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PAR

앞서 광합성에 대해 간단히 짚어보고 오셨을 겁니다. 이번에는 광합성을 제어하는데 있어서 너무나 중요한 개념인 PAR에 대해 알아보겠습니다.

PAR(Photosynthetically active radiation)이란?

PAR은 Photosynthetically active radiation의 줄임말 입니다. 뜻을 번역하자면 "광합성에 효과있는 태양광선" 이라고 할 수 있겠습니다. 백과사전에서는 "광합성유효방사"라고 하기도 합니다만, 주로 PAR이라고 사용합니다. 

우리는 이미 광합성에 사용되는 태양광은 일부분에 지나지 않는 다는 것을 배웠습니다. 식물은 450nm 부근의 파란색 영역과 650nm 부근의 빨간색 영역의 빛을 많이 흡수하고, 초록색 부근의 빛은 반사합니다. 

[CC-BY-SA] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Par_action_spectrum.gif

이 그래프를 보시면 적색과 청색 파장대에서는 광합성율이 거의 100%에 이르지만 초록색 부근에서는 광합성율이 단지 25%정도에 그칩니다. 따라서 광합성에 사용되는 빛을 이야기 할때는 항상 광합성에 실제로 쓰이는 빛만 가지고 이야기 해야 합니다. 이러한 측면에서 PAR이라는 개념이 탄생하였고, 일반적인 빛의 세기를 측정하는 단위로는 "광합성에 필요한 빛의 세기"(PAR)를 측정하는 것이 적절하지 않습니다. 

PAR의 측정단위- PPFD

각 빛의 파장별로 사람 눈이 인식하는 민감도를 나타낸 것입니다. 사람은 초록색 불빛을 100%이라
인식한다면,  450nm 영역은 5% 밝기로 밖에 인식하지 못합니다. 
[Public Domain] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Luminosity.png

일반적으로 어떤 단위면적에 비추어지는 빛의 세기는 lux라는 단위로 측정합니다. 하지만, 이것은 사람눈에 보이는 가시광선의 양에 맞추어진 단위입니다. 특히 사람 눈은 초록색 영역을 가장 잘 인식하기 때문에 식물의 입장에서 빛의 세기가 어느정도인지 아는데에는 무용지물 입니다.  PAR을 측정하는데에는 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)라는 단위를 이용합니다. 광합성은 잎에 도달하는 광자의 개수가 중요하기 때문에, PPFD는 단위시간(1초)동안 단위면적(1제곱미터)에 도달하는 400nm~700nm파장의 광자의 개수를 뜻합니다. 단위는 µmol/m^2/s ​ (µmol는 마이크로몰 이라고 읽습니다.)을 이용합니다. 

필립스사의 자료 에 따르면, 보광용으로는 15~30µmol/m^2/s , 육묘용으로는 30~45µmol/m^2/s , 햇빛의 완전한 대체를 위해서는 100~800µmol/m^2/s 이 필요하다고 합니다.

광보상점과 광포화점

수경재배 101준비하기 부분에서도 간단하게 언급했었지만, 식물은 광보상점과 광포화점이라는 것이 저마다 있습니다. 광보상점은 식물이 자라기 위해 필요한 최소한의 빛의 양입니다. 그리고 빛이 강해질수록 점점 자라는 속도가 빨라지다가 어느 점 부터는 더이상 속도가 빨라지지 않는데, 이 때의 광량을 광포화점이라고 합니다. 이 광보상점과 광포화점을 표시할때에 일부 자료에는 lux로 표시된 것이 있지만... 식물에 적용하기 위해서는 PAR에 기반한 PPFD(µmol/m^2/s )로 표기해 주어야 정확한 자료가 됩니다. 왜냐하면 PPFD야 말로 광합성에 필요한 빛을 측정하는 적절한 단위이기 때문입니다. 

lux를 PAR로 변환하기

물론 우리가 PPFD를 측정하는 것은 상당히 어렵습니다. 원예연구원이 아닌다음에야... 시중에서 PPFD를 측정하는 기기를 찾는 것은 불가능일 것입니다. 대신 lux를 측정하는 기기들은 저렴한 가격에 쉽게 구할 수 있습니다. (이러한 이유로 많은 자료들이 PPFD가 아닌 lux를 이용하기도 합니다.) 만약 광원의 종류와 그 스펙트럼을 알때, PAR에 해당하는 빛만 추려내어 계산한다면 lux로 측정한 세기를 PAR의 PPFD로 변환할 수 있을 것입니다. 

http://www.egc.com/useful_info_lighting.php 에서는 광원의 종류를 입력하면 lux값을 PPFD로 변환 할 수가 있습니다. 

연습

적치마 상추의 광포화점이 대략 170µmol/m^2/s 라고 합니다. 그늘진 곳의 맑은날 햇빛은 약 2만 lux라고 합니다. 그렇다면, 이 빛은 적치마 상추를 기르는 데 충분할까요?

링크에서 radiation source에서 sunlight를 선택, conversion은 lux to Photons를 선택. 20000을 입력하였습니다. 그러니 무려 380 µmol/m^2/s 이 나오는 군요. 따라서 햇빛은 적치마 상추를 기르는데 충분한 빛이라는 것을 알 수 가 있습니다. 

 

다양한 광원의 스펙트럼

https://en.wikipedia.org/wiki/Grow_light

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