光合有效輻射的度量-光量子計(jì)
光合有效輻射的度量-光量子計(jì)
在針對(duì)植物生長(zhǎng)的研究中,對(duì)光強(qiáng)的度量存在光度量、能量度量和量子度量3種標(biāo)準(zhǔn),由于歷史原因?qū)?者存在一定程度的混用。3種度量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)光在不同過程中不同的作用機(jī)制和作用效果,應(yīng)根據(jù)研究的對(duì)象加以區(qū)別。
植物生長(zhǎng)依賴光合作用的運(yùn)行,研究各種生態(tài)因子對(duì)植物生長(zhǎng)的影響應(yīng)從光合機(jī)理入手。光照為光合作用提供能量動(dòng)力。自1960年Hill對(duì)光合作用提出雙光系統(tǒng)(PSⅠ,PSⅡ)概念以來(lái),光能在光合系統(tǒng)中的吸收和傳遞過程逐漸明晰。能夠被植物吸收用于推動(dòng)光合作用的光輻射稱為光合有效輻射(PAR,photosynthetically active radiation),光合有效輻射波段普遍采用McCree建議的400~700 nm。光合有效輻射記錄儀就能很好的測(cè)定光合有效輻射的強(qiáng)度。
光合作用對(duì)光照的依賴關(guān)系,首先表現(xiàn)為受光照強(qiáng)度的影響。以往對(duì)光強(qiáng)的度量,多采用光度量和能量度量,分別以光照度(單位lx)和輻射照度(單位W·m-2)表征。目前廣泛使用的光合有效輻射計(jì)給出的是能量度量的結(jié)果。下面對(duì)這2種度量標(biāo)準(zhǔn)和光對(duì)植物的作用機(jī)理進(jìn)行分析,以期獲得合理的標(biāo)準(zhǔn)度量光合作用中的光強(qiáng)。
光度量依賴于人眼對(duì)光的響應(yīng)。光輻射進(jìn)入人眼產(chǎn)生視覺,人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光輻射敏感程度不同,響應(yīng)曲線(見圖1),用視見函數(shù)V(λ)定量,以視見函數(shù)為基礎(chǔ)對(duì)光輻射的視覺強(qiáng)弱進(jìn)行度量就是光度量。人眼對(duì)光輻射響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍(可見光波段)為380~780 nm。視見函數(shù)V(λ)與光合作用毫無(wú)關(guān)系,因此,光度量不適用于光合光強(qiáng)度量。
采用能量度量便于對(duì)光能和光合產(chǎn)物的能量進(jìn)行比較,從而進(jìn)行能量平衡的研究。但從光合機(jī)理上講,光合作用中PSⅠ和PSⅡ的反應(yīng)中心葉綠素分別只吸收波長(zhǎng)為700 nm和680 nm的光量子,天線色素吸收的光經(jīng)過傳遞都要轉(zhuǎn)化成這2種波長(zhǎng)的光量子才能用于推動(dòng)光合作用,因此光是以量子形式參與光合反應(yīng)的。不同波長(zhǎng)的光量子所含能量不同,因此能量度量不能準(zhǔn)確反應(yīng)光對(duì)植物的生理效用,而以光量子數(shù)目度量則使光強(qiáng)直接與光合速率相關(guān),光強(qiáng)大小直接對(duì)應(yīng)光合速率大小,具有明顯的植物生理學(xué)意義。量子度量以光合有效量子通量密度(PPFD,photosynthet-ic photon flux density,單位μmol·m-2·s-1)表征光強(qiáng),McCree的研究表明,在各種光譜結(jié)構(gòu)很不相同的光源照射下,葉片光合速率和光合有效量子通量密度的比值彼此差異最小。
目前量子度量標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛推廣,但采用光度量標(biāo)準(zhǔn)和能量度量標(biāo)準(zhǔn)的研究由來(lái)已久,為有效利用前人的工作成果,避免重復(fù)勞動(dòng),有必要探索3種度量的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)新舊標(biāo)準(zhǔn)下結(jié)果的比較。在得到3種度量轉(zhuǎn)換關(guān)系的情況下,各種光量子計(jì)的功能也必然得到擴(kuò)展,有利于相關(guān)實(shí)驗(yàn)開展。
