Δέσμευση και χρησιμοποίηση του φωτός

Το διάστημα, επί καθημερινής βάσεως, που η κόμη ή τμήμα της κόμης δέχεται φως εξαρτάται από τον προσανατολισμό των γραμμών φυτεύσεως των δένδρων στον οπωρώνα. Αν οι γραμμές φύτευσης είναι προσανατολισμένες στην κατεύθυνση Βορρά - Νότου, αμφότερες οι πλευρές της γραμμής δέχονται τις ίδιες ώρες φως. Αντίθετα όμως αν οι γραμμές είναι προσανατολισμένες στην κατεύθυνση Ανατολή-Δύση, η βόρεια πλευρά του δένδρου δέχεται λιγότερες ώρες, κατά τα 2/3, άμεση ακτινοβολία, απ' ότι η νότια πλευρά.

Οι οπωρώνες είναι ασυνεχείς κόμες. Η διαπερατότητα του φωτός δια μέσου της κόμης των οπωρώνων λαμβάνει χώρα κατά δυο τρόπους. Το φως φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους δια των κενών, που υπάρχουν μεταξύ των δένδρων διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων, ανεξάρτητα του δείκτη φυλλικής επιφάνειας (ΔΦΕ) και δια μέσου της κόμης, δηλαδή δια των κενών μεταξύ των φύλλων και μέσω των φύλλων. Οι δυο αυτοί τύποι διαπερατότητας εκφράζονται ως: T= Tf+Tc όπου Τ είναι η ολική διαπερατότητα στην επιφάνεια του εδάφους, Τf είναι η διαπερατότητα δια μέσου της κόμης.

Συνήθως, περισσότερο φως περνά στο έδαφος, αν το ύψος του δένδρου είναι χαμηλό και/ή τα δένδρα βρίσκονται μακριά το ένα απ' το άλλο. Αντιστρόφως, η δέσμευση του φωτός ενός οπωρώνα μπορεί να αυξηθεί δια φυτεύσεως των δένδρων πυκνότερα και/η δι' αυξήσεως του ύψους του δένδρου. Ο Jackson υπολόγισε τις τιμές Τf σε διάφορους τύπους οπωρώνων που χρησιμοποιούνται στα συστήματα πυκνής φύτευσης της μηλιάς. Οι τιμές αναφέρονται σε συνθήκες άμεσου ή διαχυόμενου φωτός.

Η διαπερατότητα δια μέσου της κόμης εξαρτάται από το ΔΦΕ. Τα δένδρα που έχουν υψηλό ΔΦΕ είναι ουσιαστικά συμπαγή και επιτρέπουν να περάσει λίγο φως. Οι οπωρώνες που έχουν χαμηλούς ΔΦΕ επιτρέπουν τη διαπερατότητα του φωτός δια μέσου των δένδρων (Τc). Στις περιπτώσεις αυτές τα συμπαγή μοντέλα είναι χρήσιμα, γιατί το σχήμα του δένδρου (ύψος και τύπος) αποτελεί καθοριστικό παράγοντα, που μπορεί να επηρεαστεί από το σύστημα φύτευσης του οπωρώνα και τις καλλιεργητικές φροντίδες. Έτσι η δέσμευση του φωτός, που εξαρτάται από το σχήμα του δένδρου (Tf) μπορεί να ληφθεί υπόψη, όταν οι οπωρώνες βρίσκονται ακόμα στο στάδιο του σχεδιασμού.

Η διαπερατότητα του φωτός δια μέσου της κόμης του δένδρου σχετίζεται με την πυκνότητα της κόμης. Περισσότερο φως διέρχεται, όταν υπάρχουν λίγα φύλλα στο δένδρο, απ' ότι δια μέσου του ίδιου μεγέθους δένδρου με συμπαγή κόμη. Η διαπερατότητα του φωτός δια μέσου της κόμης του δένδρου μειώνεται, καθώς αναπτύσσονται τα φύλλα την άνοιξη. Για τον προσδιορισμό της διαπερατότητας του φωτός δια μέσου της κόμης μπορεί να χρησιμοποιηθούν ημισφαιρικές φωτογραφίες. Οι φωτογραφίες, που λαμβάνονται κάτω από την κόμη του δένδρου και προς τα πάνω, δείχνουν το ποσοστό του ορατού ουρανού δια μέσου της κόμης. Το ποσοστό αυτό αποδεικνύει επίσης τη διαπερατότητα του φωτός δια μέσου της κόμης προς το έδαφος. Καθώς η φυλλική επιφάνεια την άνοιξη αυξάνει, το ποσοστό του ορατού ουρανού μειώνεται.

