[转载]談水草光合作用與人工照明

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东风1908 发表于 2012-12-14 21:23:59 |只看该作者 |倒序浏览

常常有草友提到了水草與光照的問題，
我想在此分享一些自己的看法，
並藉此導正一些草友間的錯誤信息，
讓大家參考一下：

色溫與流明

色溫與流明都是從人的眼睛來看的，
植物行光合作用是不看色溫與流明的。

至於光質與植物發育的關係，
最常被人引用的是 R. E. Kendrick 與 G. H. M. Kronenberg 所著的 Photomorphogenesis in Plant：
───────────────────────────────────
光譜範圍 ==> 對植物生理的影響
───────────────────────────────────

280 ~ 315nm ==> 對形態與生理過程的影響極小

315 ~ 400nnm ==> 葉綠素吸收少，影響光周期效應，阻止莖伸長

400 ~ 520nm（藍）==> 葉綠素與類胡蘿蔔素吸收比例最大，對光合作用影響最大

520 ~ 610nm ==> 色素的吸收率不高

610 ~ 720nm（紅）==> 葉綠素吸收率低，對光合作用與光周期效應有顯著影響

720 ~ 1000nm ==> 吸收率低，刺激細胞延長，影響開花與種子發芽

＞1000nm ==> 轉換成為熱量
───────────────────────────────────

此外水草行光合作用，
大家都很熟悉葉綠素的吸收光譜：

但是與光合作用有關的，
並非單純的葉綠素吸收光譜，
真正要看的是光合作用有效能量(PAR, photosynthetic active radiation)
下圖是 McCree/Elgersma 於 1972 年提出的 PAR，
也較常被人引用：

哪一種燈管對於光合作用最有助益，
要比的就是能提供多少 PAR，
而非色溫、流明或單純的光譜。
植物對光譜最大的敏感地區為 400~700 nm，
此區段光譜通常稱為光合作用有效能量（PAR）區域。

植物對光譜的敏感性與人眼不同

人類眼睛最敏感的光譜約為 555 nm，
介於黃-綠光，
對藍光區與紅光區敏感性較差；
Photometer 測量的就是人類眼睛的感覺。
我們通常在測量的 lux 就是 photometer，
是針對人類眼睛的感受來測量的。

但植物則不同，
對紅光─藍光光譜最為敏感，
對綠光較不敏感，
但是敏感性的差異不似人眼如此懸殊，
Quantum Sensor 才是測量 400~700 nm 的。

植物燈是不是比較好？

植物燈的光譜是針對光合作用來設計的，
理論上比較好。
但並非單憑光譜就可決定一切，
例如 40 W 的一般日光燈比上 20 W 的植物燈，
您覺得哪個對光合作用比較好？

在流明（lumen）與光合作用的作用有效能量（單位為 μmol•s-1）間有所謂的轉換係數，
以 Sylvania 和 Osram 所提供的資料為例：
830 燈管 0.013
840 燈管 0.013
865 燈管 0.014
植物燈管 0.029

請注意！以上係數只適用於 Osram 和 Sylvania 的燈管，
不能夠一併套用到所有廠牌的燈管，
因各加廠牌的燈管之光譜不盡相同，
而必須以製造廠所提供的數據為準。

舉例來說，
一支 18 W 的燈管：
840 燈管為 1350 流明，乘以 0.013 等於 17.55 μmol•s-1
865 燈管為 1300 流明，乘以 0.014 等於 18.2 μmol•s-1
植物燈為 550 流明，乘以0.029 等於 15.95 μmol•s-1

看過了這三之燈管的合作用的作用有效能量（單位為 μmol•s-1）以後，
姑且不論人眼的感覺，
您還會想選植物燈嗎？

此外根據美國在 1987 年的一個針對色溫與光合作用的實驗，
在實驗中比較了 3000K, 4000K, 6500K 和 Vita-Lite（模擬自然光之5500K 全光譜）四種燈管的 10 種組合（意即一次使用兩支燈管），
以記錄五種水草的氧氣產生量來評估光合作用，
結果發現：
氧氣產生量最多的是 4000K ＋ Vita-Lite，
第二名是 4000K ＋ 4000K
第三名是 Vita-Lite ＋ Vita-Lite
而最後一名是 3000K ＋ 3000K

或許您會發現：
怎麼和先前所提的轉換係數不太一樣。
主要原因可能是：
水體本身會吸收紅色光，
而有機碳（DOC）（也可說污染）會吸收藍光，
下圖是光線在深海（左邊）與海岸（右側）穿透的比較：