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的光量名詞說明
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19/Oct/2014
PAR(Photosynthetically active radiation)
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PAR定義:
作物的生長速率直接受光照射的影響,在400~700nm的光
線與光合作用有很密切的關係,此光帶的輻射光能稱為光合
作用有效輻射能量。(積極參與光合作用的光能)
表示植物光量需求的單位為PAR;PAR 的單位:
● PAR W/m2 的(能量表示)
● 也可以用光子的數量表示 : 由光源所送出在波長 400 至 700 nm光
譜範圍內的光子數目,稱為光合作用光量子 PAR PPF(Photosynthetic
Photon Flux),單位是 μmol/s 或 μE/s。
光合作用光子通量
( photosynthetic photon flux ,PPF)
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PPF 定義:
光源在400~700 nm 波長範圍內所發射的每秒光子數;
單位:μmoles/second ,微摩爾/秒 。
PPF 值告訴我們由光源產生
的光子數有多少。
例如植物燈標示
PPF :240μmol/ s ,是指
將所有400~700 nm波長範
圍內的光子加在一起, 就
得到了光合作用光子數量有
240μmol這麼多。
PPFD(photosynthetic photon flux density)
光合作用光子通量密度(光強度)
PPFD 定義:
在單位面積所接受到波長 400 ~700 nm 光譜範圍內的光子,
稱 為 光 合 作 用 光 量 子 密 度 PAR PPFD (Photosynthetic
Photon Flux Density),單位是 μmol/(m2*s) 或 μE/(m2*s)
使用光量子感測器(Quantum Sensor)或 PAR meter測出在
單位面積所接受到波長 400 ~700 nm光譜範圍內的光子數。
1 PPFD等於每秒6.022 × 1017個光子照射在1平方米的表面
1 PPFD等於每秒 1 umol 個光子照射在1平方米的表面。
光通平台-植栽一莫耳光子(6.022*1023)稱為一愛因斯坦(Einstein)
● 不同的植物物種有不同 PPFD的要求。
PPFD 分佈圖
1000mm×900mm
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同一光源投射到不同面積上之PPFD 分佈圖
投射面積越小,PPFD值越大
YPF (yield photon flux )
實際光合作用光子通量
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在夏天晴天,陽光其PAR值約為
2000 uE
= 2000 umol/m2*s (PPFD)
= 1,060W/m2,
= 106,000 Lux。(lumen/m2)
在十二月,PAR值可降到20 umol/m2*s ,相
當於1,000 Lux。
光量單位轉換
以上轉換只適用於太陽光 光通平台-植栽
光是能量的一種形式。
根據量子論,所有的能量都以量子或光子的形式存在和傳輸
。因此,能量最小的輻射應該只存在一個光子。如果把光子想
像成一個帶著能量的小球,理解起來會非常容易。
簡單來說,光是相互不關聯的光子沿波動方向傳播。可見光
是不同波長的光子混合體。光子被各種表面所吸收和反射,當
它們被反射到人眼內,形成了帶有顏色和亮度的圖像。這些光
子也能直接被植物吸收進行光合作用。
光的能量(單位焦耳)
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電磁輻射的能量存在於光子,以波的形式傳播。根據量子論,能量隨著光子的
頻率發生變化。這個基本的等式告訴我們波長、頻率和能量及光子之間的關係
Energy = Plank‘s constant × Frequency = hν = hc/λ
h :普朗克常數 6.626 × 10-34 joules per second ;能量的單位是焦耳。
例如:一個波長為500nm的光子的能量是多少?
E = hν = hc/λ
h = Plank's constant is 6.626 × 10-34 joules per second
能量的單位是焦耳。
E = hν = hc/λ =1.988x10-16/λ= 6.626 × 10-34 × 3.0 × 108/(500 × 10-9)
E = 0.039756 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
例如:波長為500nm的光,產生一焦耳需多少光子?
