Was sind Lichtspektrum und Lichtintensität und warum sind sie wichtig?

"Spektrum" und "Intensität" sind die beiden wichtigsten Bezeichnungen für Licht, die auf Pflanzen angewendet werden. Ein "Spektrum" ist die Kombination von Wellenlängen, aus denen sich ein Licht zusammensetzt und die dem Licht seine Farbe und einige seiner biologisch relevanten Eigenschaften verleihen. Wir beschreiben die Gartenbau-Beleuchtung mit dem Wort "Spektrum" anstelle von "Farbe", weil die englischen Beschreibungen von "Farbe" ungenau sind: Viele verschiedene Wellenlängen oder Kombinationen von Wellenlängen können als dieselbe Farbe beschrieben werden. Unsere Wahrnehmung verschiedener Wellenlängen ist nicht differenziert genug, um z. B. Licht mit 440 nm von Licht mit 460 nm zu unterscheiden, oder der wahrgenommene Unterschied reicht nicht aus, um beide in den meisten Kontexten als etwas anderes als "blau" zu bezeichnen. In ähnlicher Weise kann das, was wir als "weiße" Farbe wahrnehmen, aus mehreren verschiedenen Spektren oder Kombinationen von Wellenlängen bestehen. In der Photobiologie ist eine präzise Beschreibung des Spektrums wichtig, da bestimmte Wellenlängen des Lichts bestimmte Entwicklungsreaktionen hervorrufen. Beispiele für diese Reaktionen sind die optimale Steuerung photosynthetischer Prozesse, die Mitteilung an die Pflanze, ob sie sich im direkten Sonnenlicht oder im Schatten befindet, um eine Streckung oder Verdichtung zu bewirken, und die Einleitung oder Unterdrückung des Sekundärstoffwechsels.Die Intensität ist ein Maß dafür, wie viele Photonen pro Zeiteinheit auf eine Fläche treffen. Unsere Augen nehmen die Intensität als die Helligkeit eines Objekts oder einer Lichtquelle wahr; unsere Augen sind jedoch so voreingenommen, dass die Wellenlängen in der Mitte des sichtbaren Spektrums (grün und gelb) heller erscheinen als die äußeren (blau und rot). Im Gartenbau wird jede Wellenlänge des Spektrums der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) gleich gewichtet und die Intensität in Mikromol Photonen pro Quadratmeter pro Sekunde gemessen, wobei die Pflanzen umso stärker reagieren, je intensiver das Licht ist, dem sie ausgesetzt sind. Der Ernteertrag ist in der Regel die wichtigste Produktionskennzahl in ErwerbsgartenbauDaher wenden die Landwirte in der Regel eine möglichst hohe Intensität des für die Photosynthese optimalen Spektrums an, um ihre Erträge zu maximieren. Wir messen die Lichtintensität mit einem Quantensensor, der die Anzahl der Photonen in µmol/m²/s wie oben beschrieben. Ältere Quantensensoren eignen sich im Allgemeinen gut für die Messung der Intensität des Sonnenlichts, da die sichtbaren Wellenlängen gleichmäßig verteilt sind. Für LEDs, insbesondere für blaue und rote LEDs an den Rändern des PAR-Spektrums, sind sie jedoch weniger geeignet, da diese Wellenlängen über- oder unterbewertet werden. Das Lichtspektrum wird mit einem Spektralradiometer gemessen, das die Anzahl der Photonen bei jeder einzelnen Wellenlänge (oder sogar noch genauer) misst. Für die meisten wachsenden Anwendungen ist ein Quantensensor ein geeignetes Instrument zur Lichtmessung. Für Forschungsanwendungen oder für den Vergleich von Spektrum und Intensität ist ein Spektralradiometer möglicherweise die bessere Wahl, aber der Kostenvergleich kann das Zehnfache betragen. Spektrum und Intensität beeinflussen sich gegenseitig in ihrer Wirkung auf die Pflanzenentwicklung. Ein Spektrum, das für die Pflanzenentwicklung bei einer relativ niedrigen Intensität optimal ist, ist möglicherweise nicht optimal für die Pflanzenentwicklung bei einer hohen Intensität und umgekehrt. Ein Beispiel hierfür ist Cannabis, bei dem ein Spektrum mit einem relativ hohen Anteil an roten Photonen (600-700 nm) bei hoher Intensität sehr wahrscheinlich dazu führt, dass die Spitze der Pflanzen weiß wird, während dasselbe Spektrum bei geringerer Intensität diese Weißfärbung nicht hervorrufen würde. Unterschiedliche Spektren bewirken auch eine Sättigung der Pflanzenreaktionen bei unterschiedlichen Intensitäten. Bei einigen Kulturpflanzen führen beispielsweise rote Photonen bei einer höheren Intensität eher zur Sättigung der Photosynthese als grüne Photonen. Die LED-Technologie ist so konzipiert, dass Dioden verschiedener Spektren von Natur aus eine unterschiedliche Effizienz bei der Umwandlung von Elektrizität in Photonen aufweisen. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass mehr Photonen für die gleiche Menge an zugeführter Elektrizität erzeugt werden. Je nach Umfang des Einsatzes und der Stromkosten können sich diese Unterschiede in der Effizienz zu großen Unterschieden in den Betriebskosten für die LEDs auswirken. Um die Pflanzenproduktion und das wirtschaftliche Endergebnis zu maximieren, ist es von entscheidender Bedeutung, ein Spektrum und eine Intensität zu verwenden, die speziell für Ihre Produktionsziele optimiert sind, wobei auch die wirtschaftlichen Auswirkungen dieses Lichts auf Ihre Energiesituation zu berücksichtigen sind.

Dr. David Hawley

Dr. David Hawley leitet die wissenschaftliche Forschungsinitiative bei Fluence als leitender Wissenschaftler des Unternehmens. Seine Erfahrung in den Bereichen kontrollierte Umgebungssysteme, Gartenbau-Beleuchtung und Cannabis-Metabolom untermauert natürlich die Mission von Fluence, die branchenführende Beleuchtungsforschung voranzutreiben, um die Interaktion zwischen Licht und Leben zu erforschen.

Brian Poel

Ein Jahrzehnt Erfahrung in Forschung und Anbau in der Landwirtschaft unter kontrollierten Bedingungen. Führend im Verständnis und in der Anwendung von Pflanzenwachstum und Entwicklungsreaktionen auf Lichtspektrum und -intensität.