高 丹，韓秋漪，張善端

(復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)照明技術(shù)教育部工程研究中心；復(fù)旦大學(xué)電光源研究所，上海 200433)

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植物光度學(xué)與人眼光度學(xué)的量值換算

高 丹，韓秋漪，張善端

(復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)照明技術(shù)教育部工程研究中心；復(fù)旦大學(xué)電光源研究所，上海 200433)

植物光度學(xué)單位不同于人眼光度學(xué)單位。而各種光源或燈具產(chǎn)品大多標(biāo)注人眼光度學(xué)參數(shù)，使得進(jìn)行植物照明設(shè)計時缺乏統(tǒng)一參考標(biāo)準(zhǔn)。在涉及植物照明時采用多大的照度已成為照明工程師要考慮的問題。從光照強度、光譜和光周期三方面入手，區(qū)分植物照明中涉及的光度學(xué)、輻射度學(xué)、光量子學(xué)以及植物光度學(xué)四大計量系統(tǒng)，給出了各系統(tǒng)之間的相互換算方法和換算系數(shù)，提出了有利于植物生長、防止人造光源對植物產(chǎn)生損傷的措施和建議。

植物照明；光合敏感曲線；光合有效輻射；光度學(xué)；植物光度學(xué)

引言

LED的迅速發(fā)展為園藝照明、城市夜景照明提供了廣泛的發(fā)展前景。在園藝照明中，植物學(xué)家希望利用人造光源給植物補光，以促進(jìn)植物的生長，進(jìn)行潔凈生產(chǎn)。而在城市夜景照明中，照明設(shè)計師利用光影藝術(shù)，將植物的顏色、形態(tài)與景觀燈的光色結(jié)合起來，使植物在夜景照明塑造中起著不可替代的作用。但夜晚大量景觀燈的開啟已影響到被照植物的休息，較高的光強已啟動了植物的光合作用，有些光強過大的光源甚至已傷害到被照植物。

在植物照明中，常采用光合光子通量(PPF)等植物光度學(xué)單位來表示植物照明，而各種光源或燈具產(chǎn)品大多標(biāo)注人眼光度學(xué)參數(shù)。因此，針對以上問題，需要我們關(guān)注人造光源對植物的影響，明確植物光度學(xué)與人眼光度學(xué)的換算關(guān)系，從而定量給出有利于植物生長、防止植物受到損傷的措施。這對于塑造綠色照明、提供和諧光環(huán)境有很重要的意義。

另外，在植物照明燈具參數(shù)的安裝現(xiàn)場測試中，用戶希望有簡易的測量設(shè)備。利用植物光度學(xué)與人眼光度學(xué)的換算系數(shù)，可以用照度計測出照度，然后換算成各種植物光度學(xué)的輻照度或光合光子通量。這對植物照明燈具的推廣有很大的實用意義。

1 光對植物的影響

光是植物生長的關(guān)鍵因素，沒有光照，植物的生長發(fā)育、開花結(jié)果都無法完成。光對植物的影響一般分為光照強度、光質(zhì)[1]和光周期三方面，其中光質(zhì)就是光源的光譜。為研究人工照明對植物的影響，首先需了解光照與植物的關(guān)系，分析這三方面對植物的影響，才能進(jìn)一步提出可行性的研究建議。

1.1 光照強度對植物的影響

植物根據(jù)其耐陰性的不同(即植物對光強度的適應(yīng)能力)，大致可分為喜光植物、耐陰植物和陰生植物三種[2]。喜光植物亦稱為陽生植物，是指在強光下才能正常生長發(fā)育，而在隱蔽和弱光下生長發(fā)育不良的植物。耐陰植物是指在充足的陽光下生長很好，但也有不同程度耐陰能力的植物，也被稱作中性植物。陰生植物是指在較弱光照條件下比在較強光照下生長更好的植物。

