應用技術
APPLIED TECHNOLOGY
光量子效率計算
植物生長PAR、PPF、PPFD
McCree在1972年測量的22種大類植物的葉片光子響應光譜時發(fā)現(xiàn)，影響光合作的波長主要集中在400~700nm的有效輻射波段。人工光源產(chǎn)生的波長集中于380~780nm。
在自然光譜中，不同波長的光對植物生長的影響如下：
● 280~315nm對形態(tài)和生理過程的影響極小；
● 315~400nm，葉綠素吸收較少，影響光周期效應，從而妨礙莖的伸長；
● 400-520nm（藍光），葉綠素吸收率最大，促進光合作用；
● 520~610nm，色素吸收率不高，使光合作用降低；
● 610~720nm（紅光），葉綠素吸收率低，對光合作用和光周期影響顯著；
● 720~1000nm，吸收率低，刺激細胞伸長，影響開花和種子發(fā)芽；
● ＞1000nm轉(zhuǎn)化為熱量；
與植物生長燈相關的典型參數(shù)PAR、PPF、PPFD，PPFE對植物生長的影響起著關鍵作用，下面我們詳細介紹相關的四個典型參數(shù)：
1、光合有效輻射（PAR）
光合有效輻射（Photosynthetic Active Radiation，簡稱：PAR，單位：mW），是指植物用于光合作用400~700nm的波長。
光合有效輻射計算公式：
2、光合光子通量
光合光子通量（Photosynthetic Photon Flux，簡稱：PPF，單位：μmol/s），表示一盞植物生長燈一秒鐘可以發(fā)出多少光合光子（400-700nm范圍內(nèi)），在設計和制定植物燈光譜形態(tài)的時候，PPF就已經(jīng)定下來了，具體用積分球測量其數(shù)值。
光合光子通量計算公式：
NAhc=119.8W•s•nm•μmol-1
c是光速（c=3×108m•s-1）
h是Planck常量（h=6.63×10-34W•s）
NA是阿伏伽德羅常數(shù)（1μmol•s-1•m-1=6.0221017photons•s-1•m-1）
3、光合光子通量密度（PPFD）
光合光子通量密度（Photosynthetic Photon Flux Density，簡稱：PPFD，單位：μmol/m2s），表示每平方米每秒光源輻射出的光子數(shù)量。測量的是落在植物上的光子數(shù)量，可以通過測試儀或軟件來測試或者模擬計算PPFD。除了受自身燈具的影響外，植物與燈具的高度、表面反射率也會影響，與照射距離的平方成反比。PPF是發(fā)出的光子的總量。PPFD是照射到植物的光子總量，是衡量植物生長燈性能的重要指標。
光合光子通量密度計算公式：
4、光合光子通量效率（Eff/PPFE）
光合光子通量效率（Photosynthetic PhotonFlux Efficiency，簡稱：PPFE，又稱Eff，單位：μmol/J），指PPF(μmol/s)除以光源電功率P(W)獲得的計算值。PFE是評價植物照明燈具，比較光源基于光子的光合發(fā)光效率的關鍵參數(shù)。
光合光子通量效率計算公式：
5、產(chǎn)生的光子通量（YPF）
產(chǎn)生的光子通量（Yield Photon Flux，簡稱：YPF，單位：μmol/s。）是指在人造光源所發(fā)出的波長范圍里，每秒輻射出的光子微摩爾數(shù)量，單位μmol/s。通常認為的波段是360-760nm，對于LED光源，波長范圍設定為380-800nm。
產(chǎn)生的光子通量計算公式：
6、產(chǎn)生的光子通量密度（YPFD）
產(chǎn)生的光子通量密度（YieldPhotonFluxDensity，簡稱：YPFD，單位：μmol/m2s）與YPF相對應的是每平方米每秒輻射的微摩爾數(shù)。
產(chǎn)生的光子通量密度計算公式：
7、日光和量（DLA）
日光合量（Daily Light Amount，簡稱：DLA，單位：mol/m2d）表示光源每日每平方米有效輻射PAR的總量。
DLI=0.0036*PPFD*T（T：光周期時間）
8、光質(zhì)比（R/B Ratio、R/FR Ratio）
對植物有光合作用的光譜段可以劃分為：紫外光UV為380-399nm，藍色B為：400-499nm，綠色G為500-599nm，紅色R為600-700nm，遠紅光FR為701-780nm。在紅光與藍光（R/B），紅光與遠紅光（R/FR）波段的光譜比例構成兩個核心的光質(zhì)比，他們影響植物包括莖伸長和葉結(jié)構等光形態(tài)反應，F(xiàn)/FR與植物色素系統(tǒng)的光譜性質(zhì)直接相關。
光質(zhì)比計算公式：
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參考文獻：
[1] 張昕昱.光子度量體系下植物照明參數(shù)的測量及調(diào)控[D].安徽:中國科學技術大學,2021:15-25
[2 ]網(wǎng)絡圖片：How much light do carnivorous plants need?
https://curiousplant.com/light-carnivorous-plants-part-2/
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