DLI y PPFD

Las especificaciones de las lámparas de cultivo suelen indicar la cantidad de luz que producen en lúmenes, una unidad de medida que tiene en cuenta la luz visible por el ojo humano. Es lógico si se considera que la principal y primera utilidad de las lámparas fue iluminar los espacios en los que viven y trabajan las personas, pero que no resulta tan adecuada para evaluar la eficacia de una lampara destinada al cultivo de plantas. Las unidades de medida más habituales son el lumen y el lux.

El lumen (lm), mide el flujo luminoso, dicho de otro modo, la luz emitida por la fuente, sea el sol o una lámpara, en el rango comprendido entre los 400 y 700 nm. Es decir, deja fuera la luz infrarroja (que supone el 50% de la luz solar) y la luz ultravioleta (que es el 8% de la luz solar).  El lux (lx), es una unidad de medida de la iluminancia, es decir, de la luz que llega a una superficie, 1 lux equivale a 1 lumen/m2.

Mientras que los lúmenes producidos por una lámpara son un número concreto, los lux que se reciben en una superficie dependen de la distancia a la lámpara, del reflector usado o de la cantidad de luz que reflejen las paredes. Cuanto más se aleja la fuente de luz, mayor es la superficie cubierta pero menor el número de lux o lúmenes por metro cuadrado. Para que nos hagamos una idea, la luz solar al mediodía en verano alcanza un máximo de unos 100.000 lux y la luna llena, en una noche despejada, ilumina la superficie terrestre con 0,25 lux.

Una oficina bien iluminada tiene 500 lux. Sin embargo, cuando las lámparas se destinan al cultivo de plantas este sistema de medida no es muy útil, ya que no todo el espectro visible por el ojo humano es igualmente efectivo para la fotosíntesis. Los científicos desarrollaron nuevos sistemas más efectivos para medir la luz que utilizan las plantas en la fotosíntesis.

La luz útil para el cultivo

A continuación, veremos varios conceptos muy interesantes que sirven para evaluar la utilidad de una fuente de luz para el cultivo, tanto la que emiten las lámparas como la que reciben las plantas, en cada momento y a lo largo de todo el día.

PAR: La luz que las plantas pueden usar para hacer la fotosíntesis se denomina PAR (radiación fotosintéticamente activa) y, aunque coincide bastante con el rango de luz visible para nosotros, el que va de 400 a 700 nanómetros no es exactamente igual. Todos los fotones producidos dentro de este rango pueden ser absorbidos por la planta y contribuir a la fotosíntesis, aunque no todas las longitudes de onda tienen la misma probabilidad de ser absorbidas. Mientras que la visión humana es especialmente sensible a los amarillos y verdes, la fotosíntesis se activa mucho más con los rojos y azules, por eso las lámparas más eficientes para el cultivo son aquellas que emiten la mayor parte de su espectro en estos colores y no tanta en el rango del amarillo y el verde. Sin embargo, aun siendo menos efectivos, el amarillo y el verde también se usan en la fotosíntesis.

PPF: Flujo de fotones fotosintéticos. El PPF mide la cantidad de luz PAR que produce una lámpara por segundo. La unidad de medida PPF es micromoles por segundo (μmol/s). El PPF es el equivalente a los lúmenes pero en luz PAR, es un número concreto que se refiere a cuantos fotones de luz PAR emite la lámpara.

Convertir lux en PPF

Si tenemos el dato de los lúmenes que produce una lámpara y queremos obtener el PPF, hay que multiplicar los lúmenes por un factor de conversión que depende de cada tipo de lámpara

TABLA 1 Factor de conversión para pasar de lúmenes a PPF

Tipo de lámpara / Factor de conversión

Sol / 0.0185

Fluorescente blanco día / 0.0135

HPS / 0.0122

HPS doble conexión / 0.0130

MH / 0.0141

LED / 0.018-0.028

Eficiencia de fotones PAR. Este concepto se refiere a lo eficiente que es la lámpara convirtiendo el consumo eléctrico en fotones de luz PAR. Su cálculo es sencillo, basta con dividir el PPF entre el consumo eléctrico de la lámpara en vatios. Se mide en (μmol/W). Las lámparas de alta presión generan alrededor de 1,4 a 1,8 μmol/W, mientras que los diodos LED más eficientes son capaces de producir hasta 2,8 μmol/W. La eficiencia de fotones PAR es el elemento más importante a tener en cuenta al elegir lámpara, cuanto más eficiente sea menos electricidad consumirá.