光照強度對植物的影響，主要體現(xiàn)在植物的光合作用上。植物通過光合作用產(chǎn)生有機物，生長和發(fā)育。光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩部分。光反應(yīng)中發(fā)生水的光解、O2的釋放和ATP及還原輔酶Ⅱ(NADPH)的生成。暗反應(yīng)則是利用光反應(yīng)形成的ATP和NADPH將CO2還原為糖。光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體膜中，需要光；暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，不需要光[3]。過強的夜間照明會打破光合作用節(jié)律，光強較大就有可能啟動植物的光合作用，使植物夜間不能進(jìn)行休息，影響暗反應(yīng)的進(jìn)行。

在光合作用中，植物對光照強度的要求有兩個重要的點，即光補償點和光飽和點。光補償點是凈光合速率為0的點，此時光合速率等于呼吸速率，光照強度超過該點之后，植物便開始生長、進(jìn)行凈生產(chǎn)。光飽和點是在光強達(dá)到某一值后，凈光合最大時所對應(yīng)的點。當(dāng)光照強度達(dá)到光飽和點時，光合作用達(dá)到頂峰。當(dāng)光照強度繼續(xù)增強超過光飽和點時，光合作用開始下降，植物自身產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象損傷植物。圖1為銀杏的光合作用示意圖[4]，其中光補償點對應(yīng)的光強PPF為16 μmol m-2s-1，光飽和點對應(yīng)的光強PPF為1000 μmol m-2s-1。

圖1 銀杏光合作用示意圖[4]Fig.1 The light response curve of photosynthesis of Ginkgo [4]

在綠化植物中，陽生植物光飽和點對應(yīng)的光照強度最大，陰生植物最小，耐陰植物處于兩者之間。因此，城市中的綠化植物受夜景照明光強度影響從小到大依次是陽生植物、耐陰植物、陰生植物。陰生植物在弱光環(huán)境下比在強光環(huán)境下生長更好，它們的光飽和點比偏喜光的耐陰植物和陽生植物低，當(dāng)光照強度超過一定數(shù)值時會首先受到傷害。例如竹芋屬植物在光照較強時，葉子會折疊或關(guān)閉，如果更強時，葉片就會被灼傷。還有一些耐陰性強、具有艷麗色彩的植物，如彩虹鐵樹、紅邊鐵樹等，當(dāng)光照過強時，其枝干的顏色變淺、變淡，葉片干燥，嚴(yán)重影響其生長[5]。因此，研究植物自身的光補償點和光飽和點，換算成兩點對應(yīng)的人眼光度學(xué)參數(shù)，便可作為植物用燈時的參考。

1.2 光譜對植物的影響

植物對光輻射光譜中波長在400～700 nm區(qū)域非常敏感，該波長范圍內(nèi)的光被稱為光合有效輻射(photosynthetically active radiation)，或簡稱PAR[6]。不同波長的光對植物起著不同的作用，比如紅光的波長較長，主要為植物光合作用提供動力，有利于植物的光合作用和葉綠素形成，并有利于莖的生長，促進(jìn)植物開花；波長較短的青藍(lán)紫光可以為光合作用中的化學(xué)反應(yīng)提供能量和催化，同時可抑制植物的伸長，促進(jìn)細(xì)胞分化；黃綠光色介于這兩者中間，很難得到利用，照射到植物葉片的黃綠光多被反射，因此葉片呈綠色。

光譜是影響植物正常生長發(fā)育的重要因素。從光源角度來看，夜晚不同人造光源發(fā)出的光譜會對植物產(chǎn)生不同的生理影響。從植物角度來看，植物的光形態(tài)建成和光合作用都依賴于某些特定的波長。也就是說，光譜除了作為一種能源來控制光合作用，還作為一種觸發(fā)信號影響植物的生長。不適宜的波長會使植物的生命活動發(fā)生紊亂，致使其患病甚至死亡。

