Was stellen das vollständige Lichtspektrum und die Wellenlängen, aus denen es sich zusammensetzt, dar?

In unserem nächsten Artikel möchte LEDWisdom detaillierte Informationen über das Lichtspektrum bereitstellen und Ihnen helfen, die im LED-Pflanzenlampenmarkt angewandten Marketingmethoden von bewährten, wertvollen Informationen zu unterscheiden.

Wir können zunächst zwei Arten von LEDs definieren: monochromatische und polychromatische LEDs. Monochromatische LEDs erzeugen Licht mit einer einzigen Wellenlänge, während polychromatische LEDs Licht mit einem Spektrum aus mehreren Wellenlängen erzeugen. Die in unseren LEDWisdom WB150-R und WB340-R Pflanzenlampen verwendeten Vollspektrum-LEDs sind Beispiele für polychromatische LEDs, während die 660-nm-OSRAM-OSLON®-LEDs Beispiele für monochromatische LEDs sind. Wie auf unseren Produktfotos zu sehen ist, erzeugen die 660-nm-Tiefrot-LEDs ausschließlich rotes Licht, das als Tiefrot bezeichnet wird. Vollspektrum-LEDs hingegen erzeugen weißes Licht und decken das gesamte sichtbare Wellenlängenspektrum ab. Polychromatische LEDs sind oft so konstruiert, dass sie alle Wellenlängen in unterschiedlichen Anteilen erzeugen. Dadurch ergibt sich ein Diagramm ihres Lichtintensitäts-Wellenlängen-Verhältnisses. Dieses Diagramm wird als Lichtspektrum bezeichnet.

Wir wollten die Wellenlängen, aus denen sich das Spektrum zusammensetzt, und ihre charakteristischen Auswirkungen auf Pflanzen auf der Grundlage einer Reihe von Experimenten, die am Fachbereich Gartenbau der Michigan State University durchgeführt wurden, und einer anschließenden Online-Veröffentlichung erklären.

Ziel des Experiments war es, nachzuweisen, dass das grüne Licht in unseren Vollspektrum-Pflanzenwachstumslampen zwar als die am wenigsten effiziente Wellenlänge im sichtbaren Spektrum für die Photosynthese gilt, aber dennoch eine Rolle bei der pflanzlichen Photosynthese spielt und einen positiven Effekt auf die Entwicklung von Pflanzenwurzeln und -stängeln hat.

Manche behaupten, Pflanzen nutzten grünes Licht nicht für die Photosynthese, doch diese Ansicht ist weitgehend falsch. Zwar reflektieren die meisten Pflanzen mehr grüne Wellenlängen als andere Wellenlängen des sichtbaren Spektrums, aber nur ein relativ geringer Anteil grünen Lichts wird von den Blättern durchgelassen oder reflektiert. Der überwiegende Teil des grünen Lichts wird für die Photosynthese verwendet. Die unten dargestellte Kurve der relativen Quanteneffizienz veranschaulicht, wie effizient Pflanzen Wellenlängen zwischen 300 und 800 nm nutzen können. Grünes Licht ist, wie die Grafik zeigt, die am wenigsten effizient genutzte Lichtfarbe im sichtbaren Spektrum, trägt aber entgegen der landläufigen Meinung wesentlich zur Photosynthese bei.

Kurve der relativen Quanteneffizienz. (Nach McCree, 1972. Agric. Meteorology 9: 191-216.)

Im Rahmen einer Versuchsreihe in Innenräumen untersuchte die Michigan State University, wie sich unterschiedliche Lichtwellenlängen (blau, grün und rot) von LEDs auf das Wachstum von Sämlingen auswirken. Tomaten der Sorte „Early Girl“, Salbeipflanzen der Sorte „Vista Red“, Petunien der Sorte „Wave Pink“ und Henna-Blüten der Sorte „SuperElfin XP Red“ wurden vier bis fünf Wochen lang in Klimakammern bei 20 °C und einer Lichtintensität von 160 µmol∙m∙2∙s∙1 kultiviert. Es wurden sowohl LED- als auch Leuchtstoffröhren verwendet. Im ersten Versuch betrug der Anteil der einzelnen monochromatischen LEDs: 25 % M + 25 % Y + 50 % K (blaue und grüne LEDs machten jeweils 25 % des Gesamtlichts aus, rote LEDs 50 %); 50 % M + 50 % Y; 50 % M + 50 % K; 50 % Y + 50 % K; 100 % K; und 100 % M. In diesem Experiment erzeugten die blauen LEDs Licht bei 446 nm, die grünen LEDs bei 516 nm und die roten und tiefroten LEDs bei Wellenlängen von 634 bzw. 664 nm.

