Das Pflanzenwachstum kann viele Formen annehmen, von traditionellem Outdoor-Anbau über Gewächshäuser bis hin zu Indoor-Kultivierung unter künstlichem Licht. Jede dieser Methoden bietet einzigartige Vorteile, hat aber auch einige Nachteile. In diesem Artikel werden wir uns mit den Unterschieden im Lichtspektrum beim Anbau im Freien, im Gewächshaus und unter LED-Pflanzenlampen befassen.
Pflanzen nehmen Licht durch Photosensoren wahr, die wir Fotorezeptoren nennen. Die meisten von ihnen haben die Aufgabe, Photonen des Lichts einzufangen und sie in Energie während des Prozesses der Photosynthese umzuwandeln. Pflanzen sind jedoch auch mit spezialisierten Fotorezeptoren ausgestattet, die anders funktionieren als andere, nicht immer an der Photosynthese beteiligt sind und einige von ihnen sogar Licht außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums auffangen. Diese Fotorezeptoren sind für Pflanzen wichtig, da sie zirkadiane Prozesse, Entwicklungszeichen, Genregulation und vieles mehr beeinflussen.
Verschiedene Lichtfarben
Um das Lichtspektrum zu verstehen, ist es wichtig zu erkennen, dass Licht elektromagnetische Strahlung ist, die sowohl als Teilchen (Photon) als auch als Welle charakterisiert werden kann. Verschiedene Arten von elektromagnetischer Strahlung werden nach Wellenlänge und entsprechender Frequenz unterteilt. Der Begriff „Spektrum“ bezieht sich ursprünglich auf das Farbenspektrum, das für das menschliche Auge sichtbar ist (die Farben des Regenbogens), aber im Laufe der Zeit wurden auch andere Strahlungsarten entdeckt, die der Mensch mit dem Auge nicht wahrnimmt.
Für sichtbares Licht: Der sichtbare Teil des Lichtspektrums liegt im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 Nanometern. Die einzelnen Farben im Lichtspektrum nennen wir spektrale Farben (Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau, Violett).
Photosynthetisch aktive Strahlung: PAR (photosynthetically active radiation) überschneidet sich mit dem sichtbaren Licht und bezeichnet den Bereich der Wellenlängen des Lichts (400 bis 700 Nanometer), die Pflanzen für die Photosynthese nutzen. Die meisten Pflanzen-LED-Leuchten enthalten nur die photosynthetisch aktiven Wellenlängen.
UV: Ultraviolette Strahlung (400-10 Nanometer) ist für Menschen und Pflanzen gefährlich, schädigt die DNA und kann krebserregendes Wachstum verursachen. Der größte Teil der UV-Strahlung wird von der Erdatmosphäre aufgefangen, aber eine kleine Menge trifft die Oberfläche.
Infrarotstrahlung: Infrarotstrahlung hat eine Wellenlänge von 760 Nanometern bis 1 Nanometer und wird weiter unterteilt in nahes IR (near-IR), mittleres IR (mid-IR) und fernes IR (far-IR).
Röntgenstrahlen: Röntgenstrahlung mit Wellenlängen von 10 – 0,1 Nanometern wird in der Praxis aufgrund ihrer Fähigkeit, verschiedene Materialien zu durchdringen, genutzt (Skia-Graphie, CT). Für den Pflanzenanbau hat sie keine Bedeutung.
Gamma-Strahlung: Radioaktive Strahlung, die bei nuklearen Prozessen entsteht. Für den Pflanzenanbau hat sie keine Bedeutung.
Outdoor-Anbau: Alle Lichtfarben
Es wird niemanden überraschen, wenn wir sagen, dass natürliches Sonnenlicht das komplexeste ist und das breiteste mögliche Spektrum abdeckt. Auf Pflanzen, die draußen angebaut werden, trifft nicht nur der sichtbare Teil des Lichtspektrums, einschließlich der photosynthetisch aktiven Strahlung, sondern auch Infrarot-, UV- und andere Strahlungsarten. Während die Auswirkungen von extrem kurzen oder extrem langen Wellenlängen des Lichts im Verhältnis zu Pflanzen nicht sehr gut dokumentiert sind, können einige der unsichtbaren Wellenlängen, wie UV- und weit rotes Licht, für Pflanzen entscheidend sein, obwohl sie die Photosynthese nicht beeinflussen.
