Der LED Wachstumslicht Leitfaden

Es ist nicht einfach, das richtige LED Wachstumslicht für Ihren Betrieb auszuwählen. Zahlreiche LED Lampenhersteller machen widersprüchliche Aussagen bezüglich dieses Themas. Das kann aus Marketing Gründen erfolgen oder einfach an mangelndem Horticulture Wissen liegen.

In diesem Aufsatz erläutern wir im Detail die folgenden 3 Themen:

• Definition des Lichtspektrums
• Reaktion der Pflanzen auf Licht
• Beeinflussung des Pflanzenwachstums durch das Lichtspektrum

Lichtspektrum ist der Lichtwellenlängenbereich, der von einer Lichtquelle ausgestrahlt bzw. generiert wird. Wenn man von dem Lichtspektrum spricht, dann bezieht sich der Begriff „Licht“ auf den sichtbaren Wellenlängenbereich des elektromagnetischem Spektrums, welches vom menschlichen Auge wahrgenommen und gesehen werden kann. Das ist der Wellenlängenbereich von 380 bis 740 Nanometer (nm). Ultraviolette (100 bis 400 nm), Dunkelrote (700 bis 850 nm) und Infrarote (700 bis 1060 nm) Wellenlängen bezeichnet man als Strahlung.

Als Pflanzenanbauer und Züchter sind wir am meisten an den Wellenlängen interessiert, die für Pflanzen von Bedeutung sind. Pflanzen reagieren auf Wellenlängen, die ultraviolette Strahlungen (260 bis 380 nm), das sichtbare Spektrum (380 bis 740 nm), welches das PAR (400 bis 700 nm) umfasst, sowie dunkelrote Wellenlängen (700 bis 850 nm) beinhaltet.

Wenn man das Lichtspektrum für Horticulture Anwendungen, Gewächshäuser und Indoor Farming berücksichtigt, gibt es unterschiedliche Bedingungen. Im Indoor Farming muß Ihr Wachstumslichtspektrum das gesamte Lichtspektrum umfassen, welches Ihre Pflanzen aufnehmen. Andererseits müssen Sie im Rahmen von Gewächshaus Anwendungen berücksichtigen, dass Ihre Pflanzen eine Kombination aus Wachstumslicht und Solar- / Sonnenlicht erhalten.

In jedem Fall, der der Strahlungsanteil, den Ihre Pflanzen von jeder Lichtwellenlänge erhalten, hat einen erheblichen Einfluß auf das Pflanzenwachstum. Lassen Sie uns jetzt das Pflanzenwachstum im Detail anschauen.

Pflanzen benötigen Licht für Photosynthese und Photomorphogenese Zwecke.

Photosynthese ist der Prozess, in dem Pflanzen und andere Organismen Energie in Form von Licht in chemische Energie umwandeln.

Photomorphogenese beschreibt die Art und Weise, wie Pflanzen ihr Wachstum in Abhängigkeit vom Lichtspektrum verändern.

Als Photomorphogenese Beispiel kann eine Pflanze genannt werden, die sich nach dem Licht streckt. Licht beeinflusst auch die einzelnen Entwicklungsphasen einer Pflanze, wie zum Beispiel die Keimung und die Blütenbildung.

Das Licht, welches Pflanzen hauptsächlich für Photosynthesezwecke nutzen, reicht von 400 bis 700 nm. Dieser Wellenlängenbereich wird auch als „Photosynthetically Active Radiation” (PAR) bezeichnet und umfaßt rote, blaue und grüne Wellenlängen.

Photomorphogenese kommt in einem größeren Wellenlängenbereich von ungefähr 260 bis 780 nm vor, welches UV-Licht und dunkelrote Strahlungen umfasst.

Das Licht, welches Pflanzen hauptsächlich für Photosynthesezwecke nutzen, reicht von 400 bis 700 nm. Dieser Wellenlängenbereich wird auch als „Photosynthetically Active Radiation” (PAR) bezeichnet und umfaßt rote, blaue und grüne Wellenlängen.

Chlorophyll A und Chlorophyll B stellen die primären Blattpigmente für die Photosynthese dar. Es ist von Bedeutung zu verstehen, dass Chlorophyll hauptsächlich rotes Licht (600 bis 700 nm) und blaues Licht (400 bis 500 nm) absorbiert und nur minimal grünes Licht (500 bis 600 nm) absorbiert.

