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入門篇 植栽第一講-相關Led植栽的光量名詞說明-v2

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Plant , LED photosynthetic photon flux ,PPF

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  • 第21頁簡報-Floricultura的蝴蝶蘭光量研究,請問是否可以提供此篇文獻資料,或要如何搜尋,想多了解此文獻,謝謝
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  • 可以請問這些光的定義是出自那些書? 還是是作者自己累積的知識? 因為有關於這方面其他的知識要了解,所以想請問是參考哪邊的資料 謝謝!
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入門篇 植栽第一講-相關Led植栽的光量名詞說明-v2

  1. 1. 相關LED植栽 的光量名詞說明 https://sites.google.com/site/ledgreenplatform/ 光通平台-植栽 19/Oct/2014
  2. 2. PAR(Photosynthetically active radiation) 光通平台-植栽 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。
  3. 3. 光合作用光子通量 ( photosynthetic photon flux ,PPF) 光通平台-植栽 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。
  4. 4. 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。
  5. 5. PPFD 分佈圖 1000mm×900mm 光通平台-植栽 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
  6. 6. YPF (yield photon flux ) 實際光合作用光子通量 光通平台-植栽
  7. 7. 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
  8. 8. 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) 光通平台-植栽 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。
  9. 9. 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 光通平台-植栽 計算一個光子的能量(單位焦耳)
  10. 10. 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。 光通平台-植栽 1 umol : X= 6.02x 1017 : 25.15 × 1017 X=4.177 μmole
  11. 11. 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。 光通平台-植栽 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
  12. 12. 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。 光通平台-植栽 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
  13. 13. 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 光通平台-植栽 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)
  14. 14. 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)。 光通平台-植栽 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
  15. 15. 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 光通平台-植栽 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。
  16. 16. PPFD數據資料 PPFD,它的數值投射面積有關。 光通平台-植栽
  17. 17. 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) 光通平台-植栽
  18. 18. 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 光通平台-植栽
  19. 19. 光通平台-植栽 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
  20. 20. 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) 光通平台-植栽
  21. 21. 光通平台-植栽 PPFD
  22. 22. 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。 光通平台-植栽
  23. 23. 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。 光通平台-植栽
  24. 24. 光通平台-植栽 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
  25. 25. 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) 光通平台-植栽
  26. 26. 看得懂燈具參數 PPF 光子通量 光通平台-植栽
  27. 27. 看得懂燈具參數 PPFD 光通平台-植栽 A1 A2 應該補投射面積值
  28. 28. 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 光通平台-植栽
  29. 29. 光通平台-植栽
  30. 30. 光通平台-植栽

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