水生植物的光吸收

最后一次更新在星期二,2023年5月02|水生生态系统

水生植物的光合作用的最终必须是有限的(虽然它并不总是成正比)的速率高等植物叶,或多细胞藻类植物体,或个人浮游植物细胞或殖民地,是吸收从水下光场量子。在叶或藻菌体的情况下,吸收的速度给定波长的量子事件在一个特定的角度组织表面的特定元素= E (1 0 f)。8。(l 0 f),产品辐照度的角,元素的面积,该波长的吸收率,角。的总速度吸收光的波长的整个叶或叶状体是该产品在各个角度的总和入射光表面的每一个元素,在所有元素构成的总面积叶或叶状体。

很明显,关键的光学性质的组织是absorp-tance(入射光吸收)的分数而不是吸光度。因为光程的变化通过组织角度,叶或叶状体的吸收率在任何时候将实际上有所不同,光的入射角。的有效吸收率组织在给定的点一个给定的总光波长入射角度是光场的角分布的函数,所以它不是,严格来说,可能属性特定吸收率水下光的组织给定波长光的辐射分布独立的。的吸收率是事实上通常决定测量光束在直角的平面光合组织。这被认为至少提供一个近似测量的吸收率的组织将事件在它上面的光在水中。由于厚度的变化,和/或叶绿体数量和色素成分,可以吸收比的变化从一个地方到另一个地方在一个叶或叶状体。尤其可能如此长藻菌体,不同部位通常暴露于不同的光环境,例如因为较低的部分是阴影。从多个散射光子通路长度的增加导致multicellu-lar植物组织内的吸收会加重。

图9.3显示了90°水生高等植物的光谱吸收率;相应的各种光谱多细胞藻类图10.6所示,b和c。光谱之间的差异在一定程度上是由于单位面积上的叶绿体色素浓度的差异,当然这可以显著改变在任何藻类以及从一个类到另一个地方。的一些差异在光谱的形状,但是,由于不同类型的色素。相对大的吸收500 - 560 nm地区褐藻相比,绿色藻类和高等植物的存在是由于墨角藻黄素在前。宽阔的高峰在520到570纳米光谱的红藻的存在胆蛋白质藻红蛋白。

的浮游植物,吸收的速度由单个细胞或给定波长的光量子的殖民地来自给定

图9.3吸收光谱的淡水大型植物的叶子(柯克,未发表)。光谱测量在一张叶子的苦草属spiralis(水鳖科),免费的附生植物的增长,从湖Ginninderra,法案,澳大利亚,样品室靠近光电倍增管:频谱已经纠正了散射。

方向,等于E (1 6 f) . sp (6 f) .Ap (l 6 f),产品辐照度的方向,横截面积(在指定方向)的细胞或蚁群和粒子的吸收比特定方向的光流。由于细胞或殖民地是随机的,每一个都将不同的投影面积,和吸收率,在指定的方向流动的光。每个粒子的吸收光的平均利率是E .spAp (l 9 f)。这将是回忆说,spAp是平均水平吸收截面的粒子(§9.2)。它遵循随机取向的细胞或殖民地,他们有相同的平均吸收截面光的方向。我们可以因此有效属性吸收截面平均浮游植物种群,不管水下光场的角分布。事实上可以单个粒子的属性平均吸收率浮游生物的人口,但这不是一个有用的事情,因为它是吸收比和横截面积(与取向不同,)而不是独自吸收率,这决定了量子集合的速度从一个特定的光流。

在现在的环境下,我们希望了解浮游植物种群的平均吸收截面是细胞或殖民地组成的人口,在光合作用中的所有波长范围。对单个细胞进行测量或殖民地,尽管可能的,在技术上是困难的,不提供高精度的结果。因此,我们必须依靠光谱进行测量悬浮液的浮游植物。浮游植物的浓度通常发生过低对准确吸收测量。因此有必要准备更多集中悬浮液通过过滤或离心分离,随后再悬浮在一个更小的体积。

给定一个合理集中悬挂的浮游植物,通过什么样的测量我们可以确定吸收截面平均吗?尽管单个细胞或殖民地的吸收率的重要性决定的吸收截面,吸收率的测量整个悬挂告诉我们相对较少关于悬架中的单个粒子的吸收特性。悬架形状变化的光谱吸收率随着phyto-plankton浓度的变化,和在非常高的浓度往往成为一条直线,与华硕«1.0整个光谱(总吸收光的波长)。然而,悬挂的光谱吸收率是相关的,如果由于某些原因,我们需要知道的速度光吸收整个悬架——例如,在实验室研究的光合效率。

