ここでは、放射束密度、光合成光量子束密度、照度の各単位の意味について説明します。
図 光の波長と色の関係(星原図)
図 各波長における単位エネルギあたりの感度の相対値(林、1996)
- (A)放射束密度
各波長ごとのエネルギ強度を足し合わせたものが、放射束密度である。したがって、どの波長でも特性はフラットである。しかし、センサの特性により、200nmから3000nmの短波放射(6000K)と、3000nmから80μmの長波放射(300K)に大きく分けられる。そこで、光合成に有効な波長域を含む放射束密度は、短波放射用の放射センサで測定されるので、それを短波放射束密度という。更に、光合成に有効な400nmから700nmの波長範囲だけを通すフィルタを使って測定した放射束密度のことを光合成放射束密度と呼ぶ。単位は、Wm-2やcal cm-2min-1等を使用する。このページでは、Wm-2を使用する。ちなみに、1.0Wm-2≒0.0014cal cm-2min-1である。
- (B)光合成光量子束密度(PPF、PPFD)
エネルギーではなく、光の粒子である光量子(光子)の個数で表現した単位が光合成光量子束密度である。光合成は葉緑素に入射する光量子の数によって左右される。一般に、1分子の二酸化炭素(炭酸ガス、CO2)を光合成で消費するためには、8から10個の光量子が必要とされている。そこで、葉緑素の吸収波長域である400nmから700nmの波長での光量子が単位時間・単位面積あたりに入射する個数を示したのが、光合成光量子束密度である。エネルギ的には、e=hν(e:エネルギ、h:定数、ν:周波数)という関係があるので、波長が短く(周波数が高く)なるほど、エネルギは比例的に高くなる。単位は、μmol m-2s-1である。1molは、6.02×1023を表す。また、古い文献では、molがE(アインシュタイン)という呼び名になっている場合もある。
- (C)照度
人間の目は、555nmの緑付近の波長の光を感じる感度が最も良く、それから、波長が赤や紫に近づくほど鈍くなる。つまり、橙、黄、緑あたりの感度が良く、赤、青、紫などの感度は低い。このため、家庭や職場などに適切な強さの照明を設計する場合には、人間の目の感度に合わせたカーブ(比視感度曲線)を持った明るさの単位が必要である。これが照度である。単位は、lx(lux、ルックス)である。1cd(キャンデラ)の光度を持つ光源から1m離れた面の明るさが1lxになる。従って、照度は植物の光合成とはなんら関係のない単位であり、この単位を用いて植物の光環境を評価する事は、現在では問題があるといわざるを得ない。
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| 項目 | 光源 | 光合成放射束密度 | 光合成光量子束密度 | 照度 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 単位 | Wm-2 | μmol m-2s-1 | lx |