溫室補光簡易指南
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相關光量名詞
- 光合作用有效輻射能量PAR（Photosynthetically Active Radiation）
- 光合作用光子通量PPF(Photosynthetic Photon Flux)
- 光合作用光量子密度PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density）
植物的生長速率直接受光照影響，在400-700nm波長範圍內的光線與光合租用有很密切的關係，在這段波長範圍內的輻射能量被稱為光合作用有效輻射能量PAR（Photosynthetically Active Radiation）。單位常用W/m2（瓦特每平方米）表示，也可用光子的數量表示：由光源所發出在波長400-700nm波長範圍內的光子數量，稱為光合作用光子通量PPF(Photosynthetic Photon Flux).單位是umol/s（微摩爾每秒）。
PPF值告訴我們由光源產生的光子數有多少。如圖1所示，光源的PPF為240umol/s，是指在1秒時間內，將光源發出所有400-700nm波長範圍內的光子加在一起，就得到了240umol光合作用光子數量。
圖1（圖片來源於網路）
在單位面積內所接受到的波長400-700nm範圍內的光子，稱為光合作用光量子密度PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density）。單位是umol/(m2*s)，微摩爾每平方米每秒。PPFD與光源的照射面積相關，投射面積越大，PPFD值約小。如圖2所示。這個原理在補光燈安裝時非常重要，同樣PPF的補光燈，安裝距離植物越近，植物所接受的光子通量越多，對植物生長越有利。
圖2. PPFD分佈圖，同一光源投射到不同面積上得到的PPFD（圖片來源於網路）
光照強度與作物產量
當光照強度為0時，植物只進行呼吸作用，隨著光照強度增大，光合作用增大而呼吸作用強度基本不變，這時呼吸作用產生的二氧化碳除了提供給光合作用還有剩餘，並釋放出來；當光合作用和呼吸作用強度相同時，呼吸作用產生的二氧化碳全部供給光合作用，二氧化碳既不吸收也不釋放，這時的光照強度就是光補償點。
當光照繼續增強，光合作用強度大於呼吸作用強度，此時呼吸作用產生的二氧化碳不足以滿足光合作用，植物需要從外界吸收二氧化碳。也就是說光照強度要超過光補償點，植物才能積累有機物質，才能生長。如長期處於光補償點以下，呼吸作用不斷消耗有機物質，植物就會逐漸枯黃以致死亡。
當光照達到某一強度，光合作用速率就不在隨著光強的增高而增加，這個強度就是光飽和點。達到光飽和點時，植物光合作用的速率最高，也就意味著生長速度最快。
圖3. 植物光強與二氧化碳交換的關係（圖片來自臺大農藝系）
表1. 幾種蔬菜光合作用的光補償點、光飽和點和光合速率（圖片來源於網路）
如表1所示，以黃瓜為例，黃瓜的光補償點是51umol/(m2*s)，光飽和點1421umol/(m2*s)，那麼補光時一定要保證光照到葉片上大於51umol/(m2*s)，儘可能接近1421umol/(m2*s)。日本昭和電工提出一般植物補光的光合作用光量子密度PPFD需要達到130-150umol/(m2*s)，下圖4為荷蘭一番茄種植溫室照片，其採用的是1000w雙端農用高壓鈉燈，PPFD達到210μmol/s/m2，每平方米年產量是70kg。
圖4. （圖片來源於網路）
光輻射相關單位換算
測量光照強度的設備顯示結果時通常用lux（勒克斯）作為單位，而測量光合作用有效輻射PAR的設備常用W/m2（瓦特每平方米）作為單位，然而科學研究中指導農業生產的相關光照指標卻用umol微摩爾為單位，例如光合作用光子通量PPF的單位為umol/s（微摩爾每秒）。這些不同的單位常常會讓人困惑，下面就為大家介紹如何在這些單位間進行換算。
表2. 光輻射相關單位換算表（資料來源於Environmental Growth Chamers）
舉個栗子：在某個日光溫室中，從大蚯蚓科技的氣象站——蚯蚓智慧之生產端農業物聯網及智能硬體讀取到的光照強度為20000lux。
根據表1，那麼那一秒的光合有效輻射PAR=20000lux*0.019=380umol/m2/s=380umol/m2/s*0.219=83.22W/m2
換算非常簡單，根據不同的光源類型，找到相應的換算係數，乘以現有的值，就得到目標單位值了。
雲南常見園藝作物的每日光照積分DLI
每日光照積分Daily Light Integral衡量植物一天所受到的光輻射量，相關介紹可點擊查看上一篇公眾號——淺談溫室每日光照積分
下面表3展示了20種雲南常見園藝作物的每日光照積分，如果想諮詢其它品種的DLI，可聯繫大蚯蚓科技微信後臺。
表3.(資料來源網路）
補充資料：下圖4為中國區域年平均PAR空間分佈（1961-2007年平均值），從圖中可以看到，雲南大部分地區的年平均PAR為26-29mol/m2/d，光照條件在全國處於前列，結合氣候、交通、水源等條件，發展需要充足光照的鮮切花產業可以說是得天獨厚了。
圖5. 中國區域年平均PAR空間分佈（1961-2007年平均值)——來源於百度百科
計算每日光照積分Daily Light Integral
下面就以使用花花草草智能監測儀為例，演示如何粗略計算每日光照積分。首先是將花草監測儀設置好後插入花盆中，注意不要讓葉片遮擋頂部的光照感測器。然後每一小時讀取一次光照強度數值，如圖6所示，然後記錄下來。
圖6. 花花草草智能監測儀APP界面
表4. 數據來源於大蚯蚓科技氣象站對雲南某鮮切花企業某天溫室內光強變化的監測
記錄一個週期也就是24次後得到表4，將24小時的光強數值相加，求平均值得到約25946.66Lux。再根據表2. 光輻射相關單位換算表，求出光合作用光量子通量
PPF=25946.66Lux*0.019≈492.99umol/m2/s
最後計算每日光照積分
DLI=PPF*24h*3600s=42,594,336umol/m2/d≈42mol/m2/d
將計算出的DLI數值（42mol/m2/d）放到表3對照，得出該公司溫室鮮切花生長光照條件非常充足。
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