N × E = 1 joule,
N = 1/E= λ/hc =1/ 0.039756 × 10-17 = 25.15 × 1017 光子
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計算一個光子的能量(單位焦耳)
500nm波長的光為了形成1焦耳的能量,需要極大數
量的光子(25.15 × 1017 個光子) 。為了避免用這麼大的數
字運算,引入摩爾(mole)的概念。
1 mole =亞佛加厥常數= 6.02 × 1023。
那麼25.15 × 1017 個光子等於0.000004177摩爾。
(25.15 × 1017 / 6.02 × 1023= 0.000004177摩爾)
但 這樣表示,數字還是太小,所以使用微摩爾 μmol表示,
1 micromole=10-6 mole,
25.15 × 1017 光子 =4.177 μmol光子。
微摩爾(micro mole)的概念
即 500nm的光要產生 1焦耳的能量,需要 4.177 μ mol 光子。
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1 umol : X= 6.02x 1017 : 25.15 × 1017
X=4.177 μmole
瓦特(是單位功率 ,Jule/sec)
● 1瓦=1焦耳/秒
● 1瓦的500nm光線需要 , 每秒 25.15 × 1017 個光子,或
每秒4.1769 μmol 光子。
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Umol/W
波長
4.1769
不同波長下,每瓦特的 μmol 光子數不同 波長值越大,每瓦特
的 μmol 光子數越多
將不同波長值帶入下式
可得左圖各波長1W下產生的光子數
Nλ× E = 1 joule ,( Nλ :光子數)
Nλ = 1/E= λ/hc =λ/ 1.988x10-16
Nλμmo = Nλ / 6.02x 1017 μmol
光譜能量分佈圖譜和光子數量分佈圖
光譜能量分佈圖譜
X軸 : 波長
Y軸 : 能量密度
X軸 : 波長
Y軸 : PPFD(光合作用光量子流密度)
上圖中420nm光譜能量為0.4瓦每平方米。利用page6能量與波長之間的關係,
可換算出每秒有多少波長為420nm的光子,0.4瓦應該是1.46微摩光子。因此可
輕鬆實現從瓦每平方米到微摩每平方米的轉換。如果對每個波段都進行這樣的轉
換,可得到每平方米各波段光子數量分佈圖。將所有400-700納米波長範圍內的
光子加在一起,就得到了光合作用可用輻射總數。
右圖為該光源可提供給植物光合作用的不同波長下
光子數量曲線。
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0.4瓦每平方米
1.4 umole/(m2*s)
Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜
光子數量分佈圖
計算
1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
2. 1 Jule 420nm 光子數=1/ 0.04733 × 10-17 =21.128 x1017光子
3. 1 umol : X= 6.02x 1017光子 : 21.128 × 1017 ; X=3.51 umole (每瓦)
4. 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量
5. 可算出此光源在420nm 有 1.4 umole/(m2*s)
6. 如果對每個波長都進行這樣的轉換,可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。
如何畫出光源之光子數量分佈圖(一)
光譜能量分佈圖譜
X軸 : 波長
Y軸 : 能量密度
0.4瓦每平方米
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光子數量分佈圖
X軸 : 波長
Y軸 : PPFD(光合作用光量子流密度)
1.4 umole/(m2*s)
如何得出光合作用可用光譜的曲線(二)
計算
1. 在umole/W vs 波長 圖表中 對應找到 420nm 下每瓦有 3.51 umole
2. 420nm 0.4W 能量有 1.4 umoles 光子
3. 如果對每個波長都進行這樣的轉換,可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。
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X軸 : 波長
Y軸 : PPFD(光合作用光量子流密度)
1.4 umole/(m2*s)
Umol/W
波長
3.51umol/W
不同波長下,每瓦特的 umole光子數 光子數量分佈圖
光譜完全不同的光線可能具有相同的光合作用光子通量密度。
PPFD值相似兩種光源的光譜比較
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Note: 為了避免光譜完全不同的光線可能具有相同的光合作
用光子通量密度的情況發生,必須看光子數量分佈圖。
因為 PPFD
是所有400~700nm 光線的
總和,光譜完全不同的光線可
