植物光照知多少

【「全日照」「半日照」其實是錯誤的觀念】

常遇到有人問：「我家的陽台只有半天日照，可以種某某植物嗎？」這種就是受到「全日照」、「半日照」的錯誤說法誤導。
討論種植問題前要先有個基本認知：所有植物原本都是在大自然中歷經了億萬年「物競天擇」的演化而適應了自然環境，不需要人為照顧就能生機蓬勃，所以自然的生態環境就是種植最好的老師。在大自然界中，太陽不會是出來半天或全天，所以植物適應的光照也不會是全天，最多也只是因為生長緯度不同、適應季節變化而受長日照與短日照影響的不同生理變化。所以「全日照」、「半日照」說法其實是對種植與基本自然生態缺乏認知而憑空想像出的牽強附會說法，正確的說法應該是對光照」需求的強弱高低需求不同。

【對植物光照需求的基本認知】

植物的能量來自光合作用、所以對光照的需求就相當於動物對熱量的基本需求，討論光照需求前應該先要認識三個基本名詞：

光補償點：
動物有所謂的「基礎代謝率」，也就是即使是整天睡覺不動、都需要一定的熱量才能滿足基本的新陳代謝需求，如果每天攝取的熱量少於「基礎代謝率」就會不斷消瘦虛弱而無法維持長久的健康、甚至無法維持生存。
同樣的，植物即使是不成長也有滿足基本新陳代謝所需的基本能量需求，滿足基本需求的最少光照量就稱為「光補償點」，少於這個強度的光照量就會逐漸耗盡體內儲存的能量而最終導致虛弱死亡。
一般植物的「光補償點」大多在8小時平均光照 5,000 lux 左右，而一般所謂的「半日照」植物應該說是「低光照需求」植物或是「耐陰植物」、「光補償點」大多只在3000 lux左右，這是靠著減緩新陳代謝速度來降低對能量的消耗而能忍受較少的光合作用（就好像蛇或鱷魚等冷血動物的新陳代謝較低、所以可以長達數週或一個月只吃一餐），所以耐陰植物大多生長比較緩慢，反過來說「長得快就得吃的多」，生長快速的植物對能量需求一定比較高、所以需要的光照強度也一定比較多。
光飽和點：
從另一方面來說，動物的食量有限、所以能攝取的熱量有一定的上限，同樣植物能吸收的光照的量也有一定的上限，這個上限就稱為「光飽和點」，也可以說是植物的「最大食量」。普通植物的「光飽和點」大多在 30,000 ~ 50,000 lux左右，而屬於「強光照需求」的植物如玉米、西瓜、蕃茄等的「光飽和點」高達70,000 ~ 90,000 lux左右，對屬於「弱光照需求」的植物如萵苣類的光飽和點則只有 20,000 ~ 30,000左右，而有些「耐陰植物」的「光飽和點」則往往只有 5000 ~ 15,000 lux左右。
實際上夏日正午無雲時的陽光最高可超過 100,000 lux 以上，遠超過大多數植物的「光飽和點」，也就是植物根本「吃不完」，而對於光照需求低的植物來說，當光照過強之下不僅光合作用效率反而會降低，還會因陽光中的強烈紫外線傷害而造成「曬傷」。〔註：紫外線會破壞包含有機物在內的碳化合物，所以對動物、植物甚至塑膠等都會造成破壞，所以植物和人的曬傷同樣都是因為紫外線破壞造成的，而人對抗紫外線是在皮膚中產生黑色素，植物則是靠花青素，也就是人曬多了會變黑、植物曬多了則會增加花青素而變紫、變紅或變成深綠色〕
二次代謝物－光照不足的影響：
植物在光合作用下將能量儲存在葡萄糖等碳水化合物中，稱之為「一次代謝物」，再利用分解碳水化合物的能量加上所吸收的氮磷鉀鈣鎂硫鐵銅鋅錳鉬氯硼等營養素再進一步轉化成各種生理上所需的物質，稱之為「二次代謝物」，這其中包含了生長所需的各種細胞質、激素與抗菌抗蟲物質，所以在光照不足下，植物沒有多餘能量來產生抗病抗蟲物質下就會虛弱而容易出現病蟲害。

〔註〕由於光的能量隨波長／顏色的不同而不同、波長越短能量越高，再加上植物對不同波長／色光的吸收效率也不同，同樣照度但不同色光組成的光照在植物上可能會有很大的效果差異，所以在專業上通常以「光通量密度（PPFD或μmol/m²s）、也就是光照中所含的總能量為準，但這涉及了對光照中不同波長的組成比例與相對能量的計算積分，一般人缺乏專業儀器難易測量，所以在此還是以照度（lux）作為參考值。

【全日照／半日照容易出現的謬誤】

人的熱量攝取看的是每天攝取的總量，同樣植物光合作用產生的能量也是看每天的總量，如果是以「全日照」、「半日照」的錯誤觀念來看，可能出現一種狀況：
假設某一植物的「光飽和點」只有 30,000 lux，在高達 100,000 lux 的強烈日照下曬了4個小時，實際上能吸收的也只有 30,000 lux 乘上4小時；而另一株植物則在非直接日照但明亮的 20,000 lux 下8小時，則很明顯後者一整天累計下來光合作用量會高於前者。

所以對植物光照的評估標準通常以一天8小時的平均照度為準，在上面的案例中，「光飽和點」 30,000 lux 在 100,000 lux 的直接陽光下4小時，則一天8小時平均下來，實際平均光照強度只有15,000 lux，另一株在 20,000 lux 的光照下8小時，則平均光照強度為 20,000 lux，結果當然後者會生長得比較好（而且還不會有曬傷的問題）。