因此，用人造光源照射植物時，需對光源的光譜和植物光合敏感曲線加以研究。

1.2.1 各種光源的光譜

各種光源都有自己的特征光譜，即絕對或相對輻射量隨波長的變化。在不同色溫下，光源呈現(xiàn)不同的光譜功率分布。我們用光色電測試系統(tǒng)測量了各種不同色溫的光源的光譜，如圖2—圖6所示。除太陽光譜采用6000 K黑體近似外，其余光源的光譜均為代表性產(chǎn)品的實驗測量值。

圖2 熱輻射光源光譜Fig.2 The spectrum of thermal radiation light sources

圖3 熒光燈的光譜Fig.3 The spectrum of fluorescent lamps

圖4 陶瓷金鹵燈光譜Fig.4 The spectrum of ceramic metal halide lamps

圖5 LED光譜Fig.5 The spectrum of LEDs

圖6 高壓鈉燈光譜Fig.6 The spectrum of high pressure sodium lamps

圖2為熱輻射光源的光譜，為連續(xù)譜。這種光譜與溫度和光譜發(fā)射系數(shù)有關(guān)，溫度升高時峰值波長向藍(lán)光移動。當(dāng)溫度為2900 K時(白熾燈、鹵鎢燈的溫度)，峰值波長為1000 nm; 當(dāng)溫度為6000 K時(太陽表面溫度)，峰值波長為483 nm, 正好位于藍(lán)光波長區(qū)。

圖3為緊湊型熒光燈的光譜，是熒光粉的窄帶譜與汞原子405 nm, 436 nm, 546 nm線光譜的疊加。低色溫時藍(lán)色熒光粉的輻射很少，而高色溫時藍(lán)粉的連續(xù)譜明顯增強。

圖4為陶瓷金鹵燈的光譜，其特征是在溫度約5000 K的電弧連續(xù)輻射的本底上，迭加了放寬的鉈(535 nm)和鈉(589 nm)原子線光譜，以及稀土原子(如鏑、鈥、銩等)的密集線光譜。當(dāng)色溫升高時，藍(lán)光波段的輻射增強。

圖5為熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED的光譜，其綠光部分較弱，藍(lán)光和黃光部分強。芯片藍(lán)光的峰值波長在440～460 nm，半寬度約25 nm; 隨色溫從低到高，熒光粉黃光的峰值波長在610～550 nm變化。色溫升高時，LED光譜的藍(lán)光比例增加，但與熒光燈光譜的藍(lán)光相比并無特別之處。

圖6為高壓鈉燈的光譜。由于其共振輻射發(fā)生在波長589.0 nm和589.6 nm處，即鈉的雙黃線，使得光譜的峰值和大部分能量集中在黃光區(qū)域，而在紅光和藍(lán)光區(qū)域比例較小。

從圖2～圖6可以看出，盡管不同光源光譜不同，但隨著色溫的升高，藍(lán)光波段的輻射均有增強。所以，在植物照明中，這些不同類型、色溫的光源可能會對植物生長造成不同的影響；并且，在進(jìn)行植物光度學(xué)與人眼光度學(xué)換算時，需考慮不同光源的不同光譜功率分布。

1.2.2 植物光合敏感曲線與人眼視見函數(shù)

對人眼來說，可見光的波長在380～780 nm。而對于植物來說，促進(jìn)其光合作用的波長在400～700 nm，即光合有效輻射(PAR)。圖7為植物光合敏感曲線P(λ)[7, 8]與人眼視見函數(shù)V(λ)[9]隨波長的分布。從圖7可以看出，植物敏感曲線和人眼視見函數(shù)有很大不同。人眼對光的敏感度峰值在黃綠區(qū)域，即555 nm波長處；而植物則對藍(lán)光和紅光的敏感度更大一些，即430 nm和630 nm左右。因此，原來適用于人眼的光度學(xué)單位不再適用于植物照明了，需研究植物照明的計量單位及其與人眼光度學(xué)單位之間的換算關(guān)系，從而指導(dǎo)植物照明中人造光源的使用。同時，在選擇燈具時，應(yīng)盡量避免紅藍(lán)光部分對植物的傷害。

