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光合成ガイド:園芸照明用光合成考慮事項

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發表於 2014-2-7 22:23:07 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
園芸用の照明用の光源を選択する際に特定の重要な考慮事項があります。最初のグループは、波長範囲及び植物における根本的な代謝過程で光合成に必要な光の量に関係する。よくある誤解は、クロロフィルがスペクトル(植物の緑色につながることの葉)の赤と青の部分で主に光を吸収するので、緑色の光は光合成の工場で使用されていないということです。実際には、 McCreeと稲田によって異なる波長の下で光合成活動の正確で独立した測定値は、緑色光がそれぞれの光合成作用スペクトル間のわずかな違いが、作物の植物種のかなりの数の青色光とほぼ同程度に有効であることを明確に実証している。この実験的な事実のための短い説明は、高等植物は、より良い緑色の光を利用するために、生化学的および生物物理学的両方のソリューション(例: 「アンテナ」分子と光トラップ構造)を進化させてきたということです。

LED Grow Lights

LED Grow Lights


また、図に見ることができる。 1つまり、赤色光( 600〜700 nm)の間では緑( 500〜600 nm)の光で、光入射ワット当たり青( 400〜500ナノメートル)として有効なのほぼ2倍である。これは、光エネルギーの各ユニットが担持された光子の数は、その波長に正比例するという事実に主に起因する。放射エネルギーは、光子カウントに変換され、光合成収率は後者の点でプロットすると、得られた曲線はかなり平坦になる。この事実の説明は光合成有効光子の同様の番号が生化学的に二酸化炭素の一分子を形質転換するために様々な波長において必要とされることである。

このため、植物学者は、日常的に、入射光合成光量子束密度( PPFD )を得るために400 nmおよび700 nmのスペクトル領域を測定量子メーターを使用する。 PPFDは、一般的に、植物の天蓋レベルでの面積の1平方メートルあたり毎秒下がり、上記波長域の光子のマイクロモルで表されます。これは、効果的に正方形ではなく、実際のプラントの応答曲線が考慮されることを意味する。このアプローチは過剰見積もりやや完全青と( 400〜約550nmの)緑のスペクトル領域の一部であり、すべてが400 nm未満と700より上のスペクトル領域を無視していますが、ほとんどの実用的な目的のために適切である。光合成活性のより正確な推定が必要な場合は、植物の正確な応答曲線は降伏光量子束密度( YPFD )につながると考えることができる。必要に応じてYPFDは全く同じように用いてもよいが、以下の実施例では、唯一のPPFDが使用される。また、用語のPAR (または光合成有効放射)は、いくつかの専門家によって代わりPPFDを用いているが、 PPFDは、CIE (国際照明委員会)が推奨される用語である。いくつかの研究論文では、頭字語のPPF (光合成光量子束)はPPFDと交換可能に使用されますが、厳密に言えば、それは与えられた領域の上PPFDの積算値を意味する。その領域が完全に光源の周囲にされている場合はPPFDは光束密度と類似しているか、照度がそこに使用されるのに対し、 PPFは、一般照明に使用される光束に似ています。このような彼らはすべての代わりに光合成作用を人間の視覚に結びついているので、直接園芸照明のルーメン、ルクスと足キャンドルなどの一般的な照明ユニットを使用しないことが非常に重要です。しかしながら、対応するスペクトルが既知であれば、 PPFD値にこれらを変換するための係数を算出することができる。それらは、量子メーターデータの非存在下で時々使用する必要がなく、スペクトル依存性であるので、異なるスペクトル間で一般に譲渡されない。例えば、ルクス値(例えば、撮影者の露出計を用いて得られた)およびPPFD ( mmol/m2sにおける)との間の変換係数は0.018日光のため、高圧ナトリウム光に対して0.012 、 0.014メタルハライドランプ用等それであるそのため特定の波長で人間の目の感度最大 - 後者は555付近ほとんど又は全く放出を持っている場合は特に、LED光源のための類似の変換係数は、到達し、 0.100を超えてもよいことに留意すべきである。これはすべて、一般的な照明メトリックは園芸用途のために不適当であるかを強調している。

園芸照明の重要な概念は、日々の光積分( DLI )です。これは、一日中の領域の平方メートル当たりの落下光子の合計数で、モル数で表した。各植物を開発するために、特定のDLI要件を有しており、これらの値は、植物の範囲のために知られている。これは光合成アクションは、植物に吸収された光子の総数に比例することのもう一つの現れである。 10-12 mol/m2.d DLIの値は、ほとんどのシェード不耐性植物のために十分であることが見出されている。下のもの( 6 mol/m2.dまたはそれ以下) - 十分な太陽を必要とする植物は、より高いDLI値( 18 mol/m2.dまたはそれ以上) 、および完全な日陰を必要とする必要があるかもしれません。以下のように(人工照明で一般的な)一定のPPFDレベルを想定して、それがDLIに関連しています。

