植物补光多长时间（科学地揭开那些植物与光的秘密）

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地球上所有生物赖以生存的环境因素中,太阳提供的光和热是必不可少的。光为植物的光合作用提供能量，特有的光合系统能够使植物拥有吸收光能，同化二氧化碳和水，同时制造有机物并释放氧气。此外，光还作为一种环境信号，调控植物的光形态建成（光调节植物生长、分化与发育的过程称为光形态建成）。影响植物生长发育的光环境因子主要包括光质、光密度和光周期，其中光质（也可以看作为光的波长）对植物生长发育的影响最为复杂。

太阳光谱可以粗分为

1. 紫外辐射[ultraviolet,UV(波长λ<400 nm)]

UV-A(320≤λ<400 nm)UV-B(280≤λ<320 nm)UV-C(λ<280 nm)

2. 可见光或光合有效辐射[photosynthetically active radiation，PAR(400≤λ<700 nm)]

括蓝光(400≤λ<500 nm)绿光(500≤λ<600 nm)红光(600≤λ<700 nm)远红光（600≤λ<750 nm)

3. 红外辐射[Infrared Radiation,(Rλ＞750 nm)]

太阳光谱粗分

植物对太阳光谱的吸收转化主要在可见光部分，但其他部分光谱对植物的光形态建成也有重要影响。自然光中光质会随着地理位置、气候、季节、日变化等变化而变化，而植物不同生育期所接收到的光质不同,也会导致最终植物生长发育的促进或抑制。光作为一种环境信号调节着植物的整个生命周期;植物的生长发育基本上由吸收R(红光)和FR(远红光)的光敏素和吸收蓝光UV-A的隐花素、向光素等控制。家庭阳台或者露台种植由于特殊地理位置的限制，经常会出现光照不足等问题，直接影响作物生产发育，因此了解下植物补光相关知识，将会更好地引领阳台种植达人们开启真正的科学高效种植，即使阴雨连连，你也可以硕果满满！

一般情况，光谱波长对植物生长的影响

光谱对植物生长发育的影响

红光对光合器官的正常发育至关重要,它可通过抑制光合产物的输出来增加叶片的淀粉积累。蓝光则调控着叶绿素形成、气孔开启和光合节律等生理过程。光质能够调节光合作用不同类型叶绿素蛋白质的形成及光系统之间的电子传递。

光合作用是植物生长发育的关键

1. 红光效应

红光对植物生长发育的直接调控主要依靠光敏色素对其的应答反应。为了能够感知周围环境的光强、光质、光向和光周期并对其变化做出响应，植物进化出了光感受系统。光受体是植物感受外界环境变化的关键，在植物光反应中，最主要的光受体就是吸收红光/远红光的光敏色素。

光敏色素是一类对红光和远红光吸收有逆转效应、参与光形态建成、调节植物发育的色素蛋白，它对红光（red light，R）和远红光（far red light，FR）极其敏感，在植物从萌发到成熟的整个生长发育过程中都起到重要的调节作用。植物体内的光敏色素以两种较稳定的状态存在：红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（Pfr）。两种光吸收型在红光和远红光照射下可以相互逆转和转化。光敏色素相关的研究表明，光敏色素（Pr，Pfr）对植物形态的作用包括种子萌发、去黄化作用、茎的伸长、叶的扩展、避荫作用以及开花诱导等。红光对植物种子萌发的影响。颗粒小的种子通常需要高的R∶FR值才能萌发,如莴苣种子以及许多草本植物的小颗粒种子。

2. 蓝光效应

蓝光信号调控植物的诸多生理反应,是植物生长发育不可或缺的光谱之一;参与蓝光反应的光受体主要有隐花色素、向光素和玉米黄质；隐花色素参与调节抑制茎伸长、开花、细胞膜去极化、花青素的产生和生物钟的调控等;向光素主要调控植物的向光性反应;玉米黄质参与蓝光诱导的气孔运动。

