Die Beziehung zwischen der Lichtmenge im Gewächshaus und dem Ertrag

Viele Faktoren beeinflussen die Ertragssteigerung wie z.B. Temperatur, Sonneneinstrahlung, Pflanzendichte, CO2-Konzentration und Blattflächenindex. Unter diesen wird die Sonneneinstrahlung als einer der wichtigsten Faktoren betrachtet der das Wachstum von Nutzpflanzen stark beeinflusst. Die Strahlung, die die Pflanzen erhalten bestimmt den Ertrag. Aus diesem Grund verwenden immer mehr Landwirte Anbauleuchten, um den Ernteertrag der von ihnen angebauten Pflanzen zu verbessern.

Die Niederlande gehören zu den Pionierländern beim Einsatz von Zusatzbeleuchtung im Gewächshaus. In den letzten 30 Jahren haben niederländische Züchter in der Regel einen Lichtzuwachs von 1% erlebt, was zu einem Wachstums- und Produktionsanstieg von 1% geführt hat. Ihre Erfahrungen mit Salat, Gurken, Rosen, Freesien, Weihnachtssternen (Poinsettias) und Ficus zeigen, dass ein hohes Lichtniveau während des Wachstumsprozesses wichtig ist. Alle diese Züchter sind überzeugt, dass die relative Wirkung des Lichts im Winter größer ist als im Sommer.

Um diese Erkenntnis zu testen, dass 1 % zusätzliches Licht zu 1 % zusätzlichem Wachstum und Produktion führt, haben Wissenschaftler bodengewachsenes Gemüse, Fruchtgemüse, Schnittblumen und Zwiebelblumen untersucht und das Wachstum als Reaktion auf eine Änderung der Lichtmenge bei Gewächshauskulturen quantifiziert.

Auf dem Boden angebautes Gemüse (Salat, Radieschen)

Bei Gemüse, das im Boden angebaut wird, führt eine Strahlungszunahme von 1% zu einer Ertragssteigerung von 0,6% bis 1,4%. Die Bildung von Radieschen Knollen ist stark vom Licht abhängig. Lichtveränderungen haben einen größeren Einfluss auf das Knollengewicht als auf das Sprossengewicht, folglich steigt das Spross-/Knollenverhältnis bei schwachem Licht an. Licht hat im letzten Entwicklungsstadium einen stärkeren Einfluss auf das endgültige Knollengewicht als in der anfänglichen Wachstumsphase. Eine Verringerung der Strahlung um 1 % führt jedoch zu einer Verringerung sowohl des Frisch- als auch des Trockengewichts der Salatköpfe um etwa 0,8 %.

Grüne LEDs mit hohem PPF (300 µmol/m-2/S-1) sind am wirksamsten, um das Wachstum von Salat zu fördern. Zusätzliches grünes Licht verstärkte das Wachstum von Salat unter roter und blauer LED-Beleuchtung.

Fruchtgemüse (Gurken, Tomaten, Paprika)

Eine Lichtreduktion während der Wachstumsphase der Gurke verändert die Trockenmasseverteilung und den Wassergehalt; daher hat die Lichtreduktion einen stärkeren Einfluss auf den Gurkenertrag. Die Reduktion des Gurkenertrags bei 1% weniger Strahlung variierte in den meisten Fällen zwischen 0,6 und 1,2%. Paprika ist etwas lichtempfindlicher als Tomaten und Gurken: eine Lichtreduktion um 1% reduziert den Tomatenertrag zwischen 0,6 und 1,1% und den Paprikaertrag zwischen 0,8 und 1,3%. Bei Fruchtgemüse im Allgemeinen führt eine Verringerung der Lichtempfindlichkeit um 1% zu einer durchschnittlichen Ertragsminderung im Bereich von 0,8 bis 1%.