圖7 植物光合敏感曲線P(λ)[7, 8]與人眼視見函數(shù)V(λ)[9]Fig.7 Plant photosynthetic sensitive curve P(λ)and spectral luminous efficiency function V(λ)

1.3 光周期對植物的影響

植物數(shù)萬年來已經(jīng)形成了固定的光周期規(guī)律，光照和黑夜交替長短的變化，對植物開花、結(jié)果、落葉和休眠有很大影響。植物和人類一樣有固定的時鐘和日歷，它們對于時間的響應(yīng)基于光照強度和光質(zhì)。植物在一天中的功能持續(xù)24小時，包括12～16小時的陽光和8～12小時的夜晚。植物在24小時中經(jīng)歷的夜晚是影響植物生長和開花的關(guān)鍵，對植物來說夜晚是不可缺少的。植物白天利用光照進(jìn)行光合作用，夜晚需要休息。光周期的變化在調(diào)節(jié)植物種子萌發(fā)、幼苗生長、莖的伸長、子葉伸展、開花控制、休眠等都起著關(guān)鍵性的作用。植物葉片通過感知黑夜的長短，能夠響應(yīng)季節(jié)的變化，這也是觸發(fā)植物進(jìn)行落葉和冬眠的信號[10]。

因此，一定時間開啟人造光源進(jìn)行補光可以促進(jìn)植物的生長，而夜間長時間開啟人造光源，可能會影響植物的休眠和生長節(jié)律，對植物造成很大傷害。這里對光周期不做過多分析。

2 四大計量系統(tǒng)及換算

2.1 四大計量系統(tǒng)

由于植物的光合敏感曲線與人眼視見函數(shù)完全不同，使得植物照明涉及光度學(xué)、輻射度學(xué)、光量子學(xué)以及植物光度學(xué)四大計量系統(tǒng)[10]。

(1)光度學(xué)系統(tǒng)

光度學(xué)系統(tǒng)是建立在人眼視見函數(shù)的基礎(chǔ)上的。光照度Ev，單位為lx，表達(dá)式為

(1)

這里λ為波長，單位為nm；Ee(λ)為光譜輻照度，單位為W m-2nm-1；Km= 683 lm W-1，為光譜光效率函數(shù)的最大值；V(λ)為光譜光效率函數(shù)，也稱人眼視見函數(shù)。

(2)輻射度學(xué)系統(tǒng)

在輻射度學(xué)系統(tǒng)中，植物對太陽輻射中400～700 nm的區(qū)域非常敏感，該波長范圍內(nèi)的光被稱為光合有效輻射(PAR)。其光合有效輻照度EPAR，單位為W m-2，定義為

(2)

(3)光量子學(xué)系統(tǒng)

光量子學(xué)系統(tǒng)和植物光度學(xué)系統(tǒng)是基于植物光合作用的，其評價參數(shù)分別為光量子密度和植物光度學(xué)參數(shù)。光合光子通量[11](photosynthetic photon flux, PPF)，也稱光量子密度，單位為μmol m-2s-1，表達(dá)式為

(3)

其中ν(λ)為光譜光合光子通量，其意義是單位波長間隔的光合光子在單位時間內(nèi)通過單位面積的摩爾數(shù)，單位為μmol m-2s-1nm-1?？紤]到ν(λ)和Ee(λ)的關(guān)系為

(4)

其中nA為阿伏加德羅常數(shù)(單位為μmol-1)，普朗克常數(shù)h=6.626×10-34J s-1，光速c=2.9792458×108m s-1，則

(5)

因此，PPF可表示為

(6)

(4)植物光度學(xué)系統(tǒng)[10]

與人眼的光度學(xué)對應(yīng)的植物光度學(xué)系統(tǒng)，是基于植物光合敏感曲線的。這里，植物光合輻照度EP，單位為W m-2或WPm-2，可定義為

(7)

這里，P(λ)為植物光合敏感曲線，其光譜靈敏度曲線見圖7所示。

2.2 換算系數(shù)的定義

2.2.1 光合效率與光合因子

(1)定義

為分析光源的光譜對光度量和植物光合度量的貢獻(xiàn)，可定義光度輻射的光合效率[12]

