作者：郭丽彬

目前我国耕地面积已经下降到18亿亩，比印度少7亿亩，比美国少10亿亩。改革开放以来，随着城市建设及工业用地，我国耕地面积减少了3亿亩。为了保证粮食安全，我国划定了18亿亩的耕地红线。今天的农业，种植业仍然遵循着播种、育苗、生长、繁殖、收获的规律。农业生产的过程仍然是一个生命物质的培育过程，这个培育过程在自然环境中进行，受到了自然环境的严苛限制。人类为了摆脱自然环境的制约，摆脱对可耕地的依赖，采用机械化流水作业，形成集约、高效的生产方式，植物工厂应运而生。植物工厂起步于欧美，而我国从2016年开始，植物工厂在中国蓬勃兴起。

众所周知，绿色植物生长主要依靠的是光合作用。光合作用是将绿色植物通过吸收太阳的光能，将二氧化碳和水合成有机物，并释放氧气的过程。天然光的太阳光谱可以覆盖波长从290nm-5000nm（图1），波长短于290nm的紫外线光在透过大气层时会被大气层中的臭氧吸收掉。而现在植物照明工厂所采用的光源均为LED光源，目前LED光源的光谱（图2）在490-505nm存在光谱空缺，而这一块光谱恰恰是青光光谱。同时，植物照明用的LED光谱在短波的紫外波段也存在缺陷，这一现象已经被大家所认识到。

图1 太阳光谱

图2 LED灯光谱

光谱对植物的光合作用的影响比较明显的有紫外线和可见光。紫外线有紫外线UVA（波长320~400nm）、紫外线UVB（波长280~320nm）和紫外线UVC（波长200~280nm）。紫外线UVB的光可以提高叶片抗氧化酶的活性，增强自身抗氧化活性。同时低剂量的UVC可以诱导植物产生抗病性，UVC波段的光大自然是不存在的，只能通过人工制造获得。经紫外光照射的植物其茎粗、叶绿素增加、茎叶有花青素存在，花朵易产生色等特征，特别在花卉培育上有较好应用前景。可见光（波长400~700nm），如蓝光、绿光、黄光及红光，即光合作用的活跃区，是植物用来进行光合作用的最重要可见光部分。在光合作用中，植物对光谱最大的敏感波段为400~700nm，此区段光谱通常称为光合作用有效能量区域。植物主要吸收红光和蓝光来进行光合作用，绿光和黄橙光等微量光则参与植物生长的其它代谢过程，植物对于红光光谱最为敏感，对绿光较不敏感。近红外线（波长780~3000nm）的光基本上对植物是没有用的，它只会产生热能。

图3 光谱

目前植物照明行业有以下几种方案：1.多种单色光组合方案；2.全光谱方案；3.以全光谱白光为主，提高光谱的有效性。近年来国内一些LED厂家开发660nm及730nm单色光，采用红蓝光比例等光配方。同时结合高光效的白光产品，针对不同植物采用不同的光谱配光方案。植物照明正是根据不同的光来对植物进行照明，达到高效培育植物的作用。

图4 植物照明工厂

植物照明工厂可以实现农业走进室内，并实现多层种植、昼夜生长。同时，可以满足不同农作物在不同生长阶段的光需求。植物照明在育苗方面，可以引入短波段的深紫外光，可大幅提升幼苗光合能力和水分利用效率，可增加茎粗、干重、根冠比和壮苗指数。但这项技术的广泛应用，需要依赖AlGaN基宽禁带材料的缺陷改善及可靠性提升等技术的不断进步。

相信未来的不久，我们餐桌上的水果蔬菜大都是室内的植物照明工厂“生产”出来的，味道会不会更好呢？