Die Photosynthese ist dennoch ein weitaus komplexerer Prozess als nur die Chlorophyllabsorption und beeinhaltet andere chemische Prozesse mit Lichteinflüßen.

Pflanzen verfügen über Photorezeptoren, welche verschiedene Wachstumseigenschaften auslösen, wenn sie von Photonen bestimmter Wellenlängen aktiviert werden. Also wenn Sie das Lichtspektrum regeln können, dann können Sie Ihr Pflanzenwachstum stark beeinflussen und verändern.

Folgende Wachstumsmerkmale können von dem Lichtspektrum beeinflusst werden:

• Fruchtbildung
• Blühertrag
• Wachstumsrate
• Frischgewicht
• Plfanzendichte
• Wurzelbildung
• Pflanzengesundheit
• Farbe
• Geschmack
• Nährwerte

Es ist hierbei ebenfalls von Bedeutung zu erwähnen, daß die Nutzung des Lichtspektrums für die Pflanzenentwicklung eine von vielen Faktoren innerhalb eines umfassendes Prozesses ist und daß die Ergebnisse sehr stark von anderen Faktoren, wie z.B. der Lichtintensität, Photoperiode, Wachstumsumwelt, Pflanzensorte und sogar Pflanzenvielfalt, abhängig sind.

Obwohl die Ergebnisse von anderen Einflussfaktoren abhängen, gibt es allgemein gültige Regeln, denen Sie folgen können, um die Pflanzenentwicklung bei Anwendung des Lichtspektrums in eine bestimmte Richtung zu lenken.

Unten finden Sie einen überblick wie jede einzelne Wellenlänge für Horticulture Zwecke genutzt werden kann, so daß Sie verschiedene Lichtspektrumsstrategien innerhalb Ihrer eigenen Anbaubedingungen und mit Ihren Pflanzensorten testen können.

Der UV-Licht Wellenlängenbereich ist außerhalb des PAR Bereiches und kann neue Horticulture Anwendungsgebiete bieten, die jedoch noch nicht vollständig bestimmt und erforscht worden sind.

Stellen Sie sich die gesundheitlichen Auswirkungen der UV-Strahlung in ähnlicher Weise vor wie beim Menschen. Wir alle wissen, dass man einen Sonnenbrand nach einer ausgedehnten Aussetzung mit UV-Licht bekommt, während kürzere UV-Lichtzeiten zu einer Hautbräunung führen. Insofern reagieren Pflanzen und Menschen ähnlich auf UV-Licht.

Wie Menschen, können auch Pflanzen von einer Aussetzung mit UV-Licht Strahlen beschädigt werden. Pflanzen stellen auch schützende chemische Verbindungen her, um UV-Licht bedingte Gewebeschäden zu lindern. Als Reaktion auf UV-Licht können sich Pflanzen dunkler oder lila verfärben. Wissenschaftliche Studien haben ergeben, dass UV-B-Strahlen bei manchen Gewürzsorten den Anteil essentieller Pflanzenöle und phenolische Verbindungen erhöhen können.

Auswirkungen des UV-Lichtes sind verstärkte Blattverfärbungen und Blattdicke als auch Resistenz gegenüber Umweltstress, Schädlingen und Fungus. Die UV-Lichtstärke, die zur Erreichung dieser möglichen Nutzen benötigt wird, ist noch nicht ausreichend erforscht. Zusätzlich sind die Gefahren von UV-Lichtstrahlen noch nicht genügend quantifiziert.

Blaulicht hat ausgeprägte Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und die Blütenbildung. Im allgemeinen kann Blaulicht die Gesamtqualität vieler Blattgrün- und Zierpflanzen verbessern.

Ein minimaler Blaulichtanteil ist erforderlich, um eine normal Pflanzenentwicklung zu unterstützen. In Bezug auf anpassbare Lichtspektrums-Strategien kann man sich vereinfacht ausgedrückt folgendes „Automobil-Beispiel“ merken: Rotlicht stellt die treibende (Wachstums-) Kraft des „Motors“ dar, während Blaulicht als richtungsweisendes Element mit dem „Lenkrad“ eines Autos zu vergleichen ist.

