PPFD: Licht für das Pflanzenwachstum

21. August 2017
Patric Domin

Es gibt diverse Möglichkeiten, um Licht zu beurteilen. Einige Methoden davon beziehen sich auf das von Pflanzen verwertbare Licht. Diese wollen wir in diesem Artikel gezielt ins Auge fassen. Denn „Lumen is for human!“. Wir haben dazu zwei wichtige Faktoren, die leider oft missverstanden werden. Zum einen ist das die Lichtquantität und zum anderen die Lichtqualität. Im folgenden Beitrag erfährst du alles darüber, was die Begriffe PPF, PPFD und LED-Spektrum bedeuten.

Lichtquantität

Die Lichtquantität in der Photosynthese, oder auch Lichtmenge, ist der direkt korrelierende Faktor, wenn es um die Produktion der Biomasse geht. Das heißt - je mehr Licht, desto mehr Biomasse (bis zu einer gewissen Grenze). Da Photosynthese ein Quantenprozess ist, kann sie auf einer Photonenbasis quantifiziert werden. Im Folgenden stellen wir drei Möglichkeiten vor, Lichtquantität zu messen und zu testen.

PPF: Licht-Quellen Output

PPF (photosynthetischer Photonenfluss) - ist die Maßeinheit, die die Gesamtleistung in dem für das Pflanzenwachstum relevanten Spektrum zeigt. Hier werden Photonen gemessen, die von der Quelle emittiert(ausgestoßen) werden - die Angaben werden in µmol/s gemacht. PPF ist ein sehr wichtiger Faktor, weil er den möglichen Output einer Lichtquelle, bzw. Leuchte zeigt.

Die Bedeutung von PPFD

PPFD bedeutet photosynthetische Photonenflussdichte. Dabei steht das "D" für Dichte und gibt an, wieviel PPF auf einer Fläche von 1m² auftreffen. Die Werte für PPFD werden in µmols/m² angegeben. Studien von verschiedenen Pflanzenarten haben ergeben, dass 700-1000μmols/m² für lichtintensive Pflanzen einen optimalen Durchschnittswert darstellen. Über 1000µmols/m² sind ohne zusätzliche Hilfen wie CO2 nicht anzustreben.

Der direkte PPFD-Wert (PAR Meter)

Viele kennen die Bezeichnung PAR-Meter und den direkten PPFD-Wert, der von diesen Geräten ausgegeben wird. Diese sind sehr nützlich um zu sehen wie sich das Licht verteilt und welcher Wert an einem bestimmten Punkt herrscht.

Ein Wert sagt aber nichts darüber aus, wie die Lichtleistung über die gesamte Fläche ist. Daher nutzt man solche Geräte um an mehreren Punkten Daten zu erheben, um am Ende auf den durchschnittlichen PPFD-Wert zu kommen.

Lichtqualität

Eine besser bekannte Form der Lichtqualität in der Photosynthese ist das Spektrum. Das Spektrum ist im Wesentlichen die Verteilung des Lichts über die unterschiedlichen Wellenlängen, welche von einer Quelle emittiert werden. Die unterschiedlichen Farben entstehen durch die unterschiedlichen Energielevel der Photonen. Je energiereicher ein Photon, desto bläulicher seine Farbe.

Im Gegenzug: Je geringer das Energielevel ist, desto rötlicher ist ein Photon. Wenn es um die Photosynthese geht, wird über die Farbe die potenzielle Wirksamkeit des Lichtes in Bezug auf das Wachstum bestimmt. Dies wurde von Dr. McCree im Jahr 1972 gezeigt, als er 22 verschiedene Arten von Pflanzen durch ihre Kohlenstoff-Fixierung in Reaktion auf verschiedene Wellenlängen des Lichts untersucht und ermittelt hat.

Das führte zu dem Ergebnis welches wir als die McCree Relative Quantum Efficiency Kurve oder RQE-Kurve kennen. Bis heute ist das die einzige wissenschaftlich anerkannte Studie über die Wirksamkeit der verschiedenen Wellenbereiche in Bezug auf das Wachstum bei Pflanzen.

Zu beachten ist, dass eben nicht, wie oft fälschlich angenommen nur der rote und blaue Bereich wichtig ist. Obwohl die roten und blauen Wellenlängenbereiche in der Photosynthese und der physiologischen Entwicklung treibende Kräfte sind, sind sie nicht die einzigen nützlichen oder notwendigen Wellenlängen, die für eine maximale physiologische Entwicklung und Masseerträge nötig sind. Ein volles und weißes Spektrum wird benötigt, damit die Photosynthese maximiert wird und dass biologische Prozesse korrekt ausgelöst werden.

Lichtquantität am Beispiel des 3500K-Spektrums der sunflow

Schaut man sich das 3500K Spektrum der sunflow an, die hier mit der McCree RQE Kurve überlagert wurde, stellt man folgendes fest:

RQE_cxb3590

Das Spektrum der von uns verwendeten LED-Chips passt perfekt zu der McCree Kurve. Das weiße Spektrum der LEDs ist eine gezielte Balance des gesamten Spektrums von 380nm bis 780nm. Der blaue Wellenbereich erhöht die Produktion ätherischer Öle und der Terpene. Zusätzlich werden dadurch kürzere Nodienabstände (Nodien = Knotenpunkte von Blättern und Ästen) hervorgerufen.

Die vielfach missverstandene Region von Grün bis Gelb sorgt für ein ausgewogenes und gesundes Pflanzenwachstum. Der orange bis rote Wellenbereich ist die treibende Kraft in der Fruchtphase und ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Blüten und Früchten.

Fazit: PPFD bei Pflanzen

Als Teil der Lichtqualität ist der PPFD-Wert in Bezug auf LED-Pflanzenlampen interessant. Denn er sagt einiges über die Pflanzenbeleuchtung aus, da er nur die brauchbaren Photonen und nicht die gesamte Energie in Betracht zieht.

 


Quelle: vgl. englische Original-Version von Pacific Light Concepts.

Beitragsbild: © Apiwat – stock.adobe.com

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