Pflanzen, die unter mindestens 25 % blauem Licht wuchsen, waren 40 bis 60 % kleiner als solche, die nur unter rotem Licht wuchsen. Pflanzen, die mit 50 % grünem und 50 % rotem Licht kultiviert wurden, waren etwa 25 % kleiner als solche, die nur unter rotem Licht wuchsen, aber etwa 50 % größer als alle Pflanzen, die unter mehr als 25 % blauem Licht wuchsen. Demnach hemmt blaues Licht das Höhenwachstum von Pflanzen in Innenräumen stärker als grünes Licht. Es zeigte sich außerdem, dass 25 % grünes Licht den gleichen Anteil an blauem Licht problemlos ersetzen können, ohne das Frischgewicht zu beeinflussen.

Neben der Blatt- und Stängelentwicklung wurden auch deutliche Unterschiede im Wurzelwachstum beobachtet. Das Wurzelsystem der Pflanze, die unter dem Spektrum mit 25 % aller Wellenlängen kultiviert wurde, war im Vergleich zu den anderen Pflanzen deutlich stärker entwickelt.

Im nächsten Experiment wurden Pflanzen vier Wochen lang unter blauen (B), grünen (G) und roten (R) LEDs sowie Leuchtstofflampen (FL) mit gleicher Intensität kultiviert. Wie im vorherigen Absatz beschrieben, gibt die Zahl hinter jeder Farbe den prozentualen Anteil dieser Farbe an; beispielsweise bedeutet B50 + R50, dass die Pflanzen zu 50 Prozent unter blauem und zu 50 Prozent unter rotem Licht kultiviert wurden.

Pflanzen, die ausschließlich unter Rotlicht gezogen werden, weisen eine 50 bis 130 Prozent größere Blattfläche auf als solche, die unter mindestens 25 Prozent Blaulicht gewachsen sind. Ebenso ist das Frischgewicht von Pflanzen unter ausschließlich Rotlicht um 50 bis 110 Prozent höher als das von Pflanzen unter mindestens 25 Prozent Blaulicht.

Pflanzen, die unter Leuchtstofflampen wuchsen, wiesen im Allgemeinen ein ähnliches Frischgewicht und eine ähnliche Blattfläche auf wie Pflanzen, die ausschließlich unter Rotlicht kultiviert wurden. Ihre Höhe entsprach der von Pflanzen unter einer Mischung aus 50 % Grün- und 50 % Rotlicht. Henna-Blüten waren die einzige Art, die während des Versuchs Blütenknospen bildete, jedoch nur solche, die mindestens 25 % Blaulicht ausgesetzt waren. Die Anzahl der Tomatenblättchen mit Ödemen war unter Rotlicht am höchsten, und die Ödembildung nahm mit steigendem Blaulichtanteil ab.

In einem dritten Experiment wurden die gleichen Pflanzen vier Wochen lang unter unterschiedlichen Anteilen von blauem und rotem Licht bei einer Lichtintensität von 160 µmol m⁻² s⁻¹ kultiviert. Die verwendeten monochromatischen LEDs waren entweder rein rot (R100), rein blau (B100) oder in den folgenden Mischungsverhältnissen: B6 + R94, B13 + R87, B25 + R75 und B50 + R50.

Das rote Licht wurde wie im vorherigen Experiment durch zwei verschiedene rote monochromatische LEDs erzeugt. Pflanzen, die unter mindestens 6 % Blaulicht wuchsen, waren 25 bis 50 % kleiner als Pflanzen ohne Blaulicht. Die Blätter von Henna, Salbei und Petunien waren unter reinem Rotlicht etwa doppelt so groß wie die Blätter von Pflanzen, die mindestens 50 % Blaulicht erhielten. Ähnlich wie im zweiten Experiment führte ein erhöhter Blaulichtanteil zu mehr Blütenknospen bei weiblichen Pflanzen und weniger Ödemen bei Tomaten.