Wenn Blaulicht in Kombination mit anderen Wellenlängen des Lichtspektrums eingesetzt wird, dann kann Blaulicht die Pflanzendichte, Wurzelentwicklung und die Erzeugung sekundärer Stoffwechselprodukte fördern. Blaulicht kann durchaus im Kulturpflanzen- und Zierpflanzenanbau als „Wachstumsregulator“ verwendet werden, welcher den Einsatz von chemischen Pflanzenwachstumsregulatoren, wie z.B. Auxine, Gibberelline, Cytokinine, Ethylen und Abscisinsäure, reduzieren oder gar ersetzen kann. Blaulicht kann ebenso die Ansammlung von Chlorophyllmolekülen und die Stomata- bzw. Spaltöffnungen durch einen unterstützenden Gasaustausch verbessern, was wiederum die gesamte Pflanzengesundheit verbessert.

Ein Beispiel wie Blaulicht die Erzeugung sekundärer Stoffwechselprodukte beeinflußt, ist die Anthozyan Bildung in Blättern und Blüten durch die Bestrahlung mit Blaulichtwellenlängen. Erhöhte Anthozyan Konzentrationen führen zu ausgeprägteren Pflanzenfarben.

Blaulicht fördert auch die Erzeugung anderer sekundärer Stoffwechselprodukte, die mit besserem Geschmack und Aroma einhergehen. So haben zum Beispiel Blaulichtbestrahlungen bei verschiedenen Cannabissorten die Beibehaltung von Terpenen gefördert.

Höhere Blaulichtintensitäten (> 30 μmol m-2 s-1) können die Blütenbildung von tageslicht-sensiblen Pflanzen hemmen oder fördern. Niedrigere Blaulichtintensitäten (< 30 μmol m-2 s-1) regulieren nicht die Blütenbildung, daher kann Blaulicht ohne Bedenken nachts eingesetzt werden, um die anderen oben aufgeführten Pflanzeneigenschaften zu beeinflussen bzw. zu fördern.

Da Chlorophyll das Grünlicht nicht so gut absorbiert wie andere Wellenlängen, betrachten zahlreiche Anbauer die Grünlichtwellenlängen mit untergeordneter Bedeutung für das Pflanzenwachstum und die Pflanzengesundheit. Diese im Vergleich mit Blau- und Rotlicht geringere Chlorophyll-Absorptionsrate ist für das grünere Erscheinungsbild vieler Pflanzen verantwortlich. In Abhängigkeit von der Pflanzensorte reflektieren Blätter 10 bis 50% der Grünlicht-Photonen.

Im Gegensatz zu diesen Annahmen haben Studien und Experimente gezeigt, daß Grünlicht für die Photosynthese von Wichtigkeit ist, insbesonders in den unteren Blättern der Pflanze. Ungefähr 80% des Grünlichtes wird durch Chloroplasten übermittelt, wohingegen die Blätter ungefähr 90% absorbieren und weniger als 1% an Rot- und Blaulicht weitergeben.

Also was bedeutet dies alles? Wenn der Pflanze genügend Licht zur Verfügung steht, dann erreicht das Chlorophyll einen Sättigungspunkt und kann nicht mehr weiteres Rot- und Blaulicht absorbieren. Dabei kann das Grünlicht immer noch Elektronen innerhalb der Chlorophyll Moleküle der Blätter anregen oder mittels Chloroplasten in den unteren Blättern der Pflanze. Damit verbessert also das Grünlicht die Effizienz der Photosynthese und kann damit potentiell den Pflanzenertrag während heller Lichtbedingungen steigern.

Zusätzlich beeinflusst das Verhältnis von Grün- zu Blau- und Rotlichtwellenlängen die Stellung der Blattkrone. Das kann morphologische Veränderungen veranlassen, um die Lichtabsorption zu maximieren. Grünlicht spielt außerdem bei der Stomataöffnung eine Rolle, d.h. beim Öffnen und Schließen der Blattporen, um den Gasaustausch zu ermöglichen.

Gewächshaus Anwendungen benötigen eine geringere zusätzliche Grünlichtbeleuchtung, da die Pflanzen einen angemessenen Grünlichtanteil von der Sonnenstrahlung erhalten. Indoor Farming Anwendungen können von einer Assimilationsbeleuchtung im Grünlichtbereich profitieren, da hier kein Sonnenlicht zur Verfügung steht.

Rotlicht ist einer der wirkungsvollsten Wellenlängenbereiche zur Förderung der Photosynthese und des Pflanzenwachstums.

