Lichtmesswerte zur Lichtmessung von Pflanzenlicht

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Lichtmesswerte und ihre Bedeutung für das Pflanzenwachstum

Warum Lumen und LUX von gestern sind

Pflanzen wachsen nicht schneller, wenn man daran zieht. Aber Pflanzen wachsen schneller, wenn die Lichtbedingungen perfekt für ein gesundes und nachhaltiges Wachstum sind. Doch welche Messwerte sollten zur Beurteilung der vorherrschenden Lichtbedingungen herangezogen werden? An dieser Frage scheiden sich die Geister. Während die allgemein bekannten Einheiten Lumen und LUX unter Pflanzenzüchtern immer noch weit verbreitet sind, liefert die Wissenschaft mehr und mehr Argumente, von dieser sehr vereinfachenden Sichtweise Abstand zu nehmen. Neuere Erkenntnisse deuten vielmehr darauf hin, dass die durchschnittliche photosynthesische Photonenflussdichte, auch als PPFD bekannt, für das Pflanzenwachstum viel entscheidender ist. Um zu verstehen, warum das so ist, ist zunächst ein grundlegendes Verständnis von der Photosynthese und den damit zusammenhängenden Lichtmesswerte notwendig.

Die Photosynthese und wie sich Licht darauf auswirkt

Unter dem Begriff Photosynthese verstehen wir den pflanzlichen Prozess der Umwandlung von Wasser und Kohlenstoffdioxid in Glucose und Sauerstoff. Grundlegende Voraussetzung für den Ablauf dieses Stoff- und Energieumwandlungsprozesses der Pflanzen ist Strahlungsenergie und das Vorhandensein von Chlorophyll, das auch als Blattgrün bezeichnet wird. Während das Wasser über die Wurzeln der Pflanzen aufgenommen wird, liefert die Sonne in einer natürlichen Umgebung die Strahlungsenergie.

Bildlich gesprochen läuft bei Pflanzen der umgekehrte Prozess als beim Menschen ab. Während der Mensch Sauerstoff einatmet und Kohlenstoffdioxid ausatmet, ist die Pflanze auf Kohlenstoffdioxid angewiesen und produziert daraus Sauerstoff. Für diesen Prozess benötigt die Pflanze aber nicht nur CO2, sondern auch Lichtenergie. Diese Lichtenergie wird von der Sonne in Form von Photonen bereitgestellt. Photonen sind als Energieträger also von entscheidender Bedeutung für das Pflanzenwachstum und müssen in Quantität und Qualität den jeweils individuellen Ansprüchen der Pflanze gerecht werden. Was in der Natur dank des idealen Lichtspektrums der Sonne ganz von alleine gelingt, stellt in der künstlichen Pflanzenbeleuchtung eine Wissenschaft für sich dar.

Um zu verstehen, welcher Messwert diesem Prozess der Photosynthese Rechnung trägt und eine Beurteilung erlaubt, ist auch hier eine kurze Einführung notwendig.

Von Lumen und LUX über PPFD bis zu PAR

Die Einheit Lumen beschreibt den auf der Lichtstärke basierenden Lichtstrom, der sich aus dem Produkt aus der Lichtstärke und dem Raumwinkel ergibt. Vereinfacht gesagt gibt der Lumen-Wert einer Lichtquelle darüber Aufschluss, mit welcher Rate Licht erzeugt wird und zur Verfügung steht. Die Einheit Lumen erlaubt aber keine Aussage darüber, welche Beleuchtungsstärke bei einer bestimmten Empfangsfläche ankommt, da keine Informationen über die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle vorliegen. Darüber hinaus nimmt der Messwert Lumen keinen Bezug auf die Anzahl der Photonen, die auf der Beleuchtungsfläche auftreffen. Während die Einheit Lumen für die Beurteilung von Lampen für reine Beleuchtungszwecke also durchaus geeignet ist, ergibt die Beurteilung von Pflanzenleuchten wenig Sinn.

Die Einheit Lux leitet sich direkt aus dem Lumen-Wert ab und bezieht den gemessenen Lichtstrom auf die bestrahlte Fläche. Da dieser Wert ebenfalls auf dem Lichtstrom und nicht auf die Anzahl der für die Photosynthese wichtigen Photonen basiert, ist er für die Beurteilung von Licht für Bestrahlungszwecke ebenfalls wenig geeignet.

Die hier erläuterte Problematik kann gelöst werden, indem die Einheit des photosynthetischen Photonenflusses (PPF) eingeführt wird. Der PPF-Wert wird in der Einheit µmol/s angegeben und misst die Anzahl der Photonen, die von einer Quelle emittiert werden. Bezieht man diesen wichtigen Wert nun auf die bestrahlte Fläche und bildet den Durchschnitt über diese Fläche, so ergibt sich die durchschnittliche photosynthethische Photonenflussdichte (PPFD). Dieser Wert bezieht die Anzahl der durchschnittlich ankommenden Photonen auf die Bestrahlungsfläche und ist daher hervorragend zur Beurteilung der Lichtqualität geeignet. Wird der direkte PPF-Wert an einem bestimmten bestrahlten Punkt ermittelt, ist übrigens von dem PAR-Wert die Rede. Dieser Wert lässt Rückschlüsse für bestimmte Punkte der Bestrahlungsfläche zu, ist aber immer im Zusammenhang mit dem PPFD-Wert zu sehen.

Um die Wirkung des Lichts auf die Pflanze beurteilen zu können, ist also im Wesentlichen die photosynthetische Photonenflussdichte PPFD zu berücksichtigen. Diese lässt im Gegensatz zum Lumen- oder LUX-Wert Rückschlüsse auf die Anzahl der für die Photosynthese so wichtigen Photonen zu. Natürlich ist der PPFD-Wert immer im Zusammenhang mit dem Wellenlängenspektrum des emittierten Lichts zu betrachten, um optimale Ergebnisse bei der Pflanzenzucht zu erreichen.

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