PPFD: Densidad de flujo de fotones fotosintéticos, es el equivalente al lux, pero en radiación PAR. La PPFD mide la cantidad de luz PAR que llega a las plantas, es decir la cantidad de fotones fotosintéticamente activos que caen en una determinada superficie cada segundo. Al igual que sucede con los lux, depende de la lámpara, pero también de la distancia a las plantas, del reflector o de la capacidad de reflexión de las paredes. La PPFD se mide en distintos puntos de la copa de las plantas y la unidad de medida es micromoles por metro cuadrado por segundo (μmol/m2/s).

Sirve para conocer la auténtica densidad de fotones PAR que reciben las plantas y es el dato más útil para el cultivador. Básicamente se calcula dividiendo el PPF por el área en metros cuadrados. Por ejemplo, una lámpara APS de 600 W, da unos 90.000 lúmenes que equivalen a un PAR de 1100 μmol/s y sirve para iluminar aproximadamente 1,5 m2 (la superficie habitual es 1,2x1,2 m), por tanto, la PPF es 1100 μmol/s, que da una PPFD de 732 μmol/m2/s.

La regla más importante a tener en cuenta en la iluminación del cultivo de interior es la Ley del Cuadrado de la Distancia que dice: la intensidad de la luz es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde el punto de emisión. Dicho de otro modo, hay que mantener la luz lo más cerca posible de las plantas, pues con la distancia se pierde mucha intensidad.

DLI o la luz total diaria

DLI: La integral de luz diaria es una medición acumulativa de la cantidad total de luz (fotones) que recibe una superficie durante el fotoperiodo. Se mide en moles por metro cuadrado por día (mol/m2/d). Un mol es un numero enorme de fotones, unos 600 trillones (un 6 seguido de 23 ceros). La DLI de un día soleado de verano es de 50-60 mol/m2/d, mientras que en invierno puede ser de 10-20 mol/m2/d.

La mayoría de las plantas cultivadas requieren entre una DLI de entre 25 y 40 mol/m2/d para desarrollarse bien y ser productivas. En el exterior, la intensidad de la luz va variando a lo largo del día, es muy baja al amanecer y al atardecer (en torno a 400 lux en un día claro) y mucho más alta al mediodía cuando puede llegar a los 100.000 lux.

Para averiguar la DLI se utilizan unos medidores que van registrando la PPFD cada pocos minutos y calculan lo que las plantas reciben a lo largo del día. Los agricultores que siembran en invernaderos fuera de la temporada de verano, calculan la DLI que da el sol y le añaden al cultivo, por medio de lámparas, la cantidad de luz necesaria para elevar la DLI hasta el nivel requerido por la especie que estén produciendo.

En interior, donde las lámparas iluminan con la misma intensidad durante todo el día, el cálculo de la DLI es muy sencillo, basta con multiplicar la PPFD por el número de segundos de luz que hay en el fotoperiodo, y dividir el número por un millón para pasar de micromoles (μmol) a moles (mol).

¿Cuál es el nivel idóneo y máximo de DLI/PPFD para el cultivo?

Según un estudio de 2008, el punto de saturación de luz para las plantas de cannabis que más luz aguantan, las Sativas, es de unos 1500 μmol/m2/s, mientras que las índicas soportan menos, generalmente no más de 1000-1200 μmol/m2/s. En cualquier caso el punto de saturación marca el máximo de luz que pueden aprovechar, pero no es necesariamente el más adecuado para el cultivo, puesto que con niveles muy altos de luz la eficiencia disminuye respecto a niveles elevados, pero no tanto.