1)几种典型蓝光诱导效应

(a)蓝光对植物茎伸长的抑制效应。蓝光可以快速抑制茎的伸长,和光敏色素介导的茎伸长抑制表现类似。

(b)蓝光诱导的植物向光性生长。植物的向光性也属于一种光形态建成,是典型蓝光诱导效应之一。真菌、蕨类和高等植物中都存在向光性,黑暗中生长的单子叶和双子叶幼苗的这种效应表现得尤为显著。植物胚芽鞘和幼苗对光非常敏感,尤其是蓝光;光谱分析发现,对向光性起作用的光谱是420~480 nm的蓝光,其峰值在445 nm左右。

(c)蓝光对气孔开放的影响及其生理机制。植物叶片的气体交换依赖气孔开闭的调节,这种调节可影响到农作物的产量。蓝光可在一定程度上促进气孔开放,进而影响植物的生长发育。不同于蓝光调节的向光性和下胚轴伸长的抑制,仅发生在植物发育的早期阶段,蓝光调节的气孔运动贯穿植物的整个生育期;这种调节反应只存在于保卫细胞中,快速且可逆。

2)蓝光效应特点

与典型的光合作用不同,蓝光反应还具有时间滞后现象,如蓝光反应在光脉冲照射几分钟红才能达到峰值;光信号关闭后蓝光效应仍存在;蓝光激活的酸化反应与外向电流的产生都存在大约25 s的滞后现象;蓝光依赖的下胚轴生长抑制也存在类似的现象。生理学上认为,这种滞后现象是由于蓝光受体由活性状态变为非活性状态的过程比较缓慢引起的。

3)蓝光效应的探索

许多研究表明:蓝光对根系发育和生物量积累有促进作用,还能提高稻苗根系氮化合物的合成,促进蛋白质在根系内积累;此外有研究认为增加白光中的蓝光份额还可以提高氮/碳(N/C)比率。蓝光还可提升植物的营养品质,张欢等研究光质对萝卜芽苗菜生长和营养品质的影响的实验中发现蓝光处理可显著提高萝卜芽苗菜下胚轴中VC含量。蓝光对植物的生长发育至关重要,许多科学研究人员也在对其积极研究,但由于试验环境、试验植物、蓝光波长和强度等的差异,得到的结论常有分歧；此外,由于一些蓝光效应的生理、生化机理还不够明确,在应用上还无法发挥其生产上的促进作用。

3. 其他光谱的影响

自然界光谱中能被植物感知的光还有绿光、黄光、紫外光,它们对植物的影响效应各不相同，但相对于红光和蓝光，这些光的认知和应用较少。

1)绿光(500~600 nm)

对植物生长发育影响的生理及生化的机制鲜有报导,关于绿光生物效应的研究结论也常存在许多分歧。有研究表明绿色植物之所以呈现绿色是由于太阳光中的绿光波段很少被植物叶绿体吸收而是被植物叶片反射所致,因此绿光被认为是无效光。Folta和Maruhnich根据过去50多年植物光生物学研究资料,讨论了绿光在植物发育、开花、气孔开放、茎生长、叶绿体基因表达和植物成长状况调节上的作用,认为绿光感知系统与红、蓝光传感器,能和谐地调节植物的生长发育。

2)黄光（580~600 nm）

与许多研究认为的绿光(500~600 nm)波段相重合,导致许多研究中黄光效应和绿光效应无法区分,而使结论出现偏差。关于黄光效应的生理、生化机理方面的报导基本处于空白状态,其对植物生长发育的影响也无法得到证实,目前农业生产上还无法利用黄光来提高效益。

3)紫外光

由于平流层内臭氧的吸收,UV-C和大部分的UV-B都无法到达地面,到达地面的UV中约95%为UV-A，而剩下5%为UV-B；到达地面的UV-B辐射强度会因地理位置(海拔高度和纬度)、时间(日变化、季节变化)、气象(云层高度、薄厚等)和其他环境因素如大气污染等的不同而发生变化。但近年由于大气中臭氧层遭到破坏，导致到达地面的UV-B增多，因此UV-B辐射增加对植物的影响以及对此的生理响应已引起人们的广泛关注。据估计,大气臭氧每减少1%,到达地表的UV辐射强度将增加2%~3%,粮食减产2%。