(8)

其中，KP,v為光度輻射的光合效率(單位為W klm-1),Km= 683 lm/W為光譜光效率的最大值?？紤]到KP,v的分子、分母可以同時乘以光源面積和發(fā)光立體角等幾何參數(shù)，容易得到

(9)

其中Φ為光通量，I為強度，M為光出度，E為照度，L為亮度，下標(biāo)P表示植物光合量，v表示人眼光度量。根據(jù)相對或絕對光譜可以由式(8)計算出植物光度輻射的光合效率。根據(jù)式(9)可以由人眼光度量計算出植物光度量，或由植物光度量計算出人眼光度量。

此外，定義植物的光度輻射光合因子aP,v[13]，即植物光合加權(quán)量與對應(yīng)V(λ)加權(quán)量的比值，單位為1，如下

(10)

由式(8)和式(10)得到

(11)

根據(jù)光度輻射光合效率和光合因子，我們就將人眼光度學(xué)系統(tǒng)和植物光度學(xué)系統(tǒng)建立了聯(lián)系，可用來進(jìn)行植物光度學(xué)與人眼光度學(xué)的換算，并分析不同光源的光譜對植物的影響。

(2)光度輻射的光合效率與色溫的關(guān)系

為研究各種光源在不同色溫下對植物光度輻射光合效率(因子)產(chǎn)生的影響，我們根據(jù)光源的光譜功率分布及P(λ)和V(λ)，得出光合效率和光合因子隨色溫的變化曲線，如圖8和圖9所示。我們可以讀出不同光源的光度輻射的光合效率和光合因子，便于在植物和人眼光度量之間進(jìn)行量值換算。

圖8 植物光度輻射的光合效率Fig.8 The dependence of photosynthetic efficiencies on correlative color temperature

圖9 植物光度輻射的光合因子Fig.9 The dependence of photosynthetic factors on correlative color temperature

從圖8、圖9可以看出，熱輻射光源的KP,v和aP,v最高，這與實際是相符的。太陽光的色溫在6000 K左右，它是促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用的主要光源。并且，在熱輻射光源中，由于其光譜為連續(xù)譜(如圖2所示)，相對于其他光源，其紅光的成分更高，所以光合效率(因子)的數(shù)值最高。

陶瓷金鹵燈由于其在溫度約5000 K的電弧連續(xù)輻射的本底上，迭加了放寬的鉈(535 nm)和鈉(589 nm)原子線光譜，以及稀土原子(如鏑、鈥、銩等)的密集線光譜，使得它的紅光和藍(lán)光成分均比較高，因此其KP,v和aP,v也相對較高。

高壓鈉燈由于共振輻射發(fā)生在波長為589.0 nm和589.6 nm，使其在紅光和藍(lán)光部分的相對輻射功率很低。因此，高壓鈉燈的植物光合效率(因子)最低。

隨著色溫的升高，熱輻射光源的光度輻射光合效率和光合因子明顯下降，陶瓷金鹵燈與緊湊型熒光燈則有明顯上升，而LED則變化平緩，光合效率基本處于2.7 W klm-1附近。對于熱輻射光源，由于色溫升高時，各個波段的功率分布都明顯增加，使得黃綠光成分增加率比紅藍(lán)光成分的增加率大，所以積分的結(jié)果是光合效率(因子)明顯下降。而陶瓷金鹵燈與緊湊型熒光燈由于色溫升高藍(lán)光部分明顯增強，其他波段變化不明顯，使得積分后光合效率(因子)上升?？傊珳貙τ跓彷椛涔庠吹挠绊懽畲?，而對LED影響最小。我們在進(jìn)行植物光合量與光度量換算時，盡量采用LED照射的植物進(jìn)行植物光度學(xué)系統(tǒng)和人眼光度學(xué)系統(tǒng)的換算，而對于熱輻射光源則要充分考慮色溫對光合效率(光合因子)的影響。

