植物生理 · 设施园艺
光照强度如何影响作物蒸腾与 VPD？种植室水汽平衡详解
先给结论
提高光照强度确实会增加蒸腾，但两者不是直线关系。光照一方面提供把水变成水汽所需的能量，另一方面又打开让水汽出去的通道；与此同时，光照让叶片升温，若周围空气偏干，气孔又会重新收小。结果是：在作物负荷最重的时候，每增加一份光所对应的耗水反而下降，而叶温还在继续爬升。
这也解释了两个种植室即使 PPFD 相同，耗水量却可能差很多：真正的控制变量是空气的饱和水汽压差（VPD）、叶片与空气的温差、以及掠过冠层的风速，而不只是灯具参数。
为什么光照是水分散失的第一驱动力
植物吸收的水几乎全部以水汽形式从气孔散出。驱动力来自浓度差：叶片内部细胞间隙接近饱和，室内空气则不然，水汽沿着这个梯度向外扩散，梯度的大小就是 VPD 所度量的东西。
光照通过两条路径介入。第一条是能量：被吸收的光合有效辐射如果没有被固定成碳水化合物、也没有以显热散出，就会以潜热形式耗散。在多数种植室运行的 20–25 ℃ 区间，水的汽化潜热约为 2.45 MJ/kg，因此 1 MJ 吸收辐射大致可蒸发 0.41 升/平方米的水。对灌溉良好的温室作物，常被引用的经验值是：吸收的短波辐射中有 50–70% 用于潜热，而不是用来加热空气。
第二条是信号：光周期开始时气孔张开由光照触发，其中蓝光部分尤其有效。在黑暗中待了十小时的冠层不会在开灯瞬间全部张开，导度需要几分钟才建立起来。
气孔对光照与干燥空气的响应节律相近
这两种响应不是两套彼此对抗的系统，而是作用在同一批保卫细胞上。Grantz 与 Zeiger 在甘蔗和大豆上的经典对比显示，气孔对光照的响应与对叶—气水汽压差的响应具有相似的动力学特征（Plant Physiology，1986）。实践含义是：光照阶跃会产生一个过渡过程——导度先上升、叶水势下降，随后气孔稳定在一个同时反映光强与空气干燥程度的开度上。
对种植者而言，这意味着突变式的加光比缓变更伤作物。在一分钟内从 200 提到 800 μmol·m⁻²·s⁻¹，等于要求作物同时完成"张开"与"自我保护"两件相反的事。
用数字说话：从 PPFD 到每平方米升数
下表把冠层光子通量换算成可预期的水负荷。它是规划估算而非实测值：PAR 辐照度按常用系数 4.57 μmol·m⁻²·s⁻¹ 每 W·m⁻² 由 PPFD 推算，并假设入射 PAR 吸收率 90%、其中 60% 转为潜热、光周期 16 小时、汽化潜热 2.45 MJ/kg。由于风速、叶面积指数与作物种类不同，实际房间通常围绕这些数值上下浮动约 ±30%。
| 冠层 PPFD（μmol·m⁻²·s⁻¹） | 16 小时 DLI（mol·m⁻²·d⁻¹） | PAR 辐照度（W·m⁻²） | 潜热通量（W·m⁻²） | 耗水（L·m⁻²·d⁻¹） |
|---|---|---|---|---|
| 200 | 11.5 | 44 | 24 | 0.8 |
| 400 | 23.0 | 88 | 47 | 1.7 |
| 600 | 34.6 | 131 | 71 | 2.5 |
| 900 | 51.8 | 197 | 106 | 3.7 |
最后一列应理解为灌溉与除湿系统需要承担的负荷，而不是推荐值。在湿度较高的温室里，900 μmol·m⁻²·s⁻¹ 的番茄可能超过 3.7 L·m⁻²·d⁻¹；而在补充 CO₂ 的密闭室里，同样光强下的耗水往往低于该值，因为高浓度 CO₂ 会让气孔部分关闭。
叶温：你没测到的那个 VPD
室内 VPD 是由气温和相对湿度算出来的，而作物响应的是叶片内部与空气之间的梯度，叶片内部处于叶温。在 500–800 μmol·m⁻²·s⁻¹ 下，即使使用几乎不辐射红外线的 LED 灯具，叶温通常也比气温高 1–3 ℃。
一个可复算的例子：气温 24 ℃、相对湿度 65% 时，饱和水汽压为 2.99 kPa，空气 VPD 为 1.05 kPa。若叶片比空气高 1.5 ℃，其内部饱和水汽压为 3.28 kPa，叶—气 VPD 约为 1.34 kPa——比控制器显示值高约 28%。这正是"房间读数正常、作物却在正午萎蔫"最常见的解释。