与室外植物相比,室内农业却面临相反情况，温室和大棚等覆盖材料对自然光有吸收、遮挡和过滤作用,对可见光的透过率在88%左右，紫外线透过率仅在15.9%~21.1%；而植物补光中主要以红、蓝光为主，对UV的利用较少，时常缺乏UV，荧光灯中含UV辐射成分非常少，非UV-LED灯具中LED灯的UV成分几乎为零。研究发现适量的UV辐射能矮化植株,培育壮苗，促进次生代谢产物如类胡萝卜素的积累等作用，因此室内栽培中补充适量的UV也可能是提高作物产量的补光途径之一。

光谱对植物光合作用的影响

1)直接影响。光以能量的形式直接影响植物的光合作用。叶绿体中有能将光能转化为化学能的光合色素,高等植物包括叶绿素和类胡萝卜素(类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，其最大吸收带位于400~500 nm蓝紫光区，一般植物中类胡萝卜素相比叶绿素含量较低，对植物光合作用的影响相对较小)。如下图所示，植物的叶绿素a,b在红光和蓝光波段有两个吸收峰。叶绿素a的两个吸收峰为430 nm和662 nm。叶绿素b的两个吸收峰为453 nm和642 nm，植物补光中也主要是以红、蓝光谱为主。叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b，虽然它们的吸收光谱很相似,但叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b高，而在蓝光区的吸收峰则比叶绿素b的低。

叶绿色a和d的吸收光谱

根据不同种类植物的环境适应特性,植物叶片中的叶绿素a和叶绿素b的相对含量会有所变化,如阳生植物叶片的叶绿素a与叶绿素b的比值约为3,而阴生植物则约为2.3,叶绿素b含量的相对提高可使阴生植物更有效地利用蓝紫光，因此在植物补光中,需要根据植物的特性来调配红、蓝光比例。

2)间接影响。光作为环境信号,影响植物的光形态建成,间接影响植物的光合作用;影响方式多样且复杂。光谱可通过影响植物的叶片结构、叶片大小、叶片衰老速度、光合产物的运输、气孔导度、叶绿素含量及组分等间接间接影响植物的光合作用。而蓝光可进一步促进气孔开放的蓝光效应已被证实,这种效应可提高叶片中的二氧化碳浓度,从而促进植物的光合作用。

植物补光时间设定的一般准则

主要是通过改变植物的光周期效应来调节植物的生长发育。根据光周期效应可设定不同的补光时间, 即日照延长、暗期中断、间歇照明、黎明前补光, 以促进植物的光合作用, 增加产量, 同时对幼苗形态也有很大影响。

• 日照延长主要指日落后的补光照明, 适用于短日照植物花芽分化的抑制、长日照植物开花的促进。
• 中断暗期不是将日照长度延长, 而是应用电照将暗期分为2段的电照补光方法, 通常以2~4 h为标准。
• 间歇照明是在大规模采用电照栽培时, 采用反复数次轮流暗期中断的电照方法, 间歇时间为电照15 min、熄灯45 min。
• 黎明前补光是给予短日照植物超过临界日照长度的电照方法。

研究表明，生长在高纬度、高海拔地区或大陆性气候的长日照植物，对光周期十分敏感，需要严格控制日照长度(或光期长度)。若在短日照条件下植株容易形成顶芽,进入休眠阶段,而在长日照条件下,则能持续进行茎的纵向生长。

植物补光强度选择的一般准则

许多研究表明，叶绿素作为主要的吸收光能物质,直接影响植被光合作用的光能利用率。叶片吸收的光能主要用于光化学电子传递、热交换所耗散的能量以及反应中心的过剩激发能。研究中常用的光照强度单位是lx、μmol/ (m2·s) 或W/m2。

• 在弱光环境下，叶片的光合色素含量尤其是叶绿素b的含量将会增加,其能有效吸收弱光,增强叶片捕获光的能力；
• 在强光环境下，过剩光能可引发氧化胁迫,对光合作用反应中心、光合色素和光合膜产生巨大的伤害,从而产生植物的光抑制现象。