2.2.2 光合與光度輻射相關(guān)系數(shù)

(1)PAR-EV換算系數(shù)和PPF-EV換算系數(shù)定義

在植物學(xué)中，常用PAR和PPF分別表示植物光合有效輻射和光合光子通量，因此，研究PAR或PPF與光度學(xué)中照度Ev的量值換算，對植物照明用燈很有參考價值。根據(jù)式(1)、式(2)和式(6)，我們可以得到PAR-EV系數(shù)KPAR,v和PPF-EV系數(shù)KPPF,v的表達(dá)式。

PAR-EV換算系數(shù)，單位為W klm-1，定義為

(12)

我們可以利用KPAR,v對EPAR和Ev進(jìn)行換算。

PPF-EV換算系數(shù)，單位為μmol s-1klm-1，定義為

(13)

已知PPF和Ev中的一個，就可以通過KPPF,v算出另一個。

(2)與色溫的關(guān)系

圖10和圖11是根據(jù)各種光源的光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合式(12)和式(13)計算得到的曲線。從圖中，我們可以讀出不同光源的PAR-EV換算系數(shù)和PPF-EV換算系數(shù)，便于后面的量值換算。

圖10 PAR-照度系數(shù)隨色溫的變化Fig.10 The dependence of PAR-illuminance coefficients on correlative color temperatures

圖11 PPF-照度系數(shù)隨色溫的變化Fig.11 The dependence of PPF-illuminance coefficients on correlative color temperatures

在圖10和圖11中，不同光源的KPAR,v和KPPF,v隨色溫升高均有變化。在KPAR,v-CCT曲線中，各光源隨色溫升高整體呈上升趨勢。熱輻射光源的KPAR,v在3000 K時下降，可能是黃綠波段增長率較大的原因。在KPPF,v-CCT曲線中，其變化趨勢則有很大不同。其中，熱輻射光源隨色溫的升高，系數(shù)變??；陶瓷金鹵燈、緊湊型熒光燈和LED則變化比較平穩(wěn)，這與色溫升高，各個波段增強不大有關(guān)。因此，進(jìn)行各個系統(tǒng)換算時，熱輻射光源要充分考慮色溫的影響。

2.2.3 光量子學(xué)—植物光度學(xué)的換算系數(shù)

根據(jù)式(1)、式(2)、式(6)和式(7)，我們可以得出各個系統(tǒng)間參數(shù)的換算關(guān)系，不再逐一列舉。其中，植物學(xué)中光量子學(xué)—植物光度學(xué)的換算系數(shù)KPPF,P為

(14)

3 量值換算在植物照明中的應(yīng)用

3.1 換算系數(shù)的應(yīng)用

依據(jù)上文提出的各光度系統(tǒng)間的換算公式，我們可由相對或絕對光譜計算出各種光源在不同色溫下的換算系數(shù)，得到圖8～圖11的曲線和表1的換算系數(shù)表。

當(dāng)采用某植物生長燈照射時，可根據(jù)表1，由植物生長燈上標(biāo)注的光通量計算出植物光合輻通量ΦP、光合有效輻通量ΦPAR、光合光子通量PPF等植物光度學(xué)單位，或由植物光度量計算出人眼光度量。同理，若知道某植物光合光子通量PPF，也可由表1的換算系數(shù)得出光通量或光照度，作為植物用燈的參考。

對于農(nóng)用高壓鈉燈(GE Lucalox LU400W/PSL), 其PAR-照度換算系數(shù)KPAR,v= 2.331 W klm-1, PPF-照度換算系數(shù)KPPF,v= 10.5 μmol s-1klm-1. 若距燈一定距離處的照度為Ev= 2 klx, 則根據(jù)式(12)和式(13), 對應(yīng)的PAR為4.66 W m-2, PPF為21.0 μmol m-2s-1. 這樣只要先用光譜儀測定一批燈的光譜，計算出換算系數(shù)；再用照度計測出照度，就可以換算成PAR和PPF, 簡單易用。這種方法值得在設(shè)施農(nóng)業(yè)用戶中推廣。

