Die wichtigsten Bedingungen für optimales Pflanzenwachstum sind: Licht, Wasser, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Temperatur, Mineralien und Nährstoffe.
Pflanzenwachstum und Photosynthese
Chlorophyll
Chlorophyll, auch als Blattgrün bekannt, ist ein natürlicher Farbstoff, der von Pflanzen gebildet wird, um die Photosynthese zu betreiben. Durch die Chlorophyllmoleküle erlangen Pflanzen ihre grüne Farbe. Aber was ist mit anderen Bereichen des sichtbaren Lichts? -Es wird von Chlorophyll absorbiert. Daher werden neben Chlorophyll sogenannte Hilfspigmente abgeschieden. In gewissem Sinne können sie als Hilfskomponenten von Grünpflanzenpigmenten verwendet werden. Da sie nicht sichtbar sind, sind sie für die Gewährleistung des lichtabsorbierenden Bereichs verantwortlich sind. Diese Hilfspigmente sind Carotinoide (absorbieren rotes Licht) und Phycobilidin (absorbieren blaues Licht). Chlorophylle haben mehrere wichtige Aufgaben während der Photosynthese wie die Absorption des Lichts und den Elektronen- und Energietransfer.
Spektrale Eigenschaften
Wenn wir uns nun die Spektren genauer anschauen ist relativ leicht zu erkennen warum Blätter, welche Chlorophyll a und b enthalten, grün sind. Chlorophyll a und b absorbieren besonders im blauen Spektralbereich (400–500 nm) sowie im roten Spektralbereich (600–700 nm). Jedoch findet im grünen Spektralbereich keine Absorption statt, so dass grünes Licht gestreut wird. Diese Streuung lässt Blätter grün erscheinen.
Wie aus der Abbildung ersichtlich, erfordert die Photosynthese eine bestimmte Wellenlänge. Dieser Bereich wird durch "photosynthetisch aktive Strahlung" (PAR) angezeigt. Als photosynthetisch aktive Strahlung ist jene elektromagnetische Strahlung im Bereich des Lichtspektrums definiert, den phototrophe Organismen hauptsächlich bei der Photosynthese nutzen, kurz gesagt also gibt PAR an, welche Wellenlängen die Photosynthese besonders fördern. Die maximale photosynthetische Wellenlänge liegt im sichtbaren Spektrum elektronischer elektromagnetischer Wellen im Bereich von blauem und rotem Licht. Chlorophyll absorbiert genau die Wellenlängen, die für die Photosynthese vorteilhaft sind.
Daher kann Chlorophyll den größten Teil des sichtbaren Lichts absorbieren und für die Photosynthese verwenden. Sonnenlicht besteht aus all diesen Komponenten. Daher sollten LED-Pflanzenwachstumslichter auch diese Bereiche des Spektrums abdecken, um eine optimale Verwendung im Pflanzenanbau zu gewährleisten.
Nicht nur die Abdeckung der kurz- und langwelligen Bereiche des Spektrums ist für den Photosynthesevorgang besonders wichtig. Wichtig ist auch die Intensität des Lichts, das auf die Pflanzenblätter trifft. Während der Photosynthese muss der Schwellenwert vollständig überschritten werden, bevor die Photosynthese beginnen kann. Der beste Zustand der Photosynthese ist 230 W / m². Wenn die Stärke jedoch zu hoch ist, können die Pflanzen beschädigt werden. Insbesondere bei der Beschattung von Pflanzen sollte die Lichtintensität nicht zu hoch sein, da sie sonst absterben können. Daher sollten Sie auf die Lichtleistung des LED-Wachstumslichts achten. Die Einheit ist pro Watt [µmol / W]. Je mehr Mikromol pro Watt erzeugt werden können, desto höher ist der Wirkungsgrad der LED-Wachstumslampe. Die Lichtausbeute ist eine weitere physikalische Größe, bei welcher der Lichtstrom einer Lampe in Kombination mit deren Leistung angezeigt wird. Die Lichtausbeute wird in Lumen pro Watt (lm/W) gemessen und gibt an, wie effizient eine Lampe leuchtet. Wie viel Energie in Licht umgewandelt wird, lässt sich also anhand der Lichtausbeute ablesen. Je höher der Wert ist, desto effizienter ist eine Lichtquelle.
