Wat is fotosynthese? De basis van plantengroei en een gezond gewasklimaat

Wat betekent fotosynthese?
Fotosynthese is het proces waarbij planten lichtenergie omzetten in chemische energie. Met behulp van zonlicht, water en koolstofdioxide (CO₂) maken planten suikers die ze gebruiken als energiebron en bouwstof voor hun groei. Tijdens dit proces komt zuurstof vrij.
Fotosynthese is essentieel voor vrijwel al het leven op aarde. Voor de land- en tuinbouw, glastuinbouw en plantonderzoek is inzicht in fotosynthese bovendien belangrijk om de groei, ontwikkeling en opbrengst van gewassen te begrijpen en te verbeteren.

Hoe werkt fotosynthese?
Fotosynthese vindt voornamelijk plaats in de bladeren van planten, in kleine celstructuren die chloroplasten worden genoemd. Hierin bevindt zich chlorofyl, het groene pigment dat licht opvangt.

Het proces bestaat in hoofdlijnen uit de volgende stappen:
1. Licht opnemen: chlorofyl vangt lichtenergie op, vooral uit het blauwe en rode deel van het lichtspectrum.
2. Water opnemen: de wortels nemen water op uit de bodem of het groeimedium. Dit water wordt naar de bladeren getransporteerd.
3. CO₂ opnemen: via kleine openingen in de bladeren, de huidmondjes, neemt de plant koolstofdioxide uit de lucht op.
4. Suikers produceren: met behulp van de opgenomen lichtenergie zet de plant water en CO₂ om in suikers. Deze gebruikt de plant voor groei, onderhoud en de vorming van onder andere bladeren, stengels, wortels, bloemen en vruchten.
5. Zuurstof afgeven: bij de lichtreacties van de fotosynthese komt zuurstof vrij, die grotendeels via de huidmondjes aan de omgeving wordt afgegeven.
De algemene reactievergelijking van fotosynthese is:
6 CO₂ + 6 H₂O + lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Hierbij staat CO₂ voor koolstofdioxide, H₂O voor water, C₆H₁₂O₆ voor glucose en O₂ voor zuurstof.

Welke factoren beïnvloeden de fotosynthese?
De snelheid waarmee een plant fotosynthese uitvoert, hangt af van verschillende omgevingsfactoren. Door deze factoren te meten en waar mogelijk te optimaliseren, kan het gewasklimaat beter worden afgestemd op de behoeften van de plant.

1. Lichtintensiteit en lichtspectrum
Licht levert de energie die nodig is voor fotosynthese. Bij weinig licht is de fotosynthese doorgaans beperkt. Wanneer de lichtintensiteit toeneemt, kan de fotosynthesesnelheid stijgen, totdat andere factoren beperkend worden of het verzadigingspunt wordt bereikt.
Niet alleen de hoeveelheid licht is van belang, maar ook de golflengte. Vooral blauw en rood licht zijn effectief voor fotosynthese. De hoeveelheid fotosynthetisch actief licht wordt vaak uitgedrukt in PAR (Photosynthetically Active Radiation), het licht binnen het golflengtegebied van ongeveer 400 tot 700 nanometer.
Voor een goede beoordeling van de lichtomstandigheden kan de fotosynthetische fotonenfluxdichtheid (PPFD) worden gemeten. Deze wordt uitgedrukt in µmol/m²/s. Met PAR-sensoren kan worden vastgesteld hoeveel fotosynthetisch bruikbaar licht het gewas bereikt.

2. Koolstofdioxide (CO₂)
CO₂ is een essentiële grondstof voor de vorming van suikers. Wanneer de CO₂-concentratie laag is, kan dit de fotosynthese beperken, ook wanneer er voldoende licht aanwezig is.
In de glastuinbouw wordt daarom regelmatig de CO₂-concentratie gemeten en, waar passend, actief geregeld. Een hogere CO₂-concentratie kan de fotosynthese onder geschikte omstandigheden stimuleren. Het effect is echter afhankelijk van onder meer de lichtintensiteit, temperatuur, waterbeschikbaarheid en de plantensoort.

3. Temperatuur
Temperatuur beïnvloedt de enzymatische processen die bij fotosynthese betrokken zijn. Iedere plantensoort heeft een eigen temperatuurbereik waarin de fotosynthese efficiënt verloopt.
Bij te lage temperaturen verlopen processen langzamer. Bij te hoge temperaturen kan de fotosynthese afnemen en kan extra stress ontstaan. Daarom is het belangrijk de temperatuur van de kaslucht en, afhankelijk van de toepassing, het blad of de wortelzone te monitoren.

