Lichtspektrum und sein Einfluss auf das Pflanzenwachstum: Outdoor vs. Gewächshaus vs. Indoor
Der Anbau von Pflanzen kann viele Formen annehmen – vom traditionellen Anbau im Freien über Gewächshäuser bis hin zur Indoor-Kultivierung unter künstlicher Beleuchtung. Jede dieser Methoden bietet einzigartige Vorteile, hat aber auch einige Nachteile. Im heutigen Artikel befassen wir uns mit den Unterschieden im Lichtspektrum beim Anbau im Freien, im Gewächshaus und indoor unter LED-Growlampen.
Pflanzen nehmen Licht mithilfe von Fotosensoren wahr, die wir als Photorezeptoren bezeichnen. Die meisten von ihnen haben die Aufgabe, Lichtphotonen einzufangen und sie während der Photosynthese in Energie umzuwandeln. Pflanzen sind jedoch auch mit spezialisierten Photorezeptoren ausgestattet, die anders als die übrigen funktionieren, sich nicht immer an der Photosynthese beteiligen und teilweise sogar Licht außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums wahrnehmen. Diese Photorezeptoren sind für Pflanzen wichtig, da sie zirkadiane Prozesse, Entwicklungssignale, die Genregulation und vieles mehr beeinflussen.
Verschiedene Lichtfarben
Um das Lichtspektrum zu verstehen, ist es wichtig, sich bewusst zu machen, dass Licht elektromagnetische Strahlung ist, die gleichzeitig als Teilchen (Photon) und als Welle charakterisiert werden kann. Die einzelnen Arten elektromagnetischer Strahlung werden anhand der Wellenlänge und der entsprechenden Frequenz eingeteilt. Die Bezeichnung „Spektrum“ bezog sich ursprünglich auf das für das menschliche Auge sichtbare Farbspektrum (die Farben des Regenbogens), doch im Laufe der Zeit wurden auch weitere Strahlungsarten entdeckt, die der Mensch mit den Augen nicht wahrnimmt.
Sichtbares Licht: Der sichtbare Teil des Lichtspektrums mit Wellenlängen von 400–800 Nanometern. Die einzelnen Farben im Lichtspektrum werden als Spektralfarben bezeichnet (Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau, Violett).
Photosynthetisch aktive Strahlung: PAR (photosynthetic active radiation) überschneidet sich mit dem sichtbaren Licht und bezeichnet den Bereich der Lichtwellenlängen (400 bis 700 Nanometer), den Pflanzen für die Photosynthese nutzen. Die meisten LED-Growlampen umfassen ausschließlich photosynthetisch aktive Wellenlängen.
UV: Ultraviolette Strahlung (400–10 Nanometer) ist für Menschen und Pflanzen gefährlich, schädigt die DNA und kann krebserregendes Zellwachstum verursachen. Der größte Teil der UV-Strahlung wird von der Erdatmosphäre abgefangen, eine geringe Menge erreicht jedoch die Oberfläche.
Infrarotstrahlung: Infrarotstrahlung hat eine Wellenlänge zwischen 760 Nanometern und 1 Nanometern und wird weiter in nahes IR (near-IR), mittleres IR (mid-IR) und fernes IR (far-IR) unterteilt.
Röntgenstrahlung: Röntgenstrahlung mit Wellenlängen von 10–0,1 Nanometern wird in der Praxis aufgrund ihrer Fähigkeit eingesetzt, verschiedene Materialien zu durchdringen (Röntgenaufnahmen, CT). Für den Anbau von Pflanzen ist sie nicht relevant.
Gammastrahlung: Radioaktive Strahlung, die bei Kernprozessen entsteht. Für den Anbau von Pflanzen ist sie nicht relevant.
