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光合作用有效光辐射测试原理——PAR, PPF, PPFD(一)

2020.4.28
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

anchor.gif光合作用有效光辐射测试原理--PAR, PPF, PPFD

anchor.gif阳光对植物来说是必不可少的,因为植物需要依赖阳光来进行光合作用,我们都知道阳光是一个连续光谱的光源,植物的光合作用主要是在可见光谱范围内进行的。随着科技的进步,人们逐渐根据自然光的连续光谱特性,生产出相应的标准光源。根据植物的生长特性,人们逐渐生产出可以替代自然光的植物光源来促进植物的光合作用,然和生产出来的职务灯不一定与自然光一致,那么如何来评价植物灯光源的特性呢,流明,勒克斯,尺烛光这些参数对确定光对植物的要求,已成为过时的指标来。最近,人们开始把PAR,PPF,PPFD方法测量光合作用的光照明应用,据我使用过的多种照度计,固润的光谱照度计GL anchor.gifSpectrolux比较符合用来测量植物光合作用有效辐射参数和光子通量密度,固润的光谱照度计能用来评价植物灯光源的光谱特性。  性能良好的植物灯是以决定适当的光线水平促进植物成长快速,繁荣的植物,那么如何来测定植物灯的特性以及如何选择光谱照度计成为关键因素,下面就固润的光谱照度计Spectrolux来谈谈植物光合作用有效辐射(PAR,PPF,PPFD)的基本原理。

第一个测量是光合光子流量或“PPF”,它测量由一个光源每秒产生的光的总量。换句话说,PPF告诉我们一个光源每秒发出的标准是多少。从技术上讲,PPF测量的是“照明系统每秒发出的光合成的光子”。这个测量是用“微孔每秒”来表示的,尽管如此,PPF并没有告诉我们测量的光有多少是在植物或其他表面上的。

第二种测量方法是PPFD测量到达植物或藻类的光。光合作用光子通量密度或“PPFD”是测量实际到达植物和藻类的光量,或者,科学家可能会说:“在给定的表面上每秒钟发生的光合作用光子的数量。”PPFD是一个“点”测量你的植物的树冠上的一个特定的位置,它是以每平方米每秒的微孔来测量的。这种测量方法由科学家和光工程师来表示:mol/m2/s。

第三种测量方法是DLI(日光积分),它测量每天送至植物的光的总量。种植者可以把DLI看作是植物每天的“剂量”,尽管科学家可能会说DLI是一个累计的测量,它是在每天的光操作中到达植物和藻类的光子总数。DLI测量每平方米光子的“摩尔”数,并表示为:摩尔/m2/d。

DLI类似于雨水的总量在暴风雨期间,与降雨量的速度(这是PPFD)。DLI最重要的指标是决定植物和藻类的整体增长速度。一旦你知道你的植物或藻类的首选DLI,您可以轻松地设置一个照明系统提供所需的光量。

在可见光中有大量的光子或光粒子——事实上,数量是如此之大,以至于我们无法用正常的数字来表示它,所以我们用了两种常用的测量方法来测量大量的量。第一个数字,这被称为摩尔,等于一个叫做阿伏伽德罗数,也就是602214150000000000000000 !对于一个更容易控制的数字,微摩尔是一摩尔的万分之一。

PPF告诉我们每秒钟有多少光子是由一个光源发出的。PPFD告诉我们,这个装置在一秒内将光子分布在一个一米的目标(即你的植物和藻类)上。DLI告诉我们,在一个完整的光周期中,有多少光子被传送到一个一米的目标(即一天)。

每一个鱼缸和照明系统都是不同的,有许多因素影响着灯具的总光量。虽然流明很容易测量,但它与给到植物和藻类的光量没有任何的联系。PAR,PPF PPFD, DLI是科学家、藻类研究人员、园艺家和实验室所使用的精确和一致的术语和测量方法。PPF告诉我们每秒钟有多少光子是由一个照明装置产生的,但是它并没有告诉我们这些光子在哪里着陆。这就是为什么我们需要PPF密度或PPFD的原因。

定义光合作用的辐射(PAR),这不是一种测量或度量,像英尺,英寸或公斤。PAR定义了在植物生命中支持光合作用所需的光的类型。光合光子通量(PPF)测量光源每秒发出的总光(光子)。PPF告诉我们一个光源发出的标准是多少。以微每秒的量来测量,并表示为:摩尔/秒。光合光子通量密度(PPFD),测量每秒钟到达目标的光(光子)。PPFD以每平方米每秒1米的面积测量,并以摩尔/m2/s表示。日光积分(DLI)累计测量光(光子)的总光量(光子),在光操作过程中达到目标。DLI以摩尔/m2/d为单位,以每平方米的摩尔数来测量。光子是物理学家给光粒子的名字。可利用自然或人造光来促进植物生命的光合作用。

生物的生长速率直接受光照射的影响,波长在300~400nm的紫外光与700~800nm的近红外线(远红光)会影响生物的生化反应及其外观。特别在400~700nm的光线与植物与藻类的光合作用有密切的关系,此频谱的光称为光合作用有效光(Photosynthetically Active Radiation,简称PAR)。

而光合作用有效光(PAR)范围内光子的数量较佳的测量基准是测量其光合作用光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density,简称PPFD),此为『于波长400-700nm区间,单位时间内落到单位面积上的光子的数量』,其常用单位为μmol/(sec㎡)或μE/(sec㎡)。

下图为固润光谱照度计Spectrolux ,可测量来自太阳与其它光源的辐射,测量340~780nm范围内波长的能量,测量数值单位为W/㎡。其Sensor模拟光合有效函数,以确实符合使用上的需求。目前多数国外产品也以此为产品设计方向,以符合专业使用者的需求。

辐射照度测量范围:0.03 to 600 w/m2(可换算为μmol / ㎡ 或μE / ㎡·s或Photon/㎡·s)

照度测量范围:1 lx to 200.000 lx



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