光照强度、光周期和光分布

  一天之中，白天和黑夜的相对长度称为光周期，植物对白天和黑夜相对长度的反应，称为植物的光周期现象。一般日照时间长短影响植物的形态建成、生物量积累、器官形成和开花等一系列生理现象。光照时间过短，植物无法进行充分的光合作用，造成生长缓慢、徒长、瘦弱等生长问题出现，也会导致一些植物无法成花。多数植物工厂的植物来说，每天给予14-16小时的光照，8-10小时的黑暗，即可满足生长发育的需要。

  依据植物开花对于日照时间的反应，人们将植物分为长日植物(须大于12小时的光照时间才能开花)、短日植物(小于10小时的光照时间才能开花)和日中性植物(开花对光照时长不敏感)。因此植物工厂补光需根据采收要求，合理的对植物进行补光时间的处理。

  植物工厂的光照分布一般多为顶光照系统，光源置于培养容器上方30-40cm处，光垂直照射下方的植株。顶光照垂直照射的方式便于日常操作和管理，但当随着植物株高的增长，冠幅的增大，大量的光被高的植株中途挡截，仅有少量的光可被植物的下部叶片吸收利用，这样导致一些植物种类不能够很好的生长发育。采用侧光照系统可以极大的提高光能利用效率，侧光照系统的光能利用效率是垂直光照系统的3-5倍。

  侧光照系统中的植株较顶光照系统的植株节间更短，植株不徒长，且植株的叶片数量较多，植株长势较好。但目前侧光照系统应用于生产还不成熟，不便于目前的植物工厂自动化生产管理，且成本较高。

  在日常生产中，人们通过多种方法提高植物工厂顶光照系统的光能利用效率。调整顶光照系统的光照方向，可以减少光的散失;在灯管上方布置反光材料，使光反射变为向下的光，使植株的光照增加40-50%，在或者侧面布置反光材料，可以使部分散射光变为侧光被植物侧面吸收利用。

  太阳光中的光谱极宽，但可以被植物有效吸收利用的光谱波长是非常有限的。一般认为，太阳光中280-800nm波长范围的光是植物可吸收利用的光，这部分光影响着的植物的生长发育。而这个波段中，起主要作用的是蓝光波段(400-500nm)和红光波段(600-700nm)。

  红光波段是叶绿素最强的吸收光带，对植物有着最强的光合效应，红光有利于大部分植物的干物质积累，增大植株的叶片面积，加快植株叶片的生长速率。通常红光与远红光(700-800nm)共同作用于植物的光敏色素(phytochrome)，调节着植物的光形态建成。适当增加远红光的比例，可促进植株茎的生长。

  蓝光波段是植物进行光合作用的次高峰区，是植物叶绿素和类胡萝卜素的强吸收带，对植物的生长和生物量的积累亦有调控作用。蓝光可提高植物幼苗的根系活力，提高根系对养分的总吸收面积和活跃吸收面积，有利于植物根系的生长发育。

  除去红蓝光波段，植物对其他波段的光的吸收利用较少，因此对于植物形态和生理影响较小，但对植物生长也会产生不同效果的影响。例如，UV-B (280-320nm)会导致植物色素褪色;UV-A (320-400nm)影响植物的光周期效应，抑制茎的伸长;远红外(700-800nm)影响着植物的发芽和开花，黄绿光(500-600nm)可促进植物的光合系统的光合效率。

  以往的研究发现，在植物的生长发育过程中，一般单色光不足以保证植物的良好生长，复合光可以有效解决这一问题。适度提高复合光中红蓝光源的比例，可促进植物工厂中种苗的生长发育，改善植株长势。

  目前为止，植物工厂使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯和发光二极管(LED)。早期的植物工厂多使用采用高压钠灯用于植物的补光，但其光谱缺少植物生长必须的红蓝光谱，发热量较高，功率高，不利于多层立体栽培。荧光灯的发射光谱范围可在350-750nm之间，光谱性能较好，较高压钠灯相比，发光效率更高，功率较低，但其红光光谱波峰值较低，一般在植物培养时需增加红光光源进行补光处理。

  LED是目前植物应用最为广泛的人工光源，LED可散发植物所需要的各种单色光，根据生产需要，可进行不同光谱的组合，满足植物的生长发育对于光谱的需求;作为冷光源，它具有散热量小的优点，可以很好的用于植物工厂的多层立体栽培;电能转换效率也较高，节电效果为荧光灯和高压钠灯的数倍;同时兼具环保、寿命长、少维护等特点，因此是目前植物工厂应用较多的主流光源。