能具有相同的光合作用光子通
量密度。也就是說光譜能量分
佈與PPFD沒有一對一的關係,
因此瞭解一個光源的PPFD並
不代表知道它的光子分佈。不
同光源,PPFD值相近,但光
子分佈可能相差甚遠。
PPFD數據資料
PPFD,它的數值投射面積有關。
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日本廠商昭和電工提出對於植物照明所需的
光源要求,包括高發光效率,PPFD需高於
130-150 μmol/(m2*s),且能提供穩定的
PPFD,光源距離須保持適度距離。
PPFD需高於130-150 μmol/(m2*s)
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新太陽一號
新太陽一號高效能白光LED晶片,在28W的低功耗下,在10公分距離提供
240 μmol/m2/sec的光合作用光子通量密度 (PPFD)。新太陽一號植物生長
燈能提供植物生長所需的充足光照,特別適合萵苣類、十字花科與香草類
等蔬菜使用,對於草莓亦能提供良好的生長光照條件。
1. 特性:新太陽一號使用高效能白光LED晶片,能提供一般植物生長所
需要充足光照
2. 型號:新太陽一號
3. 輸入電壓:42V
4. 功率:28W
5. 光合作用光子通量密度:240μmol/m2 sec 以上
6. 尺寸:300x 510x1.0 mm
台灣三愛農業科技股份有限公司
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DLI Daily light integral
日累積光量(每日總光量)
DLI 定義:
日累積光量是用以描述每日到達植物表面之光量總數目。
單位:mol/m2 d 。
日累積光量=光強度 * 累計時間
例如 在葉冠位置需光量為 38 μmol/m2 s , 每日人工補光12小時。
每日累積光量
38umol/m2s x 3,600sec/hr x 12hr x 1mol/1x106 umol
=1.685 mol / m2 d
DLI Daily light integral
日累積光量(每日總光量)
產于熱帶雨林的植物,每天可能需要的光量
為 6~10 mol/m2 d ,而喜光植物可能在14
mol/m2 d達到最大光合作用效率。
(10hr/day)
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PPFD
在光補償點時,光合作用過程中所吸收的二
氧化碳和呼吸過程釋放的二氧化碳等量時的
光照強度稱為光補償點。
LCP(light compensation point):光補償點
LSP(light saturation point):光飽和點
在光飽和點之下,光強越大,光合作用越多。超
過光飽和點,光合作用不再增加。
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大多數蔬菜的光飽和點為850~1750 μ.mol·m-2·s-1,
茄果類、西瓜、黃瓜、白菜等較高;薑、大蒜等較低。
光補償點為20~75μ.mol·m-2·s-1,瓜類、茄果類較高
;大白菜、韭菜、薑等較低。同種蔬菜不同品種的需光
特性也有差異。夏秋品種對弱光反應較冬春型品種敏感
,弱光下夏秋類型品種的光合效率低於冬春型品種。
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空氣中CO2濃度高,
可能會提高光飽和
點。陽性植物的光
飽和點較高,陰性
植物者較低。
陰性植物在高光照
下容易受傷。
光強和CO2濃度關係圖
陰性植物 LCP和LSP均較低的植物,遇強光時會因Photoinhibition而遭受破壞
陽性植物 LCP和LSP均較高的植物,在光量未達到LCP要求時會停止生長或 生長遲
緩
陰性植物或長期在陰影下生長的植物遭遇太強的
光線時,被葉綠體吸收的多的光子無法被利用在
光合作用上,如果又沒有被以輻射方式反射回大
氣的話,會破壞葉綠體,就算沒達到破壞限度在
轉換這些多餘光子時也會降低光合作用速率。
光抑制作用 (Photoinhibition)
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看得懂燈具參數
PPF
光子通量
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看得懂燈具參數
PPFD
光通平台-植栽
A1
A2
應該補投射面積值
計算
1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/450= 0.04417 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
2. 1 Jule 420nm 光子數=1/ 0.04417 × 10-17 =22.638 x1017光子
3. 1 umol : X= 6.02x 1017光子 : 22.638 × 1017 ; X=3.76 umole (每瓦)
4. 由上表 450nm 0.198W 能量
5. 可算出此光源在450nm 有 0.74 μmol/ s
看得懂燈珠參數
PS-ST-NLAPBG4XX-K0X 藍光
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