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Mit LEDs Pflanzenwachstum und -qualität steuern Gartenbau

Eine Besonderheit von LED-Leuchten ist, dass man ihre Wellenlänge und damit ihre Lichtfarbe separat regeln kann – und zwar in einem sehr engen Bereich. Dies eröffnet für den Gartenbau neue Wege in der Kulturführung.

Mit LED-Leuchten lässt sich Licht in einem sehr engen Wellenlängenbereich erzeugen, wie hier zum Beispiel hellrotes Licht.
Bild: LVG Ahlem

LEDs spielen im professionellen Gartenbau eine zunehmend bedeutendere Rolle. Bei der Assimilationsbelichtung lässt sich mit LEDs bei gleicher Strahlungsintensität der Stromverbrauch um bis zu 57 Prozent senken, wie Versuche zeigen. Ein weiterer Vorteil von LEDs liegt in ihrer Dimmbarkeit, über die sich weitere Energieeinsparungen erzielen lassen. Außerdem haben LED-Leuchten eine deutlich höhere Lebensdauer als herkömmliche Natriumhochdruckdampfleuchten.

Mehr über die Vor- und Nachteile von LED-Leuchten – vor allem als Assimilationslicht – erfahren Sie im Artikel: Belichtung im Gartenbau: LEDs setzen neue Akzente

Eine weitere Besonderheit von LED-Leuchten ist, dass man das Spektrum des von ihnen ausgehenden Lichts frei variieren kann. Das heißt, Farben sind separat regelbar – und zwar in einem sehr engen Wellenlängenbereich. Das bietet neue Möglichkeiten für die Steuerung des Pflanzenwachstums. In der Fachliteratur gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass die verschiedenen Wellenlängen des Lichts unterschiedliche Fotorezeptoren in der Pflanze ansprechen.

Steuerung des Pflanzenwachstums durch LED-Beleuchtung

Fotorezeptoren steuern Entwicklungsprozesse in Pflanzen. Ein bekannter und besonders gut erforschter Fotorezeptor ist zum Beispiel das Phytochrom. Durch dunkelrotes Licht (700 bis 800 nm) angeregt, sorgt das Phytochrom-System der Pflanze dafür, dass Blattstiele und Internodien sich verlängern. Rotes Licht (600 bis 700 nm) in hoher Intensität hingegen wirkt diesem Prozess entgegen. Andere bekannte Fotorezeptoren sind Cryptochrom und Phototropin. Beide werden durch UV-Licht (UV-B 280 bis 315 nm und UV-A 315 bis 380 nm) und Blaulicht (400 bis 500 nm) gesteuert.

Das Wissen über diese Fotorezeptoren in Verbindung mit neuer LED-Technik macht es heute möglich, gezielt in die Physiologie und Morphologie der Pflanze einzugreifen. So kann zum Beispiel Einfluss genommen werden auf das Streckungswachstum, die Blattausfärbung oder die Ausbildung von Inhaltsstoffen. Schafft man es, dadurch Entwicklungsprozesse zu steuern, die vorher nur mithilfe von chemischen Bioregulatoren zu steuern waren, trägt man auf diese Weise auch zu einer umweltgerechteren Pflanzenproduktion bei.

Die gartenbauliche Forschung hat in den vergangenen Jahren zahlreiche Versuche zu diesem Themenbereich durchgeführt. Viele davon im Zierpflanzenbau, wo der Hauptanwendungsbereich dieser Methode liegen dürfte. Denn der Habitus der Pflanzen spielt hier eine sehr entscheidende Rolle für die erfolgreiche Vermarktung.

In Versuchen der LVG Ahlem konnte das Streckungswachstum von Poinsettien mit hellrotem LED-Licht erfolgreich gehemmt werden.
Bild: LVG Ahlem

Streckungswachstum kann gezielt gehemmt werden

In vielen Versuchen wurde LED-Licht verschiedener Wellenlänge zur Hemmung des Streckungswachstums getestet, mit recht eindeutigen Ergebnissen. So konnte zum Beispiel in Versuchen am Kompetenzzentrum Zierpflanzenbau der Lehr- und Versuchsanstalt Ahlem mit hellrotem Licht (660 nm) bei Poinsettien und Petunien das Streckungswachstum in gewünschter Weise gehemmt werden.

In Versuchen der Bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG) führte der Einsatz von hellrotem Licht bei Basilikum zum gewünschten kompakteren Wuchs, ebenso bei Petunien- und Calibrachoa-Stecklingen für die Stecklingsbewurzelung. An der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) konnten Sonnenblumen mit rotem Licht im Wachstum gehemmt werden.

Hemmung des Längenwachstums durch blaues oder rotes Licht?

Blaues Licht, mit einem Wellenlängenbereich zwischen 420 und 480 nm, galt in der gängigen Fachliteratur lange Jahre als hemmend auf das Streckungswachstum. In neueren Untersuchungen stellte sich jedoch immer wieder heraus, dass es vielmehr hellrotes Licht (600 bis 700 nm) ist, das das Längenwachstum hemmt, und nur selten blaues.