Anbau im Freien: Alle Lichtfarben
Es dürfte niemanden überraschen, wenn wir sagen, dass natürliches Sonnenlicht das komplexeste Licht ist und das breitestmögliche Spektrum abdeckt. Auf Pflanzen, die im Freien angebaut werden, trifft nicht nur der sichtbare Teil des Lichtspektrums einschließlich der photosynthetisch aktiven Strahlung, sondern auch Infrarotstrahlung, UV-Strahlung und weitere Strahlungsarten. Während die Auswirkungen extrem kurzer oder extrem langer Lichtwellenlängen im Zusammenhang mit Pflanzen noch nicht besonders gut dokumentiert sind, können einige der unsichtbaren Wellenlängen, wie UV-Strahlung und weitrotes Licht, für Pflanzen entscheidend sein, obwohl sie die Photosynthese nicht beeinflussen.
Gewächshäuser: Fehlende UV-Strahlung
Gewächshäuser können aus verschiedenen Glasarten oder sogar aus Kunststoffen hergestellt sein, die unterschiedliche Auswirkungen auf das durch das Material hindurchtretende Licht haben können. Allgemein gilt jedoch, dass Glas den größten Teil des Lichtspektrums durchlässt, von Natur aus aber einen beträchtlichen Teil der UV-Strahlung und der Strahlung mit kürzeren Wellenlängen blockiert. In diesem Sinne können Gewächshäuser als halbtransparent betrachtet werden, und das Fehlen von UV-Licht kann sich auf Pflanzen auswirken, beispielsweise auf die Produktion von Terpenen oder Wirkstoffen.
Es ist bekannt, dass UV-Strahlung bei einigen Pflanzen die Produktion sekundärer Metaboliten stimuliert. Es gibt Theorien, denen zufolge solche Pflanzen mehr dieser Stoffe produzieren, weil sie als natürlicher Schutz vor den schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung auf die DNA wirken. Außerdem wurde der ungewöhnliche Photorezeptor UVR8 entdeckt, der direkt durch UV-B-Strahlung aktiviert wird und Licht mit einer Wellenlänge von 280–320 Nanometern wahrnimmt. Dieser Photorezeptor besteht aus zwei UVR8-Molekülen, die sich nach der Bestrahlung mit UV-B voneinander trennen und zu Monomeren werden. Dadurch verändert sich seine Funktion, und es kommt zu Veränderungen, unter anderem zu einer erhöhten Stresstoleranz, Veränderungen der Genfunktion und einer Beeinflussung der Pflanzenentwicklung.
Das Fehlen von UV-Strahlung bedroht Pflanzen zwar nicht unmittelbar, kann aber erheblich beeinflussen, wie sie mit Stress umgehen und die einzelnen Lebensphasen durchlaufen. Aus diesen Gründen verwenden einige Grower in Gewächshäusern und indoor spezielle Growlampen, die das Lichtspektrum um UV-A- und UV-B-Strahlung ergänzen.
Indoor: PAR passend für die Pflanzen
Die meisten modernen LED-Growlampen strahlen ein standardisiertes Lichtspektrum aus, dessen Wellenlängen der PAR-Strahlung (400–700 Nanometer) entsprechen. Dieser Spektralbereich reicht vollkommen aus, damit Pflanzen unter künstlicher Beleuchtung gut gedeihen, und unter bestimmten Umständen können sie schneller wachsen als im Freien oder im Gewächshaus. Andererseits ist das Spektrum von LED-Growlampen nicht nur um UV-Licht, sondern auch um Infrarotlicht reduziert.
Die Menge an Infrarotlicht, die auf Pflanzen im Freien oder im Gewächshaus trifft, verändert sich im Tages- und Jahresverlauf abhängig davon, wie die Sonne über den Himmel wandert, da sich der Winkel ändert, in dem das Licht die Atmosphäre durchquert. Pflanzen nutzen diese Tatsache zur Steuerung ihrer zirkadianen Rhythmen und können dank spezialisierter Photorezeptoren, die als Phytochrome bezeichnet werden, beispielsweise erkennen, ob es Zeit ist, mit der Blüte zu beginnen. Daher können Pflanzen beim Indoor-Anbau unter künstlicher Beleuchtung etwas später mit der Blüte beginnen (bei der Umstellung auf 12/12), als dies im Freien der Fall wäre. Wie bei der UV-Strahlung kann auch das Infrarotspektrum im Growraum oder Gewächshaus mithilfe einer zusätzlichen Beleuchtung mit Infrarotspektrum ergänzt werden.
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