Einer der Schlüsselfaktoren für ein optimales Pflanzenwachstum ist die Bereitstellung von ausreichend Licht für die Photosynthese. Das Blatt ist so konzipiert, dass es fast 95% des Lichts der Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm absorbiert und 5% des Wellenbereichs 700-850 nm. Von den restlichen 95% des 700-850-nm-Wellenbereichs werden 45% reflektiert und 45 % transmittiert.
Zahlreiche Strukturen in Innenräumen können das Licht daran hindern die Pflanzen zu erreichen. So gelangt ein großer Teil der Sonnenstrahlung (30-50%) nicht zu den Pflanzen. Die Abdeckung z.B. eines Gewächshauses, Plastik oder Glas, hat dabei einen wichtigen Einfluss auf die Lichtdurchlässigkeit.
Innenräume sollten ebenfalls optimalen Bedingungen wie Licht, Temperatur und Nährstoffe für die Pflanzen bieten, damit sie eine optimale Photosynthese betreiben können.
Nützliche Konzepte:
PPFD: Photosynthetische Photonenflussdichte
PPFD ist die Anzahl der Photonen des Lichts, die jede Sekunde auf einer bestimmten Fläche (m²) auftreffen, gemessen in Mikromol (µmol/m²/s).
DLI: Das Tageslicht-Integral (Daily Light Integral=DLI) ist ein Maß für die kumulative photosynthetisch aktive Strahlung (Photosynthetically Active Radiation=PAR), die von Pflanzen im Laufe eines Tages empfangen wird. Einfacher gesagt, die Anzahl an Photonen (des Lichts) über einen Zeitraum von 24h auf einer bestimmten Fläche. Das Konzept ähnelt der Messung des täglichen Niederschlags in Zentimetern pro Tag.
Das DLI integriert die Lichtintensität in Mikromol pro Quadratmeter pro Sekunde (μmol/m²/s) und summiert diese über 24 Stunden. Das gesamte Tagesintegral wird als mol pro Quadratmeter pro Tag ausgedrückt (mol/m²/Tag). Der gesamte tägliche Lichtbedarf variiert beträchtlich zwischen verschiedenen Pflanzenarten. Wenn der verfügbare DLI-Wert unter dem empfohlenen Wert liegt, kann die Differenz durch zusätzliches Licht ausgeglichen werden.
Die Formel zur Berechnung des DLI lautet:
PPFD x Lichtstunden pro Tag x 3600/1.000.000 = DLI (oder mol/m²/Tag)
1.000.000 Mikromol = 1 mol
3600 Sekunden = 1 Stunde
Wie kann das DLI für bessere Ernteerträge erhöht werden?
Die Erhöhung des DLI ist ein wirksames Mittel zur Ertragssteigerung. Entweder gibt man den Pflanzen intensiveres Licht, oder man gibt ihnen mehr Lichtstunden pro Tag, was sie dazu bringen kann, mehr zu produzieren. Zu viel Licht kann im Gegensatz jedoch auch den Erträgen schaden und Energie verschwenden. Deshalb müssen die Landwirte entscheiden, wie viele Stunden sie ihre Pflanzenbeleuchtung verwenden und wie viel Licht die Pflanzenlampen liefern, je nachdem, welche Pflanzen sie anbauen.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen die Züchter wissen, dass der DLI-Wert im Freien je nach Breitengrad, Jahreszeit und Bewölkungsgrad variiert. Wenn der DLI-Wert niedrig ist, wäre es ratsam, die Menge an natürlichem Licht zu maximieren, die die Pflanze erreichen kann.
Im Wesentlichen sind niedrige Beleuchtungsniveaus für lange Zeiträume energieeffizienter als hohe Niveaus für kurze Zeiträume. Darüber hinaus wird zusätzliches Licht, das bei niedrigem Sonnenlichtniveau zur Verfügung gestellt wird, effizienter genutzt als zusätzliches Licht, das bei hohem Sonnenlichtniveau zur Verfügung gestellt wird.
Fenster- und Dachstrukturen stellen beispielsweise ein Hindernis für die Sonneneinstrahlung dar: Rahmen, Glasleisten, Schmutz und Dachrinnen, sind nahezu lichtundurchlässig und das meiste Licht wird absorbieren oder reflektiert. Während des Sommers mit langen Tagen und hohen Sonneneinstrahlungswinkeln ist dies kein Problem; im Herbst, Winter und Frühling ist die Lichtmenge jedoch in der Regel marginal.
Das ganze Jahr über liegt der DLI-Wert im Freien zwischen 5 und 60 mol/m²/Tag. In Innenbereichen überschreiten die Werte jedoch nur selten 25 mol/m²/Tag. Hinzu kommt der Lichtverlust durch die Verglasung und die Obstruktionen. Das Licht, das letztendlich zu den Pflanzen gelangt, ist in der Regel geringer als für ein optimales Pflanzenwachstum erforderlich ist.
Konkretes Beispiel:
Wenn Sie zum Beispiel wissen, dass eine Tomatenpflanze 30 DLI pro Tag benötigt und normales Sonnenlicht 20 DLI pro Tag liefert, dann benötigen Sie 10 weitere DLI.
Fragestellung: Wenn Sie Ihre Tomatenpflanzen 18 Stunden lang mit Pflanzenlampen beleuchten wollen, welche Art von PPFD müssen Sie für das Zusatzlicht in Betracht ziehen?
Antwort: PPFD=(10*1,000,000)/(3600*18)=154.32
Wenn Sie die Pflanzenlampen in einem Abstand von 80 cm über die Pflanzen hängen möchten, benötigen Sie am besten eine dimmbare Pflanzenlampe, welches einen PPFD-Wert von ca. 150 µmol/m²/s in einem Abstand von 80 cm erreicht. Das ist am einfachsten über eine dimmbare Pflanzenlampe möglich, da Sie hier ganz einfach die Lichtintensität nach Bedarf regeln können. Wenn Sie variabel von der Höhe sind, können Sie auch eine nicht dimmbare Pflanzenlampe einsetzen und die Intensität über Anpassung der Höhe regulieren.
Eine dimmbare Variante:
Eine nicht dimmbare Variante:
Messung der Lichtmenge:
Pflanzenphysiologie
Pflanzen wachsen durch die Umwandlung von Photonen (Sonnenschein oder zusätzliche Beleuchtung), Wasser sowie der Umwandlung von CO2 in Zucker und Sauerstoff. Die Umweltbedingungen und die Physiologie jeder Pflanze bestimmen die Geschwindigkeit der Photosynthese. Bei den Lichtreaktionen der Photosynthese werden Photonen von photosynthetischen Pigmenten absorbiert, und die Energie wird zum Transport von Elektronen verwendet. Dieser Elektronentransport führt dann zur Produktion von chemischen Stoffen, die für die Synthese von Zucker benötigt werden. Die Elektronentransportrate (ETR) ist ein direktes Maß für die Lichtreaktionen der Photosynthese als Reaktion auf den photosynthetischen Photonenfluss (PPF). Die ETR ist die treibende Kraft für die Photosynthese und letztlich für das Pflanzenwachstum.