Die wichtigsten Faktoren des Pflanzenwachstums
Temperatur
Wie oben erwähnt, ist die Temperatur ein wichtiger Faktor bei der Photosynthese. Die Photosyntheserate steigt mit zunehmender Temperatur an, bis die optimale Temperatur erreicht ist. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, nimmt die Photosyntheserate wieder ab. Die Erhöhung der Photosyntheserate zum Erreichen der optimalen Temperatur folgt der sogenannten RTG-Regel, nach der eine Temperaturerhöhung von 10 Grad Celsius die Stoffwechselaktivität verdoppelt. Nach Erreichen des optimalen Wertes (der je nach Ort und Typ variiert) wirken sich auch andere Faktoren einschränkend aus (z. B. eine Erhöhung der Atemintensität oder die Denaturierung des beteiligten Enzyms). Bei LED-Pflanzleuchten geht es nicht darum, die beste Temperatur zu gewährleisten. Im Gegenteil, es ist wichtig sicherzustellen, dass das Pflanzenlicht nicht zu viel Eigenwärme erzeugt, damit die Blätter die Enzyme nicht verbrennen oder sogar denaturieren.
Die Temperatur beeinflusst die Photosynthese, da die meisten Photosyntheseprozesse von der Aktivität der Enzyme abhängen. Enzymreaktionen hängen immer von der Temperatur ab, was die Photosyntheseleistung von Pflanzen beeinflusst. Die Photosynthese ist bei niedrigen Temperaturen schlecht. Wenn die Temperatur steigt, steigt auch die Photosyntheseleistung. Die Photosynthese erreicht bei 30 ° C ihr Maximum und nimmt mit steigender Temperatur wieder ab. Dies liegt daran, dass pflanzliche Enzyme bei 30 ° C am besten sind. Höhere Temperaturen zerstören die Aktivität von Enzymen und führen zu einem raschen Rückgang der Photosynthese. Beim Kauf von LED-Pflanzenleuchten können Sie einerseits Platz sparen, da Sie die Pflanzenleuchten in der Nähe der Pflanzen installieren können. Auf der anderen Seite sparen Sie Geld, da Sie keine zusätzlichen Kühlgeräte kaufen müssen.
Die Lichtausbeute
Die Lichtausbeute ist eine weitere physikalische Größe, bei welcher der Lichtstrom einer Lampe in Kombination mit deren Leistung angezeigt wird. Die Lichtausbeute wird in Lumen pro Watt (lm/W) gemessen und gibt an, wie effizient eine Lampe leuchtet. Wie viel Energie in Licht umgewandelt wird, lässt sich also anhand der Lichtausbeute ablesen. Je höher der Wert ist, desto effizienter ist eine Lichtquelle.
CO2-Gehalt
Der Kohlendioxidgehalt in der Luft beeinflusst auch die Photosyntheseleistung von Pflanzen. Allerdings beträgt der Kohlendioxidgehalt in der Luft unter normalen Bedingungen 0,03% (Volumen). Wenn beispielsweise der CO2-Gehalt im Labor erhöht wird, steigt die Leistung der Photosynthese auf etwa 0,1% (Volumen) CO2. Dort wird 100% der Photosynthese realisiert, auch wenn die CO2-Konzentration erhöht wird, kann die Photosynthese nicht weiter verbessert werden. Wenn Sie also den Kohlendioxidgehalt in der Luft erhöhen, kann die Pflanze eine höhere Photosyntheseleistung erzielen.
Glucose
Pflanzen sind autotrophe Organismen, d.h. ihre benötigte Nahrung können sie selbst herstellen. Dieser Vorgang geschieht in der Photosynthese wo aus Kohlenstoffdioxid und Wasser durch Energiezufuhr in Form von Licht Glucose und Sauerstoff hergestellt wird. Mit der Glucose wird der Vorgang des Zellen Aufbaus gestartet. Die Nährstoffe, die aus dem Boden über die Wurzeln gewonnen werden, sind auch wichtig.