Τα φύλλα κατανέμονται κανονικά ή πολύ πυκνά στην κόμη ενός δένδρου, σε σχετικά μικρούς κλάδους, με μικρά μεσογονάτια διαστήματα. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία στις ποικιλίες μηλιάς τύπου spur, των οποίων οι βλαστοί χαρακτηρίζονται από μικρά μεσογονάτια διαστήματα ή γενικά στα νάνα δένδρα διαφόρων καρποφόρων δένδρων. Κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1970 αναπτύχθηκε ένα μοντέλο που μελετά τη δέσμευση του φωτός σε φυτά με πυκνό φύλλωμα. Θεωρήθηκε ότι ο ΔΦΕ ήταν ίδιος μεταξύ δένδρων με λιγότερους βλαστούς, αλλά με περισσότερα φύλλα κατά βλαστό, και δένδρων με περισσότερους βλαστούς, αλλά με λιγότερα φύλλα κατά βλαστό. Η εδαφική επιφάνεια ήταν η ίδια. Έτσι με το μοντέλο αυτό μπορεί να ξεχωρίσει κανείς τη διαπερατότητα του φωτός μεταξύ των ολίγων βλαστών με πολλά φύλλα και των πολλών βλαστών με λίγα φύλλα. Στα καρποφόρα δένδρα η δυνατότητα αυτή δεν είναι ξεκάθαρη. Μερικά δένδρα έχουν βλαστούς με κοντά μεσογονάτια διαστήματα, αλλά ο αριθμός των βλαστών δεν είναι μικρότερος απ' αυτόν των κανονικών δένδρων. Άλλα δένδρα, που έχουν συμπαγή κόμη, χαρακτηρίζονται από λιγότερο έντονη κυριαρχία της κορυφής και οι περισσότεροι οφθαλμοί τους εκπτύσσονται κατά το χρόνο σχηματισμού τους και δίνουν πλάγια βλάστηση. Οι κόμες των φυτών αυτών είναι πολύ συμπαγείς και όταν ακόμα το μήκος των μεσογονατίων διαστημάτων των βλαστών τους δεν είναι μειωμένο. Η διαπερατότητα του φωτός μετρήθηκε σε κανονικά, συμπαγή, ημινάνα και νάνα δένδρα ροδακινιάς. Αυτή στο κέντρο των συμπαγών και νάνων δένδρων ήταν πολύ μικρότερη απ' εκείνη των κανονικών και ημινάνων δένδρων.

Τα δένδρα προσλαμβάνουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία υπό δυο μορφές: την άμεση (κατευθείαν) ηλιακή ακτινοβολία υπό μορφή δέσμης παράλληλων ακτίνων, η οποία φθάνει στην επιφάνεια του οπωρώνα και τη διαχυόμενη ηλιακή ακτινοβολία, η οποία είναι σκεδαζόμενη στη γήινη ατμόσφαιρα και που φθάνει στα δένδρα απ' όλες τις κατευθύνσεις. Η ακτινοβολία αλληλεπιδρά με την κόμη του δένδρου δια μέσου της απορροφήσεως και ανακλάσεως του φωτός. Οι διαδικασίες αυτές διαφέρουν ευρέως στα διάφορα μέρη του φάσματος και εξαρτώνται από τη δομή του φύλλου, την ηλικία του φύλλου, τη φασματική κατανομή και τη γωνία της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Η ανοδική σκεδαζόμενη ακτινοβολία, διαιρείται στην ανακλώμενη και τη διερχόμενη. Η ανοδική σκεδαζόμενη ακτινοβολία καλείται ανακλώμενη και χαρακτηρίζεται από το συντελεστή ανάκλασης α (ανακλαστική ικανότητα).

Το τμήμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, που διέρχεται δια της κόμης και φθάνει κάτω από την επιφάνεια αυτής χαρακτηρίζεται από το συντελεστή διαπερατότητας Γ. Ο συντελεστής ανάκλασης είναι η μέση ανακλαστικότητα μιας ειδικής δέσμης κυμάτων, ο δε συντελεστής διαπερατότητας προσδιορίζεται κατά τον ίδιο τρόπο. Η εξισορροπημένη ακτινοβολία σ' ένα μηλεόδενδρο έχει προσδιοριστεί από τον Proctor και τους συνεργάτες του. Η μέση εποχική ημερήσια μεταβολή των μορφών ακτινοβολίας σ' ένα μηλεόδενδρο είναι παρόμοια με εκείνη άλλων καρποφόρων δένδρων. Η ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας στις μηλιές είναι μικρότερη κατά το ηλιακό μεσημέρι και αυξάνει σχεδόν γραμμικά με τη γωνία του ζενίθ. Η άμεση εξάρτηση της ανακλαστικότητας από τη γωνία του ζενίθ συνδέεται με το σχήμα της κόμης των μηλεοδένδρων.

