太阳辐射是许多不同波长的光波所组成，太阳辐射能随波长的分布我们称为太阳光谱。到达地面上的太阳辐射包括紫外线、可见光和红外线三个部分。在太阳光谱中，对于植物生活起很重要的是可见光部分（波长0.4~0.76μm），但紫外线（波长0.01~0.4μm）和红外线（波长0.76~1000μm）也有一定的意义。
科学试验证明，不同波长的光对植物生长有不同的影响。可见光中的蓝紫光与青光对植物生长及幼芽的形成有很大作用，这类光能一直植物的伸长而使其形成矮而粗的形态；同时蓝紫光也是支配细胞分化很重要的光线；蓝紫光还能影响植物的向光性。紫外线是使植物体内某些生长激素的形成受到抑制，从而也就抑制了茎的伸长；紫外线也能引起向光性的敏感，并和可见光中的蓝、紫和青光一样，促进花青素的形成。可见光中的红光和不可见光中的红外线，都能促进种子或者孢子的萌发和茎的伸长。红光还可以促进二氧化碳的分解和叶绿素的形成。
此外，光的不同波长对于植物的光合作用产物也有影响，如红光有利于碳水化合物的合成，蓝光有利于蛋白质和有机酸的合成。因此，在农业生产上通过影响光质而控制光合作用的产物，可以改善农作物的品质。高山或者高原地区的植物，一半都具有茎杆矮短、叶面积缩小、毛茸发达、叶绿素增加、茎叶有花青素存在，花朵有颜色等特征，这是因为在高山上温度低、再加上紫外线较多的缘故。
通过植被的光谱特征来调查植被分布的原理是什么？植被调查是遥感的重要应用领域。 以确定植被的分布、类型、长势为主。 植被判读的原理是植物的光谱特性。 不同的植物由于结构和叶绿素含量不同，具有不同的光谱特征，特别是近红外波段有较大的差别。 利用植物的物候差异也可区分植物类型，如冬季落叶树和常绿树很好区别。 利用植物的生态条件区别植物类型。如地形上的阴坡和阳坡，不同高度的地形部位，都分布着不同的植物类型 受病虫害的植物，结构和叶绿素含量发生很大的变化，尤其是近红外波段与健康植物区别很为明显。 作物的长势主要用植被指数来监测。 植被指数可用来建立农作物的估产模型。
1.卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。 植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证。 植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像。在该图像上植被为红色。
2. 利用植被的物候期差异来区分植被 冬季多数植物凋零 ―― 长年常绿植被; 同种植被在不同季节的波谱特征差异; 不同植物生长期的不同，光谱特征也有差异;
3. 根据植被生态条件的不同区分植物即植被的所谓综合地理环境(温度、水分、土壤类型、地形地貌等) 比如:(我国北方山坡的阴阳面差异性) 山地阴坡――易生长适应温度变化不大、湿度较 大的环境的植物; 山地阳坡――易生长适应温度变化大、湿度要求不高环境的植物;
例如:华北山地 阴坡――多为乔木
阳坡――灌木
山脊较缓的地带――草本植物
4.在高分辨率的遥感影像上，根据植被顶部及部分侧面形状、阴影、群落结构等区分植被类型 (1)针叶林(云杉林、松树林) 在比例尺为1:10000,1:15000的像片上，针叶林一般是深灰色颗粒状图型，随比例尺进一步小，表现为暗色调均匀的细粒状影纹。在比例尺大于1:10000的像片上，可以判读其树冠形态、特征，多数针叶林的树呈圆锥形或椭圆形。 (云杉、松树) (2)阔叶林(山杨、白桦) 其影像色调比针叶林浅，一般呈灰色和浅灰色颗粒状或粗圆粒状图型，在秋季像片上，不同树种的树冠颜色有较大差异，因而形成色调混杂的影像，山杨多呈白色，白桦呈浅灰色，树冠呈倒卵形。 (3)针阔叶混交林 兼具上述两者的特征，针叶林呈深灰色的细颗粒状，而阔叶林呈浅灰色，颗粒较粗，两者交错混生，有的林斑以针叶林为主，阔叶林为副，有的则反之。
高中生物问题光线光谱与植物光合作用的关系
近年来，光质对植物生长与形态的影响引起研究人员的重视。例如日本学界着重探讨LED单色光对组织培养苗的生长性状影响。以色列则以不同颜色的塑料布为披覆材料，探讨对于叶菜与观叶植物生长的影响。
光质与植物发育的关系，很著名的文献为“Photo morphogenesis in Plant”之论述资料，作者为R. E. Kendrick 与G. H. M. Kronenberg (1986年,Martinus Nijhoff Publishers) 。其资料如下：
