PAR характеристика различных ламп LED vs ДНАТ

Многие задаются вопросом: "Сколько нужно светодиодных Ватт если заменять ими ДНАТы ?"

Чтобы ответить на этот вопрос нужно ознакомиться с характеристикой PAR и сравнить её значения для каждой сравниваемой лампы. Начнём с описания этой характеристики, а затем перейдём к принятию того, что (условно, утрировано) КПД красного спектра света для роста растений выше остальных.

 

Photosynthetically available radiation (PAR)

Фотосинтез это процесс соединения при помощи света оксида углерода CO2 и воды с образованием карбогидратов - основной "пищи" всех живых организмов. Его интенсивность напрямую зависит от интенсивности освещения - буквально каждый фотон подходящей длины волны достигающий поверхности листа используется в реакциях фотосинтеза, причем независимо от угла падения.
 Выпускаются лампы, специально разработанные для улучшения роста растений. Они имеют увеличенную долю той части спектра, которая больше поглощается хлорофиллом (хлорофилл растений абсорбирует свет с длиной волны от 400 до 700 нм), то есть дают много излучения способствующего фотосинтезу PAR (photosynthetically available radiation). Обычно они имеют два пика, в голубой и красной частях спектра. Соотношение синий/красный могут сильно отличаться. Но являются ли они столь необходимыми для хорошего роста растений и подходят ли по эстетическим соображениям?
par Обратимся к архивам TheKrib. Uwe Behle сообщал что в немецком журнале DATZ Август/Сентябрь 1993г. публиковались статьи о влиянии разной длины волны на фотосинтез растений. Первые исследования относительно восприимчивости хлорофилла к разным частям спектра проводились McCree. Он обнаружил, что определенные виды водорослей имеют повышенную чувствительность к определенной длине волны. Один пик чувствительности был определен в красной части, второй в голубой части спектра. Часто считали что его данные в той же мере касаются и высших водных растений. Давно доказано что это неверно - когда сам же McCree провел эксперименты с высшими водными растениями(!), были получены совершенно другие данные. Большой пик был на 620-680нм (красный), затем падение чувствительности на 505нм на цветах между 400-550нм (зеленый-голубой). Вот этот график. Смотреть P-линию (источник: A rational approach to light measurements in plant ecology, K. J. McCree 1973). Ничего общего с демонстриуремыми всеми производителями PAR-ламп гафиками теста отдельно хлорофилла a и b.

Измерение PAR

Так как растения чтобы употребить 1 моль CO2 требуют 1 моль или 8-10 фотонов, относительная интенсивность фотосинтеза измеряется путем измерения потребления CO2 при данном уровне освещенности (на 1 Watt мощности или 1 моль PAR фотонов). Единица измерения PAR - µmol·m²·sec (часто пишут µmol/m²/sec). Старая единица измерения - micro Einstein, µE·m²·sec (часто пишут как µE/m²/sec, µE m-2 s-1, meinsteins/m2/sec) [»]. Einstein это 1 моль фотонов, она равна современной 1000µE m-2s-1 = 1000µmol m-2 s-1. (Apogee Instruments). "Один Einstein - это один моль фотонов, независимо от их частоты." “Единица измерения Einstein использовалась как взаимозаменяемая с µmol m-2 s-1 в 60-х и 70-х годах, но Einstein не является единицей СИ и предпочтительно использовать Моли." Для измерения PAR/PUR используются приборы радиометры (Quantum meters).

 Самые точные замеры PAR можно получить спектрорадиографом. 

Суммарный дневной поток фотонов PPFD за день используемых в процессе фотосинтеза (об этом ниже) измеряется другим прибором, например Apogee Nanologger.
 Что касается точности показаний, то сенсор PAR-метра всегда калибруется по конкретному измеряемому источнику света (с типичным спектром для Солнца, флуор. ламп холодного света, MH HQI, газоразрядных содовых), и измерение PAR другого источника приведет к погрешностям которые нужно будет корректировать. Погрешность при измерении температуры света K очень мала (0.6-0.8%) и ею можно пренебречь. Все погрешности возникающие при замерах разных ламп без калибровки в пределах 0.3-3%, и никак не могут повлиять на практике.

 

Некоторые комментарии к статье:

Вся энергия кванта поглощается одним электроном, который поднимается на более высокий энергетический уровень.
 Максимальная интенсивность наблюдается при освещении растения теми лучами, которые максимально поглощаются хлорофиллами и каротиноидами.
Утверждение: Интенсивность фотосинтеза наиболее высока в красных лучах, так как она пропорциональна не количеству энергии, а числу квантов !


Доказательство данного утверждения :

 Суммарное уравнение фотосинтеза:
 6 СO2 + 6 H2O ---- C6H12O6 + 6 O2
 Для образования 1 моля глюкозы нужно 686 ккал, следовательно, для ассимиляции 1 моля СО2 нужно 686:6=114 ккал. Запас энергии 1 кванта красного цвета (700 нм) равен 41 ккал/энштейн, а синего (400 нм) – 65 ккал/энштейн. Минимальный кантовый расход (отношение числа поглощенных квантов к числу ассимилированных молекул СО2) при освещении красным светом равен 114/41=3, а реально расходуется 8-10 квантов. Следовательно, эффективность использования красного цвета равна 114/41*8=34%, а синего 114/65*8=22%. 


 Именно так. Пропорционально не количеству энергии, а количеству поглощенных квантов. Поскольку красные кванты имеют меньшую энергию, чем синие кванты, тот же суммарный поток энергии от красного источника содержит большее количество квантов, чем от синего. Именно поэтому в красной части спектра фотосинтез наиболее эффективен. Не знаю насчет инфракрасной... Должна быть некоторая минимальная энергия кванта, достаточная для перехода электрона на более высокий уровень и соответсвующей химической реакции.

 

Минимальная энергия кванта будет соответствовать волне красного цвета. Это видно в серии Бальмера спектра водорода. Там одна линия в красной области и три в синей, остальные за пределом видимой области - в ультрафиолете. Каждая линия соответствует определённому энергетическому уровню электрона, равному произведению частоты волны на постоянную Планка. Промежуточных состояний быть не может. Фотоны инфракрасного спектра, обладая малой энергией не могут возбудить электрон в хлорофилле и будут просто его нагревать - энергия света преобразуется в тепловую. С зелёным спектром тоже самое - избыточный остаток энергии вызывал бы разогрев.

 

Именно по этой характеристике и стоит сравнивать светодиодные лампы (с ярко выраженными пиками в красной и синей области) со всеми остальными.

 

PAR значения были измеряны с помощью FieldScout Quantum Light Meter, калиброванным на солнечный свет и показывает значение (PPF) as µmol m-2 s-1. LUX значения были измеряны с помощью люксметра.

 

1   2  
  3   4
  12   13

Комментарии  
  •  
  •  
  • Ответить
  • Ответить с цитатой
  • Цитировать

# Новруз » 12.04.2016 15:23

В начале параграфа "Измерение PAR" исправьте, пожалуйста, 8-10 фотонов на 8-10 квантов. Сильно вводит в заблуждение.
Статья очень полезная и познавательная. Спасибо автору!
+2 +−

Новруз

Уважаемые спамеры, никакие HTML теги и прочие не поддерживаются. Добропорядочных граждан это правило не касается.
Комментарии
Защитный код
Обновить


Свежие новости:
В старых статьях: