小谈“植物灯”

 

冬天已经光临大地很久，大家都已经架起或者准备架起植物灯，但是部分同学还是对这个概念比较朦胧。那么……我就把我所知的一点皮毛提供出来，希望大家能用上。
在了解植物灯之前，先给大家铺垫一下……光谱……

所谓光谱，可以粗糙理解为N种光所编成一个谱……如下图

而植物则依赖固定太阳光的光能进行光合作用，（所谓光合作用主要是固定光能、二氧化碳、制造糖类等……）

而不同波长的光（也就是不同颜色的光）对植物的作用也有区别。

经常讲的就是红蓝光。为啥经常讲呢？因为叶绿素对其他颜色的光利用率高，吸收了，尤其是红蓝亮色，只反射出利用率最低的绿色光……所以叶子呈绿色，植物灯的买点也多用红蓝光说事。

 
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2011-1-18 00:19

红光比较促进开花结果，（氮代谢？）
蓝光比较促进茎叶生长，（固定二氧化碳？）

但不要以为单纯红蓝光就足够了，尤其是长期阴雨天气时的补光。虽然绿光的吸收利用率最低，但它的作用还是不可或缺的，就像微量元素。如果说完全没用的话，那就干脆不用吸收了。
更不要以为白光就包含了所有颜色的光，甚至以为是全光谱。那就大错特错了。  

理论上，三种波长的光就足以让肉眼看见白色。比如说某种节能灯能发出三种波长的光450、550、700就可以让肉眼看到白色的光线。
但对于植物的光合作用来说，过于单纯的窄光谱并不太适合植物生长需求。植物所需要的光是相当一个范围的。就如上图所示的几条曲线，虽然都有峰值，但峰值外的其他波长（颜色）依然是光合作用必须的！

但是LED的光谱一般是很窄的。虽然它近年来的确很时髦……但是其发出的光很单一，尤其是单色LED；即便是白光LED，其发出的光谱可能也就是由3、4种单色组成的。

以三菱镜色散说明，太阳光通过三菱镜色散以后，可以出现一条连续、均匀的“彩虹”。则说明太阳光里边实际有“彩虹”里各种颜色的光。如下图

 


而普通钨丝灯、节能灯的白光通过三菱镜色散以后，可能会出现有黑色的部分断层……也就不是不连续的光谱，可能是橙色或青色。

再到白LED的话，通过三菱镜色散以后，可能就是几段色带……完全看不出彩虹……除非那颗是非常niubility的LED……里边有N多复合材料。

所以，检验植物灯的一个简单基本方法……就是找一段玻璃三菱柱，（最好是玻璃）做一次如上图的色散就知道该灯的光谱啦……

小结一下……其实刚才所说的，就是想说明一下一般的LED照明灯因其光谱单一，所以用途其实很特殊，如实验用。一般补光的话……感觉是用错工具啊，还不如钨丝、钠灯、节能灯什么的。


----------------------------分割线吗？------------------------------

其次，功率问题。  

在这里，先强调一下能量守恒定律……

就是说，如果灯的功率是40W，那么植物所能固定、吸收的光能肯定小于等于40W……
这里简短说一下光能的固定。
第一步，光照射到叶绿素并使其发生化学反应。这里，光能转换成活跃的化学能。  （
第二步，就是活跃的化学能转化到稳定的化学能。

首先……叶绿素对光的是选择性吸收，就如绿色光的利用率较低，红蓝光利用率较高，其实一般植物能固定的光能比率很低。
尤其是长期阴雨天气下的补光，足够的功率很重要！光是植物的能量来源，就像饭对于人，没光照=没饭吃……千万别以为颜色选对了就了事……

其次，说一下光线的强度问题。在此，先说计量光照强度的单位，流明（Lm）、流明/瓦、勒克斯（Lux）。

流明：所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度。

流明/瓦：大概是消耗一瓦电能能转换出多少光的概念。


勒克斯：照度的国际单位。1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度，就是一勒克斯。
勒克斯是照度单位，照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）
即： 1勒克斯=1流明每平方米
粗糙理解之，流明（Lm）、流明/瓦、勒克斯（Lux）数字越高，光照强度越强。

而一般光照强度……
夏日阳光下为100，000Lux；
阴天室外为10，000Lux；
室内日光灯为100Lux；
距60W台灯60cm桌面为300Lux；
电视台演播室为1000Lux；
黄昏室内为10Lux；
夜间路灯为0.1Lux；
烛光（20cm远处）10～15Lux。

再拿LED开涮……
LED虽然能量利用率高……但单只LED的功率其实非常低……尤其是现在市面上各种LED质量参差不齐，即便是要选个高瓦数LED都不是那么容易，即便让你找到了真的大功率LED也别忘了上述的光谱问题……
这么举例吧：

                    大致功率          流明/瓦             勒克斯
低功率LED       0.03~1W       80~200          2.4~200
大功率LED       1~5W            80~200          80~1000                                            
白炽灯             20~80W       15                  300~1200              
节能灯             20~80W        75                 1500~6000               
上面的浮云……和阳光比起来真是……

别忘了LED都是以低耗能为卖点，虽然超低的用电量，但其输出光亮也不够。当然，会有同学说可以多颗LED搭救，但还是别忘了上述的光谱问题……
虽说LED可能很刺眼……但功率、光照强度并不和刺眼与否有绝对关联。至于刺眼的原因，下次说明……

总结之……要模仿太阳光是要付出代价的哪怕只是很渺小的一部分。

今晚先说到这里，以后肯定有机会补充！当然也欢迎各位补充！希望能对各位有所帮助！

小谈光合作用

本帖最后由 a282284346 于 2011-2-4 18:56 编辑

呵呵  今天终于有时间再和各位聊聊了，上次说了下植物灯，在这里，先补充多一个例子，估计会更容易理解、比对。
例如，路灯。各位附近应该都有点生长到路灯附近的植物……，不知道各位觉得路灯对植物的影响有多大；而且相信各位都知道路灯都是大功率的，其影响力及范围应该在秋冬季最为明显。而后就不言自明啦。

然后开始此楼的正题……小谈光合作用。

光合作用的粗糙理解就是：把光能转化为各种形式的能量（化学能、热能），并以此制造氧气、淀粉、蛋白质等……。

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下边，再解释相对详细的资料之前……先铺垫一下三个资料。

五碳化合物  下简称  C5；   三碳化合物 下简称 C3；  ATP 和 ADP+Pi。

C5 是一般植物中用于固定空气中二氧化碳（CO?）的有机物。C5和二氧化碳发生反应固定后生成C3。

C3 是固定二氧化碳以后为制造葡萄糖作准备的产物。在制造葡萄糖以后变成C5。      也就是说……C5固定二氧化碳变成C3，C3制造葡萄糖以后又变成C5。


ATP 和 ADP+Pi 与上边类似……前者是贮存不稳定的化学能后的物质，释放化学能后，变成后者。    后者吸收化学能后，产生前者。


--------------------------------------------------------------------------------铺垫完毕

而后相对详细的解释光合作用……

第一步，叶子利用光，   光解水释放出氧气、氢离子+不稳定的化学能；     化学能被ADP+Pi吸收，贮存于ATP中。     C5固定二氧化碳后生成C3 。

第二步，氢离子与C3结合，利用ATP提供的化学能，生成葡萄糖；   这里……   C3又重新变成了C5     ATP供能后又重新变成ADP+Pi。

就是这样周而复始……

图解如下




最后补充一下。关于葡萄糖。也就是上图右下角  C6H12O6  是组成淀粉的基本单位。  通常由N个葡萄糖分子组成淀粉。N大于等于2。  而淀粉，就是最重要的能量来源啦。



希望以上资料对大家有帮助哈。