一台红外测温仪是种植室里最便宜的诊断工具。在冠层上、中、下三层，分别于上午、正午、傍晚各测一次，与空气传感器读数对照。若叶气温差随光周期不断拉大，问题通常出在气流，而不是除湿能力。
在密闭种植室里这意味着什么
- 除湿本质上是潜热负荷问题。表 1 中的水必须以冷凝水或排风形式离开房间。100 平方米冠层在 600 μmol·m⁻²·s⁻¹ 下每天释放约 250 升水，相当于约 7 kW 的持续潜热负荷，而不是靠一台小壁挂机应付的峰值。
- 灌溉频次应跟随光积分，而不是时钟。按每天四次设定的方案在 12 mol 的房间里够用，放到 35 mol 的房间里就会缺水；遇到连阴天则反过来过灌。
- 钙与硼的运输依靠蒸腾流。当高 VPD 在一天中最热的时段让气孔关闭，即使基质是湿的，通往生长点的水流也会减弱——生菜干烧心、番茄脐腐病就是常见表现。
- 气流是光配方的一部分。边界层导度随风速上升，在同样 VPD 下提高蒸腾，同时压平叶温梯度。循环风扇不只是防霉措施。
半小时自查自己房间的做法
- 在冠层高度、按实际安装高度与调光档位，至少在中心、边缘与角落三个位置测 PPFD。
- 在冠层高度（而不是回风口）记录气温与相对湿度，用上式算出 VPD。
- 用红外测温仪测完全受光、完全展开的叶片，记录光周期开始、中点、结束时的叶气温差。
- 把每日水量（灌溉进水与回液）与表 1 的估算对照。若偏差超过约 30%，通常说明你所种作物的潜热比例或吸收率假设不成立。
- 最后才调整：先动气流，再动 VPD 设定，最后动灌溉频次，且每次只改一项，才能判断效果归因。
关于发布者
XineLam 是一家拥有 17 年 LED 照明行业经验、300+ 项专利（中国及海外）的 LED 照明制造商，为温室、垂直农场与研究型种植室设计并生产 LED 植物生长灯、线性园艺灯具与可调光驱动组件。工程工作覆盖光谱选择、热设计与驱动调光特性——这三项决定了灯具装进房间之后的实际表现，而不只是样本页上的数字。
常见问题
PPFD 翻倍，耗水量也会翻倍吗？
不会。只有气孔保持张开时，耗水才大致随光照线性上升。当叶—气 VPD 超过约 1.5 kPa，气孔会部分关闭，每增加一个微摩尔所多耗的水随之下降，曲线变平，而叶温仍在上升。
种植室的 VPD 应该控制在多少？
多数温室与室内作物在光期控制在 0.8–1.2 kPa，暗期 0.4–0.8 kPa；叶菜与育苗阶段常取略低值。这些只是工作区间，具体应结合作物种类、温度与风速，并以该作物的推广或研究资料为准。
为什么叶片温度高于空气温度？
被吸收的光如果不能转化为糖分或潜热，就只能以显热形式离开叶片，因此叶温高于气温。在 500–800 μmol·m⁻²·s⁻¹、通风良好的条件下，叶气温差通常在 1–3 ℃；风速不足或光强更高时差值会扩大。
补充 CO₂ 会改变蒸腾吗？
会。CO₂ 浓度提高后，植物用更小的气孔开度就能固定同样多的碳，单位叶面积的气孔导度与蒸腾通常下降。随之下降的还有除湿负荷，但向生长点输送钙的水流也会减弱。
参考资料
- 联合国粮食及农业组织。作物蒸散量：计算作物需水量的指南。FAO 灌溉与排水第 56 号文件，罗马。
- Grantz, D. A. 与 Zeiger, E.（1986）。Stomatal Responses to Light and Leaf-Air Water Vapor Pressure Difference Show Similar Kinetics in Sugarcane and Soybean。Plant Physiology 81: 865。
- Greenhouse Grower。Two Ways to Determine Vapor Pressure Deficit in the Greenhouse。