4. Waterbeschikbaarheid
Water is noodzakelijk voor fotosynthese en voor het transport van voedingsstoffen. Bij watertekort sluiten planten vaak hun huidmondjes om verdamping te beperken. Hierdoor nemen ze minder CO₂ op en kan de fotosynthese afnemen.
Met bodemvochtsensoren kan worden gevolgd hoeveel water in de wortelzone beschikbaar is. Zo kan de watergift beter worden afgestemd op de behoeften van het gewas.

5. Luchtvochtigheid en verdamping
De relatieve luchtvochtigheid beïnvloedt samen met de temperatuur het verschil in waterdampdruk tussen het blad en de omgevingslucht. Dit verschil, vaak aangeduid als het dampdruktekort (VPD), speelt een belangrijke rol bij de verdamping en de opening van huidmondjes.
Een te hoge of te lage verdampingsvraag kan de waterhuishouding van de plant verstoren en daarmee indirect de fotosynthese beïnvloeden. Metingen van temperatuur en relatieve luchtvochtigheid helpen om deze omstandigheden beter te beoordelen.

Waarom is het meten van fotosynthesefactoren belangrijk?
Fotosynthese zelf wordt niet altijd rechtstreeks gemeten. In veel teeltomgevingen worden vooral de factoren gemonitord die de fotosynthese beïnvloeden. Door verschillende metingen te combineren, ontstaat een beter beeld van de omstandigheden waarin het gewas groeit.
Voorbeelden van toepassingen zijn:
• Glastuinbouw: inzicht krijgen in licht, CO₂ en klimaat om de groei en productie van gewassen te ondersteunen.
• Plantonderzoek: onderzoeken hoe planten reageren op veranderingen in lichtintensiteit, temperatuur, CO₂ en waterbeschikbaarheid.
• Vertical farming en klimaatcellen: licht en klimaat nauwkeurig afstemmen op de behoeften van het gewas.
• Irrigatiemanagement: bodemvocht meten om water efficiënter toe te dienen.
• Gewasmonitoring: meetgegevens combineren om groeicondities te beoordelen en afwijkingen tijdig te signaleren.

Welke meetinstrumenten van CaTeC zijn hiervoor geschikt?
CaTeC levert meetinstrumenten waarmee belangrijke factoren rondom fotosynthese kunnen worden gemonitord.
• PAR- en lichtsensoren van Apogee Instruments en LI-COR: voor het meten van fotosynthetisch actief licht en, afhankelijk van het sensortype, andere lichtparameters.
• CO₂-meetinstrumenten van E+E Elektronik: voor het monitoren van de CO₂-concentratie in kassen en andere gecontroleerde teeltomgevingen.
• Temperatuur- en relatieve-luchtvochtigheidssensoren van E+E Elektronik: voor inzicht in het gewasklimaat.
• Bodemvochtsensoren van Delta-T Devices: voor het meten van de vochttoestand in de wortelzone en ondersteuning van irrigatiebeslissingen.
• Dataloggers en meetsystemen: voor het registreren en analyseren van meetgegevens over langere perioden.
Welke meetoplossing het meest geschikt is, hangt af van het gewas, de toepassing en de gewenste meetparameters. Ook de plaatsing van sensoren speelt een belangrijke rol: metingen boven het gewas, tussen de bladeren of bij de wortelzone kunnen verschillende inzichten opleveren.

Conclusie
Fotosynthese vormt de basis van plantengroei en gewasproductie. Licht, CO₂, temperatuur, waterbeschikbaarheid en luchtvochtigheid beïnvloeden samen hoe efficiënt een plant lichtenergie omzet in suikers.
Door deze factoren nauwkeurig te meten, krijgen telers en onderzoekers meer inzicht in het gewasklimaat en de omstandigheden waaronder planten groeien. CaTeC ondersteunt dit met meetinstrumenten voor licht, CO₂, temperatuur, relatieve luchtvochtigheid en bodemvocht.
Meer inzicht in de omstandigheden waarin fotosynthese plaatsvindt? CaTeC adviseert u graag over passende meetinstrumenten voor uw kas, onderzoeksomgeving of teelttoepassing.
Bekijk het assortiment op catec.nl of neem contact op met CaTeC voor advies over uw meetvraagstuk.