3.2 人造光源的照度范圍

植物進(jìn)行光合作用時有兩個重要的光照點，即光補償點和光飽和點。只有知道這兩點對應(yīng)的照度值，才能給出人造光源的照度參考范圍，供照明設(shè)計師使用。

在植物學(xué)領(lǐng)域，研究工作者常采用美國LI-6400光合測定系統(tǒng)測定植物的光響應(yīng)曲線。根據(jù)光響應(yīng)曲線，讀出光補償點和光飽和點所對應(yīng)的光強值(PPF)。那么，怎樣將PPF換算成我們通常用燈的照度值呢？這里，以香樟樹為例，通過一系列的量值換算，計算出香樟的光補償點和光飽和點PPF所對應(yīng)的照度值，從而確定高壓鈉燈照射香樟?xí)r的照度參考范圍，用以評估植物照明中燈具使用的合理性，并提出有益于植物照明用燈的建議。

圖12 香樟的光響應(yīng)曲線[4]Fig.12 The light response curve of photosynthesis of Cinnamomun hupehanum

光源型號色溫/(K)顯色指數(shù)aP,vKP,v/(Wklm-1)KPAR,v/(Wklm-1)KPPF,v/(μmols-1klm-1)白熾燈2700K27001002.603.814.0220.31鹵鎢燈3000K30001002.483.633.9019.20太陽6000K60001002.383.483.9918.19緊湊型熒光燈OsramDuluxS118272742821.692.472.7012.78緊湊型熒光燈T528W840ErP4130841.722.512.8813.13緊湊型熒光燈YamingCFL5000K5053821.772.593.0313.51緊湊型熒光燈OsramT528W865ErP6458821.822.673.1813.99陶瓷金鹵燈OsramHIC35W8303008841.902.783.0814.68陶瓷金鹵燈OsramHIC35W8423892892.053.003.3915.80高壓鈉燈Yaming250W2300<301.632.392.5112.40LEDLuxeonA2700K2729851.922.823.1115.22LEDLuxeonA3000K3049831.872.733.0414.71LEDLuxeonA4000K4005851.822.673.0514.33LEDLuxeonA5000K5000831.872.743.2014.66LEDOsram30146577841.902.793.3114.86

圖13 LI-6400光合測定系統(tǒng)的LED紅/藍(lán)光源的光譜Fig.13 The spectrum of red-and blue-LED light sources of LI-6400 photosynthetic measurement system

香樟作為一種道路綠化植物，目前常受到高壓鈉燈路燈的照射。為得出高壓鈉燈的照度范圍，我們首先采用LI-6400光合測定系統(tǒng)測定香樟的光響應(yīng)曲線，如圖12所示。由圖12可見，香樟的光補償點PPF為20 μmol m-2s-1，光飽和點PPF為460 μmol m-2s-1。LI-6400光合測定系統(tǒng)使用LED紅/藍(lán)光源，該光源是模擬太陽光的紅藍(lán)光成分。本文利用光譜照度計測量了紅藍(lán)光源的相對光譜功率分布，如圖13所示。

根據(jù)LED紅/藍(lán)光源的光譜和植物光合敏感曲線P(λ)，我們以1 nm為波長間隔，由式(14)計算得到光量子學(xué)—植物光度學(xué)的換算系數(shù)KPPF,P= 6.018 μmol s-1W-1，進(jìn)而根據(jù)公式EP= PPF/KPPF,P，由香樟的光補償點和光飽和點對應(yīng)的PPF計算出香樟的光合輻照度EP，它與凈光合速率Pn的關(guān)系曲線如圖14所示。因此，香樟的光補償點和光飽和點對應(yīng)的光合輻照度分別為3.32 W m-2和76.44 W m-2。

圖14 香樟的凈光合速率與光合輻照度的關(guān)系Fig.14 The dependence of net photosynthetic rate on plant photosynthetic irradiance for Cinnamomum hupehanum