根据补光光强的需求, 可将补光分为光合补光与光周期补光。在高纬度地区或连阴天, 造成光强和光照时数不足, 或整体作物具有较高的光照强度要求时, 进行光合补光。对于光周期敏感的作物, 特别是在光周期的临界期, 当暗期过长影响作物生长发育时, 应对作物进行人工光周期补光。光周期补光是作为调节生长发育的信息提供的, 需用光照强度较低, 一般为220 lx左右。一般叶菜类作物的光补偿点约为2 000 lx, 果菜类作物还要高些。不同蔬菜需光强度有别, 如黄瓜结果期为9 000~40 000 lx, 辣椒为12 000~35 000 lx, 番茄为10 000~70 000 lx;苗期与生育期有别。光照不足, 蔬菜不能进行旺盛的光合作用, 蒸腾作用也会减少, 植株徒长、纤弱, 进而影响产量与品质。

阳台露台植物的光照需求

补光灯对植物生产好处多多

1. 根据光照周期分类

植物通过感受昼夜长短变化而控制开花的现象称为光照周期现象，植物对日照长度的反应可把植物分为长日照植物、短日照植物、日中性植物。

• 对于长日照植物，只有当日照长度超过临界日长(14-17h)，或者暗期必须短于某一时数才能形成花芽,否则不能形成花芽,只停留在营养生长阶段;
• 对于短日照植物，只有当日照长度短于其临界日长(8h-12h)时才能开花,在一定范围内，暗期越长，开花越早，在长日照下则只进行营养生长而不能开花；
• 对于日中性植物，只有在某一特定的日照长度下才能开花。

2. 根据光照强度分类

根据植物对光照强度的需求,可分为喜阳植物、耐阴植物、喜阴植物。

对于喜阳植物，光照强度对植物的生长发育及形态结构有重要作用,在强光环境中生长发育健壮,在阴蔽和弱光条件下生长发育不良,阳性植物的光饱和点在20000～25000 klx，如半枝莲、三角梅、石榴、月季花、牵牛花、菊花、荷花、太阳花、千日红等;

耐阴植物是指在光照条件好的地方易生长，但也能耐受适当的荫蔽，或在生育期间需轻度遮阴的植物,如天竺葵、鹅掌柴、绣球、矾根、酢浆草、竹芋等;

喜阴植物，指耐阴性强，在适度荫蔽下生长良好的植物,不能忍耐强烈的直射光线，在完全日照下生长不良，喜阴植物约在5000～10000 klx达到光饱和，如散尾葵、橡皮树、棕竹、白掌、铁线蕨、文竹等。

东向阳台，晴天时能接受日光直射的时间约为2～6 h，部分阳台较深的区域日照时数不足1 h。植物总体布局应从阳台边缘到远离边缘处，根据光照周期依次布置长日照植物、日中性植物、短日照植物,并根据光照强度依次布置喜阳植物、耐阴植物、喜阴植物。

西向阳台，较为炎热，不适合耐高温能力差的植物生长,如月季、栀子、绣球、龙船花、桂花等。夏季亦可设置遮阳网来降低阳台温度及光照量。

北向阳台，不宜选用长日照植物或喜阳植物，可选择以观叶为主的植物，也可选用耐阴开花植物，如大岩桐、吊竹梅、绣球花、非洲堇、君子兰、蟹爪兰等。

通常，观果类植物需要大量的光照时间及光照强度，因此非南向阳台无法满足果实孕育的条件，不建议栽种该类植物。观花类植物需要较强的光照与日照时间，可通过适量补光照明的形式提高其开花可能性。当然，仅根据以上排列方式不足以使有些植物获得应有的光照时间和光照强度，一般都需要增加人工补光。植物都有生长期及休眠期，生长期可采用补光手段提高其生长质量，休眠期可停止补光，具体可根据植物特性与养殖经验进行适当调控。

向阳而生的向日葵

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