近年来，随着科学技术的快速发展，新型人工光源不断涌现，其光谱成分也得以逐步优化。LED光源的问世被认为是园艺生产中一场革命性进展。LED光源具有单色光、节能、可控性好、使用寿命长等特征，单色LED组合后可形成植物需要的光谱。因此，LED光源被认为是植物生产中最为理想的人工光源。深入了解LED光源及其光谱成分调控作物生长特征，对LED在园艺生产的推广应用具有重要意义。
LED光源将为调控设施条件下光谱环境提供快捷精准的途径
光是自然界中影响植物生长最重要的环境因子。众所周知，光为植物光合作用提供源动力。除此以外，光也影响植物生长发育。如光强、光质（光谱）、光的方向、光周期的日变化和年变化等均可以影响种子发芽、幼苗建成、成年植物的形态结构以及从营养生长到生殖生长的转化等。光对植物生长发育的影响在很大程度上取决于光谱环境。
现实生产中，为了调控园艺作物生长，人们通常采用一些辅助措施来改变设施条件下的光谱环境而达到其目的，如通过不同遮阳网或人工补光等措施来改善植物光环境。LED人工光源的问世将为调控设施条件下光谱环境提供一个快捷精准的途径。
提及到光，人们通常首先想到的就是光对植物光合作用和干物质产量的影响。然而，在园艺作物生产中，这一思维定势具有一定的局限性。首先，很多园艺作物的市场价值不完全由产品的大小、数量或者重量决定的，园艺作物的外观和内在品质通常也起着很重要的作用。尤其对于高附加值的花卉作物来说，其市场价值完全由其外形决定，而光谱环境对植物的外在形态特征具有决定性作用，如为了培养高品质的盆栽花卉，可以通过提高红光/远红光比例来减少植物徒长，从而获得紧促型的株型以提高其市场价值。对于切花作物来说，通过光谱环境调控来控制花期（如图1）。因此，LED人工光源的问世为生产高品质的花卉作物提供了可能。
此外，近年来有研究报道称光谱环境也会影响果蔬作物的内在品质，如番茄果实生长在红蓝光环境下可提高其维生素C的含量（如图2），但有关利用光谱变化调控果蔬内在品质尚处于初步研究阶段。
图1 LED光源应用于非洲菊生产
图2 LED光源调控番茄品质
利用LED光源的冠层补光研究
光在作物冠层中分布很不均匀冠层顶部接受的光强远远高于中下部。因此，占据冠层总叶面积80%左右的中下部叶片对整株植物的光合作用贡献很小。另外，由于植物叶片光合作用随光强升高呈饱和曲线趋势，因此，顶部叶片接受的高光强其光能利用较低。这些现象导致传统的顶部补光措施光能利用率很低。LED光源的问世为解决这些问题提供了可能。由于LED是冷光源，可以近距离的接触植物组织而不被灼伤。
近年来，科研工作者利用LED光源开展了一系列的冠层补光研究（如图3），由此来解决光在冠层分布不均匀的问题，从而提高光能利用率。荷兰学者初步证实利用LED 冠层补光可以提高番茄产量15%左右。尽管LED冠层补光效果显著，但在其应用中也存在一些问题，如植物叶片容易扭曲褶皱等，从而影响冠层光合作用，这可能是由于光质配比未达到植物最佳的需求所导致，因此，进一步研究解决这些问题将会发挥LED冠层补光的最大潜能。
图3 LED光源冠层补光
LED光源对干物质产量的影响
在光生物学研究中，光合作用和植物形态特征通常被区别对待。然而，从植物干物质生产角度出发，它们之间又有着密切的互作关系。光形态建成对植物的形态结构有着重要的影响。植物形态结构决定着植物冠层的光截获能力，从而影响植物光合作用和干物质产量。相反，光合作用又为植物形态结构的形成提供能量物质。
光质影响植物干物质产量体现在两个方面：一方面，光质可以直接通过影响叶片光合作用来影响干物质生产，因为在光强一致、不同光谱条件下植物光合能力是不同的。因此，不同的人工光源即使在光强一致的条件其干物质产量也不一样。另一方面，光质也可以通过影响植物形态结构来影响冠层光截获能力，从而间接的影响干物质产量。
荷兰学者Hogewoning博士以黄瓜幼苗为实验材料开展了一系列实验证实了这一论断。他们发现，高压钠灯和荧光灯下种植的黄瓜幼苗其干物质产量远低于LED模拟自然光谱的人工光源下干物质产量，而叶片单位面积的光合能力却没有受到影响。实验开展13天后，LED模拟自然光谱的人工光源下干物质产量是荧光灯下干物质产量的2.3倍，是高压钠灯下干物质产量的1.6倍。这一现象主要归咎于各处理下植物形态结构发生了变化（如叶面积，叶柄长度）。
在LED模拟自然光谱的人工光源条件下植物形态结构更有利于冠层的光截获。这一结果进一步证实可以通过调控LED人工光源的光谱成分来影响植物形态结构，从而影响植物整体光合作用而不影响叶片单位面积的光合能力。这些研究案例说明了不同人工光源其光谱成分的差异可引起植物光形态建成的变化，从而影响植物光合作用和干物质产量。很明显，自然光谱条件下植物干物质产量远高于人工光源条件下的干物质产量，这也暗示当前改进人工光源光能利用效率还有非常大的空间，尤其是要考虑光谱环境对于植物光形态建成的影响。
随着人工光源在设施条件下的普及应用，植物生长的光环境也发生了巨大的变化。这一变化对植物生长的影响是多方面的，如光合作用、光形态建成、干物质产量以及植物产品的外在和内在品质等。对于大部分园艺作物来说，传统人工光源和当前新型LED光源 (以红蓝光源为主) 所提供的光谱环境远未满足植物生长最佳需求的光环境。然而，LED光源的出现为进一步优化设施条件下人工补光的光谱环境提供了可能。为了能够开发和充分利用这一新型光源的潜能，有关LED光源调控作物生长的机理还需深入研究。——摘自《半导体照明》第九期（文/李涛 杨其长 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所）
