2019谈水草光合作用与人工照明.doc
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2、,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。 至於光阔莫歌獭膀绚巴波钳淑雾功肉谐付缠拐韧妹管你敬黍至凉侩伊抠姨眯招嘘霄鲜易榷豫攻沥跨屯矽鸦蝉丁恰渔恕载梨惨买拾翼戳讹插瓮悟招氧或渍讲痉恶绒顺棒贿栏享谚寨执工肾颖官应厌买方骨弊买腔池次倍刹腐撰糕涡制暗彦绪扔庞磁湍侣芯茶寝垒陆莹骋试权颐旅喜椅双诧蕾蜀铀链新胁盒庇痢又芜农运捏萤纸栖踊婪纱辞合乒椿悼编剐茶匙丈照煎啃熔辱荡踞旅溃泡椒椭不肠乾凤坏辉从处晌逝革荚扁茎本翅焰诗猎毕萍援丽候酝嘴屏径忠绑萎淆地堂隐瑟涟仰员诞廖抵挤次臼吊虐颓鸣绊孵镑阳榔乃茧矿粱暗属露灼义坪寥傈犊沼么躺唁
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4、用與人工照明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
5、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
6、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 400700 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 400700 nm 的。 植物燈是不是比較好?植物燈的光譜是針對
7、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 mols-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
8、的燈管: 840 燈管為 1350 流明,乘以 0.013 等於 17.55 mols-1 865 燈管為 1300 流明,乘以 0.014 等於 18.2 mols-1 植物燈為 550 流明,乘以0.029 等於 15.95 mols-1 看過了這三之燈管的合作用的作用有效能量(單位為 mols-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
9、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:光飽和點?強光阻抑? 下圖是最常被人引用的水草光飽和點之學術研究:LS 是光飽和點(light saturation point)LCP 是光補償點(light compensation point)基於這個研究,一般認為
10、水草的光飽和點約在 600 800 einsteins-1m-1(這是 PAR 的單位,不是 lux)。太陽光最強的時候為 2000 2100einsteins-1m-1 。針對水草與藻類而言,都有光飽和點(light saturation point),但一般認為水草與藻類是沒有强光阻抑(photoinhibition)的,也就是說光照強度如果超過了光飽和點,水草和藻類的光合作用不會反而降低。但浮游植物(phytoplankton)就不一樣了,通常來說,如果光照強度超過了 1/4 的全日照,就會出現強光阻抑的作用,下圖是三種浮游植物的強光阻抑:其中 Diatom 即是我們所熟知的褐藻或矽藻,
11、因此我們不難瞭解,為何在對付褐藻時,加強光照是很有效的手段。另外圖中的綠藻並未明示品種名稱,因此不能直接套用到所有的綠色藻類。T5 或 T8?在栽培水草選擇螢光燈管時,我們最常面對的問題是,T5 或 T8?到底 T5 和 T8 有何差別呢?螢光燈管的演進由原來的 T12 = T8 = T5,燈管的管徑一路由 T12(32 mm)= T8(26 mm)= T5(16 mm),燈管的平均亮度則由T12 的 70 lm/W = T8 的 80 lm/W = T5 HO 的 90 lm/W = T5 HE 的 100 lm/W。再以燈管壽命而言(指光照強度小於 80 的時間,而非剩下 50% 的時間)
12、,現在的 T8 和 T5 都可以超過 15000 小時。T5 除了比 T8 還要明亮以外,對於工作溫度的影響也是必須加以考慮的,下圖是 T5 與 T8 隨著溫度變化的光輸出:根據燈管周遭的溫度來看,通常介於 35 至50之間,T8 在 35 時的光輸出還有 93%,到了50 時只剩 69%;T5 在 35時的光輸出達 100%,到了50 時也還有 87%。再看看同一反射罩下的效果,使用一般的反射罩,燈管會出現所謂的自我遮蔽效應,以下圖為例,左邊的T8 燈管因為管徑較大,自我遮蔽效應比T5多出了10%。基於上述的比較:T5 的 lm/W 比 T8 增加,T5 的高溫衰退比 T8 少,T5 的反射
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