【如何測定光照強度與決定適合的植物】

標準的測試儀器是以稱為「光積分球」的半圓形的球體、可同時接受各個不同方向的光照強度來顯示出綜合的平均值，一般人沒有這種儀器，但現代的手機都有「傻瓜相機」功能，附有光感測器來感測光線強度而自動調整光圈，只要下載「照度計」或Lumination Meter／lux Meter」之類的APP即可顯示光照強度，但因為手機只會測定單一方向的光照強度，所以要轉動測定各個不同方向的光照強度來估算，加上早、午、傍晚等不同時段的變化來估算環境光照的條件。

一般來說，上述測出來的光照強度如果「8小時的平均照度」有達到 20,000 lux 以上就可適合大多數被稱為「全日照」的植物，達到 30,000 lux 即可適合需要強光照的植物，10,000 ~ 20,000 lux 則適合弱光照（半日照）的植物， 5,000 ~ 10,000 lux 適合生長緩慢的耐陰的植物，如果低到 5,000 lux 以下就只能種植不需要光合作用的菇蕈類，或是利用人工光源來另行補充了。

【附記：「植物燈」的迷思】

「亮不亮」非常有關係：
很多人都以為光照不足，只要用了「植物燈」就能讓植物生長良好，這又是犯了「看到名字叫『劉德華』就認定是帥哥」、而不用大腦思考的通病。
只要用點基本邏輯想就應該知道：如果植物在自然光下都還得看光照強度夠不夠，憑甚麼有了「植物燈」這個名字就可以不管強度夠不夠？植物的光合作用不會管你是太陽光直射、散射，也不會認那些「蝦米碗糕燈」，只要是波長對了、強度（能量）充足就能進行，反過來說如果光照強度不足、植物無法有足夠的光合作用取得能量就是會「鬧飢荒」。（這就像人不管是吃自然食品、還是吃什麼太空外星超級食品，都還是得看所能攝取的熱量有多少）
「植物燈」與一般燈的差別：
人不會因為把名字改為「劉德華」就變帥，同樣燈也不是廠商取名加上「植物」兩個字就一定能讓植物生長良好。根據研究結果，植物能進行光合作用的各種色素（葉綠素只是其一）對紅光與紅光的吸收率特別好，對綠光的吸收率則最差（紅藍光被吸收了、剩下綠色光不吸收而反射出來，所以植物看起來就是綠色的。），所以早期的植物燈就只有用藍色與紅色的LED搭配組成，相對於有個種不同顏色組成的白色光來說，效率自然比較高（就好像人吃高熱量的食品只要比較少的量就夠了，如果吃含有許多無法吸收雜質而熱量較低的食品就需要吃的更多），差別只在於用較少的電量就能滿足植物所需而已。
然而實際上就「植物光譜學」來說，進行光合作用主要靠的是紅光與藍光，但其他波長／顏色的光仍會少量吸收、也有一定的功能，這就好像植物需要的主要養分是氮磷鉀，但其餘微量元素也有一定的功能，甚至在植物健康上扮演了重要的關鍵，所以只有紅光與藍光的植物燈比起一般白色的光源除了較省電外未必能讓植物長得更好。
近年來由於投入「植物燈」研究的越來越多，所以開始有「全光譜」、也就是混和多種色光的「植物燈」出現，甚至有些還有加入適量的UV（也就是紫外線）光源，這樣的植物燈對植物來說才是能更兼顧能源效率與生長健康的真正「植物燈」。
〔註：如果分析一般LED燈的光譜，通常紅藍光的強度組成還是會比綠光多，所以如果只是使用一般照明用的LED燈，只要亮度足夠則未必會比光標示個「植物燈」而價格就要貴上許多的效果差多少〕
「植物燈」應該要多亮：
由於所謂的「植物燈」理論上是針對植物的需求，提高效率較高的紅藍光比率，所以在同樣的總強度下植物有更高的光合作用效率；反過來說就是在較低的照度下就能達到和自然光同樣的效果，所以對光照強度的標準可以比自然光低一些，一般來說只要能達到植物所需自然光照強度的50%~80%就夠了，實際上的數值則會因為廠商對不同色光配比的不同、不同植物對不同色光的利用率也有差異等而有不同。
顯色率－顧植物也要顧人：
不同物體所呈現的不同顏色決定於其所吸收與反射的光線而決定，例如吸收了藍、綠等各種光而只剩不吸收的紅光反射出來，物體就是紅色；吸收了藍色光、剩下不吸收的紅光與綠光反射出來就是黃色。但這前提是照射的光線中有完整的波長組成，如果光線中只有藍色與綠色光而沒有紅光，照射在原本是紅色的物體上，由於沒有紅光可反射，這個物體就會變成黑色了。在自然狀態下，人們習慣了陽光中含有完整的各種波長，所以照射出來的各種物體顏色最完整也最自然，而絕大多數人工光源都或多或少會缺乏某一部分而不完整，顯現出來的顏色就會與陽光下的顏色有所不同，這樣的差異就稱為「顯色率」。
前面說的早期「植物燈」只有紅藍光源，在沒有綠色光下照射出來的植物葉子會呈現黑色，周遭的各種物體顏色也會改變而顯得很詭異而看起來很不舒服之外，這樣的光線下對人類的眼睛也容易造成傷害。近年來的「全光譜植物燈」則除了前述顧及植物的完整需求外，也會適度增加植物並不是需求那麼多的色光而讓人的視覺上看起來更舒服。選擇植物燈時如果是只考慮效率與省電、不考慮人的舒適性下則可不需顧慮「顯色率」；但如果不希望長時間在觀察與照護植物下會有視覺上的不舒服，則建議犧牲點用電效率而挑選顯色率較高的為佳。