弄清 PAR、PPF、PPFD 和 PFD 之間的區別
PAR、PPF、PPFD 和 PFD 介紹
溫室和園藝專業人士會遇到與光測量相關的各種術語。 本文討論PAR、PPF、PPFD 和 PFD這四個術語。 這些術語在文獻中被交叉使用，可能會引起混淆。 我們希望協助釐清這個問題。
圖 1 – 照片由 Meritt Thomas 在 Unsplash 上拍攝
PAR 是什麼呢？ PAR 照明指標的背景
光合作用活性輻射（PAR）一直是光對植物生長和光合作用影響的基石。 在1960年代，PAR 測量了400-700奈米之間的光線，這是光合作用所必需的波長。 它使用瓦特每秒（W/s）或每平方米每秒的瓦特（W/m²/s）。 有效地測量了觸發和維持植物生長所需的光的“能量”。
PPF 是什麼呢？
光合光子通量（PPF）是指每秒在PAR 範圍（400-700nm）內發射的光子數量。 以微摩爾/每秒（μmol/s）表示。 PPF 與基於能量（瓦特）的傳統測量不同，PPF 專注的是光子數量，它更準確地代表了可用於光合作用的光。 由於專注點的改變，使得種植者和研究人員能夠更好地評估其照明裝置對植物生長的品質和有效性。
從 PAR 到 PPF
1970 年代，科學家已開始質疑以瓦特為單位測量的光是否真正反映了植物的需求。 他們看出光合作用對於接收到的光子數量做出的反應，而不僅僅是總能量。 因此，植物科學從使用 PAR 強度等通用輻射指標轉變為採用 PPF 作為更精確、更生物學相關性的測量方法。 這樣的轉變象徵著農業照明評估在根本上的改善。
圖2 光子
PPFD是什麼呢？
光合作用光子通量密度 (PPFD) 是指測量每秒落在特定表面積上的 PAR 範圍內的光子數量。 以微摩爾每平方公尺/每秒（μmol/m²/s）表示。 PPF 告訴我們光源發射了多少光子，而 PPFD 告訴我們其中有多少光子實際上到達了植物冠層。 這使得 PPFD 成為種植者評估其作物是否得到足夠的光照以進行光合作用的最實用指標之一。
從 PPF 到 PPFD
隨著農業照明研究的進步，科學家透過增加表面積的概念改進了 PPF。 這促成了 PPFD 的誕生，它將總光子輸出 (PPF) 轉換為在特定生長區域內的實際光子輸送。 種植者使用 PPFD 策略性地將照明設備定位，並確保所有植物的光子分佈均勻。 這可以確保作物的每一個部位都不會出現光照不足或者過度的情況，從而直接影響植物的健康和產量的一致性。
註：mol 和 µmol 解釋（此處）
圖 3 PFFD 測量每秒落在 400-700 nm 之間表面積上的光子。
圖 4 – 類囊體膜中的光能工廠
PFD 是什麼呢？
光子通量密度 (PFD) 是 PPFD 更廣泛的版本，使用於擴展波長範圍（通常為 350nm 至 800nm）測量每秒到達給定表面積的光子數量（μmol/m²/s）。 PFD 與僅限於傳統 PAR 範圍（400-700nm）的 PPFD 不同，PFD 包括近紫外線（400nm 以下）和遠紅光（700nm 以上）等其他波長，這些波長已被證明會影響植物形態、開花和次級代謝物。
從 PPFD 到 PFD
雖然 PPFD 是光合作用中一個關鍵的基準，但是，植物對於超出 400-700nm 的範圍做出了明顯地反應。 新的研究強調了 400nm 以下的藍光和 700nm 以上的遠紅光，它們是如何在植物生理學中發揮重要作用 —— 刺激莖的伸長、改善開花或者觸發光形態反應。 為了回應這些發現，PFD 應運而生，成為更具包容性的指標，使種植者和研究人員能夠評估與植物發育相關的整個光譜的總光子量。
圖 5 PFD 測量超出傳統 400-700 nm
圖 6 – PFD 延伸超過 400 和 700 nm。
PFD 的進一步細分
另一個進一步的改進是將 PFD 細分為更具體的顏色波長，如 PFD-B（藍光）、PFD-R（紅光）、PFD-FR（遠紅光）、PFD-UV（紫外線）。
葉綠素是負責光合作用的主要色素，在光譜的紅色 (PFD-R) 和藍色 (PFD-B) 區域吸收光線最有效。 PFD-B 具有較短、更有能量的波長，在早期生長階段非常重要，因為它影響葉片擴展、分枝和整體植物結構。 PFD-R 擴展了植物對光吸收的範圍，有助於提高可用的光合能量總量。
