photosynthetic photon flux, PPF

1. 植物生長燈具
輻射能量和光子通量
計算
1/Nov/2014
光通平台-植栽

2. 光通平台-植栽
目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種
1. 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically
active radiation，PAR)
2. 光合作用光子通量( photosynthetic photon flux ，
PPF)
請參閱第一講相關LED植栽的光量名詞說明
基本測量方法

3. 光通平台-植栽
光合作用有效輻射能量
( photosynthetically active radiation，PAR)
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定
波長區域所輻射的總功率。
使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。
設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率
總量，公式如下
Pw 為輻射功率總量，
Wλ 為光譜功率密度，W/nm
△λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
光譜能量分佈圖譜
X軸 ： 波長
Y軸 ： 能量密度
Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜
得到 400~720波長範圍內的輻射功率總量

4. 光合作用光子通量
( photosynthetic photon flux ，PPF)
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PPF 定義：
光源在400~700 nm 波長範圍內所發射的每秒光子數；
單位：μmoles/second ，微摩爾/秒 。
PPF 值告訴我們由光源產生
的光子數有多少。
例如植物燈標示
PPF ：240μmol/ s ，是指
將所有400~700 nm波長範
圍內的光子加在一起， 就
得到了光合作用光子數量有
240μmol這麼多。

5. PPF =
1 Jule λi 的光子數： λi/hc
PW (λi) Jule 之λi 光子數： ： PW (λi) * λi/hc
PW (λi) Jule 之λi μmol光子數： PW (λi) * λi/nhc
h=蒲朗克常數
=6.626 × 10-34 joules s
1 μmol光子數，
n= 6.02x 1017光子
範例：
由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量
算出此光源在420nm 有 1.4 μmol/s * m2
PPFD = 1.4 μmol/s * m2
計算式
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PPF 值為將可見光範圍(400~700nm)波長範圍內的光子加在一起，
就得到了光合作用光子通量(數量)。
See 相關LED植栽的光量名詞說明.pdf

6. 輻射能量轉換成光子數量
計算
1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量
2. 1 Jule 420nm 光子數=1/0.04733 × 10-17 =21.128 x1017光子
3. 1 umol ： X= 6.02x 1017光子 ： 21.128 × 1017 ； X=3.51 umole (每瓦)
4. 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量
5. 可算出此光源在420nm 有 1.4 umole/(m2*s)
6. 如果對每個波長都進行這樣的轉換，可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。
光譜能量分佈圖譜
X軸 ： 波長
Y軸 ： 能量密度
0.4瓦每平方米
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光子通量密度分佈圖
X軸 ： 波長
Y軸 ： PPFD(光合作用光量子流密度)
1.4 umole/(m2*s)

7. 光通平台-植栽
LED 光譜能量分佈圖
LED 光合作用有效輻射能量
( photosynthetically active radiation，PAR)
光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定
波長區域所輻射的總功率。
使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。
設定積分區間，得到不同波長範圍內的輻射功率
總量，公式如下
Pw 為輻射功率總量，
Wλ 為光譜功率密度，W/nm
△λ 為數據採集的間隔，使用積分球測量時，取值 1nm。
PwBR 為可見光範圍的總輻射功率，W
PwB 為藍光部分的輻射功率，W
PwR 為紅光部分的輻射功率，W

8. PPF =
LED 光合作用光子通量 ， PPF
各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/ s
umole/(m2*s)
UV(300-399) 300
390
Blue(400-490)
400
490
491
600
601
700
701
850
Green(491-600)
Red(601-700)
Near infrared(701-850)
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9. 看懂植物燈規格
相關數據
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10. 看懂植物燈規格相關數據
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315W 陶瓷複金屬燈光譜圖
315W 陶瓷複金屬光子數量圖
PPFD各個不同波段的光子通量
Unit: μmol/s
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
PPF ： 598 µmol/s
1.90 PPF/W (598/315)

11. 看得懂燈具參數
PPF
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12. 看得懂燈具參數
PPFD
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A1
A2
應該補投射面積值

13. 看得懂燈珠參數
PS-ST-NLAPBG4XX-K0X
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PPFD = = 0.74 μmol/s @450nm
0.198 * 450
120
PPF 值(400~510nm)， 請參閱page 9 可由光譜能量圖和光子數量圖得出

14. LED植物燈規格書注意事項
光量
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A1
A2
應該補投射面積值

15. See: USU_spectral_characteristics.pdf
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16. 太陽光譜和各種燈具
光子通量分佈圖
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17. 太陽光譜能量分佈圖譜
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18. 太陽光輻射能量和光子通量
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19. 光通平台-植栽
umole/(m2*s)

20. 各種燈具之光子通量分佈圖
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umole/(m2*s)umole/(m2*s)
umole/(m2*s)umole/(m2*s)
umole/(m2*s)umole/(m2*s)

21. 複金屬燈 光譜能量分佈圖譜
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22. 日光燈 光譜能量分佈圖譜
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23. 等離子光源 LEP（Light Emitting Plasma）
光譜能量分佈圖譜
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24. LED白光 光譜能量分佈圖譜
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25. 光量子感測器
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26. 光通平台-植栽
感測器的敏感度曲線
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。
(人眼視覺反應)
(植物光合作用反應)
植物對光譜的敏感性與人眼不同

27. (人眼視覺反應) (植物光合作用反應)
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植物光合作用有效能量

28. 光量子感測器
Yield Photon Flux (YPF):
photon flux weighted and integrated according to plant response
(McCree, 1972a; McCree, 1972b; Inada, 1976; Sager, 1988)
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YPF(Yield Photon Flux) 是實際有效
地植物光合作用的光子數量。
由於紅色光子更有效地誘導光合作用
反應，YPF 提供了更多的權重給植物
的靈敏度曲線上的紅色光子。
YPF Spectral Weighting Function
Solar Spectral Sunny Day
Ideal PAR energy sensor
PPF ：2000 μmol/s * m2
YPF ：1798 μmol/s * m2
Photosynthetic Photon Flux (PPF):
photon flux integrated over the 400-700 nm
waveband

29. 各種能量轉換對照表
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