Wasser
Ein weiterer Faktor, der die Photosyntheseleistung von Pflanzen beeinflusst, ist die Wasserversorgung. Wenn nicht genügend Wasser für die Pflanze vorhanden ist, werden die Stomata in den Blättern geschlossen, um zu vermeiden, dass mehr Wasser verloren geht. Kohlendioxid ist jedoch eines der Ausgangsmaterialien der Photosynthese und gelangt über die Stomata auch in das Blattgewebe. Ähnlich wie bei der geringen Kohlendioxidkonzentration in der Umgebungsluft nimmt daher Ihre Photosyntheseleistung auch bei schlechter Wasserversorgung ab.
Anforderungen
Die Wellenlänge sollte im Bereich von kurz-, blau- und langwelligem sowie rotem Licht liegen, um sicherzustellen, dass die Pflanze während des Wachstums und der Blüte unterstützt wird.
Um eine ausreichende Lichtintensität zu gewährleisten, sollte das höchstmögliche Licht mit der geringstmöglichen elektrischen Leistung abgegeben werden. Die Temperatur sollte 38 ° C nicht überschreiten. Andernfalls wird die Enzymaktivität in Pflanzenzellen ausgesetzt.
Die verschiedenen Leuchtmittel
Energiesparlampen
Unter Berücksichtigung der gegebenen Faktoren des idealen Pflanzenwachstums, der Wellenlänge, der Lichtleistung und der Temperatur sollte klar sein, inwieweit herkömmliche Haushaltslichtquellen LED-Pflanzenwachstumslichter ersetzen können.
Energiesparlampen decken den größten Teil des für die Photosynthese erforderlichen Wellenlängenbereichs ab, emittieren jedoch hauptsächlich grünes Licht. Die für die Blüte und das Wachstum von Pflanzen erforderlichen Rot- und Blaulichtflächen sind unzureichend. Ihre Lichtleistung beträgt 35 bis 75 lm / W, was auf einem akzeptablen Niveau liegt. Die Wärmeableitung ist nicht zu hoch, so dass sie in dieser Hinsicht zur Beleuchtung von Pflanzen geeignet sind. Da energiesparende Lampen jedoch keine idealen Wachstumseffekte erzielen können, können sie nur als zusätzliche Beleuchtung für Pflanzen verwendet werden.
Leuchtstoffröhren
Das Grünlichtverhältnis von Leuchtstoffröhren ist besonders hoch. Sie bedecken auch einige blaue Teile des Lichts, was gut für das Pflanzenwachstum ist. Die Lichtleistung ist mit 50 bis 105 lm / W relativ hoch, so dass auch eine höhere Lichtintensität erreicht werden kann. Leuchtstoffröhren geben nicht zu viel Wärme ab, sodass sie zur Beleuchtung von Pflanzen verwendet werden können. Da einige blaue Teile von Leuchtstoffröhren bedeckt sind, eignen sie sich für den Anbau von Pflanzen. Sie können jedoch nicht mit der Geschwindigkeit von LED-Pflanzenbeleuchtungen mithalten, da sie Pflanzen während der Wachstums- und Blütephase nicht optimal unterstützen können.
Dies zeigt, dass gewöhnliche Haushaltslichtquellen wie Energiesparlampen und Leuchtstofflampen nicht für den Anbau von Pflanzen geeignet sind. Energiesparlampen können als zusätzliche Beleuchtung und Leuchtstoffröhren für den Anbau verwendet werden, können jedoch das Sonnenlicht nicht ersetzen und Pflanzen während der Photosynthese nicht optimal unterstützen.
Darum also LED-Pflanzenbeleuchtungen!
LED-Pflanzenbeleuchtungen unterstützen das Pflanzenwachstum perfekt: Sie beeinflussen die Photosynthese von Wellenlänge, Lichtleistung und Temperatur auf ideale Weise und fördern so das Pflanzenwachstum. Andere Arten von Licht können nicht alle erforderlichen Wellenlängenbereiche abdecken, die Lichtleistung pro verwendete Leistung ist zu gering und es wird übermäßige Eigenwärme erzeugt.
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Kurz zusammengefasst:
Für die Photosynthese verwenden Pflanzen das violett-blaue und das orange-rote Lichtspektrum.
LEDs zeichnen sich durch hohe Lichtausbeute, lange Lebensdauer und geringe Wärmeentwicklung aus
Mit LED-Beleuchtung gedeihen Pflanzen schneller und gleichmäßiger
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