光 谱 范 围 对 植 物 生 理 的 影 响
280 ~ 315nm 对形态与生理过程的影响极小
315 ~ 400nnm 叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长
400 ~ 520nm（蓝） 叶绿素与类胡萝卜素吸收比例很大，对光合作用影响很大
520 ~ 610nm 色素的吸收率不高
610 ~ 720nm（红） 叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响
720 ~ 1000nm 吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽
＞1000nm 转换成为热量
在2004年7（2）期的Flower Tech刊物，有篇文章讨论光的颜色对光合作用的影响。作者为Harry Stijger先生。文章的子标题表示通常大家认为光的颜色对于光合作用的影响有所不同，事实上在光合作用过程中，光颜色的影响性并无不同，因此使用全光谱很有利于植物的发育。
植物对光谱的敏感性与人眼不同。人眼很敏感的光谱为555nm，介于黄-绿光。对蓝光区与红光区敏感性较差。植物则不然，对于红光光谱很为敏感，对绿光较不敏感，但是敏感性的差异不似人眼如此悬殊。植物对光谱很大的敏感地区为400~700nm。此区段光谱通常称为光合作用有效能量区域。阳光的能量约有45％位于此段光谱。因此如果以人工光源以补充光量，光源的光谱分布也应该接近于此范围。
光源射出的光子能量因波长而不同。例如波长400nm（蓝光）的能量为700nm（红光）能量的1.75倍。但是对于光合作用而言，两者波长的作用结果则是相同。蓝色光谱中多余不能作为光合作用的能量则转变为热量。换言之，植物光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子数目决定，而与各光谱所送出的光子数目并不相关。但是一般人的通识都认为光颜色影响了光合作用速率。植物对所有光谱而言，其敏感性有所不同。此原因来自叶片内色素（pigments）的特殊吸收性。其中以叶绿素很为人所知晓。但是叶绿素并非对光合作用很好有用的色素。其它色素也参与光合作用，因此光合作用效率无法仅有考虑叶绿素的吸收光谱。
光合作用路径的相异也与颜色不相关。光能量由叶片中的叶绿素与胡萝卜素所吸收。能量藉由两种光合系统以固定水分与二氧化碳转变成为葡萄糖与氧气。此过程利用所有可见光的光谱，因此各种颜色的光源对于光合作用的影响几乎没有不同。
有些研究人员认为在橘红光部份有很大的光合作用能力。但是此并不表示植物应该栽培于此种单色光源。对植物的形态发展与叶片颜色而言，植物应该接收各种平衡的光源。
蓝色光源（400~500nm）对植物的分化与气孔的调节十分重要。如果蓝光不足，远红光的比例太多，茎部将过度成长，而容易造成叶片黄化。红光光谱（655~665nm）能量与远红光光谱（725~735nm）能量的比例在1.0与1.2之间，植物的发育将是正长。但是每种植物对于这些光谱比例的敏感性也不同。
在温室内部常常以高压钠灯做为人工光源。以Philips Master SON-TPIA灯源为例，在橘红色光谱区有很高能量。然而在远红外光的能量并不高，因此红光/远红光能量比例大于2.0。但是由于温室仍有自然阳光，因此并未造成植物变短。(如果在生长箱使用此光源，就可能产生影响。)
在自然阳光下，蓝光能量占有20％。对人工光源而言，并不需要如此高的比例。对正常发育的植物而言，多数植物只需要400~700nm范围内6％的蓝光能源。在自然阳光下，已有此足够蓝光能量。因此人工光源不需要额外补充更多的蓝光光谱。但是在自然光源不足时（如冬天），人工光源需要增加蓝光能量，否则蓝色光源将成为植物生长的限制影响因子。但是如果不用光源改善方法，仍是有其它方法可补救此光源不足问题。例如以温度调节或是施用生长荷尔蒙。
（附记）：
由BSE研究室对光源与植物组培养苗发育关系的研究结果，有两点结论与此篇文章相近：
一、光源的颜色并不影响光合作用速率，因此也不影响鲜重或干物重。影响光合作用速率的主要因子仍是光量与温度。
二、光质影响了组培苗的形态，例如组培苗节距长度（苗的高度），叶片叶绿素含量，地下物与地下物的比例等。 (中兴大学生物系统工程研究室 陈加忠)
植被的光谱特征是什么,简述遥感在植被研究的作用
植被光谱
植被在不同的波段，具有不同的吸收和反射光谱特征。在可见光波段内，在中心波长分别为0.45μm（蓝色）和0.65μm（红色）的两个谱带内为叶绿素吸收峰，在0.54μm（绿色）附近有一个反射峰。在光谱的中红外阶段，绿色植物的光谱响应主要被1.4μm、1.9μm和2.7μm附近的水的强烈吸收带所支配
中文名
植被光谱
性质
光谱
地面植物
具有明显的光谱反射特征
快速
导航
结构
特征
地面植物具有明显的光谱反射特征，不同于土壤、水体和其他的典型地物，植被对电磁波的响应是由其化学特征和形态学特征决定的，这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。
在可见光波段内，各种色素是支配植物光谱响应的主要因素，其中叶绿素所起的作用很为重要。在中心波长分别为0.45μm（蓝色）和0.65μm（红色）的两个谱带内，叶绿素吸收大部分的摄入能量，在这两个叶绿素吸收带间，由于吸收作用较小，在0.54μm（绿色）附近行程一个反射峰，因此许多植物看起来是绿色的。除此之外，叶红素和叶黄素在0.45μm（蓝色）附近有一个吸收带，但是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内，所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。
结构
在光谱的近红外波段，植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的

控制。健康绿色植物在近红外波段的光谱特征是反射率高（45%-50%），透过率高（45%-50%），吸收率低（5%）。在可见光波段与近红外波段之间，即大约0.76μm附近，反射率急剧上升，形成“红边”现象，这是植物曲线的很为明显的特征，是研究的重点光谱区域。许多种类的植物在可见光波段差异小，但近红外波段的反射率差异明显。同时，与单片叶子相比，多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率（高达85%），这是因为附加反射率的原因，因为辐射能量透过很上层的叶子后，将被第二层的叶子反射，结果在形式上增强了*一层叶子的反射能量。
叶绿体色素吸收光谱实验中，为什么采用665nm，649nm，470nm波长下测定植物叶片的？因为叶绿体中色素含有三种叶绿素，叶黄素，胡萝卜素，每种色素的吸光度是不一样的。所以有三种波长的光。
叶绿体是含有绿色色素（主要为叶绿素 a 、b）的质体，为绿色植物进行光合作用的场所，存在于高等植物叶肉、幼茎的一些细胞内，藻类细胞中也含有。叶绿体的形状、数目和大小随不同植物和不同细胞而异。
形态总述
在高等植物中叶绿体象双凸或平凸透镜，长径5~10um，短径2~4um，厚2~3um。高等植物的叶肉细胞一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%，叶绿体的数目因物种细胞类型，生态环境，生理状态而有所不同。
在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等等，而且体积巨大，可达100um。
叶绿体由叶绿体外被（chloroplast envelope）、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）三部分组成，它是一种含有叶绿素能进行光合作用的细胞器。叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。
林木光谱特性是什么？（spectral characteristics of forest trees）
（张玉贵）
单株木或林分在阳光辐照下，辐射总量的反射分量、透射分量和吸收分量的电磁波波长分布特性。林业遥感技术主要利用林木在电磁波长为0.4～2.6微米的反射特性，但林木在8～14微米的热辐射特性，以及在电磁波谱的其他波段的光谱特性，也可开发为林业遥感应用的范围。
