waar groen zwaarder gewogen wordt, omdat helderheid gekoppeld is aan het menselijk zicht.

Licht tussen de 400 en 700 nm wordt ook wel PAR genoemd. Dit is een Engelse afkorting en staat voor “Photosynthetic Active Radiation”. In het Nederlands vertaalt dat zich naar fotosynthetisch actieve straling.

De intensiteit is bepaalt als het aantal lichtdeeltjes per seconden, ofwel een stroom, per vierkante meter, ofwel een flux. Met andere worden, de intensiteit is het aantal lichtdeeltjes wat in een seconde op een vierkante meter komt. Een hoeveelheid van een groot aantal kleine deeltjes wordt in de scheikunde uitgedrukt in mol. Omdat de omzetting van water, CO2 en licht een chemische reactie is, drukken we licht uit in mol. Eén mol is ongeveer 6 * 10²³, dit is heel veel, maar houdt er rekening mee dat het om deeltjes gaat die je niet eens met een microscoop kunt zien. In de praktijk spreekt men over micromollen. Op een zonnige dag in de zomer kan het aantal micromollen midden op de dag in de Benelux oplopen tot wel 2000.

Hoe meet je het?

Een lichtsensor die het groeilicht meet voor planten moet aan de volgende eisen voldoen:

1.       Het meet de intensiteit van het licht tussen de 400-700 nm.

2.       Het weegt het licht tussen 400-700 nm elke golflengte even zwaar.

3.       Het meet al het inkomende licht, dus heeft een kijkhoek van 180°.

Voor eis één en twee worden voldaan door middel van een filter en een fotodiode. Het filter filtert het licht uit wat niet een golflengte heeft van tussen de 400-700 nm. De fotodiode zet het hoeveelheid licht om in elektrische stroom, zoals dit ook gebeurd bij een zonnepaneel. Hoe de sensor op licht reageert, dus wat het resultaat is van de filter en fotodiode, wordt ook wel de licht responsie genoemd. Hieruit is op te maken hoe goed de sensor aan eisen één en twee voldoen. De ideale licht respons ziet er als volgt uit:

Een goede sensor benadert deze respons zo nauw mogelijk. Als de licht respons sterk afwijkt is de sensor enkel geschikt voor het meten aan het lichtspectrum waarin deze is gekalibreerd. Een voorbeeld hiervan is de SQ-100X serie. De licht respons van deze serie ligt grotendeels tussen de 400 en 700 nm.

Omdat de sensor grotendeels tussen de 400 en 700 nm meet kan deze sensor gekalibreerd worden voor PAR metingen. Bij de kalibratie meet de SQ-100X zonlicht tegelijkertijd met een referentie sensor. Na kalibratie geeft de SQ-100X betrouwbare waarden af bij zonlicht. Bij andere lichtbronnen, zoals LED verlichting zal de SQ-100X sterk afwijkende waarden afgeven. De SQ-100X is één van de goedkoopste professionele PAR sensoren en een goede keuze wanneer men enkel aan zonlicht meet.

Als men met één sensor aan elk lichtspectrum wilt meten moet de licht respons van de sensor zo nauw mogelijk de ideale respons volgen. Er zijn twee sensoren die de ideale respons zo goed benaderen dat ze bij elk lichtspectrum gebruikt kunnen worden. Dit zijn de LI-190R en de SQ-500 series. Hun lichtresponsies zijn als volgt:

De SQ-500 en de LI-190R zijn bijna-ideaal te noemen. Op de rand effecten bij 400 en 700 nm na volgen de lichtresponsen de ideale respons nauw. Dankzij de bijna-ideale respons kunnen deze sensoren bij elk soort licht gebruikt worden zoals een combinatie van zonlicht en LED licht.

Hieronder vindt u een film waarbij de werking van de PAR sensor verder uitgediept wordt en er een aantal voorbeelden gegeven worden van fouten die kunnen ontstaan bij gebruik van de verkeerde licht respons.

Uitbreiding van het PAR spectrum

Onder plantkundigen is er nu een discussie gaande of het PAR spectrum uitgebreid dient te worden met ver-rood licht tot 750 nm. Ver-rood in combinatie met PAR licht zorgt voor meer groei en fotosynthese (Zhen, S., & van Iersel, M. W., 2017). Dit brengt de conventie dat PAR tussen de 700 en 750 nm onder druk. Verder onderzoek heeft aangetoond dat ver-rood evenveel bijdraagt aan fotosynthese als fotonen tussen de 400 en 700 nm zolang het ver-rood deel niet meer dan 30% van de totale intensiteit van het licht is (Zhen, S., & Bugbee, B. (2020)). Ondanks de resultaten van dit onderzoek, heeft dit nog niet geleid tot het aanpassen van de definitie van PAR licht.

Voor onderzoeker en directeur van Apogee Bruce Bugbee zijn de resultaten echter wel aanleiding om met een nieuwe sensor te komen die ook ver-rood meet. Het spectrum wat gemeten wordt heet ePAR, wat staat voor “extended photosynthetic active radiation”. Een ideale ePAR sensor moet aan de volgende eisen voldoen:

1.       Het meet de intensiteit van het licht tussen de 400-750 nm.

2.       Het weegt het licht tussen 400-750 nm elke golflengte even zwaar.

3.       Het meet al het inkomende licht, dus heeft een kijkhoek van 180°.

De sensor is de SQ-600 met de volgende licht respons:

De SQ-600 benaderd goed het ideale licht respons en is dus een uitstekende sensor als men ePAR wilt meten.

Hieronder vindt u een film waarom over de nut en noodzaak van het meten van ePAR, door Prof. Dr. Bruce Bugbee zelf.

Slotwoord

Om een licht meting goed te begrijpen moet men in het achterhoofd houden dat licht zowel een golf is als een deeltje. Voor het groeien van planten geeft de golflengte aan of het, het juiste soort licht is. Vervolgens is het zaak om hiervan een juiste hoeveelheid naar de planten te brengen zodat die optimaal groeien. Om dit precies te doen heb je een sensor nodig die de juiste golflengtes identificeert en vervolgens de juiste golflengtes even zwaar weegt. Wat de juiste golflengtes zijn is nog onderdeel van discussie en met de opkomst van LED lampen is het mogelijk om dit ook te sturen, met natuurlijk de juiste sensor!

Verwijzingen

McCree, K. J. (1972). Test of current definitions of photosynthetically active radiation against leaf photosynthesis data. Agricultural meteorology, 10, 443-453.

Zhen, S., & Bugbee, B. (2020). (2020). Far‐red photons have equivalent efficiency to traditional photosynthetic photons: Implications for redefining photosynthetically active radiation. Plant, cell & environment, 1259-1272.

Zhen, S., & van Iersel, M. W. (2017). Far-red light is needed for efficient photochemistry and photosynthesis. Journal of plant physiology, 2017 - Elsevier, 115-122.