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植物的光合作用是最奇妙、复杂和精巧的自然现象。因为光合作用，所以有了地球上的生命，有了人类。迄今为止，人类仍然未能完全理解光合作用，也没能在实验室人工重复出光合作用。 在植物的光合作用中，在叶绿素催化下，太阳光将水分子的氢-氧键打断形成氢和氧，将二氧化碳的碳-氧键打断形成碳和氧，氧释放进入大气，氢和碳结合成碳-氢键，最终形成淀粉。人类赖以生存的农业就全靠光合作用，现在，甚至人类的交通也在利用光合作用，例如将玉米转化成酒精作为汽车燃料使用、将废弃食用油转化成航空油料供民航客机使用，等等。 由于能量守恒和量子效应的缘由，植物光合作用所需光能量最少要等于氢-氧键的结合能或电离能。一个氢-氧键的电离能为1.82eV，换算成波长约为681nm，即波长比681nm短的光才能用于光合作用。换言之，太阳光谱中681nm～2500nm或更长的光参加不了光合作用。 太阳光谱及其能量分布，从可见光的红色光开始直到紫外光都能用于光合作用，占太阳光总能量的51.3%。那为什么大自然在进化时，不将红外光也用于光合作用呢？因为红外光要参予维持地球的温度，维持植物生长所需要的温度，如果全部太阳光都被植物吸收，则地球将会变成“冰球”，增大了光合作用所需光能量，使植物细胞中的水结冰进而导致落叶，失去光合作用的载体。  太阳光谱及其能量分布示意图，可见光占总能量的44.7%，紫外光占总能量的6.6%，这两部分光能量可用于光合作用 从树叶的显微组织看，其上表皮层下的栅栏细胞层对太阳光可见光谱中绿色光的吸收率小（即反射率大）、对其它光谱的吸收率大（即反射率小），因此树叶呈绿色。近红外和短波红外光穿透上表皮层、栅栏细胞层和叶脉后到达海棉细胞层，该层对近红外和短波红外光的反射率很大，使近红外和短波红外光再返回穿透叶脉、栅栏细胞层和上表皮层细胞重新进入空中，不消耗维持大气温度所需的太阳光能，自动实现了太阳光能量在自然界的分配。  树叶的微观组织结构，由上表皮层、栅栏层、叶脉、海棉层、下表皮层和气孔组织结构等组成，栅栏层决定树叶可见光的颜色，海棉层决定树叶近红外和短波红外光的“颜色” 即使都是树叶，不同树种间的微观组织结构各不相同，反射的可见光、近红外和短波红外光的光谱也不相同，因此根据反射光谱确定树叶光合作用吸收的太阳光谱范围。以夹竹桃和石斑木为例，可见两者在0.75μm～1.4μm 波段（从近红外到长波红外）的反射率（～60%）很高，所以树叶在近红外和短波红外的图像中都呈白色，说明这部分太阳光的能量被树叶反射重新回到大气。     夹竹桃和石斑木的树叶均为绿色，夹竹桃树叶（左下）和石斑木树叶（右下）的光谱吸收（实线）、反射（虚线）和透射（点线）曲线轮廓大致相同：（1）两种树叶对蓝光和红光的吸收率均高于90%，对0.54μm绿光附近光的吸收率降低（几～十几个百分点）而反射率增加（几～十几个百分点），所以树叶总体上呈绿色，但两种树叶反射率和吸收率几个百分点的差异即可形成绿色的差异；（2）在0.75μm～1.4μm 波段（包含近红外和部分短波红外）的反射率很高（～60%），所以树叶在近红外和短波红外图像中都呈白色；（3）树叶对波长大于2.5μm红外光的吸收率高于90%，因此树叶在中波红外和长波红外图像中呈黑色（光谱曲线来自David M. Gates，Harry J. Keegan，John C. Schleter，Victor R. Weidner，Spectral Properties of Plants[J]，Applied Optics，1965，4（1）：11～20）  左图为短波红外图像，右图为同一场景的可见光彩色图像，两者最大的不同是树叶和地面草对太阳光谱中的近红外和短波红外光均有较强反射，在左图像中呈白色，而在右侧可见光图像中呈黄色或淡绿色，就是人眼常见的场景，试验结果与上述分析一致 |
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