隨著科學(xué)技術(shù)，特別是生物科學(xué)和電光源事業(yè)的發(fā)展，人造光源越來(lái)越多地被用于花房、苗圃等地方以補(bǔ)充太陽(yáng)光照的不足和促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。與此同時(shí)，針對(duì)植物生長(zhǎng)所需光照強(qiáng)度等參數(shù)的各種計(jì)算和測(cè)量方法也應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹各種測(cè)量方法的物理含義，以及各種方法所使用單位之間的換算關(guān)系，最后介紹一種使用促進(jìn)光合作用的輻射功率（PAR watts）方法來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的植物照明方案的一般步驟。

上圖為光合有效輻照度計(jì)

促進(jìn)光合作用的輻射和植物對(duì)光敏感曲線

像水、二氧化碳、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境因素一樣，光照的質(zhì)量和強(qiáng)度是影響植物生長(zhǎng)的最重要因素之一。近些年來(lái)，隨著人造光源和燈具價(jià)格的下降，高功率、率的光源問(wèn)世，以及人類對(duì)生活質(zhì)量的要求提高，人造光源在幫助植物生長(zhǎng)方面的使用頻率越來(lái)越高，其主要運(yùn)用于以下三種情況：

（1）在光照較弱的地區(qū)，全年提供植物生長(zhǎng)所需的所有的光；

（2）在冬季日照時(shí)間很短且強(qiáng)度不大的情況下，為植物的生長(zhǎng)補(bǔ)足所需光照；

（3）為促進(jìn)特定生長(zhǎng)或開花時(shí)期的到來(lái)，在天黑后延長(zhǎng)光照時(shí)間，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，縮短培養(yǎng)周期。

在考慮光照強(qiáng)度的同時(shí)，不能忽略光照質(zhì)量對(duì)于植物的影響。像人類需要一個(gè)平衡的飲食一樣，用于促進(jìn)光合作用的各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度的選擇和搭配，對(duì)于保證植物的健康生長(zhǎng)就顯得非常的重要。

植物對(duì)于光譜中波長(zhǎng)范圍約在 400 ～ 700 nm 之間的區(qū)域就像人眼一樣非常敏感，該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光被稱促 進(jìn) 光 合 作 用 的 輻 射（ photosynthetically activeradiation），或者簡(jiǎn)稱 PAR。這個(gè)波長(zhǎng)范圍與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍基本吻合，然而植物對(duì)于這個(gè)區(qū)域的敏感程度卻和人眼有著完全的不同。人眼對(duì)光的敏感度峰值在黃綠區(qū)域，即 555 nm 波長(zhǎng)處；但是植物與人眼的響應(yīng)曲線不同，而且植物對(duì)于紅光和藍(lán)光的敏感度更大一些，其中在紅色區(qū)域的峰值出現(xiàn)在 630nm 左右。圖 1 和圖 2 分別是人眼和植物對(duì)于光的不同敏感曲線，可見(jiàn)兩者的曲線輪廓不同。

不同波長(zhǎng)的輻射對(duì)于植物的影響作用不同。葉綠素作為植物體內(nèi)最豐富的色素，其最善于吸收紅光和藍(lán)光。園藝學(xué)家認(rèn)為 450 nm 的藍(lán)光對(duì)于植物葉片和根系的生長(zhǎng)具有極其重要的作用，600 ～ 700nm 的紅光卻有利莖的生長(zhǎng)，并促進(jìn)植物的開花和葉綠素的形成。而綠光則部分被例如胡蘿卜素和葉黃素之類的其它色素所吸收，然后將其用于光合作用，但是大部分的綠光將被反射以顯示葉片特有的葉綠色。還有許多其它的復(fù)雜生長(zhǎng)過(guò)程需要來(lái)自于光譜中不同區(qū)域光的照射。因此對(duì)于正確的 PAR 光譜范圍大家眾說(shuō)紛紜，但有一點(diǎn)可以是肯定的，適量的來(lái)自連續(xù)輻射光源的光對(duì)于植物的健康生長(zhǎng)是非常必要的。

