Termodinámica y radiación fotosintéticamente activa en la agricultura

La energía se almacena en forma de biomasa y compuestos químicos en los distintos tipos de organismos que existen en el planeta. Cada vez que esta energía potencial es consumida por los organismos para llevar acabo sus funciones básicas de crecimiento, movimiento, reproducción, etc., se convierte en calor el cual no es disponible para otro proceso metabólico. La esencia de la agricultura radica en la manipulación que hacen los seres humanos de la energía que se encuentra disponible en los ecosistemas. Los humanos utilizamos a los agroecosistemas para poder capturar y convertir la energía del sol en alguna forma biomasa que puede ser usada como alimento, fibra, o combustible. Todos los agroecosistemas desde el más sencillo, como plantaciones localizadas en los inicios de la agricultura, hasta los más complejos y alterados de hoy en día con visión capitalista, necesitan de una adición extra de energía diferente a la que provee la naturaleza. Esta energía adicional es necesaria, debido a la gran extracción de biomasa, energía potencial, de los agroecosistemas en forma de material cosechado.

Para realizar un análisis del flujo de la energía en los agroecosistemas se requiere un entendimiento básico de las leyes físicas que gobiernan la energía. Primero, debemos responder a la pregunta esencial ¿que es energía? Una forma sencilla de definir la palabra energía es la habilidad para realizar un trabajo. Cuando la energía esta realizando trabajo, se le conoce como energía cinética. Otra forma de energía se llama energía potencial, lo cual se define como energía en descanso, capaz de hacer algún trabajo. En el mundo de la física, en los ecosistemas y agroecosistemas, la energía esta en constante movimiento y cambiando sus formas. Existen dos leyes de la termodinámica las cuales explican y describen estos fenómenos. La primera ley de la termodinámica afirma, la energía no se crea ni se destruye sino que simplemente se transforma. La calidad de la energía cambia de una forma a otra a medida en que cambia de lugar. O a medida que es usada para realizar un trabajo. Un ejemplo claro de esta ley se ve en las plantas captan la energía proveniente del sol en forma de luz por medio de la clorofila y la transforman en energía química almacenándola en ATP, azúcar, otros carbohidratos y biomasa.

La segunda ley de la termodinámica dice que cuando la energía se transfiere o se transforma, parte de ella se convierte en una forma que no puede ser usada en otra forma y no está disponible para hacer ningún tipo de trabajo, esta forma de energía conocida como calor, es energía degradada, la cual es simplemente el movimiento desorganizado de moléculas. La segunda ley de la termodinámica implica que siempre hay una tendencia hacia un mayor desorden o entropía. La operación o funcionamiento de la segunda ley puede visualizarse claramente en un agroecosistema: cuando la energía se transfiere de un organismo a otro en la forma de alimento, gran parte de esa energía se degrada en forma de calor por la actividad metabólica, lo cual tiene como resultado un incremento neto de entropía. El flujo de energía establece un puente entre disciplinas al relacionar conceptos físicos tales como las leyes de la termodinámica, con procesos bioquímicos, como la fotosíntesis y la respiración, o biológicos, como las interacciones entre especies. Da a su vez un marco conceptual común para comprender los procesos que ocurren en sistemas naturales y en sistemas manejados o modificados por el hombre tales como los ecosistemas urbanos y los agroecosistemas.

La luz solar comprende la principal fuente de energía para los ecosistemas. Esta es interceptada por las plantas mediante el proceso de la fotosíntesis y la energía es almacenada por medio de los enlaces químicos de los compuestos orgánicos que se forman. La energía luminosa dentro del espectro visible es la más importante para los agroecosistemas ya que esta es la que es

aprovechada. Dependiendo de las condiciones del clima de cada zona, esta es alrededor 40% y 60% de la energía total irradiada sobre la superficie terrestre. Esta es conocida como radiación fotosintéticamente activa (RAFA) su longitud de onda se ubica de 400 a 760 nm.

No toda la luz en este espectro tiene la misma importancia para el proceso fotosintético en la planta. Los fotoreceptores en la clorofila absorben mayor cantidad de luz azul-violeta y rojo-naranja; la luz verde-amarilla no presenta mayor importancia, debido a que la clorofila no puede absorber bien la luz verde, debido a esto la mayoría se refleja, haciendo que las plantas presenten el color verde, ya que la clorofila absorbe con mayor eficiencia la luz que corresponde a las longitudes de onda con las cuales la fotosíntesis es más eficiente.

La radiación fotosintéticamente activa es convertida mediante la fotosíntesis en energía química y en la biomasa que hace funcionar al resto del agro ecosistema, incluyendo lo que es cosechado para consumo. Para incrementar la eficiencia de este proceso, es importante comprender cómo puede presentar la variación la luz a la cual están expuestas las plantas. La luz visible puede variar con la cantidad de colores que la conforman a esto se le conoce como la calidad de la luz. La mayor cantidad de luz solar directa sobre la superficie de la tierra está en la parte central del espectro de la luz visible. Debido a que diferentes partes del espectro de la luz visible es usada en la fotosíntesis con mayor eficiencia que otros, la calidad de la luz tiene un efecto importante en la eficiencia de este proceso.

El total de la energía en el rango de la RFA que llega a la superficie foliar de la planta se conoce como la intensidad de esa luz. Cuando hay una intensidad de luz muy alta, los pigmentos fotosintéticos llegan a un punto de saturación, con esto se demuestra que la cantidad adicional de luz no incrementa la tasa de fotosíntesis. La luz excesiva puede afectar los pigmentos de la clorofila y la degradación del tejido de la planta.Al contrario, un nivel bajo de luz puede causar en la planta el punto de compensación de luz, donde la cantidad de fotosintatos producidos es igual a la cantidad requerida para realizar la respiración. Cuando la intensidad de luz llega a estar por debajo del punto de compensación, el balance de energía de la planta es negativo. Y si este balance negativo no es superado en un período de actividad fotosintética y de absorción de la energía, la planta puede morir.

El tiempo en que la superficie de las hojas dura expuesta a la luz solar durante el día, puede afectar la tasa fotosintética así como el crecimiento y el desarrollo de la planta a futuro. La duración de la exposición a la luz también es una variable importante a tener en cuenta ya que la intensidad o calidad de esa luz puede afectar el desarrollo de la planta. Por ejemplo, la exposición a un nivel excesivo durante corto tiempo puede ser tolerada, pero por mucho tiempo puede resultar dañina. También la exposición a la luz intensa durante un breve tiempo, ocasiona que la planta produzca un exceso de fotosintatos, que le permite tolerar durante más tiempo el punto de compensación de luz.

Bibliografía Gliessman Stephen R. Agroecología. Procesos Ecológicos en Agricultura Sostenible. Cap. 4, 5, 18. 1998. PDF. Disponible en la dirección: http://books.google.com.co/books?id=rnqan8BOVNAC&pg=PA271&dq=la+energia+nose+crea+ni+se+destruye+solo+se+transforma+ecosistemas&hl=es&ei=zh-fT5K5MMvoggeeusTyDQ&sa=X&oi=book_result&ct=book-thumbnail&resnum=3&ved=0CDwQ6wEwAg#v=onepage&q=la%20energia%20nose%20crea%20ni%20se%20destruye%20solo%20se%20transforma%20ecosistemas&f=false