Wissenschaftler der HSWT führen diesen Irrtum darauf zurück, dass in früheren Jahren das Licht einzelner Wellenlängen mit Filtern erzeugt wurde. In neueren Studien stellte sich heraus, dass Filter die unerwünschten Wellenlängenbereiche zwar reduzieren, sie aber nicht vollständig entfernen. Das heißt, auch rotes Licht und das anderer Wellenlängen wird in geringem Maße durchgelassen. Bei LEDs ist das anders. Sie erzeugen Licht mit einem sehr engen Wellenlängenbereich.

Doch nicht immer war es rotes Licht, dass das Wachstum hemmte. So konnte beispielsweise an der LWG Bayern durch den Einsatz von hellrotem Licht zwar die Laubdachhöhe von Mandevilla-Topfpflanzen reduziert werden. Es war jedoch blaues Licht, das die Rankenbildung der Mandevilla-Pflanzen hemmte – ähnlich gut wie durch den Einsatz von chemischen Hemmstoffen oder durch händisches Stutzen.
Auch bei Anemone coronaria führte die Belichtung im blauen Wellenlängenbereich (440 nm) zum gewünschten kompakteren Wuchs und nicht das hellrote Licht.

Topfrosen reagierten dagegen im Wachstum so gut wie gar nicht auf die verschiedenen Lichtspektren, dafür aber in der Blütenbildung. So zeigten die rot belichteten Pflanzen zum Boniturzeitpunkt eine geringere Anzahl an geöffneten Blüten als die blau belichteten.

Petunien-Stecklinge bewurzeln besser unter hellrotem Licht

Neben der Hemmung des Streckungswachstums kann auch die Bewurzelung von Stecklingen durch Belichtungsstrategien beeinflusst werden, wie Versuche an der Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau (LVG) Ahlem an Petunien-Stecklingen zeigen. Hier verbesserte hellrotes Licht die Wurzelqualität der Stecklinge.

In Versuchen der LVG Heidelberg konnte bei einigen Blattsalat-Sorten eine intensivere Ausfärbung durch einen erhöhten Blauanteil im Licht erreicht werden.
Bild: DutchScenery/iStock/GettyImages Plus via Getty Images

Auch Ausfärbung, Inhaltsstoffe und Geruch können beeinflusst werden

Neben dem Streckungswachstum und der Bewurzelung wurden auch andere Merkmale in ihrer Reaktion auf bestimmte Lichtspektren überprüft. An der LVG Heidelberg untersuchte man zum Beispiel, ob die Belichtung mit verschiedenen Wellenlängen einen Effekt auf die Ausfärbung roter Blattsalate während der Winterkultur im geschützten Anbau hat. Hier ist die Ausfärbung oft nur unzureichend. Die Belichtung führte in diesem Versuch zu Teilerfolgen: So konnte bei einigen Blattsalaten eine intensivere Ausfärbung durch einen erhöhten Blauanteil erreicht werden. Die Intensität der Ausfärbung war jedoch sortenabhängig.

In Versuchen der LWG Bayern wurde zudem untersucht, ob bestimmte Wellenlängenbereiche genutzt werden können, um auf den Gehalt und die Zusammensetzung von Inhaltsstoffen bei Basilikum im Indoor-Farming einzuwirken. Das Resultat: Die Geruchsintensität der Blätter war am stärksten, wenn auf dunkelrotes Licht (700 bis 780 nm) verzichtet wurde. Untersuchungen der HSWT konnten zudem zeigen, dass man den Rosmarinsäuregehalt von Basilikum durch rotes Licht deutlich steigern kann.

Frage nach dem idealem Spektrum nicht pauschal zu beantworten

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen sehr deutlich, dass die Frage nach dem optimalen Lichtspektrum zur Erreichung eines bestimmten Effekts nicht pauschal zu beantworten ist. Nicht nur die Kulturarten, sondern auch die Sorten reagierten zum Teil sehr unterschiedlich auf die verwendeten Lichtspektren. Für die Praxis bedeutet dies, dass für jede Kulturart und zum Teil sogar für Sorten verschiedene Lichtrezepte entwickelt und erprobt werden müssen.

Zudem gilt es, das Verhältnis zwischen fotosynthetisch verwertbarem Licht und dem Einsatz von bestimmten Farbspektren zur Steuerung der Pflanzenentwicklung so aufeinander abzustimmen, dass in allen Bereichen das Optimum erzielt werden kann.

Neben den bislang untersuchten Merkmalen gibt es noch eine Reihe anderer, die an zahlreichen weiteren Pflanzenarten und Sorten auf ihre Sensitivität gegenüber Farbspektren und -intensitäten überprüft werden können. Das Feld der Möglichkeiten ist also noch groß, sodass hier künftig sicher noch mit vielen neuen Erkenntnissen zu rechnen ist.

Letzte Aktualisierung: 18.01.2023

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