圖15 香樟的凈光合速率與光照度的關(guān)系Fig.15 The dependence of net photosynthetic rate on illuminance for Cinnamomum hupehanum

由于香樟樹采用高壓鈉燈照射，我們根據(jù)高壓鈉燈的光譜功率分布和P(λ)、V(λ)，根據(jù)式(8)計算出高壓鈉燈的光合效率KP,v= 2.39。由KP,v和上文算出的光合輻照度EP計算出對應(yīng)的光照度Ev，它與凈光合速率Pn的關(guān)系曲線如圖15所示。根據(jù)式(9)或圖15，我們可以得到香樟光補償點和光飽和點對應(yīng)的光照度Ev分別為1390 lx和31980 lx。

因此，為了保證高壓鈉燈對香樟不產(chǎn)生影響，燈的照度應(yīng)在1390 lx以下，才不會啟動光合作用。若高壓鈉燈的照度為1390～31980 lx，便啟動了光合作用，進(jìn)行凈生產(chǎn)和生長。當(dāng)照度高于31980 lx時，燈的光照便會損傷香樟葉片。如果路燈的燈頭在香樟的樹冠里面或附近時，在1.5 m范圍內(nèi)的照度高于1390 lx，香樟便開始光合作用，進(jìn)行凈生產(chǎn)，從而使香樟在夜晚不能正常休息。

總之，在考慮植物照明用燈時，我們可根據(jù)PPF和KPPF,P算出光合輻照度EP，再由EP和KP,v算出對應(yīng)的照度Ev(其中EP是等效量)，最終得出類似于圖15的曲線，從而知道植物光照的參考范圍。當(dāng)使用景觀燈照射植物時，為有效避免植物進(jìn)行光合凈生產(chǎn)，我們應(yīng)該利用植物光補償點以下的照度值，這便是植物照明中景觀燈的照度上限。

致謝：上海植物園的張亞利博士提供了LI-6400設(shè)備以測量紅藍(lán)光源的光譜，并給予了有益的討論，本文作者深表感謝。

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GB/T 18595—2014《一般照明用設(shè)備電磁兼容抗擾度要求》

將于2015年6月實施

2014年第30號中國國家標(biāo)準(zhǔn)公告中發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18595—2014《一般照明用設(shè)備電磁兼容抗擾度要求》，代替GB/T 18595—2001，于2015年6月1日正式實施。

該標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電磁抗擾度的要求適用于燈及其相關(guān)設(shè)備，如低壓電源或電池組供電的燈泡、附件及燈具。該標(biāo)準(zhǔn)不適用于在其他IEC或CISPR標(biāo)準(zhǔn)中對抗擾度要求已作出規(guī)定了的設(shè)備如運輸車輛用照明設(shè)備、專業(yè)用娛樂照明控制設(shè)備、內(nèi)置于其他設(shè)備中的照明器具。對于多功能設(shè)備中可以獨立于其他設(shè)備工作的照明部分，應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)中的電磁抗擾度要求。

Value Conversion Between Plant Photometry and Luminous Photometry

Gao Dan, Han Qiuyi, Zhang Shanduan

(EngineeringResearchCentreofAdvancedLightingTechnology,MinistryofEducation;InstituteforElectricLightSources,FudanUniversity,Shanghai200433,China)

The luminous photometry based on the spectral response of human eyes does not adapt to the evaluation of plant lighting, however most commercial light sources or luminaires are marked as luminous photometry parameters, which lead to the lack of unified standard in plant lighting design. It has become an uncertainty for lighting engineers of what illuminance should be used when lighting concerns plants. This paper distinguishes four evaluation systems of plant lighting taking account of the different effects of light intensity, spectral power distribution and light period, and provides their cross transformational methods and coefficients among the four photometry. The measures and suggestions about promoting plant growth and preventing plant damage are also proposed.

plant lighting; plant photosynthetic sensitive curve; photosynthetically active radiation; luminous photometry; plant photometry

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.007