确定每个个体的平均截面自由浮动粒子,无论细胞或殖民地,暂停,我们事实上是暂停的吸光度测量,dsu。图9.4显示了悬浮液的吸光度光谱三种浮游藻类:小球藻(绿色),舟状窝(硅藻)和集胞藻属(蓝)。absorb-ance, l cm通路长度,悬浮粒子,正如我们前面看到的(eqn 9.2,§9.2) = 0.434 nspAp,其中n是粒子数每毫升spAp每个粒子的平均吸收截面。因此我们可能获得的值spAp在浮游植物的光合作用范围人口准备适当集中悬挂,测量吸光度光谱和n和应用的关系

在一系列的波长从400年到700海里。由于路径长1厘米然后n,除了每毫升细胞的数量,也到每平方公分粒子数的路径测量光束。因此,在方程式9.2和9.5 N或N可以指单位面积上的粒子数,

: 图9.4吸光度光谱三种浮游藻类的培养细胞测量使用积分球(拉蒂默和Rabinowitch之后,1959)。(一)小球藻pyrenoidosa(绿色)。(b)舟状窝最小值(硅藻)。(c)集胞藻属sp。(蓝)。

只提供单位面积表示的吸收截面的相同(spAp)表示,即与一个给定的单位面积上的粒子数,吸光度是一样的不管通过什么路径长分布。

吸收光的波长的平均率1,每个浮游植物细胞或殖民地深度z m,是E0 (z)。spAp(1),在E0 (z)是标量辐照度的光的波长在深度和spAp (X)的平均吸收截面平方米。光吸收的速度(W,或量子s - 1)水平每平方米的浮游植物在薄层厚度Dz m,在深度z m是给定的

Ep =£0 (z) SpAp (X)。有(9.6)

其中N是浮游植物细胞或殖民地的数量每立方米。

水生领域的主要生产、浮游植物浓度通常表达的mg叶绿素3,比细胞或殖民地m3。因为,从eqn 9.1

其中美联社(1)是由于浮游植物吸收系数,我们可以写吗

[合作]是浮游植物的叶绿素a的浓度在mg m3, af *(1)是特定的浮游植物吸收系数每毫克叶绿素m3:房颤*(1)单位m2mg叶绿素a - 1。

在任何给定的波段,如果总吸收系数由于介质的所有组件(1),然后总吸收能量的比例被浮游植物是美联社(1)/ (1)。一组特定的海洋浮游植物吸收系数的值在光合作用光谱区可能会发现在图3.9(第三章)。

一个有用的概念在考虑光捕获由浮游植物有效吸收系数的浮游植物种群现有在给定深度的光场深度,在整个光合作用光谱。940年它可能被认为是一个加权平均浮游植物吸收系数的标准,考虑到实际票面的光谱分布深度问题,并定义的

美联社(X) Eq (X, z) d1, 40°——(9.9)

E0 (z)是标量的辐照度每单位带宽(nm)波长1和深度z m。我们还可以定义一个特定的有效吸收系数的浮游植物,房颤* (z),为票面价值的美联社(z)的浮游植物1 mgchl 3,和单位m2mgchl a - 1。

即使浮游植物的浓度和性质保持不变,有效的值,和具体有效的吸收系数为标准做随深度,按照票面的光谱分布的变化。在海洋,那里通常是小黄色溶解,增加深度的光场变得越来越局限于蓝(400 - 550 nm)光谱区(§6.2,图6.4)。因为这是浮游植物有其主要的地方吸收峰(图3.9),房颤的价值* {z)在这些水域随深度增加,由50甚至100%的透光层.728,940日本在太平洋东南部Kishino et al。(1986)发现房颤* (z)迅速增加与深度的背影a - 1从0.022 m2mg表面在30米至0.044。在绿色高效的上升流区域,房颤与depth.940 * (z)可以减少

的显微照片在图9.5中,混合样本从塔斯马尼亚沿海站点,显示了至少一些浮游植物细胞吸收能量从水下光场实际上看起来像。

继续阅读:直接测量固定CO2和O2解放

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