毎日の積算光量

日積算光量( DLI ) は、24 時間にわたって特定の領域に照射される光合成活性光子 (400 ～ 700 nm の範囲にある個々の光粒子) の数を表します。この変数は、植物の光環境を表すのに特に役立ちます。

光合成光量子束密度（PPFD）を一定と仮定してDLIに 変換する式は次のとおりです。 ^[1]

${\displaystyle {\text{DLI}}({\text{mol}}/({\text{m}}^{2}\cdot {\text{day}})=3.6\cdot 10^{-3}\cdot {\text{PPFD}}(\mu {\text{mol}}/({\text{m}}^{2}\cdot {\text{s}}))\cdot {\text{光時間}}/{\text{day}}}$

ここで、
     光時間とは、1 日に活性光子が対象領域に届けられる時間数であり、時間単位で測定されます。

係数 3.6·10 ⁻³は、μmol を mol に変換し、時間単位 (光時間) を秒に変換することによって生じる変換係数によるものであることに注意してください。

日積分光量（DLI）は、1日の間に1平方メートルあたりに蓄積される光合成活性光子（ PAR範囲の光子）の数です。これは光合成光の強度と持続時間（日長）の関数であり、通常は1平方メートル（m ⁻²）あたり1日（d ⁻¹ ）あたりの光のモル数（mol photons ） 、またはmol·m ⁻² ·d ⁻¹として表されます。^{[2] [3]}

DLIは通常、一日を通して変化する光合成光子束密度（PPFD）をμmol·m ⁻² ·s ⁻¹（1平方メートルあたり1秒間に受信されるPAR範囲の光子数）で測定し、それを使用して特定のエリアで24時間にわたって受信されるPAR範囲の光子の総推定数を計算することによって計算されます。言い換えれば、DLIは24時間中の1秒あたりのPPFD測定値の合計を表します。^[4]

光合成光強度が 24 時間を通じて同じであれば、DLI (mol m ⁻² d ⁻¹⁾は、次の式で瞬間 PPFD から推定できます: μmol m ⁻² s ⁻¹に 86,400 (1 日の秒数) を掛け、10 ⁶ (1 モルあたりの μmol 数) で割ります。したがって、光強度が 24 時間を通じて同じであれば 、1 μmol m ⁻² s ⁻¹ = 0.0864 mol m ⁻² d ^{−1となります。}

これまで、生物学者は光強度を定量化するためにルクスメーターまたはエネルギーメーターを使用していました。400～700 nm の範囲の光子のフラックスが光合成プロセスを促進する重要な要因であることが認識されると、彼らは PPFD を使用するようになりました。ただし、PPFD は通常、1 秒あたりの光子フラックスとして表されます。これは、ガス交換システムにおける光合成の短期的な変化を測定する場合に便利な時間スケールですが、植物の成長のための光環境を特徴付ける必要がある場合には不十分です。第一に、日照時間の長さが考慮されていないためですが、何よりも、野外または温室における光強度は日中および日ごとに大きく変化するためです。科学者は、正午に 1 日以上の晴れた日に測定された光強度を報告することでこの問題を解決しようとしましたが、これは 1 日の非常に短い期間の光レベルしか把握していません。1 日の光積分には、日中の変動と日長の両方が含まれ、月ごとの平均値または実験全体の平均値として報告することもできます。これは、任意の瞬間または日長のみのPPFDよりも植物の成長と形態によく関連していることが示されています。^{[5] [6]}一部のエネルギーメーターは、24時間などの間隔期間中のPPFDをキャプチャできます。

屋外では、DLI値は緯度、季節、雲量によって異なります。場所によっては、夏の明るい日に70 mol·m ⁻² ·d ⁻¹を超える値に達することもあります。月平均のDLI値は、熱帯地方では20〜40、緯度30°では15〜60、緯度60°では1〜40です。^{[7]森林の地面など、背の高い植物の陰に生育する植物では、夏でもDLIが1 mol·m −2} ·d ⁻¹未満になることがあります。

温室では、外光の30～70%がガラスやその他の温室構造物によって吸収または反射されます。そのため、温室内のDLIレベルが30 mol·m ⁻² ·d ⁻¹を超えることはほとんどありません。栽培室では、10～30 mol·m ⁻² ·d ⁻¹の値が最も一般的です。^[8]園芸業界では、温室で使用されるランプの光強度が、外部の気象条件に関係なく植物が設定されたDLI値を受け取るように調整される新しい光モジュールが利用可能になりました。

DLIは多くの植物形質に影響を及ぼします。一般化された用量反応曲線は、DLIが5 mol·m ⁻² ·d ⁻¹未満で特に個々の植物の成長と機能を制限しているのに対し、ほとんどの形質はDLIが20 mol·m ⁻² ·d ⁻¹を超えると飽和に近づくことを示しています。すべての植物が同じように反応するわけではなく、異なる波長がさまざまな影響を及ぼしますが、^[9]一般的な傾向が見られます。^[7]

光が強いと、葉内の細胞層の数が増えるか、細胞層内の細胞サイズが大きくなるため、葉の厚さが増加します。葉の密度も増加し、面積あたりの葉の乾燥質量 ( LMA ) も増加します。また、mm2 あたりの 気孔の数も増加します。

すべての種と実験を総合すると、強い光は有機窒素濃度には影響しませんが、クロロフィルとミネラルの濃度を低下させます。デンプンと糖、可溶性フェノールの濃度、キサントフィル/クロロフィル比、クロロフィル a/b 比も増加します。

クロロフィル濃度が減少する一方で、葉の単位面積あたりの葉質量は増加し、その結果、単位面積あたりのクロロフィル含有量は比較的影響を受けません。これは、葉の光吸収率にも当てはまります。葉の光反射率は上昇し、葉の光透過率は低下します。単位面積あたりのRuBisCOは増加し、光飽和状態では光合成速度が高くなります。ただし、単位葉乾燥質量あたりで表すと、光合成能力は減少します。

強い光で生育する植物は、葉や茎に費やすバイオマスが少なく、根に費やすバイオマスが多くなります。単位葉面積 (ULR) および単位総植物質量 ( RGR ) あたりの成長が速いため、強い光で生育した植物は一般にバイオマスが多くなります。節間が短くなり、単位茎長あたりの茎バイオマスが多くなりますが、植物の高さはそれほど影響を受けません。強い光で生育する植物は、枝や分げつが多くなります。

高光量で育った植物は、一般的に種子がやや大きくなりますが、花の数も多くなるため、植物1本あたりの種子生産量が大幅に増加します。節間が短く花数が多い丈夫な植物は園芸にとって重要なので、市場性のある園芸植物には最低限のDLIが必要です。生育期間中のDLIを測定し、結果と比較することで、特定の場所でどの種類の植物が繁茂するかを判断するのに役立ちます。^[10]

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