这两个波段都不是作物完成生命周期所必需,也都不是免费的增产项。它们都会改变植株的生长方式,而且都取决于剂量。
如今植物灯的推广文案里,紫外光常被说成能提高树脂类物质、远红光常被说成能增产,两者往往并列出现,仿佛出自同一套机制。事实并非如此。远红光通过一条已被清楚描述的、与短波光的协同关系直接参与光合作用;紫外光更多是信号与胁迫因子,其有用效应落在一个很窄的剂量窗口里。分清这一点,才不会为在特定作物上毫无作用的灯珠付钱。
光合有效辐射按惯例定义为 400 至 700 nm,量子传感器的响应曲线也是按这个定义做的。这条边界是约定,不是物理上的断崖:叶绿素在 700 nm 之外仍有吸收,也有研究主张把 700 至 750 nm 的远红光光子纳入修订后的定义,通常称为扩展 PAR 或 ePAR。2 实际含义是:灯具标出的 PPFD 数值,对它在 700 nm 以上发出的光完全沉默——而远光灯珠恰好工作在这一段。
经典观察是这样的:单独用远红光照射时,光合效率很低;但在较短波长的光之上叠加远红光,量子产额会超过两束光各自单独作用之和。这就是 20 世纪 50 年代被描述的埃默森增效效应,它反映的是两个光系统串联工作的关系:当偏重驱动其中一个光系统的光,与驱动另一个光系统的光同时存在时,整体效率更高。1
由此得到的第一条实用结论是:远红光应当作为光谱的"加法"来评估,而不是用它替代原有成分。关于远红光效应的综述把短期光合增强与长期形态发育效应区分开来,两者并不总指向同一个方向。1 当供应商给出远红光的增产数字时,值得追问的是:加了多少、与其余光谱的比例是多少、加在光周期的哪个阶段。
远红光同时携带信息。光敏色素在红光吸收型与远红光吸收型之间切换,两种形式的比例告诉植株:它是在开阔天空下,还是在叶层之下——后者红光被滤去、远红光相对富集。偏低的红/远红比通常触发避阴反应:茎伸长、节间变长、叶片变薄。
这就是为什么远红光既是光合工具,也是形态工具。在郁闭的冠层里,这个信号本来就存在;再额外加远光灯珠,可能把徒长推得更远。反过来,在光周期末段撤掉远红光,是一些育苗者用来保持苗型紧凑的手法。两个方向都不是普适正确的,反应在不同物种、甚至不同品种之间就有差异。
紫外辐射习惯上分为 UV-B(280 至 315 nm)与 UV-A(315 至 400 nm)。园艺综述描述了一组在低剂量下相当一致的响应:抑制伸长、茎变短、叶片变小,叶片增厚、蜡质增多,次生代谢物增加。3 这些是品质与形态效应,不是光合效应,也正是"受控胁迫"想要得到的结果。
剂量更高时,同一波段会损伤光系统 II、蛋白质与 DNA。紫外光不存在像矿质元素那样的缺素症,这恰好是"植物是否必需"最清楚的答案:完成生命周期并不需要它,但某些作物会对受控剂量作出有益响应。这份响应是否值得多花的电费与必要的安全管控,是商业判断,而非生理必需。
| 波段 | 主要吸收者 | 已记录的响应 | 证据强度 | 实用提示 |
|---|---|---|---|---|
| UV-B,280–315 nm | UVR8 受体、DNA 与蛋白质 | 低剂量下叶片增厚、蜡质与类黄酮增加;高剂量下组织与 DNA 损伤 | 剂量反应描述清楚;增产效果未获证实 | 不能作为增产手段;仅在可控剂量并配备眼与皮肤防护时使用 |
| UV-A,315–400 nm | 叶绿素吸收尾端、隐花色素、向光素 | 形态与次生代谢变化,随剂量与时长而不同 | 不同物种与剂量下结果不一 | 在生产光谱中很少值得专设灯珠 |
| 蓝光,400–500 nm | 叶绿素 a/b、隐花色素 | 气孔开放、株型紧凑、向光性 | 强 | 几乎所有白光或全光谱中都已包含 |
| 红光,600–700 nm | 叶绿素 a/b、红光吸收型光敏色素 | 许多作物光合作用的主要驱动力 | 强 | 多数园艺光谱的核心 |
| 远红光,700–750 nm | 远红光吸收型光敏色素;光系统 I | 与短波光叠加产生埃默森增效;触发避阴信号;在 ePAR 中计入贡献 | 光合机制证据强;形态效应因作物而异 | 在需要控制株高时,宜独立可调地添加 |
常规量子传感器在 700 nm 处截止,因此一个额外补充了远红光的种植间,测出来的数值会低于植株实际利用到的光。由此产生两个实际后果。其一是:在补充远红光的房间里,用标准表算出的 DLI 是偏保守的数值,直接与没有远红光的房间比较,会高估两者在供光上的差距。其二是:使用远红光时,应把光谱与 PPFD 一并记录,否则后续在批次之间或房间之间做对比时,依据的就是一个不完整的数字。
不是。多数作物在没有紫外辐射的条件下也能完成生命周期。紫外光主要起信号与胁迫作用:低剂量下使叶片增厚、蜡质与次生代谢物增加,高剂量下则损伤光系统与 DNA。它是一支有剂量窗口的工具,而不是必须补充的养分。
当远红光叠加在短波成分充足的光谱上时,可以提高光合量子产额,即埃默森增效效应。这份增益最终变成产量还是变成徒长,取决于作物、施加时段与红/远红比例,因此结论因作物而异,不能当成通用规律。
不能。常规 PAR 传感器响应范围是 400 至 700 nm,到 700 nm 就截止,远红光光子对它不可见。若灯具含远红光,应索取光谱图与扩展波段(ePAR)数据,而不能只看 PPFD 一个数。
剂量足够时会。同一波段在低曝光下触发有益的硬化反应,在高曝光下则造成组织损伤;阈值随物种以及植株已适应的程度而变化。应逐步加量,并把紫外灯具同时当作职业安全事项管理。