PFD-FR 和 PFD-R 數據對於理解和影響種子發芽、莖生長、開花和結果至關重要。 請參閱有關光形態發生的文章（此處）。
PFD-UV 數據對於植物健康很重要。 溫和的紫外線照射可以引發一系列反應，如對抗害蟲和病原體的防禦。 它可以增加抗氧化劑含量，以保護免受陽光曝曬，增強免疫系統和營養含量。
圖7 PFD-FR、PFD-UV的重要性
圖 8 – 光譜 PAR 計可以看到顏色
測量 PFD – 光譜 PAR 測量儀器
市場上大多數的 PAR 測量設備都是量子 PAR 儀或傳感器 – 它們無法測量到 PFD 的細節，因為它們主要被侷限於400-700奈米。
然而，種植者近年來更重視科學數據，開始使用光譜式PAR 測量儀器來測量 PFD 的特定波段。 光譜式的PAR 測量儀器可以看到顏色，但這是量子測量儀器做不到的。
通過分析和量化這些色帶中的光強度，種植者能夠精準調整溫室照明設置，以滿足植物在各種生長階段的特定需求。 這種對不同波長下 PFD 進行精確測量的能力，有助於精密控制和促進植物生長，從而最大化光合作用效率與整體產量。
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總結
總之，從 PAR 到 PPF、PPFD 和 PFD 的演變經歷了一連串階段性的發展，但也因此造成了一些文獻及對話上的模糊性。 然而，在清晰的背景下理解這些術語將有助於種植者和科學家彌合傳統農業和新技術之間的差距。
- PAR – 現在是一個涵蓋植物生長光量測的統稱，包括 PPF、PPFD 和 PFD。
- PPF（光合光子通量）測量 400-700 奈米範圍內的光量（光子），並以 μmol/s 為單位進行測量。
- PPFD（光合作用光子通量密度）測量400到700奈米之間的光子數量，單位是 μmol/m²/s。
- PFD（光子通量密度）測量350到800奈米之間的光子數量，單位是 μmol/m²/s。 PFD透過光譜PAR計可以進一步細分為PFD-B、PFD-R、PFD-FR和PFD-UV。
我們希望我們已經釐清了這些有時使用鬆散的術語，並為您的知識基礎帶來了一些清晰的資訊。 如果您有任何問題或建議，請評論。
參考資料：
UPRtek – 什麼是光形態發生？ 它是光合作用的姊妹
UPRtek – 光合作用：是什麼？在哪裡發生？如何進行？為什麼這很重要？
UPRtek – 強大的葉綠素分子
圖 9 光譜 PAR 計 PPFD
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深入探討：什麼是摩爾 (mol)、微摩爾 (μmol)？
摩爾只是一種計數單位，就像公克或公尺一樣，甚至像“蘋果”一詞一樣（我有5個蘋果）。 但為什麼我們用摩爾來計算光子呢？ 因為它能讓大數量更容易管理。
例如，像原子、分子和光子這樣的小東西數量很多。 假設我們計算出從一盞燈射出的光子數量為602,214,129,000,000,000,000,000個光子。 說6.02214129摩爾的光子要比說這個數字容易管理得多。 它減少了過多的數字跟千分位符號，因此更容易理解！
但通常，計算光子的數量會產生像602,214,129,000,000這樣的數字。 在這種情況下，轉換為摩爾是0.0000006022000214129摩爾的光子 – 這仍然是小數點周圍很多數字，但是往反方向。 但如果我們乘以1,000,000，就會得到6.022214129微摩爾（μmol）。 因此，使用微摩爾來計算光子是合適的，也是避免在小數點周圍有過多或過少數字的另一種方式。
因此，一摩爾基本上是大量物質的計量，這個大量的物質可以是光子，甚至是蘋果。 例如，我可能擁有一摩爾的蘋果，但那表示我擁有的蘋果數量排成一排，足以延伸到太陽系的邊緣！
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