DLI = PPFD日当たりX 0.0036上の光の時間のx個、

0.0036の単位換算係数は、万人で割った時間の秒数です。時間数(例えば、 11時間6分40秒は11.1111時間になります)この式で使用されるように進形式に変換する必要があります。

するために、最後の式を再配置することによって、人は、与えられたPPFD値でその照明が一日である必要がある時間の与えられた数、または時間、必要な数の上で与えられたDLIの目標に到達するために必要なPPFDの値のいずれかを計算することができます特定のDLIの目標を達成する。例えば、 12 mol/m2dのDLI 16時間にわたる光の200 mmol/m2s 40分、 13時間にわたる光の250 mmol/m2s 、20分間、 11時間にわたる光のmmol/m2s 300を使用することによって達成され得るなど6分と40秒、 DLIの一部が自然光によって提供されている場合、それは適切な人工照明計算のための本来の目標DLI値から減算されなければならない。屋外DLIレベルは季節や緯度によって変動および地域別の月平均値は連続米国のために用意されています。また、外光の約半分は、通常、それは、その構造による吸収のために、温室に入るまでに失われたことに留意しなければならない。

上記の計算から、 PPFD値と所定のDLIターゲットに到達するのに必要な光の時間数の間のトレードオフの関係があることは明らかである。園芸照明のコストはPPFDに正比例しているので、良い戦略は、対応する最も長い光時間植物が耐えられるで最も低い値を使用することです。 (多くの植物は、別々に議論される、暗黒の日々の期間を必要とする。 )園芸器具の必要数の計算は次のように必要な平均PPFD値から行うことができます。

備品=数/ ( PPFあたりのフィクスX CU) ( PPFD対象者は、プラント全体キャノピーエリアX ) 。

この式において、 PPFDはmmol/m2sになっている必要があり、植物の天蓋領域はM2である必要があり、治具ごとPPF - ミリモル/秒およびCuは無次元分数である利用率、である。フィクスごとのPPFは、一般的な照明の取付具ルーメンの園芸アナログであり、前述のLX値からPPFDを計算するためのものと同じ係数を用いて、元から計算することができます。 (例えば、 LED器具のような)他のスペクトルについて、 PPF値は製造業者から得ることができる。 CUは、タスク面に落ちている器具によって生成される光の割合を表す。その光の75%が作業面に到達し、他方、25%でない場合、 CUは= 0.75 。 CUは、光源と、全体設定の両方の幾何学的形状に依存し、例えばDialuxとして自由に利用可能なソフトウェアを用いて、例えば、正確に算出することができる。これは、 0.50又は0.90と高いほど低くすることができ、一般的に他のすべての要因が同じであり、面積が増加する。 CUが不明の場合は、 0.70の値が出発推定値として用いることができる。

例えば、 0.77のCU 、200 mmol/m2s 20平方メートルの面積を提供するために必要な器具、各発光素子50ミリモル/秒、の合計数は、 ( ( 200 ×20 )/( 50 ×0.75 )= 107になる小数の答えは) PPFD目標に到達するために切り上げなければなりません。

別の考慮事項は、器具によって生成される光の均一性である。それは考慮に入れ、各器具の配光パターンを取って、タスク領域にわたって可能な限り均一に照明器具を分散することによって最大化されるべきである。これは、照明設計の段階で行うことができるだけでなく、例えば、実施段階で検証されるべきであるハンドヘルドPPFD計で。

園芸器具のエネルギー効率は、光のコストの重要な部分であり、典型的に消費される単位電力当たりのPPF (W )として定義され、文字J(ジュール)ミリモル/ Jの単位で与えられるエネルギーの国際部で( 1J = 1W.s ) 。高効率園芸光源は、良好なベースライン値としての役割を果たすことができる1ミリモル/ J 、上に提供することができる。赤色光が豊富なソースが( 660 nmのLEDの1.8ミリモル/ Jまでなど)最高の効率を持っている傾向がある。また、後者の光は光合成のための最も効率的である光合成作用曲線から従う。ほとんどの植物は光合成を越えて行く、光スペクトルのための追加の増殖要件を持っているので、いくつかの種は、純粋な赤色光の下でよく成長します。電気ワットやルーメン/ W(一般照明の光効率の測定基準である)あたりのルーメンはmmol/m2s ( PPFD )にLXに変換同じ係数を使用しミリモル/ Jに変換され、 LMミリモル/ Sへ( PPF )することができます先に述べた。一般的な照明源は園芸用途に使用される場合のように唯一のルーメン/ Wの値が、与えられている場合に便利であることができる。直接園芸照明メーカーにより提供することができる(時にはPPF / Wと記す)実際ミリモル/ J値を得ることが好ましい。

要約すると、所与のプロジェクトに必要な園芸の照明器具の総数は、次に任意の固定された光の時間値での植物についてDLI対象から算出することができる平均PPFD対象から計算することができる。別の文書で詳細に対処される後者の値に関するいくつかの重要な追加の考慮だけでなく、光の適切なスペクトル組成があります。赤色光が豊富な情報源は、一般的に、より効率的な光合成のために有益である。
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