• LED植物生長燈光照領域具有多學科交叉、跨領域應用的特點,在LED光源、光電參數、植物光生理反應、使用環境、測量方法等方面以及定義、術語方面均不同于通用照明,存在混用、借用以至錯用現象,模糊不清,影響了LED在設施農業中的應用和推廣,本標準對LED照明在植物光照中應用的基本名詞術語進行定義和規范,避免了定義混亂、術語不統一的情況,確保植物生長LED光照領域產品的生產、檢驗、驗收、測試的規范與統一,

    該項標準定義的術語內容大體上分2個部分:一部分是有關LED植物生長燈方面的內容,主要來自我國生產、教學和科研中正在使用的術語, 這部分內容是國內外首次制定; 另一部分是有關LED產品和檢測涉及術語的內容,引用IEC 60050和GB/T 24826-2016(IDT IEC62504)標準中的部分術語,以保證標準系統的協調。標準中易混淆的術語解釋對比如下:

    輻射度量

    ●(電磁)輻射能相關術語

    為了描述輻射源的性能,引入了輻射能及相關術語。輻射能定義是以電磁波形式的發射或傳播的能量Φe(單位:J)(圖1)。

     

    上述術語都是為描寫輻射源性質而引入的,為了描寫輻射能的時間特性就要增加“通量”定義,輻射通量即單位時間內的輻射能量;為了描寫輻射通量的方向特性就要增加“強度”定義,強度是點輻射源的、有方向的、單位立體角的輻射通量;輻射出射度即單位面積發出的輻射通量;輻射亮度即單位立體角單位面積的輻射通量。

    唯獨照度描述的是被照物接收到的輻射,輻射照度即為單位面積接收的輻射通量,對植物光照而言,這是一個很重要的物理量,也稱為通量密度,其意義不亞于光照度對人眼的重要性。

    ● 光子量

    光子量相關的物理量有很多,根據量子力學,光子具有波粒兩象性,光子的能量E為

    h為普朗克常數,ν為電磁波頻率。因此只要將上述輻射度量改為光子量,所有關系式都成立。

    光子量多用于研究,輻射量多用于工農業生產。相互可以換算,各有有利之處。

    ● 光譜量

    光譜分布( 輻射量、光度量或光子量X(λ)的)/ 光質/ 光譜密集度定義為:在波長λ 處,包含λ 的波長間隔dλ 內的輻射量或光度量或光子量dX(λ) 與該波長間隔之商:

    單位:[X]/m, 例如W/m,lm/m 等。光譜響應函數dR(λ) 意義相仿。從植物光合有關的輻射量可以擴展一系列的術語。

    光合量

    ● 光合有效輻射

    光合有效輻射定義為:能為植物光合作用所利用的特定波長的輻射。光合有效輻射是植物輻射度的基礎。

    ● 光合光子通量

    光合光子通量定義為:能為植物光合作用所利用的光子通量[ 單位:μmol/(m2·s)]。

    在植物生理學范疇中,光子的數量通常用微摩爾(μmol)表示,1 μmol代6.023×1017 個光子,1mol代表6.023×1023個光子。

    ● 光合光子通量密度

    光合光子通量密度定義為:能為植物光合作用所利用的光子通量密度。

    ● 光合速率

    光合速率定義為: 植物光合作用中, 單位時間內單位葉面積上吸收CO?的量或放出O?的量, 或者光合產物的干物質積累量, 單位有μmol/(m2·s)、μmol/(m2·h) 和g/(m2·h) 等。

    由于植物光合作用時同時進行呼吸作用,所以光合速率又分總光合速率、表觀光合速率(凈光合速率)??偣夂纤俾蕿楸碛^光合速率與呼吸速率的代數和。

    ● 量子效率/量子產額

    量子效率定義為:光合作用中每吸收一個光子所產生的光合產物量(即固定的CO?或釋放出的O?的分子數)。量子效率因計算方法的不同,可分為表觀量子效率和實際的量子效率。

    ● 相對量子效率曲線(光合作用的)

    相對量子效率曲線(光合作用的)定義為:在各個波長上,單位光子通量密度所產生的植物光合速率與波長的函數關系。其輻射波長范圍為400~700nm。相對量子效率曲線示意圖如圖2所示。

    ● 光合光譜響應曲線(光合作用的)

    光合光譜響應曲線(光合作用的)定義為:在各個波長上,單位輻照度所產生的植物(凈)光合速率與波長的函數關系。

    ● 相對光合光譜響應曲線(光合作用的)

    相對光合光譜響應曲線(光合作用的)即歸一化后的光合光譜響應曲線,其示意圖如圖3所示。


    光合作用的響應曲線是植物輻射度學的基礎,有了它可以建立起植物光照的主要物理量。

    上述量子效率曲線和光合響應曲線很重要,是植物光照評價的基礎。

    度量系統

    ● 輻射度量系統

    輻射度量系統是與輻射能量有關量的測量系統。該系統以輻射通量單位瓦(W) 為計量單位。輻射量、光度量、光子量和光合輻射量——這4種量都有相同的基本符號,為了區別分別加注下腳標e(能量)、v(視覺)、p(光子)、ph(光合),例如:Φe,Φv,Φp,Φph。因為歷史原因,該度量系統用于植物光合作用輻射量的測量時,其光合有效輻射的波長范圍通常定為320~780nm。

    ● 光度量系統

    光度量系統依據給定的光譜光視效率函數,如V(λ)(圖4),評價輻射量的測量系統。以流明(lm)為單位, 波長范圍為380~780nm。對于植物光合作用輻射量的測量,不宜采用該度量系統。

    ● 量子度量系統(光合輻射量的)

    量子度量系統依據給定的光合作用的量子效率曲線RQE,評價有關的輻射量的測量系統。該系統以光子通量密度單位μmol/(m2·s) 為計量單位。

    ● 光合度量系統(光合輻射量的)

    光合度量系統依據給定的光合光譜響應曲線,評價光合作用的有關的輻射量的測量系統。該系統以光子輻射通量單位為計量單位。

    ● 光合度量轉換因子(CVF)

    各種光合度量系統之間可通過光合度量轉換因子進行換算。

    式中,Qλ是輻射源發射的每單位波長間隔Δλ內光譜輻射量;R(λ) 為對應度量系統的相對光合光譜響應。該公式也適用于同一度量系統不同響應曲線之間的轉換。輻射量、光合輻射量(植物)、光合光子量(植物)之間的聯系可類比輻射量與光度量(人眼視覺)之間的關系,示意圖如圖5所示。輻射量和光度量可通過人眼視見函數V(λ)來進行轉化。(相對)光合光譜響應曲線對于光合輻射量來說,相當于光度量的人眼視見函數,通過它可以將輻射量和光合輻射量進行轉化。而輻射量與光合光子量則是通過相對量子效率曲線進行轉化。

    LED植物生長燈光照領域具有多學科交叉、跨領域應用的特點,在LED光源、光電參數、植物光生理反應、使用環境、測量方法等方面以及定義、術語方面均不同于通用照明,存在混用、借用以至錯用現象,模糊不清,影響了LED在設施農業中的應用和推廣,本標準對LED照明在植物光照中應用的基本名詞術語進行定義和規范,避免了定義混亂、術語不統一的情況,確保植物生長LED光照領域產品的生產、檢驗、驗收、測試的規范與統一,為LED在我國農業中標準化應用及推廣奠定基礎。

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