Schnittblumen (Rosen, Chrysanthemen)

LEDs können in der Blumenzucht eine Schlüsselrolle spielen, indem sie ein geeignetes Lichtspektrum (Qualität und Dauer) liefern. Licht steuert den zirkadianen Rhythmus der Pflanzen, d.h. ihre Taktung auf Tag- (Licht) und Nachtzyklen (Dunkelheit), dieser zirkadiane Rhythmus beeinflusst die Photomorphogenese.

Es hat sich gezeigt, dass rotes und fernrotes Licht die Photomorphogenese beeinflussen; daher spielt das Verhältnis von rotem und fernrotem Licht bei der Regulation der Blüte eine wichtige Rolle. Die Blüte wird bei Pflanzen hauptsächlich durch Phytochrome (eine Gruppe von Pflanzenpigmenten) reguliert, die in zwei Formen auftreten: Pr reagiert auf rotes Licht und Pfr reagiert auf fernrotes Licht. Diese beiden Pigmente (Pr und Pfr) konvertieren hin und her: Pr wird unter Rotlichtbeleuchtung in Pfr und Pfr unter fernrotem Licht in Pr umgewandelt. 

Die aktive Form, welche die Blütezeit auslöst, ist Pfr. Pr wird auf natürliche Weise in der Pflanze produziert. Das Verhältnis von Pr zu Pfr ist im Gleichgewicht, wenn die Pflanze Licht empfängt (tagsüber), denn rotes Licht wandelt Pr in Pfr um und fernrotes Licht wandelt Pfr wieder in Pr um. Die umgekehrte Umwandlung von Pfr ist jedoch auch bei einer Dunkelreaktion möglich, so ist es die Nacht(dunkel)-Periode, die das Verhältnis von Pr zu Pfr hauptsächlich beeinflusst und die Blütezeit der Pflanzen steuert.

Bei Schnittblumen wie Rosen beeinflusst die Tatsache, ob die Blumen genügend Licht bekommen, die Qualität der Blüten. Ähnlich wie bei bodennahem Gemüse verringerte eine Lichtreduktion von 1% den Ertrag zwischen 0,4 und 1,2%. Eine Verringerung der Strahlung führt zu weniger Sprossen, geringeren Sprossgewichten und einer schlechteren Rosenqualität. Wenn die Blütenknospen außerdem zu wenig Licht erhalten, kann dies zu blinden Sprossen führen. Im Winter hat Lichtmangel einen großen Einfluss auf die Blüten. Bei Chrysanthemen führte eine Verringerung der Strahlung um 1 % zu Ertragsminderungen, die zwischen 0,3 und 1,0 % schwankten, in den meisten Fällen konnte jedoch eine Ertragsminderung von 0,6 % beobachtet werden.

Zwiebelblumen (Freesien, Lilien)

Bei mehreren Langtagspflanzen fördert die Hinzufügung von fernrotem Licht (700-800 nm) zu rotem Licht (600-700 nm) die Tageslänge der Blüte und das Wachstum. Die höhere Energieeffizienz und die längere Lebensdauer sind die wichtigsten Vorteile von LEDs in der Blumenzucht.

Bei einer Lichtreduktion um 1% nimmt das Frischgewicht der Sprossen um etwa 0,5% bis 1,2% ab. Diese Daten basieren auf Experimenten, die im Sommer durchgeführt worden sind. Im Winter dürfte die Wirkung von zusätzlichem Licht stärker sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Lichtzuwachs von 1% bei den meisten der getesteten Kulturen zu einer Erhöhung des erntbaren Produkts um 0,5 bis 1% führt. Als Faustregel können die folgenden Werte verwendet werden: 0,8-1% für im Boden gewachsenes Gemüse, 0,7-1% für Fruchtgemüse, 0,6-1% für Schnittblumen, 0,25-1,25 für Zwiebelblumen, 0,5-1% für blühende Topfpflanzen und 0,65% für nicht blühende Topfpflanzen. Dies sind Durchschnittswerte.

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