林木光谱特性是林业遥感的物理基础。不同林木的反射特性或热辐射特性确实有一定显著性的光谱差异、空间差异及物候差异，这些差异被传感器记录在胶片或磁带上，用以识别和区分林木。林木光谱测定是指在地面或空中用光电仪器定量获得林木按波长分布的反射数据。按仪器的原理不同又分为连续（或近似连续）的光谱测定和与传感器匹配的宽通道式测定。前者主要用于对林木光谱做理论研究，后者用于预测和分析已获得的遥感数据。林木光谱数据对设计传感器，选定很佳遥感季节，指导林业分类方案，判读和分析遥感影象，都有重要意义。
20世纪60年代末到70年代初期，美国等曾进行大量植物叶的光谱测定。所用仪器是室内分光光度计，测定波长为0.4～2.5微米；以测定反射率为主，同时也研究吸收率及透射率；除了探索并测定影响植物叶光谱的各种变量外，还从理论上建立了多种解释反射机制的数学模型。这是光谱测定的*一阶段。在1972年以后，由于认识到室内对植物叶的测定与现场对植冠的直接测定有相当大的差异，光谱研究人员把室内分光光度计改装为野外分光光度计，用于测定植冠光谱。这一时期，欧美的研究人员同时对植冠结构、太阳角及观测角的影响做了进一步的探索。这是光谱测定的第二阶段。由于林木高大，将仪器高举于林冠之上存在许多困难，于是出现了采样模拟测定林木光谱反射率的方式。这对选遥感波段、选很佳遥感季节及研究反射的方向特性，有一定的可行性。林木光谱测定的第三个阶段是空中实测。空中平台多数是直升机配合分光式光谱仪加数据自动记录仪。也有用气球做空中平台的。若用轻型飞机做空中平台，应配以快速取样的航空光谱仪或通道式的、与传感器通道相匹配的辐射计。
中国的林木光谱测定始于1979年末，在云南省腾冲地区用直升机做空中实测，同时在地面做采样模拟测定。以后许多单位的研究人员在全国各地做了采样模拟测定。
树叶的光学特性
树冠和林冠的主要组分是叶。人们对树叶光学特性的研究已相当深入。树叶反射、吸收和透射辐射的方式是含水色素细胞所特有的。①树叶反射：在某一波长，反射的能量总是等于入射辐射能与透射和吸收的能量之差（图1）。此关系可用下式表达：
图1 杨树的光谱特性曲线
ρλ=1-（αλ+τλ）
式中 ρλ为反射率；αλ为吸收率；τλ为透射率。光谱特性曲线由三个本质不同的区域组成。在0.4～0.72微米的可见光波段，叶细胞中的色素强烈地吸收光子，吸收是由色素分子中的电子能级跃迁决定的。因色素的吸收率高达90%，故可见光区域的反射和透射都很低。叶绿素在大约以0.45微米为中心的蓝波段和以0.67微米为中心红波段吸收了大部分入射能，而在两个叶绿素吸收带的中间，吸收减少，因而在0.54微米附近形成了反射峰。在绿色树叶中，a组叶绿素是参加光合作用的很后也是很主要的成分，其他辅助色素，在较短波长所吸收的光能，都要过渡给a组叶绿素。它的一个吸收带集中在0.675微米左右，确定了反射光谱中的很低谷值及色素吸收的边界。凡是降低树叶叶绿素生产的胁迫过程，如病虫害的侵袭，都将使蓝、红两个吸收带的吸收减少，反射上升，特别是在红色区域。②树叶吸收：在近红外区域，叶子吸收的入射能少于5%，典型的反射率可达40～50%。在0.74～1.3微米之间的反射高台，可用叶内结构的多重反射来解释。由于树叶的厚度、叶面角质层厚度、叶内构造差别很大，林木在近红外区域的反射差异比在可见光大得多。凡是导致叶内构造变化的差异，如病害、虫害、老化、火灾等，都会引起近红外光谱反射率的降低。③树叶透射辐射：在中红外区域（约1.3～2.6微米），树叶对辐射的吸收是由水分子的振动能级跃迁及转动能级跃迁引起的。水的基本振动吸收带在2.66微米.而在1.95、1.45、1.20、0.96微米的吸收带都是逐步次要的复合带，跃迁的可能性小，故此相应地对辐射的吸收也弱得多。但是，不仅仅是这几个水的吸收带的反射率为叶中含水量所控制，带间的区域也受含水量的强烈影响。树叶失水会使整个中红外区域的反射明显升高。多汁叶和非多汁叶在三个吸收峰之间的反射峰上（1.65和2.20微米左右），差别非常明显。整个水的吸收控制区域对污染毒害极其敏感，反射率随着毒害程度而大幅度升高。以上三个因素分别在三个区域控制着叶的反射率。这三个生物物理因素依赖于叶的类型及生长阶段。如无腹背叶肉差别的单子叶和有腹背叶肉差别的双子叶，反射率差异显著。叶成熟后，可见光反射率降低，而近红外升高。衰老叶损失了叶绿素，叶内结构发生变异，于是可见光反射率大幅度升高，而近红外有所下降。