Aufgrund dieser Beobachtungen und Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass die Zugabe von blauem Licht zum Lichtspektrum das Stängelwachstum und die Blattausdehnung nicht beschleunigt. Pflanzen, die ausschließlich unter rotem Licht oder einer Kombination aus rotem und grünem Licht kultiviert werden, können hingegen Stängellänge und Blattgröße erhöhen. Wie bereits erwähnt, können 25 Prozent des blauen Lichts durch 25 Prozent grünes Licht ersetzt werden, ohne das Frischgewicht zu beeinflussen; die Pflanzen werden jedoch höher. Die Zugabe von blauem Licht zu einer rotdominierten Umgebung zeigte die positive Wirkung von blauem Licht auf die Produktqualität, indem es die Fruchtbildung bei Henna-Blüten anregte und das Auftreten von Ödemen bei Tomaten reduzierte.

Das Verhältnis von blauem und rotem Licht lässt sich anpassen, um Sämlinge mit der gewünschten Blattgröße und Stängellänge zu erzeugen. Rotes Licht fördert Blattgröße und Stängellänge und führt so zu Pflanzen mit der größten Biomasse. Pflanzenlampen, die ausschließlich blaues Licht abgeben, erzeugen kompaktere Pflanzen, deren Ernte im Allgemeinen eine höhere gärtnerische Qualität aufweist, jedoch mit kleineren Blättern. Daraus lässt sich schließen, dass die Verwendung anderer Farben im richtigen Verhältnis zusammen mit blauem Licht notwendig ist, um größere Blätter und qualitativ hochwertige Ernte zu erzielen.

Weitere potenzielle Vorteile der Einbeziehung von grünem Licht in das Lichtspektrum sind die Reduzierung der Augenbelastung für die Arbeiter und die Verbesserung der Sehschärfe. Unter monochromatischem oder zweifarbigem Licht (wie Blau und Rot) erscheinen Pflanzen nicht in ihren natürlichen Farben, was die Erkennung von Nährstoffmangel, Krankheiten oder Schädlingsbefall erschwert. Ein weiterer potenzieller Vorteil von grünem Licht ist seine Fähigkeit, die Pflanzenkrone besser zu durchdringen als andere Lichtwellenlängen. Durch die bessere Durchdringung der Krone können die unteren Blätter weiterhin Photosynthese betreiben, wodurch der Blattverlust reduziert wird. Der Unterschied in Qualität und Gewicht der Ernte aus den unteren Bereichen wird deutlich sichtbar sein.

Sie können diese Informationen nutzen, um Pflanzen mit den gewünschten Strukturmerkmalen zu formen. Mit den Produkten der meisten anderen Beleuchtungshersteller ist dies jedoch nicht optimal möglich. Lichtspektren müssen gezielt angepasst werden, um den Ernteertrag zu maximieren – so wie wir es bei LEDWisdom tun. Die Verwendung korrekt ausgewählter Vollspektrum-LEDs ist unerlässlich, um das perfekte Spektrum und die optimale Helligkeit zu erzielen. Die Zugabe der richtigen Anteile roter monochromatischer LEDs gilt als die effizienteste Methode zur Spektrumoptimierung. Wir hoffen, dass die von uns präsentierten Beobachtungen und Ergebnisse zeigen, dass das gesamte Licht unserer Vollspektrum-Pflanzenlampen für die Photosynthese genutzt wird. Mit unserer LEDWisdom-Pflanzenlampenformel unterstützen wir Sie dabei, Ihre Pflanzen optimal in der Horizontalen und Vertikalen zu kultivieren.

Referenzen;

1. Heidi Wollaeger, M., & Erik Runkle, M. (25. September 2018). Grünes Licht: Ist es wichtig für das Pflanzenwachstum? Abgerufen am 25. Oktober 2020 von https://www.canr.msu.edu/news/green_light_is_it_important_for_plant_growth

2- McCree, KJ (1972) Das Wirkungsspektrum, die Absorptionsfähigkeit und die Quantenausbeute der Photosynthese bei Nutzpflanzen. Agricultural Meteorology, 9, 191-216.

3- Runkle, H., Sofia Flores | Rosanna Freyre | Paul Fisher, Wright, J., Fisher, |., Gallagher, A., Heidi Lindberg ([email protected]) ist ehemalige wissenschaftliche Mitarbeiterin und jetzt Dozentin an der Michigan State University (MSU) Extension. Alle Artikel der Autorin finden Sie hier., . . . Sagt:, B. (26. August 2016). Anzucht von Sämlingen unter LEDs: Teil 2. Abgerufen am 25. Oktober 2020 von https://www.greenhousegrower.com/production/plant-culture/growing-seedlings-under-leds-part-two/