Spektren von Pflanzenlampen

Heute basieren Pflanzenlampen überwiegend auf LED-Technologie. Diese Lampen sind sehr energieeffizient, langlebig und erlauben eine gezielte Spektralsteuerung, sodass sie das Licht optimal an die Bedürfnisse der Pflanzen in den verschiedenen Entwicklungsstadien anpassen. So werden nicht nur Wachstum, Blüte und Qualität optimiert, sondern auch Energie eingespart.

Einfluss des Spektrums auf das Pflanzenwachstum

Blaues Licht

Blaues Licht im Bereich von etwa 400 bis 500 Nanometern fördert kompakte, kräftige Pflanzen, regt Blattwachstum und Chlorophyllbildung an – insbesondere in der frühen Wachstumsphase wie bei Keimlingen und Jungpflanzen.

Wer es genauer wissen will: Blaues Licht aktiviert die beiden Blaulichtrezeptoren Cryptochrom und Phototropin. Cryptochrome steuern die circadiane Uhr und hemmen Streckungswachstum, fördern kompakte Pflanzen und beeinflussen Blatt- sowie Chlorophyllbildung. In der Jungpflanzenanzucht wird das gezielt eingesetzt, um Vergilben und Etiolement (Vergeilung, Geilwuchs) zu vermeiden.

Phototropine hingegen steuern vor allem Bewegungs- und Ausrichtungsprozesse. Sie regulieren den Phototropismus, also das gerichtete Wachstum der Pflanze hin zur Lichtquelle, öffnen die Spaltöffnungen (Stomata) für einen verbesserten Gaswechsel und sorgen dafür, dass sich Chloroplasten innerhalb der Zellen optimal zum einfallenden Licht positionieren. Auch sie reagieren auf Blaulicht, aktivieren aber eine andere Signalkaskade als Cryptochrome.

Grünes Licht

Grünes Licht im Bereich von 500 bis 600 Nanometern dringt tiefer ins Blattinnere ein als Blau oder Rot und versorgt dadurch auch untere Pflanzenteile besser mit Licht. Außerdem tragen reflektierte Grünanteile benachbarter Blätter zur Lichtausbeute bei. Deshalb ist ein moderater Anteil Grünlicht wichtig, um die gesamte Lichtverteilung in dichten Beständen zu verbessern und die Photosyntheseeffizienz insgesamt zu steigern.

Die einst verbreitete Annahme, grünes Licht sei für Pflanzen nahezu unwirksam, beruht auf der starken Absorption von Chlorophyll bei Blau und Rot. Neuere Forschung zeigt: Grün dringt tiefer ins Blattgewebe und erreicht dort Chloroplasten, die sonst ungenutzt blieben. Deshalb ergänzt Weißlicht (mit Grünanteil) gezielt das Photosynthese-Potenzial.

Rotes Licht

Rotes Licht zwischen 600 und 700 Nanometern stärkt die Photosynthese, treibt das Wachstum voran und fördert die Blüten- und Fruchtbildung.

Fernrot

Fernrot (Far-Red), meist um 700 bis 750 Nanometer, steuert gezielt Blüte und Reifung und wird häufig am Tagesende eingesetzt, um diese Prozesse zu unterstützen.

Kurz etwas genauer erklärt: Phytochrome, die Rot- und Fernrotlichtrezeptoren, bilden ein reversibles System aus zwei Konformationen: Pr (»Phytochrome red«) absorbiert Rot (~660 nm), wird zu Pfr (»Phytochrome far red«), welches Fernrot absorbiert (~730 nm) und somit wieder zurück zu Pr umgewandelt wird. Dieses R/FR-System dient als molekularer Licht-Resonanzschalter. Ein hohes R/FR-Verhältnis signalisiert ein günstiges Lichtverhältnis und kann Blütenbildung fördern. Ein niedriges Verhältnis – oft im Schatten – löst beispielsweise Streckung aus, damit die Pflanze dem Licht entgegenwächst. Dieses System steuert Keimung, Blattentwicklung, Blütezeitpunkte und Anpassungen an die Saison.

