生物的生長速率直接受光照射的影響,波長在 300~400nm的紫外光與700~800nm的近紅外線(遠紅光)會影響生物的生化反應及其外觀。特別在400~700nm的光線與植物與藻類的光合作用有密切的關係,此頻譜的光稱為光合作用有效光(Photosynthetically Active Radiation,簡稱PAR)

 

而光合作用有效光(PAR)範圍內光子的數量較佳的測量基準是量測其光合作用光子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density,簡稱PPFD),此為『於波長400-700nm區間,單位時間內落到單位面積上光子的數量』,其常用單位為μmol/(sec㎡)μE/(sec ㎡);使用的感測器為Quantum Sensor。(PS. 一般市售之照度計使用Photometric Sensor,則是用來量可見光(380-780nm)單位面積上的亮度,使用單位為Lux(=lumen/㎡)。

 

下圖為光量子計(Pyranometer),可用以量測來自太陽與其它所有來自天空之輻射,量測320~1100nm此波長範圍內的能量,量測數值單位為 W/㎡。其Sensor更應模擬光合有效函數,以確實符合使用上的需求。目前多數國外產品也以此為產品設計方向以符合專業使用者的需求。

 


 

輻射照度量測範圍:
(1×10-4~1.999×102) mW/c
(可換算為μmol / 或 μE / ·s 或 Photon/·s)

 

 

Why 380~700nm ?

 

自然光的波長是380~700nm,這也是最適合水草生長的波長範圍。而波長小於400nm的有一段叫做紫外線的光線,對水草也有一定的影響,而且是負面影響。7%的紫外線中又可分為三級不同之波長(均對水草有不同之作用):C 級紫外線(200-280)占3% — 對大多數水草都有害;B 級紫外線(280-320)占 9% — 對大多數水草都有害;A 級紫外線(320-380)占 88% — 對水草有益,使葉片加厚具有殺菌作用。推薦使用儀器:人工氣候箱,人工氣候培養箱。人工氣候培養箱是一種能夠自行設定溫度、濕度和光照度的儀器,也就是能夠控制水草所受到的環境因素—光線這一參數,這對於研究植物與光線之間的關係帶來了很大的方便。


對水草影響較甚的光線,主要是三大類。紫外線可見光紅外線。下面我們就來具體分析下這三大類光線。


第1波段的輻射光: 是含有大量能量的紫外線,但部份的紫外線都被臭氧層所吸收。所以我們較關心的是與農膜有密切相關的部份:紫外線-b(波長280—320nm)及紫外線-a(波長320—380nm),這二種波段的紫外線有其不同的作用如:對植物的花產生著色的作用。


第2波段的輻射光: 是可見光(波長400—700nm),相當於藍光、綠光、黃光及紅光,又稱為PAR,即光合作用活躍區。是植物用來進行光合作用的最重要可見光部份。藍光與紅光是在PAR光譜帶中最重要的部份,因為植物中的核黃素能有效的吸收此一部份的光線,而 綠光則不容易被吸收。


第3波段的輻射光: 是紅外線,又可分為近紅外線和遠紅外線。
近紅外線(波長780—3,000nm)的光基本上對植物是沒有用的,它只會產生熱能。
遠紅外線(波長3000—50,000nm),這一部份的輻射線並不是直接從太陽光而來的。它是一種帶有熱能分子所產生的輻射線,一到晚上就很容易散失掉。


水草對光譜的敏感性與人眼不同。人眼最敏感的光譜為555nm,介於黃-綠光。對藍光區與紅光區敏感性較差。水草則不然,對於紅光光譜最為敏感,對綠光較不敏感,但是敏感性的差異不似人眼如此懸殊。水草對光譜最大的敏感地區為400~700nm。此區段光譜通常稱為光合作用有效能量區域。陽光的能量約有45%位於此段光譜。因此如果以人工光源以補充光量,光源的光譜分佈也應該接近於此範圍。


光源射出的光子能量因波長而不同。例如波長400nm(藍光)的能量為700nm(紅光)能量的1.75倍。但是對於光合作用而言,兩者波長的作用結果則是相同。藍色光譜中多餘不能作為光合作用的能量則轉變為熱量。換言之,水草光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子數目決定,而與各光譜所送出的光子數目並不相關。但是一般人的通識都認為光顏色影響了光合作用速率。水草對所有光譜而言,其敏感性有所不同。此原因來自葉片內色素(pigments)的特殊吸收性。其中以葉綠素最為人所知曉。但是葉綠素並非對光合作用唯一有用的色素。其它色素也參與光合作用,因此光合作用效率無法僅有考慮葉綠素的吸收光譜。


光合作用路徑的相異也與顏色不相關。光能量由葉片中的葉綠素與胡蘿蔔素所吸收。能量藉由兩種光合系統以固定水分與二氧化碳轉變成為葡萄糖與氧氣。此過程利用所有可見光的光譜,因此各種顏色的光源對於光合作用的影響幾乎沒有不同。


有些研究人員認為在橘紅光部份有最大的光合作用能力。但是此並不表示植物應該栽培於此種單色光源。對植物的形態發展與葉片顏色而言,植物應該接收各種平衡的光源。


藍色光源(400~500nm)對植物的分化與氣孔的調節十分重要。如果藍光不足,遠紅光的比例太多,莖部將過度成長,而容易造成葉片黃化。紅光光譜(655~665nm)能量與遠紅光光譜(725~735nm)能量的比例在1.0與1.2之間,植物的發育將是正長。但是每種植物對於這些光譜比例的敏感性也不同。

 

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