對(duì)于植物用光的不同測(cè)量方法

在測(cè)量人眼用光時(shí)，首先考慮的是光通量和光照度。光通量是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)輻射通量與人眼視見(jiàn)函數(shù)的積分，其單位是流明。由于光源所發(fā)出的

光被分散到所能照到的所有區(qū)域。所以光照度的定義即照射到表面上一平方米的區(qū)域內(nèi)的所有光通量，照度的單位是勒克斯（lx）。與此相似，“英寸—坎德拉”即照射到一平方英寸區(qū)域上的光通量。但由于光通量和輻射量的轉(zhuǎn)換需要用到人眼視覺(jué)函數(shù)（見(jiàn)圖 1），而人眼對(duì)于黃綠光特別的感，貢獻(xiàn)一般多來(lái)自于光譜的黃色區(qū)域，而藍(lán)光和紅光的貢獻(xiàn)則大部分都被忽略了。由此可見(jiàn)，流明和勒克斯不適用于植物的照明效果，兩者對(duì)于植物世界是毫無(wú)意義的。現(xiàn)階段有兩種評(píng)價(jià)植物光照效果的基本測(cè)量方法———輻射能量或光子數(shù)。

測(cè)量輻射能量法

由于促進(jìn)光合作用的輻射波長(zhǎng)范圍在 400 ～ 700nm 之間，所以測(cè)量單位時(shí)間該波長(zhǎng)區(qū)域所輻射出來(lái)的總能量值，將其稱為促進(jìn)光合作用的輻射功率（PARwatts）。相對(duì)于基于人眼反應(yīng)的流明這種主觀的測(cè)量單位，PAR 功率是相當(dāng)客觀的，其可以直接地表明有多少能量的光被有效地用于植物的光合作用。

植物被照射的程度可用每平方米上促進(jìn)光合作用的輻射功率數(shù)來(lái)表示，對(duì)于這個(gè)單位沒(méi)有特定的名字，可將其認(rèn)為是輻照度，單位寫作：瓦/ 平方米或 W/ m2。

PAR watts 測(cè)量法已被有效地運(yùn)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和海洋學(xué)等方面。例如，高產(chǎn)農(nóng)田的一個(gè)要求就是具有合適的促進(jìn)光合作用的輻射，因此，PAR watts被用于衡量農(nóng)業(yè)投資的潛力；裝于森林不同高度的PAR 傳感器可用于測(cè)量輻射的有效率和利用率；在海洋學(xué)中，還用其計(jì)算海洋透光層的深度。

計(jì)算光子數(shù)法（PPF PAR 法）

光的輻射和吸收均是通過(guò)不連續(xù)的單元進(jìn)行的，這個(gè)單元就是光子，光子是光傳遞能量過(guò)程中的最小單位。光源的功率可用每秒鐘光源輻射出多少光子數(shù)來(lái)標(biāo)定。

植物學(xué)家和研究者通常愿意采用每秒鐘照射到表面的光子流量這一方法，這就是 PPF PAR 法。

PPF 表示光合作用的光子流量，即每秒照射到每一平方米區(qū)域上的光子數(shù)目。由于光子所攜帶的能量非常小，所以 PPF 所代表每秒鐘照射的光子數(shù)數(shù)字通常會(huì)很大，科學(xué)家們一般用微摩爾來(lái)表示光子的

數(shù)量。如 1μmol 表示 6 × 1017個(gè)光子，1mol 代表 6 ×1023個(gè)光子。因此植物輻照度的單位現(xiàn)在可用兩種方法來(lái)表示，一種是 PAR watts 法所采用的瓦/ 每平方米，另一種是 PPF PAR 法所采用的微摩爾每平方米每秒，縮寫為 μ mol m - 2s - 1。有時(shí)也可用單位“愛(ài)因斯坦”來(lái)表示，1“愛(ài)因斯坦”單位即代表每秒鐘有 6 × 1023個(gè)光子照射到了 1 m2 的表面積上。

以上 介 紹 的 兩 種 方 法———PAR watts 和 PPF PAR 雖然形式不同，但這兩種方法均不涉及與植物生長(zhǎng)無(wú)關(guān)的人眼視見(jiàn)函數(shù)，所以均是測(cè)量植物生長(zhǎng)用燈光輸出的有效方法。