Dynamische Pflanzenlampen

Dynamische Pflanzenlampen ermöglichen es inzwischen, spektrale Anteile im laufenden Betrieb flexibel anzupassen. So kann man etwa in der Keimlingsphase auf viel Blau setzen, in der vegetativen Phase Rot dominieren lassen und im Übergang zur Blüte oder Reifung gezielt Rot und Fernrot einsetzen.

Diese dynamische Lichtsteuerung findet heute bereits Anwendung in Vertical Farms und Indoor-Gardening-Systemen wie für Microgreens und Salate, in Gewächshausbetrieben für Gemüse und Kräuter, in der Zierpflanzenproduktion und Jungpflanzenanzucht sowie in Forschung und Lehre an Hochschulen. Speziell für Spezialkulturen wie Aromapflanzen oder in Ländern mit legalem Anbau von Cannabis sind solche Spektralsteuerungen besonders wichtig.

Durch den Einsatz solcher gezielten Lichtrezepte lassen sich Ertrag, Qualität und Robustheit von Pflanzen deutlich verbessern.

Spektren einer dynamischen Pflanzenlampe

Wir zeigen hier Spektren einer dynamischen Pflanzenlampe von Crocus Labs. Diese Firma entwickelt fortschrittliche Beleuchtungssysteme mit Sensoren und Spezial-LEDs, um eine ideale Lichtumgebung zu schaffen. Die Technologie unterstützt den menschlichen Biorhythmus und ermöglicht präzise gesteuerten Gartenbau. Das Unternehmen wird vom Accelerator-Programm des Europäischen Innovationsrats (EIC) und führenden deutschen Risikokapitalgebern unterstützt.

Aufgenommen wurden die Spektren mit unserem neuen Mikrospektrometer. Dieser Spektrometertyp eignet sich ideal zur Aufnahme von LED-Spektren: Es liefert hochaufgelöste Daten, mit denen schmale Emissionspeaks akkurat erfasst werden können. Damit lassen sich einzelne LED-Wellenlängen exakt identifizieren und ihre Intensitätsverteilung präzise quantifizieren – eine große Unterstützung für die Lampenentwicklung und Spektralfeinabstimmung.

Die einzelnen Kanäle im Überblick: Blau | Grün | Rot | Fernrot

Die dynamische Pflanzenlampe SiriusX03 von Crocus Labs nutzt LEDs in vier verschiedenen Farbkanäle, um die gewünschte spektrale Verteilung des Lichtes zu erreichen.

Weiße LEDs liefern hierbei ein breites Grundspektrum, das durch eine Phosphorschicht erzeugt wird, und decken gleichzeitig Blau-, Grün- und Rottöne ab. Das ist technisch effizienter und wirtschaftlicher als separate grüne oder gelbe LEDs, die zusätzlich gesteuert werden müssten und in der Regel weniger effizient sind. Um das Licht in den Spektralbereichen Blau, Rot und Fernrot zu erzeugen werden entsprechende LEDs mit engerer Halbwertsbreite eingesetzt.

Beispielspektren aus der Praxis

Um im praktischen Betrieb eine einfache Hilfestellung bei der möglichst optimalen spektralen Einstellung der Beleuchtung zu erhalten, können die im Lichtspektrum enthaltenen Anteile in vier für die Pflanzenphysiologie besonders relevante Wellenlängenbereiche aufgeteilt werden:

• Blau (400–500 nm)
• Grün (500–600 nm)
• Rot (600–700 nm)
• Fernrot (700–750 nm)

Die gemessenen Spektren werden dann rechnerisch ausgewertet und die resultierenden Werte zu normierten Integralwerten zusammengefasst. Auf diese Weise lassen sich die relativen Beiträge dieser vier Kanäle schnell und intuitiv vergleichen.

Wichtig ist hierbei eine klare Abgrenzung: Die festgelegten Wellenlängenbereiche und die daraus berechneten Integralwerte sind kein wissenschaftlicher Standard und erheben keinen Anspruch auf exakte physiologische Wirkungskurven. Sie wurden bewusst vereinfacht gewählt, um eine schnelle Orientierung im praktischen Betrieb zu ermöglichen.