Οι οπωρώνες είναι ασυνεχείς επιφάνειες. Γι' αυτό μεγαλύτερη διαπερατότητα ηλιακής ακτινοβολίας πρέπει να αναμένεται στον οπωρώνα κατά το ηλιακό μεσημέρι με ανάλογη μείωση του συντελεστή ανάκλασης, απ' ότι στις κατώτερες γωνίες του ζενίθ. Οι τιμές της καθαρής, μακρού μήκους κύματος ακτινοβολίας (Ln) σ' οπωρώνες μηλιάς είναι αρνητικές. Καθε ημέρα η καθαρή μακρού μήκους κύματος απώλεια ακτινοβολίας αυξάνει βαθμιαία κατά το ηλιακό μεσημέρι και μειώνεται αργότερα. Δεν υπάρχει εποχική μεταβολή στην ημερησία, μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία.

Η καθαρή απώλεια της ακτινοβολίας μακρού μήκους κύματος από την κόμη είναι περίπου η ίδια με εκείνη της δι' ανακλάσεως μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας. Αφού η καθαρή εξερχόμενη μακρού μήκους κύματος ακτινοβολία (Lo) εξαρτάται από τις στην επιφάνεια εκπεμπόμενες θερμικές ακτινοβολίες, μεταξύ του μακρού μήκους κύματος συντελεστή ανταλλαγής και της θερμοκρασίας της κόμης υφίσταται κάποια στενή σχέση. Τα φύλλα των καρποφόρων δένδρων ανακλούν και αφήνουν να διέλθει το φως σ' όλα τα ορατά μήκη κύματος. Ο συντελεστής ανάκλασης της κόμης εξαρτάται από το γεωμετρικό σχήμα της και τη γωνία του ήλιου, ως και από τις ιδιότητες των δυο μορφών ακτινοβολίας. Οι υψηλότερες τιμές 0.25 καταγράφηκαν σε σχετικά λείες επιφάνειες, όπως είναι το κουρεμένο γκαζόν. Οι συντελεστές μειώνονται με το ύψος της καλλιέργειας. Χαμηλές τιμές της τάξεως 0.10 έχουν καταγραφεί για δάση.

Επίσης σε οπωρώνες μηλιάς, γενικά η ανάκλαση είναι σχετικά μεγάλη στο πράσινο φως κοντά στα 550nm, αλλά η απόλυτη ανακλαστικότητα είναι μεγαλύτερη κοντά στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Η ανακλαστικότητα φθάνει στην υψηλότερη τιμή την άνοιξη (Μάϊο) και μειώνεται καθώς προχωρεί η εποχή. Στη μηλιά η ανακλαστικότητα για μήκος κύματος 400-700nm ήταν μεγίστη το Μάϊο, κατά 10-11% της λαμβανόμενης ακτινοβολίας και κατά μέσο όρο περίπου 9% για το υπόλοιπο της βλαστικής περιόδου. Παρόμοιες τιμές αναφέρονται και στη ροδακινιά. Οι μέσες λαμβανόμενες ημερήσιες τιμές της ανακλαστικότητας ήταν 0.18 στην αρχή της βλαστικής περιόδου και 0.14 κατά τα τέλη αυτής.

Στο ορατό φάσμα, η περισσότερη ακτινοβολία, που διαπερνά την επιδερμίδα του φύλλου, απορροφάται από τις χρωστικές ουσίες του χλωροπλάστου. Η απορρόφηση του πράσινου φωτός είναι λιγότερο έντονη (500-540nm) απ' ότι του μπλέ φωτός (400-540nm) ή του κόκκινου φωτός (600-700nm), έτσι το ανακλώμενο και διερχόμενο φως είναι κυρίως πράσινο. Η προσπίπτουσα ακτινοβολία σκεδάζεται προς όλες όλες τις κατευθύνσεις δια πολλαπλών ανακλάσεων στα κυτταρικά τοιχώματα.