光合作用和光對(duì)植物形態(tài)的發(fā)生作用

在光 合 作 用 和 光 對(duì) 植 物 形 態(tài) 的 發(fā) 生 作 用（photomorphogenesis）下，當(dāng)光吸收不足時(shí)，植物葉片將會(huì)呈窄長(zhǎng)形，莖桿較細(xì)，且植物總重量較輕；與此相反，在吸收了過(guò)量光線的情況下，植物將會(huì)干燥缺水、過(guò)度生長(zhǎng)，而且由于葉綠素的破壞作用，植物還將顯示出顏色變淡等其他不良的癥狀。比較圖 1 和圖 2 的橫軸范圍可知，其實(shí)植物對(duì)光的反應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)間大于可見(jiàn)光的范圍，一些科學(xué)家認(rèn)為 PAR 的區(qū)域應(yīng)該在 350 ～ 750 nm 之間，所以不可見(jiàn)區(qū)域中的紫外輻射和紅外輻射（有資料認(rèn)為 800 nm 左右的紅外輻射對(duì)植物的光形態(tài)發(fā)生作用有著重要的影響）對(duì)于植物的生長(zhǎng)也有一定的影響，而過(guò)度的紅外或紫外輻射也將會(huì)導(dǎo)致植物的不健康生長(zhǎng)。在適合的光照強(qiáng)度下植物可以健康地生長(zhǎng)，而且生長(zhǎng)速度與照射的強(qiáng)度存在正相關(guān)的關(guān)系。圖 3所 示 的 是 一 種 典 型 的 海 藻 類 植 物 膠 球 藻（coccomyxa）在二氧化碳?xì)夥罩小囟葹?25 ℃、輻照度為 600 PPF PAR 的情況下的相對(duì)生長(zhǎng)速度。

決定植物光合作用的主要因素是葉綠素，已有一些研究者從植物中提取出葉綠素來(lái)進(jìn)行研究，計(jì)算出葉綠素對(duì)于不同波長(zhǎng)輻射的反應(yīng)，從而得出光合作用在不同波長(zhǎng)輻射下的效率。有研究表明除了葉綠素外，還有例如胡蘿卜素和藻膽素等化合物也能產(chǎn)生光合作用。由此一來(lái)，植物的敏感曲線應(yīng)該是含有多個(gè)變量的一個(gè)復(fù)雜的方程，而且不同植物間應(yīng)該不完全相同。因此，在實(shí)際照明設(shè)計(jì)時(shí)，一般取一個(gè)平均值來(lái)對(duì)植物的生長(zhǎng)進(jìn)行衡量。

除了光合作用可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)外，發(fā)芽和開花之類的植物成長(zhǎng)過(guò)程也需要不同波長(zhǎng)的光照射，由 隱 花 色 素 （ cryptochrome ） 和 光 敏 色 素（phytochrome）控制的光對(duì)植物形態(tài)的發(fā)生作用甚至需要來(lái)自紫外和紅外的非可見(jiàn)光輻射。因此，在選擇光源之前必須首先搞清楚某一特定植物所需要光的光譜范圍和強(qiáng)度，而這些數(shù)據(jù)是植物學(xué)家研究的課題，本文介紹的是在取得這些數(shù)據(jù)后對(duì)光源的選擇。現(xiàn)階段主要用于植物生長(zhǎng)的光源是高壓鈉燈、金鹵燈和熒光燈。高壓鈉燈和熒光燈均有特定的輻射波長(zhǎng)，而金鹵燈的輻射譜線范圍較寬。此類植物生長(zhǎng)燈與普通照明光源不同，其針對(duì)植物所需的光譜，調(diào)整光源輻射范圍和強(qiáng)度，將更多的能量集中在如紅光和藍(lán)光等對(duì)于植物來(lái)說(shuō)最敏感的區(qū)域。然后根據(jù)植物學(xué)家提供的數(shù)據(jù)采用多種光源進(jìn)行不同的組合以滿足植物生長(zhǎng)所要求的光譜范圍和強(qiáng)度。圖4 和表 1 所示的是某公司的產(chǎn)品類型及主要參量。