Gewächshäuser: Fehlen von UV-Strahlung
Gewächshäuser können aus verschiedenen Arten von Glas oder sogar Kunststoffen hergestellt werden, die unterschiedliche Auswirkungen auf das Licht haben, das durch das Material hindurchgeht. Im Allgemeinen lässt Glas den größten Teil des Lichtspektrums durch, blockiert jedoch natürlich einen erheblichen Teil von UV- und Strahlung mit kürzeren Wellenlängen. In diesem Sinne können Gewächshäuser als halbdurchlässig betrachtet werden, und das Fehlen von UV-Licht kann Auswirkungen auf Pflanzen haben, beispielsweise auf die Produktion von Terpenen oder Wirkstoffen.
Es ist bekannt, dass UV-Strahlung bei einigen Pflanzen die Produktion von sekundären Metaboliten anregt. Es gibt Theorien, dass solche Pflanzen mehr dieser Substanzen produzieren, da diese als natürliche Schutzbarrieren gegen die schädlichen Auswirkungen von UV-Strahlen auf die DNA wirken. Weiterhin wurde der ungewöhnliche Fotorezeptor UVR8 entdeckt, der direkt durch UV-B-Strahlung aktiviert wird und Licht im Bereich von (280-320 Nanometern) wahrnimmt. Dieser Fotorezeptor besteht aus zwei UVR8-Molekülen, die sich nach der UV-B-Bestrahlung trennen und zu Monomeren werden, was seine Funktion verändert und zu Veränderungen führt, einschließlich einer erhöhten Stressresistenz, der Funktion von Genen und der Beeinflussung der Pflanzenentwicklung.
Das Fehlen von UV-Strahlung gefährdet das Leben der Pflanzen nicht, kann jedoch erheblich beeinflussen, wie sie mit Stress umgehen und verschiedene Lebensphasen durchlaufen. Aus diesen Gründen verwenden einige Züchter in Gewächshäusern und Indoor spezielle Pflanzenbeleuchtung, die das Lichtspektrum mit UV-A- und UV-B-Strahlung anreichert.
Indoor: PAR nach Maß für Pflanzen
Die meisten modernen Pflanzen-LED-Leuchten emittieren ein standardisiertes Lichtspektrum, das den Wellenlängen des PAR (400–700 Nanometer) entspricht. Ein solcher Spektralbereich reicht aus, damit Pflanzen unter künstlichem Licht gedeihen, und sie können unter bestimmten Umständen sogar schneller wachsen als draußen oder im Gewächshaus. Andererseits ist das Spektrum von LED-Pflanzenlampen nicht nur von UV befreit, sondern auch von Infrarotlicht.
Die Menge an Infrarotlicht, die auf Pflanzen trifft, die draußen oder im Gewächshaus wachsen, variiert je nach Tages- und Jahreszeit, da sich der Winkel, unter dem das Licht die Atmosphäre durchdringt, verändert, wenn die Sonne über den Himmel zieht. Pflanzen nutzen diese Tatsache zur Steuerung ihrer zirkadianen Rhythmen, und dank spezialisierter Fotorezeptoren, die Phytochrome genannt werden, können sie beispielsweise erkennen, wann es Zeit ist, mit der Blüte zu beginnen. Daher können Pflanzen beim Anbau unter künstlichem Licht in Innenräumen etwas langsamer blühen (bei der Umstellung auf 12/12), als es draußen der Fall wäre. Wie bei der UV-Strahlung kann auch das infrarote Spektrum in der Growbox oder im Gewächshaus durch zusätzliche Beleuchtung mit Infrarotspektrum ergänzt werden.
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