Продуктивность растительных сообществ зависит только от той части спектра солнечного света, поступающего на Землю, энергия которой усваивается растениями в создании органического вещества.
Эта часть ограничена пределами волн от 380 до 720 нм и называется фотосинтетической активной радиацией (ФАР). Отношение количества энергии, запасенной в продуктах фотосинтеза, к количеству поглощенной энергии носит название КПД, или коэффициента использования ФАР (КИ ФАР). В настоящее время в производственных условиях КИ ФАР составляет всего 1—1,5%, хотя при благоприятных условиях культурные растения могут использовать 5—6% ФАР (а в отдельных случаях, например для сахарного тростника, 15% и более). На отдельных участках на высокоокультуренных почвах КИ ФАР может достигать 7—8%, и при этом урожаи возделываемых культур будут достаточно высоки.
Под Москвой при использовании 2% ФАР можно получать 100 ц сухой массы органического вещества с 1 га, а в Средней Азии даже при использовании 1 % ФАР — 200 ц/га. Международные биологические программы разрабатывают методы, приемы, системы земледелия, которые обеспечивали бы возможность аккумуляции растениями 2—3% ФАР.
Свет в сильной степени оказывает влияние на продуктивность растений и коэффициент хозяйственной эффективности. Под коэффициентом хозяйственной эффективности понимают отношение хозяйственного урожая, т. е. той части урожая, которая может быть использована человеком в качестве пищевого или промышленного сырья, к биологическому урожаю, т. е. ко всей массе созданного органического вещества. Приведенные в табл. 4 данные по влиянию условий освещенности на развитие сахарной свеклы и картофеля свидетельствуют, что коэффициент хозяйственной эффективности значительно выше при произрастании этих растений в условиях лучшей освещенности.
Повышение коэффициента хозяйственной эффективности растений представляет собой одну из важнейших задач земледелия.
При недостатке света проростки растений получаются вытянутыми, ослабленными. В таких условиях, например, зерновые хлеба плохо кустятся, узел кущения у них закладывается на небольшой глубине, корневая система развивается слабо. Стебли при слабом освещении сильно вытягиваются, усиленно растут, чрезмерно вытягиваются клетки первого и второго междоузлий, в результате чего зерновые легко полегают и зерно у них получается щуплым. Часто при недостатке света растения вообще не закладывают или сбрасывают репродуктивные органы. Хорошее освещение, наоборот, способствует лучшему развитию корневой системы растений, побегов стеблей и листьев, усиливает кущение. Растения становятся здоровыми и более продуктивными.
Рассеянный свет, интенсивность которого составляет около 1/3 прямой солнечной радиации, по составу более благоприятен для растений, чем прямой солнечный свет, так как доля физиологически активных лучей в нем значительно больше. Хлорофилл растений поглощает рассеянный свет почти полностью.
Освещенность посевов на полях сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур. В этом отношении интересны опыты американского ученого Д. Станселя (1978), проведенные на рисовых плантациях в штате Техас. В начале вегетации риса посевам хватало света. Но по мере развития растений картина, естественно, менялась. Одно растение начинало затенять другое, а верхний ярус листьев — нижний. При облачной погоде в посевах создавался напряженный световой режим. Он достигал критического уровня в течение полутора месяцев — за три недели до колошения риса и спустя три недели после выметывания метелки, т. е. заканчивался в фазе восковой спелости. Снижение урожая составило 11 ц/га из-за менее интенсивного процесса фотосинтеза и неполного усвоения растениями азотных удобрений. За 10 лет опытов путем математической обработки результатов многолетнего эксперимента установлено, что изменение уровня освещенности на 1% вызывает соответствующее изменение в урожае на 1,4%. Регулируя сроки сева таким образом, чтобы критический период в развитии риса падал на период наибольшей освещенности, можно получить наибольший урожай.
Другим агротехническим приемом повышения фотосинтетической деятельности растений являются подбор и селекция растений, улучшение структуры посевов, удлинение времени использования культурами солнечного света в течение вегетационного периода. Улучшение структуры посевов в целях повышения их фотосинтетической деятельности и урожая достигается за счет межсортовых и межвидовых смешанных посевов культур, взаимно дополняющих друг друга по наиболее важным биологическим и хозяйственным свойствам. Например, смешанные посевы культур, различающихся по ярусности листьев и требованиям к освещенности, широко используются в кормопроизводстве. Смеси многолетних бобовых и злаковых трав, вико-овсяные смеси и другие позволяют получать не только более высокие и устойчивые урожаи, но и улучшать их кормовые достоинства.
Удлинение времени использования солнечного света в вегетационный период может быть достигнуто путем посева высокоурожайных позднеспелых культур (сахарная и кормовая свекла, кукуруза, кормовые травы и др.) или возделыванием после уборки или посева одной, основной, культуры, другой, промежуточной, различного хозяйственного назначения, способной использовать теплый период вегетации.
Регулирование поступления света к каждому растению решается главным образом регулированием густоты посевов, т. е. количества растений, произрастающих на единице площади поля. Это обеспечивается за счет норм высева семян и соответствующих способов посева. Оптимальная норма высева семян устанавливается не только для отдельных культур, но и для каждого сорта в отдельности. Для зерновых культур, например, узкорядный посев сеялками точного высева позволяет получать урожай на 10—20% выше, чем при других способах посева при прочих равных условиях. Уменьшение густоты стояния культурных растений может производиться путем прореживания загущенных посевов. К агротехническим приемам улучшения освещенности культурных растений на полях относится и уничтожение сорных растений, иногда существенно затеняющих посевы. При выборе и размещении культур учитывается также и экспозиция склонов полей. Известно, что южные склоны освещаются лучше, чем северные. В теплицах и парниках при выращивании растений широко используется искусственное освещение растений.