韩秋漪-植物光度学与人眼光度学单位的转换及其应用.pdf

报告人 日 期 高 丹 1 ，韩秋漪 1， 张亚利 2，张善端 1 植物光度学与人眼光度学 单位的转换及其应用 单 位 2014.07.18 1复旦大学电光源研究所 2上海植物园 1 L 引言 1 2 3 4 光对植物的影响 四大计量系统及转换 植物照明应用：人造光源的照度范围 2 1 引言 照明发展 园艺照明 人工光源 植物补光 城市夜景照明 景观灯 损伤植物叶片 关注人造光源对植物的影响 定量给出有利于植物生长、防止植物受到伤害的措施 3 2 光对植物的影响 影响 因子 光照 强度 光质 （光谱） 光照 时间 1 2 3 光照强度 光照时间 光质（光谱） 4 光照强度 -1.00.01.02.03.04.05.06.00500100015002000净光合速率Pn/μmol•m−2•s−1光强PPF/μmol•m−2•s−1图1 银杏光合作用示意图  根据耐荫性，植物大致可分为喜光植物、耐荫植物和阴生植物三种  光合作用  光饱和点：净光合最大时所对应的点，超过该点会产生光抑制现象  光补偿点：净光合速率为0的点，启动光合作用 5 光照时间  植物一天中的功能持续24小时，包括12–16小时的阳光和8–12小时的夜晚。

植物在白天进行光合作用，在夜间需要休息光周期的变化在调节植物种子萌发、幼苗生长、茎的伸长、子叶伸展、开花控制、休眠等都起着关键性的作用  一定时间开启人造光源进行补光可促进植物生长，而夜间长时间开启人造光源，可能会影响植物休眠和生长节律，对植物造成很大伤害 6 光谱 0.00.20.40.60.81.01.2300350400450500550600650700750800相对光谱的灵敏度曲线V(λ)P(λ)波长（ nm）图7 植物光合敏感曲线P(λ)与人眼视见函数V(λ)  光分为自然光和人造光  自然光是一种电磁波，其能量主要集中在波长为150–4000 nm的范围内  可见光：380–780 nm 人眼视见函数V V(λ λ)  光合有效辐射(PAR)：对植物来说，促进其光合作用的波长范围约处在400–700 nm之间 植物光合敏感曲线P P(λ λ) 7 光谱 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 350400450500550600650700750800相对光谱功率分布波长(nm)白炽灯2700 K 卤钨灯3000 K 太阳6000 K 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 350400450500550600650700750800相对光谱功率分布波长(nm)荧光灯2700 K 荧光灯4000 K 荧光灯5000 K 荧光灯6500 K0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 350400450500550600650700750800相对光谱功率分布波长(nm)陶瓷金卤灯3000 K 陶瓷金卤灯4000 K0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 350400450500550600650700750800相对光谱功率分布波长(nm)LED 2700 K LED 3000 K LED 4000 K LED 5000 K LED 6500 K0.00.20.40.60.81.0350400450500550600650700750800相对光谱功率分布波长 (nm)图2 热辐射光源光谱 图3 荧光灯的光谱 图4 陶瓷金卤灯光谱 图5 LED光谱 图6 高压钠灯光谱 色温升高 蓝移 8 3 四大计量系统及转换 光照度 光合有效辐照度 植物光合辐照度 光合光子通量 光度 系统 780vme380( ) ( )dEKEVλλλ=∫辐射度 系统 700PARe400( )dEEλλ=∫植物光 合系统 光量子 系统 Pe( ) ( )dEEPλλλ=∫700400PPF( )dν λλ=∫700e400A( ) dPPFE n hcλ λ λ=∫eA( )( )/En hcλν λλ=9 光合效率与光合因子  光度辐射的光合效率——分析光源的光谱对光度量和植物光合度量的贡献 e P,v me( ) ( )d( ) ( )dEPKKEVλλλλλλ=∫ ∫PPPPP P,v vvvvvIMELKIMELΦ=====Φ 光度辐射光合因子—— e P,v e( )P( )d( ) ( )dEaEVλλλλλλ=∫ ∫aP,v=Km·KP,v 10 光合效率与光合因子 2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0200030004000500060007000光度辐射的光合效率KP,v(W klm–1)CCT (K)热辐射光源紧凑型荧光灯陶瓷金卤灯LED高压钠灯1.61.82.02.22.42.62.8200030004000500060007000光度辐射的光合因子aP,vCCT (K)热辐射光源紧凑型荧光灯陶瓷金卤灯LED高压钠灯图8 植物光度辐射的光合效率 图9 植物光度辐射的光合因子 11 PAR-照度系数和PPF-照度系数 700e400PAR PAR,v780 vme380( )d( ) ( )dEEKEKEVλλλλλ==∫ ∫700e400A PPF,v780 vme380( ) d PPF( ) ( )dE n hcKEKEVλ λ λλλλ==∫∫ PAR-照度系数  PPF-照度系数 2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.2200030004000500060007000PAR-照度系数KPAR,v(W klm–1)CCT (K)热辐射光源紧凑型荧光灯陶瓷金卤灯 LED高压钠灯 6.010.014.018.022.026.030.0200030004000500060007000PPF-照度系数KPPF,v(μmol klm–1)CCT (K)热辐射光源紧凑型荧光灯陶瓷金卤灯LED高压钠灯图10 KPAR,v-CCT曲线 图11 KPPF,v-CCT的曲线 12 植物照明应用——人造光源的照度范围 4 -2.0-1.00.01.02.03.04.05.06.07.08.00500100015002000净光合速率Pn/μmol•m−2•s−1光强PPF/μmol•m−2•s−10.00.20.40.60.81.0350400450500550600650700750800相对光谱功率.波长 (nm)举例——高压钠灯照射香樟树 图12 香樟的光响应曲线 图13 LI-6400光合测定系统 LED红/蓝光源的光谱 关键：香樟照射涉及两种光源，如何将PPF转换成照度E Ev ？ 20 μmol m−2 s−1 460 μmol m−2 s−1 13 -2.0-1.00.01.02.03.04.05.06.07.08.0050100150200250300350净光合速率Pn/μmol•m−2•s−1光合辐照度Ep(W m-2) 3.32 W m-2 76.44 W m-2 -2.0-1.00.01.02.03.04.05.06.07.08.0020406080100120140净光合速率Pn/μmol•m−2•s−1光照度Ev(klx)31980 lx 1390 lx 人造光源的照度范围 思路：依据LI-6400的光谱，将PPF转换成植物光合辐照度E Ep，再 根据高压钠灯的光谱，将E Ep转换成E Ev ， E Ep是等效量！ 700e 400A PPF,P Pe( ) d PPF( ) ( )dE n hcKEEPλ λ λλλλ==∫∫KPPF,P = 6.018 μmol s−1W-1 高压钠灯光合效率KP,v = 2.39 14 ∫∫ d)()(d)()(mvP v,Pλλλλλλ VEKPE EEKee ′′==人造光源的照度范围 小结 植物光响应曲线 光补偿（饱和）点 由PPF、LI-6400的KPPF,P 算出光合辐照度EP 由光合辐照度EP 和人造光源的KP,v算出 相应光照度值Ev 根据需要（促进光合作用，或减 少光合作用），选择合适的光源 照度范围 15 1. 把把植物研究人员的语言翻译成植物研究人员的语言翻译成照明设计照明设计师能懂的语言师能懂的语言。

2. 实现实现任意光谱在不同光度或辐射任意光谱在不同光度或辐射度系统度系统之间的变换之间的变换 谢谢关注 16 联系方式联系方式 邮箱： qyhan@ ：021-55664351 。