En otras palabras, la producción aumenta mucho cuando la PPFD sube de 500 a 1000 μmol/m2/s, pero entre 1000 y 1500, aunque también aumenta lo hace en menor medida, por lo que puede ser más interesante aumentar la superficie cultivada manteniendo una PPFD de 800-1000 μmol/m2/s, en comparación con mantener la superficie y elevar la intensidad de la luz hasta 1500 μmol/m2/s. Para que las plantas puedan aprovechar la luz, cuanto más alta es la PPFD mayor debe ser la temperatura y la humedad.

A niveles altos de luz la temperatura óptima del cultivo sube hasta los 30ºC y la humedad recomendable es de 70 a 80%. Otro elemento importante para que las plantas puedan digerir tanta luz es mantener el nivel de CO2 más alto, alrededor de 1.000-1.200 ppm o incluso más, o bien aumentar considerablemente la ventilación para que la renovación de aire sea constante y los niveles de CO2 disponible no bajen.

TABLA 2 Nivel PPFD mínimo y máximo con y sin CO2 en los distintos fotoperiodos (en μmol/m2/s)

DLI 24/0 -18/6 -12/12

Nivel mínimo optimo 22254339509

Nivel máximo sin CO2 34-47393-543524-725800-1100

Nivel máximo con CO2 6575210031504

La DLI en exterior

La DLI en exterior en el solsticio de junio, cuando los días son más largos y alcanzan las 16 horas de duración, para una latitud de 40º, es de unos 60 mol/m2/d. En esta misma latitud, en los equinoccios de primavera y otoño, cuando la duración de los días y las noches es de 12 horas, la DLI alcanza 40 mol/m2/d. Por último, en el solsticio de invierno, en diciembre, con días de apenas diez horas y el sol muy lejano, apenas se alcanzan 17 mol/m2/d.

La alta DLI que hay entre mayo y julio, cuando los días tienen más horas de luz, explica porqué las variedades autoflorecientes producen mucho más en estos meses que en el resto del año. Siendo variedades que tardan un número determinado de días en madurar, independientemente del fotoperiodo que haya, la cantidad total de fotones que reciben en ese periodo de tiempo es mucho mayor en junio que, por ejemplo, en septiembre.

Normalmente las plantas de cannabis no autoflorecientes empiezan a florecer entre el 15 de julio y el 15 de septiembre y se cosechan entre final de septiembre y final de noviembre en su mayoría. Aproximadamente podemos decir que empiezan a florecer recibiendo unos 50 mol/m2/d y acaban de florecer con unos 30 mol/m2/d, y en realidad realizan la mayor parte de la floración recibiendo unos 40 mol/m2/d. 

Recomendaciones en interior

Cuanto más alta es la cantidad de luz disponible más sanas deben estar las plantas para aprovecharla. Por eso, los cultivadores principiantes suelen obtener mejores resultados con niveles medios o altos, pero no muy altos, manteniendo las lámparas algo más alejadas de las plantas. Conforme ganan experiencia y son capaces de cuidar mejor el cultivo pueden ir acercando las lámparas para disponer de mayor PPFD.

TABLA 3 Valores generales de PPFD recomendados para las distintas fases del cultivo (en μmol/m2/s)

Enraizamiento clones 100-200

Crecimiento 300-500

Floración 400-900

En floración, se obtienen buenos resultados a partir de 400 μmol/m2/s y la calidad y la producción sube sin problemas hasta los 800-1000 μmol/m2/s. Al elevar la cantidad de luz hasta el punto de saturación (1500 μmol/m2/s) la cosecha sube pero la eficiencia baja. Lo más eficiente en gramos por μmol es usar unos 800 μmol/m2/s aunque el número exacto depende de varios factores: genética, tipo de cultivo, temperatura, ventilación, etc. El reparto de la luz es muy importante, es mucho más efectivo tener una PPFD media-alta en toda la planta que muy alta en la copa y muy baja en la base.

Author:  José T. Gállego