Wenn Pflanzen nur unter Rotlicht aufwachsen, dann strecken sie sich in die Höhe und entwickeln dünne Blätter. Dies ist im allgemeinen ein unerwünschtes Wachstumsmodell. Wenn jedoch der richtige Anteil an Blaulicht zum Ausgleich des Rotlichtes beigefügt wird, dann erhält man dichtere Pflanzen mit dickeren Blättern.

Aus diesem Grunde ist es für eine gesunde Pflanzenentwicklung stets von Bedeutung, sich die vielfachen Beeinflussungsweisen der verschiedenen Lichtwellenlängen zu vergegenwärtigen als sich nur auf eine Wellenlänge zu verlassen.

Dunkelrotlicht befindet sich am Ende des roten Spektrums zwischen 700 und 850 nm. Wissenschaftliche Studien haben ergeben, daß Pflanzen auf Wellenlängen bis zu 780 nm reagieren. Dem Dunkelrotlichtpotential zur Wachstumssteigerung und -kontrolle wurde in letzter Zeit vermehrt Aufmerksamkeit und Forschungsprojekte gewidmet.

Dunkelrotlicht kann eine „Schattenvermeidung“ herbeiführen, die zu einer Verlängerung und Ausdehnung der Pflanze führt.

Dunkelrotlicht fördert ebenso die Blütenbildung von Tageslichtpflanzen. Darüber hinaus entwickeln sich größere Blätter, welche die verfügbare Pflanzenoberfläche zur Aufnahme der Photonen für Photosynthese-Zwecke vergrößert. Es wurden auch in jüngster Zeit mehr Berichte veröffentlicht, die auf eine erhöhte Leistungsfähigkeit des PAR Wellenlängenbereichs innerhalb der Photosynthese durch Dunkelrotlicht hinweisen.

Es ist wichtig zu berücksichtigen, wie Phytochrome, einem Photorezeptor-Protein, das Verhältnis von Rot zu Dunkelroter Strahlung (R:FR) erkennen. Phytochrom-basierte Pflanzenwachstumssteuerung ist ein komplexer Prozess, der tiefgreifende Auswirkungen auf das Wachstum und die Blütenbildung hat. Das Verhältnis von Blau- zu Rotlicht kann ebenso beeinflussen wie Pflanzen auf Dunkelrote Strahlung reagieren.

Mittels der oben genannten Richtlinien können Pflanzenanbauer und Züchter sinnvolle Annahmen bzgl. der Pflanzenentwicklung treffen, wenn sie ihre Wachstumslichtverhältnisse anpassen.

Zusammenfassend sehen wir die folgenden Lichtspektrums-Anwendungen in der Horticulture:

Rotlicht:

Ein höherer Rotlichtanteil scheint ein verstärktes Wachstum und eine größere Ausdehnung von Pflanzen herbeizuführen. Rotlicht wird oft eingesetzt, um Pflanzen in frühen Entwicklungsstadien zu mehr Wachstum zu verhelfen oder die Pflanzenhöhe zu steigern, wenn längere internodale Abstände gewünscht sind.

Blaulicht:

Ein höherer Anteil an Blaulicht ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Pflanzenqualität. Eine Verbesserung von biochemischen Reaktionen tritt oft dann ein, wenn mehr Blaulicht vorhanden ist, was zu einem besseren Nährstoffgehalt, Farbe, Wurzelentwicklung und Gesamtqualität führt. Ein höherer Blaulichtanteil bedeutet oft weniger PPFD für die Pflanze, daher sollte diese Strategie vorsichtig und sparsam angewandt werden.

Grünlicht:

Wir wissen, dass Grünlicht für die Photosynthese-Leistung und die Pflanzenentwicklung von Bedeutung ist, auch wenn diese Themen immer noch erforscht werden. Eine zusätzliche Grünlichtbeleuchtung ist von hoher Bedeutung, wenn kein natürliches Sonnenlicht zur Verfügung steht, um ausreichend Grünlicht für die Pflanzen bereitstellen zu können. Die besten rosastrahlenden LED Lampen berücksichtigen dies und bieten einen angemessenen Grünlichtanteil innerhalb ihres rosa Lichtspektrums an.

Da es ausgeschlossen ist, hier eine vollständige Liste von photomorphogenen Prozessen für alle Pflanzensorten bereitzustellen, empfehlen wir Ihnen einen eigenen Lichtspektrums-Test vor Ort in einem Testanbaufläche durchzuführen, ehe sie Ihre Lichtspektrum-Strategien auf Ihre Produktionsfläche anwenden.