植物光合作用及其對光的需求
無論是採用太陽光還是人工光進行植物生產，最終都是通過光合作用來完成產物的積累。光合作用是通過植物葉綠素等光合器官，在光能作用下將CO₂和水轉化為糖和澱粉等碳水化合物並釋放出氧氣的生理過程；與光合作用相對應的是呼吸作用，呼吸作用是通過植物線粒體等呼吸器官，吸收氧氣和分解有機物而釋放CO₂與能量的生理過程，是植物把光合作用形成的碳水化合物作為能量用來形成根、莖、葉等形態建成的重要生理活動。呼吸作用包括與光合作用毫無關係的暗呼吸以及與光合作用同時進行的光呼吸2個部分。作物的光合作用與呼吸作用之間有一個相互平衡的過程，隨著生長階段的不同，其平衡點也不同。實際生產中經常利用控制作物的光合速度和呼吸速度來調節營養生長和生殖生長的相對平衡，達到提高目標產量或改善產品品質的目的......
光強對作物光合的影響
光合產物的形成與光照的強度及其累積的時間密切相關。光照的強弱一方面影響著光合強度，同時還能改變作物形態，如開花、節間長短、莖的粗細及葉片的大與厚薄等。在某一CO₂濃度和一定的光照強度範圍內，光合強度隨光照強度的增加而增加。當光照強度超過光飽和點時，淨光合速度不但不會增加，反而還會形成抑制作用，使葉綠素分解而導致作物的生理障礙。不同型別植物的光飽和點的差異較大，光飽和點一般會隨著環境中CO₂濃度的增加而提高。因此，植物生產中給予光飽和點以上的光照強度毫無意義；而另一方面，當光照強度長時間處於光補償點之下，植物的呼吸作用超過了光合作用，有機物消耗多於積累，作物生長緩慢，嚴重時還會導致植株枯死，因此對植物生長也極為不利。通常情況下，耐蔭植物的光補償點為200~1000 Lx，喜陽植物的光補償點為1000~2000 Lx。植物對光照強度的要求可分為喜光型、喜中光型、耐弱光型植物。蔬菜多數屬於喜光型植物，其光補償點和光飽和點均比較高，在人工光植物工廠中作物對光照強度的相關要求是選擇人工光源的最重要依據，瞭解不同植物的光照需求對設計人工光源、提高系統的生產效能都是極為必要的。
光質對作物光合的影響
光質或光譜分佈對植物光合作用和形態建成同樣具有重要影響，地球上的植物都是在經過億萬年的自然選擇來不斷適應太陽輻射，並依據種類不同而具有光選擇性吸收特徵的。到達地面的太陽輻射的波長範圍為300~2000 nm，而以500 nm處能量最高。太陽輻射中，波長380 nm以下的成為紫外線，380~760 nm的叫可見光，760 nm以上的是紅外線也稱為長波輻射或熱輻射。太陽輻射總能量中，可見光或光合有效輻射佔45%~50%，紫外線佔1%~2%，其餘為紅外線......
不同的光譜成分對植物的影響效果也不盡相同（表1），強光條件下藍色光可促進葉綠素的合成，而紅色光則阻礙其合成。雖然紅色光是植物光合作用重要的能量源，但如果沒有藍色光配合則會造成植物形態的異常。大量的光譜實驗表明，適當的紅色光（600~700 nm）/藍色光（400~500 nm）比（R/B比）才能保證培育出形態健全的植物，紅色光過多會引起植物徒長，藍色光過多會抑制植物生長。適當的紅色光（600~700 nm）/遠紅色光（700~800 nm）比（R/FR比）能夠調節植物的形態形成，大的R/FR比能夠縮短莖節間距而起到矮化植物的效果，相反小的R/FR比可以促進植物的生長。所有這些特徵都是植物工廠選擇人工光源時必須考慮的重要因素，尤其是對於近年來發展起來的新型節能光源，如LED、LD以及冷陰極管等來說顯得更為重要，因為這些光源需要通過不同光譜的單色光組合構成作物最適直的光質配比，以保障高效生產和節能的需求。
表1 各種光譜成分對植物的影響
光周期對植物的影響
植物的光合作用和光形態建成與日長（或光期時間）之間的相互關係稱其為植物的光周性。光周性與光照時數密切相關，光照時數是指作物被光照射的時間。不同的作物，完成光周期需要一定的光照時數才能開花結實。長日照作物，如白菜、蕪青、芭英菜等，在其生育的某一階段需要12~14 h以上的光照時數；短日照作物，如洋蔥、大豆等，需要12~14 h一下的光照時數；中日照作物，如黃瓜、番茄、辣椒等，在較長或較短的光照時數下，都能開花結實。
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