LED植物生长灯光照领域具有多学科交叉、跨领域应用的特点,在LED光源、光电参数、植物光生理反应、使用环境、测量方法等方面以及定义、术语方面均不同于通用照明,存在混用、借用以至错用现象,模糊不清,影响了LED在设施农业中的应用和推广,本标准对LED照明在植物光照中应用的基本名词术语进行定义和规范,避免了定义混乱、术语不统一的情况,确保植物生长LED光照领域产品的生产、检验、验收、测试的规范与统一,

该项标准定义的术语内容大体上分2个部分:一部分是有关LED植物生长灯方面的内容,主要来自我国生产、教学和科研中正在使用的术语, 这部分内容是国内外首次制定; 另一部分是有关LED产品和检测涉及术语的内容,引用IEC 60050和GB/T 24826-2016(IDT IEC62504)标准中的部分术语,以保证标准系统的协调。标准中易混淆的术语解释对比如下:

辐射度量

●(电磁)辐射能相关术语

为了描述辐射源的性能,引入了辐射能及相关术语。辐射能定义是以电磁波形式的发射或传播的能量Φe(单位:J)(图1)。

 

上述术语都是为描写辐射源性质而引入的,为了描写辐射能的时间特性就要增加“通量”定义,辐射通量即单位时间内的辐射能量;为了描写辐射通量的方向特性就要增加“强度”定义,强度是点辐射源的、有方向的、单位立体角的辐射通量;辐射出射度即单位面积发出的辐射通量;辐射亮度即单位立体角单位面积的辐射通量。

唯独照度描述的是被照物接收到的辐射,辐射照度即为单位面积接收的辐射通量,对植物光照而言,这是一个很重要的物理量,也称为通量密度,其意义不亚于光照度对人眼的重要性。

● 光子量

光子量相关的物理量有很多,根据量子力学,光子具有波粒两象性,光子的能量E为

h为普朗克常数,ν为电磁波频率。因此只要将上述辐射度量改为光子量,所有关系式都成立。

光子量多用于研究,辐射量多用于工农业生产。相互可以换算,各有有利之处。

● 光谱量

光谱分布( 辐射量、光度量或光子量X(λ)的)/ 光质/ 光谱密集度定义为:在波长λ 处,包含λ 的波长间隔dλ 内的辐射量或光度量或光子量dX(λ) 与该波长间隔之商:

单位:[X]/m, 例如W/m,lm/m 等。光谱响应函数dR(λ) 意义相仿。从植物光合有关的辐射量可以扩展一系列的术语。

光合量

● 光合有效辐射

光合有效辐射定义为:能为植物光合作用所利用的特定波长的辐射。光合有效辐射是植物辐射度的基础。

● 光合光子通量

光合光子通量定义为:能为植物光合作用所利用的光子通量[ 单位:μmol/(m²·s)]。

在植物生理学范畴中,光子的数量通常用微摩尔(μmol)表示,1 μmol代6.023×1017 个光子,1mol代表6.023×1023个光子。

● 光合光子通量密度

光合光子通量密度定义为:能为植物光合作用所利用的光子通量密度。

● 光合速率

光合速率定义为: 植物光合作用中, 单位时间内单位叶面积上吸收CO₂的量或放出O₂的量, 或者光合产物的干物质积累量, 单位有μmol/(m²·s)、μmol/(m²·h) 和g/(m²·h) 等。

由于植物光合作用时同时进行呼吸作用,所以光合速率又分总光合速率、表观光合速率(净光合速率)。总光合速率为表观光合速率与呼吸速率的代数和。

● 量子效率/量子产额

量子效率定义为:光合作用中每吸收一个光子所产生的光合产物量(即固定的CO₂或释放出的O₂的分子数)。量子效率因计算方法的不同,可分为表观量子效率和实际的量子效率。

● 相对量子效率曲线(光合作用的)

相对量子效率曲线(光合作用的)定义为:在各个波长上,单位光子通量密度所产生的植物光合速率与波长的函数关系。其辐射波长范围为400~700nm。相对量子效率曲线示意图如图2所示。

● 光合光谱响应曲线(光合作用的)

光合光谱响应曲线(光合作用的)定义为:在各个波长上,单位辐照度所产生的植物(净)光合速率与波长的函数关系。

● 相对光合光谱响应曲线(光合作用的)

相对光合光谱响应曲线(光合作用的)即归一化后的光合光谱响应曲线,其示意图如图3所示。


光合作用的响应曲线是植物辐射度学的基础,有了它可以建立起植物光照的主要物理量。

上述量子效率曲线和光合响应曲线很重要,是植物光照评价的基础。

度量系统

● 辐射度量系统

辐射度量系统是与辐射能量有关量的测量系统。该系统以辐射通量单位瓦(W) 为计量单位。辐射量、光度量、光子量和光合辐射量——这4种量都有相同的基本符号,为了区别分别加注下脚标e(能量)、v(视觉)、p(光子)、ph(光合),例如:Φe,Φv,Φp,Φph。因为历史原因,该度量系统用于植物光合作用辐射量的测量时,其光合有效辐射的波长范围通常定为320~780nm。

● 光度量系统

光度量系统依据给定的光谱光视效率函数,如V(λ)(图4),评价辐射量的测量系统。以流明(lm)为单位, 波长范围为380~780nm。对于植物光合作用辐射量的测量,不宜采用该度量系统。

● 量子度量系统(光合辐射量的)

量子度量系统依据给定的光合作用的量子效率曲线RQE,评价有关的辐射量的测量系统。该系统以光子通量密度单位μmol/(m²·s) 为计量单位。

● 光合度量系统(光合辐射量的)

光合度量系统依据给定的光合光谱响应曲线,评价光合作用的有关的辐射量的测量系统。该系统以光子辐射通量单位为计量单位。

● 光合度量转换因子(CVF)

各种光合度量系统之间可通过光合度量转换因子进行换算。

式中,Qλ是辐射源发射的每单位波长间隔Δλ内光谱辐射量;R(λ) 为对应度量系统的相对光合光谱响应。该公式也适用于同一度量系统不同响应曲线之间的转换。辐射量、光合辐射量(植物)、光合光子量(植物)之间的联系可类比辐射量与光度量(人眼视觉)之间的关系,示意图如图5所示。辐射量和光度量可通过人眼视见函数V(λ)来进行转化。(相对)光合光谱响应曲线对于光合辐射量来说,相当于光度量的人眼视见函数,通过它可以将辐射量和光合辐射量进行转化。而辐射量与光合光子量则是通过相对量子效率曲线进行转化。

LED植物生长灯光照领域具有多学科交叉、跨领域应用的特点,在LED光源、光电参数、植物光生理反应、使用环境、测量方法等方面以及定义、术语方面均不同于通用照明,存在混用、借用以至错用现象,模糊不清,影响了LED在设施农业中的应用和推广,本标准对LED照明在植物光照中应用的基本名词术语进行定义和规范,避免了定义混乱、术语不统一的情况,确保植物生长LED光照领域产品的生产、检验、验收、测试的规范与统一,为LED在我国农业中标准化应用及推广奠定基础。

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