Photoperiodismus – Beleuchtungszyklen in der Pflanzenzucht

Die Beleuchtungszeit in der Pflanzenzucht scheint recht vorgeschrieben zu sein. Bei Kurztag-Pflanzen benötigen die Pflanzen 18 Stunden Beleuchtung zum Wachstum und 12 Stunden zur Blüte und Fruchtbildung. Das klingt erst einmal recht einfach, so einfach ist das aber gar nicht.

Kommen wir zunächst zum Photoperiodismus. Das Wort beschreibt die Abhängigkeit der Pflanze von bestimmten Tages- und Nachtlängen, die das Wachstum, die Entwicklung sowie das Verhalten beeinflussen. Es gibt für jede Pflanzenart in unseren Breiten eine kritische Tageslänge, die darüber entscheidet ob die Pflanze wächst oder blüht. Diese kritische Tageslänge von 12 Stunden lässt sich durch Beleuchtung im Gewächshaus manipulieren. Alles unter der kritischen Tageslänge wird als Kurztag und alles darüber als Langtag bezeichnet. Tropische Pflanzen sind meist Photoneutral, da die Tageslänge in ihren Ursprungsländern annähernd gleich bleibt, als Beispiel dient hier die Tomate oder Sonnenblume. Die photoperiodische Steuerung wird durch Photorezeptoren erkannt und umgesetzt. Prinzipiell reicht ein langer Lichtblitz in der Nacht, um bei Kurztagpflanzen die Fruchtbildung zu stören oder gar zu unterdrücken. Dies wird häufig bei Gewächshauskulturen durch eine kurze Beleuchtungsphase während der Nacht genutzt, um beispielsweise Crysanthemen weiter im Wachstum zu halten und die Blüte zu unterdrücken. Langtagpflanzen werden immer nur dann mit der Fruchtbildung beginnen, wenn die kritische Tageslänge überschritten wird, d.h. die Beleuchtung länger als 12 Stunden gegeben ist.

Der Zeitpunkt der Blühinduktion kann bei manchen Pflanzen aber nicht nur durch die Beleuchtungslänge sondern auch durch die Temperatur geregelt werden, wie beispielsweise bei Tulpengewächsen.

Gärtner die Kurztagpflanzen anbauen können nun zu dem Schluss kommen, dass die bekannte Beleuchtungszeit von 18/6 Stunden für das Wachstum und 12/12 Blödsinn ist und sie bisher Strom verschwendet haben. Das ist nicht ganz falsch, denn prinzipiell könnte bei genetisch gefestigten Pflanzen auch nach 12 Stunden Beleuchtung in der Nacht die Beleuchtung nochmals für eine Stunde eingeschaltet werden. Diese Beleuchtungstechnik ist auch als „Gas Lantern Tecnique“ bekannt. Tendenziell funktioniert die Methode, es gibt aber noch mehr Faktoren, die das Wachstum beeinflussen, einerseits die Lichtintensität und andererseits das DLI (Daily Light Integral).

Das Daily Light Integral beschreibt die Menge der photosynthetisch aktiven Photonen (PAR), die eine Zelle täglich aufnehmen kann, um optimales Wachstum zu zeigen. Bei einer geringen Lichtintensität benötigt es natürlich eine längere Zeit, bis die Zellen gesättigt sind, während bei einer hohen Intensität die Sättigung schneller erfolgt. Das DLI wird in Mol per Quadratmeter pro Tag angegeben (mol-m²-d). Pflanzen die unter einer niedrigen DLI aufwachsen zeigen in er Regel dünne Stämme, schwaches Wachstum und eine verminderte Fruchtbildung. Für die meisten Lichtintensiven Pflanzen wird ein DLI von 26-43 mol-m²-d angestrebt.

Gehen wir davon aus, dass unsere Pfanzen 35 mol-m²-d benötigen und wir beleuchten unsere Pflanzen während des Wachstum für beispielsweise 14 Stunden, dann benötigen wir eine Leistung von 2,5 mol-m²-h (mol-Quadratmeter-Stunde) (PPF – Photosynthetischer Photonen Fluss). Dividieren wir nun die 2,5 mol-m²-h durch 0,0036 kommen wir zum Ergebnis, dass wir 694 μmol–m²-s (mikromol-m²-Sekunde) benötigen. Bei einer Beleuchtunngszeit von beispielsweise 11 Stunden während der Blüte würden wir 3,18 mol-m²-h (PPF) und 883,83 μmol–m²-s (PPFD – Photosynthetische Photonenstrom Dichte)  benötigen, um optimales Wachstum zu erzielen.

Diese Rechnung soll verdeutlichen, dass je  kürzer die Beleuchtungszeit unserer Pflanzen ist, desto höher muss die Lichtintensität gefahren werden, d.h. desto mehr Licht müssen wir auf unsere Fläche bringen. Gehen wir beispielsweise davon aus, dass unsere 1000W DE Armatur die Lichtintesität während der Blüte halten soll, so leuchtet eine Armatur eine Fläche von ca. 2,7m² aus ((2,1 μmol–m²-s X 1150W)/883,83 μmol–m²-s). Während des Wachstums wäre dies eine Fläche von ~3,47m².

Ich möchte auch gerne noch eine Rechnung für Grow-LEDs anhängen, da diese Beleuchtungstypen eine steigende Beliebtheit erfahren. So rechnen wir nun mit den Daten der Sanlight S4W bei der eine einzelne Armatur eine Fläche von ~0,43m² während der Blüte und eine Fläche von 0,54m² ausleuchtet ((2,7 μmol–m²-s X 140W)/883,83 μmol–m²-s).

Dies sollen reine Rechenbeispiele sein. Der Grund weshalb von professionellen Gartenbauern 12 Stunden Beleuchtung während der Blüte und 18 Stunden während des Wachstums genutzt werden ist die Effizienz. Da wir bei einer kürzeren Beleuchtungszeit einen erhöhten Energieaufwand benötigen gleicht sich der anscheinende Vorteil aus.

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