Mit LEDs Pflanzenwachstum und -qualität steuern Belichtung im Gartenbau

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.

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 möglich 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 eine sehr entscheidende Rolle für die erfolgreiche Vermarktung.

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.

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.

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.

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 einzelne 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 weitere, die an zahlreichen Pflanzenarten und Sorten auf ihre Sensitivität gegenüber Farbspektren und -intensitäten überprüft werden können. Das Feld der Möglichkeiten ist also groß, sodass hier künftig sicherlich noch mit vielen neuen Erkenntnissen zu rechnen ist.