影响林冠光谱反射率的因素
树冠和林冠的反射特性与树叶的反射特性有显著的差别。树冠中花、果、枝成分，由于缺乏叶绿素，反射光谱各有特点。树冠形态、叶面指数及地面覆盖率、叶面朝向及叶间距、辐照及观测方向、观测时视场限度、立地条件、物候及气象条件等都影响实际测得的林冠光谱反射率。由于影响林木光谱的因素很多，所以只能获得在某些特定的条件及环境下，对某种林木结构多次测定的统计值。植物群体本身固有的差异性及环境变量的多样性一再证明，不大可能获得对树种或森林类型普遍适用的光谱数据。光谱数据必须描述环境及测量条件的参数，才有实际意义。
叶面指数及地面覆盖率
叶面指数是指每单位地面面积上，从某种林木冠顶到离地面一定距离内所含有的树叶单面面积之和。但全叶面指数要从地面算起。叶面指数的增加对可见光的反射率影响不大，却可提高近红外区域的反射率。由于在可见光及中红外区域树叶吸收多，透射及反射少，两层叶就达到极限反射率；相反，在近红外6～8层叶才能达到极限反射率。当树冠覆盖率小于1，或林冠中有各种组分时，可以用下式来表示反射率：
δ=（δ1A1+δ2A2+…）/A
式中 δ为反射率；A1，A2，…为相应组分的面积；δ1，δ2……为相应组分的反射率；A为视场总面积。对于各种混交林，如果已知各组分的光谱值，上式可准确地计算出混交林的反射率。
林冠反射分布函数及观测角
林冠表面不是完全漫反射面，其反射亮度分布不是半球形。表面亮度及光谱反射率既是观测高度角的函数，又是相对于入射阳光的观测方位角的函数，还是林冠组分的光学特性及其几何分布的函数。它随树种、波长及物候而不同。
光谱测定的视场限度
每种林分都是由数种占不同比例的林木组分所组成。林冠光谱有一定程度的不均匀性，当视场大到足以使各种组分的统计百分比趋于稳定时，才能综合次要现象造成的不均匀性。当视场、株距比从1∶3增加到2∶1时，光谱亮度的变异系数约从0.40降到0.06。视场直径若小于树冠直径，因而只包括被阳光直射部分或阴影部分时，则长波的变异系数大于短波。因为天空散射光的辐照在短波比在长波强，故此树冠阴、阳部分的可见光亮度差别相对变小。实验表明，当视场过小，例如分辨率为42平方米时，各种森林类型的光谱数据分布重叠，方差都很大，又由于它们的均值差别都很小，致使各类光谱数据分布都很近似，误分率增加。当空间分辨率逐级降低后（82、162…平方米），各类光谱特征的方差都变小，而其均值保持不变，因此它们之间的统计重叠性降低。所以，对于以象元为积分单元的扫描或传感器，较粗的空间分辨率对林冠反而有较高的正确分类概率。当传感器的象元限度确定以后，以指导分类为目的的林冠光谱测定限度应以象元为视场标准。否则会增加失误。光谱数据的分类精度受视场的制约。
实际森林类型的光谱差异
针叶林与阔叶林在可见光及近红外都有明显的光谱差异。在平坦地面上，不同树种、不同龄级及不同蓄积量的人工林也都有显著的光谱差异，但是天然阔叶林、针阔叶混交林，在不同地区有不同的组合方式，形成极多的林相。林冠光谱是一个尚待开发的领域。地面测定的林冠光谱可以作为组成林冠光谱的参考数据。在中国对夏季测定的华北地区19种主要针、阔树种做两两组合的t检验（t=0.05），差异显著的组合数占总组合数的分率如表所示。
夏季华北主要树种树冠光谱综合可分率表
林木光谱的物候差异
林木光谱的物候变化往往被其他变量因子所掩盖，反射率的绝对值的物候特征不明显（图2、图3），但全年观测的光谱数据，按波段做比值计算后，再按时期做出物候变化曲线，则物候特征十分明显。近红外波段与红波段比值曲线表达了一年内林木生命力的演变过程。很佳遥感季节是指在特定地区，各林木群落类型光谱分异很明显的季节。对非摄影的扫描遥感技术，在温带，春季是大面积不同林型光谱差异较大的季节。而对摄影遥感技术，单株树光谱差异明显的季节是秋季。
图2
油松、白蜡树冠光谱反射率均值在不同物候期内，针阔叶树的光谱反射率R都有差异。在红外区初夏很高，秋季较低，而在可见光区，秋季上升。
林木光谱数据可用于设计传感器的波段以及制定林业航空摄影的方案，以取得很佳效果。通过比较林木的光谱差异，可以预测航空及航天遥感数据的森林分类精度。林木光谱数据还可用于分析林地植被、土壤特征，以便在图象处理中，提取尽可能多的林地特征信息。
图3
槐树等四种树全年测定的光谱反射率R的标准差按波长分布曲线