Growth What is growth ? How plant grow ? Growth potential ?

Growth Change in dry weight = Net photosynthesis = Gross photosynthesis - Respiration - Loss (Dead) - Translocation Dw2 - Dw1

Potential crop growth Dw = net photosynthesis Maximum amount of incident PAR is intercepted Albedo loss c. 8.3 % Latent heat loss c. 10 % 10 mol of PPFD is captured by 1 mol CO 2 Respiration (maintenance ) c. 33 % 1 mol of photosynthate c. 30 g c. 8% of Dw comes from MINERALS

SOLAR RADIATION 100 ABSORBED 10 REFLECTED 25 SCATTERED 9 ALBEDO 8 DIRECT SWSR LONG WAVE Evaporation, convection, conduction ABSORBED 14

Absorbed radiation

Potential crop growth Daily SWSR Total quanta (2.063  mol J -1 ) Albedo loss (8.3%) Heat loss (10 %) Available quanta CO 2 fixed Respiration loss (33%) Net photosynthesis Net assimilate Net biomass MJ m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d mol. m -2 d g. m -2 d g. m -2 d -1

Compare potential CGR vs actual (g m -2 d -1 ) Potential65 AlfalfaC323 MaizeC452 MilletC454 PineappleCAM28 PotatoC337 RiceC336 SoybeanC336 SugarcaneC438

How to increase crop growth increase Photosynthesis minimize Respiration increase LAI to increase PAR interception increase CO 2 minimize other constrains 3 water stress 3 mineral deficiency 3 climatic hazard 3 pest & disease

Growth analysis Blackman, 1919 W t = W 0 e RT RGR = 1/w x dw / dt = (ln w 2 - ln w 1 ) / (t 2 - t 1 )

Growth analysis What is it ? How can we analysis the growth ? Is it related to photosynthesis ? Conventional vs. new method ?

Classical or coventional GROWTH ANALYSIS RGR = 1/W x d  W / d  t = (1/A x d  W / d  T) x (A/W) = (W2 - W1) / (A2 - A1) x (ln A2 - ln A1) / (t2 - t1) x (A2 + A1) / 2 *(W2 +W1) = NAR x LAR

What is it mean ? RGR = Relative Growth Rate (specific growth rate : R) อัตราการเพิ่มน้ำหนักแห้งของต้นพืช ต่อ น้ำหนักเริ่มต้น NAR = Net Assimilation Rate (unit leaf rate : E) ประสิทธิภาพของต้นพืชในการเพิ่มน้ำหนักแห้ง ต่อ หน่วยพื้นที่ผิวใบ LAR = Leaf Area Ratio (F) สัดส่วนของพื้นที่ผิว ใบ ( ที่มีบทบาทต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ) ต่อน้ำหนักทั้งหมดของต้นพืช

What else ? LAR = A / W = A / Lw x Lw / W = SLA x LWR LAR Leaf Area Ratio สัดส่วนของพื้นที่สังเคราะห์ แสง ต่อส่วนที่มีการหายใจของต้นพืช SLA = Specific Leaf Area สัดส่วนของพื้นที่ใบ ต่อ น้ำหนักใบ อันแสดงถึงความหนาของใบ หรือ ความ หนาแน่นของใบ LWR = Leaf Weight Ratio สัดส่วนของน้ำหนักใบ ต่อน้ำหนักของต้นพืช แสดงถึงการกระจาย Assimilate ไปสะสมในส่วนของใบซึ่งสังเคราะห์แสง ได้ ต่อ ส่วนอื่นที่หายใจ

Application for crop growth analysis pCrop growth = n x Plant growth pCGR = n x NAR x LAR = NAR x LAI pCGR = Crop Growth Rate อัตราการ เจริญเติบโตของพืชปลูก = (W2 - W1) / (t2 - t1) n = number of plant / area pLAI = Leaf Area Index สัดส่วนของพื้นที่ใบ พืช ต่อพื้นที่ปลูกพืช หรือพื้นที่ซึ่งใบพืช ทั้งหมดนั้นอยู่ ดัชนีพื้นที่ใบ

What elses LAD = Leaf Area Duration = (LA 2 + LA 1 ) x (t 2 - t 1 ) / 2 ความยาวนาน หรือการมีอายุของพื้นที่ใบ เพื่อทำหน้าที่ สังเคราะห์ด้วยแสงให้แก่ต้นพืช LAID = Leaf Area Index Duration = (LAI 2 + LAI 1 ) x (t 2 - t 1 ) / 2 ความยาวนาน หรือการมีอายุของดัชนีพื้นที่ใบ BMD = Biomass Duration S / R = Shoot Root ratio สัดส่วนของส่วน ยอด ( พื้นที่สังเคราะห์แสง ) ต่อส่วนราก ( ส่วนที่หาน้ำ และ แร่ธาตุุ และใช้ )

Leaf and canopy for radiation interception Leaf area leaf inclination leaf angle leaf orientation LAI canopy structure row orientation row spacing & plant population

Application for crop productivity Loomis & Williams (1963) Biomass =                     (Monteith 1972) Ludlow (1980) Y bio. = ๅ  intercepted radiation).  b CGR = mean (Q i ).  b (g m -2 d -1 ) (MJ m -2 d -1 ). ( g MJ -1 )

Radiation conversion efficiency Monteith (1972)    sun and earth geometry    radiation transmission    radiation spectral change    CO 2 fixation    CO 2 diffusion    Radiation interception    Respiratiion

Further analysis  CG (biomass) = total incident radiation x % light interception by the canopy x  b  CGR = mean daily incident radiation x % light interception by the canopy x  b

Q0Q0 Q1Q1 Q i = Q 0 - Q 1 Light sensor 1Light sensor 0 Q1Q1 QiQi QiQi QiQi

Light attenuation under canopy sMonsai & Saeki (1963) applied BEER-Lambert’s law sLight attenuation through a medium depends on THICKNESS and PROPERTIES of the medium. sI / I 0 = e -KL ln (I / I 0 ) = -KL sI and I 0 is Light under and above the canopy of leaf area = L sK = extinction coefficient of the canopy

Application DW = Q i.  b DW = Q 0. % interception.  b DW = Q 0. I 0 (1 - e -KL ).  b

Biomass production of rice with two planting systems (direct sown vs. transplanting) Intercepted PAR (MJ m -2 ) Dry weight (g m -2 ) DM = PAR DM = PAR After : Rangsan,1995

Related terms always found in the literatures H Incident radiation, PAR, SWSR H Intercepted radiation, PAR H Absorberd radiation, PAR H Light interception efficiency H Radiation use efficiency H Light use efficiency / Radiation conversion efficiency H Carbon balance

Raw DATA / Attribute leaf area (cm 2 /plant or m 2 ) Leaf DW (g/plant or m 2 ) Stem DW Total DW Analysis X + SD RGR, NAR, LAR CGR, LAI etc. INFORMATI ON when relate to other data & or other information KNOWLEDGES when there is learning WISDOM abilities to apply knowledges to solve problems and should occur naturally PlantCrop Of varience Plant / crop growth Hypothesis Assumption Theory Question Measurement