Kitabı oku: «Cannabis»

3.4.3Beleuchtung

Sie ist wohl der wichtigste Faktor für eine gelungene Heimaufzucht, weil das Wachstum einer Pflanze in erster Linie von der optimalen Beleuchtung abhängt. Selbst Sonnenlicht ist genau betrachtet nur pseudooptimal, was sicherlich manche Menschen erstaunen wird, doch dazu später mehr – erst einmal etwas Grundlagenwissen.

Pflanzen benötigen für ihren Stoffwechsel Licht, und zwar hauptsächlich Licht aus dem Rande des für den Menschen sichtbaren Spektrums. Dieses Licht wird mitsamt dem in der Atmosphäre enthaltenen Kohlenstoffdioxid (CO₂) für die Photosynthese benötigt und in der Dunkelphase im sogenannten Calvin-Zyklus weiter verarbeitet. Weil Hanf zu den sogenannten C3-Pflanzen zählt, schließen sich die Spaltöffnungen, durch die das CO₂ absorbiert wird, nur bei hohen Temperaturen und Trockenheit. Ansonsten wird das Gas während der gesamten Zeit der Lichteinstrahlung aufgenommen.

Die Aussagen im letzten Abschnitt machen deutlich, dass Hanf eine Dunkelphase benötigt, um optimal wachsen zu können. Diese beträgt in der Vegetationsphase rund 6 bis 8 Stunden, die Hellphasen analog 16 bis 18 Stunden. Zweitens gibt es einen Zusammenhang zwischen dem aufgenommenen CO₂ und der zugeführten Lichtmenge. Dieser Zusammenhang ist bis etwa zu einem Drittel der Lichtsättigung annähernd linear. Zudem spielen Temperatur, Nährstoffe und Feuchtigkeit eine Rolle. Das Wachstum einer Hanfpflanze steht also im direkten Zusammenhang mit der verfügbaren Lichtmenge, dem vorhandenen CO₂ und der Temperatur. Eine ausreichende Düngung und angemessene Feuchtigkeit werden der Einfachheit halber vorausgesetzt.

Nun werden die wenigsten Leser ihre Pflanzen begasen oder gar in klimatisierten Räumen aufziehen wollen; das ist eine Sache für echte Profis. Als Richtlinie sollte die Temperatur aber um die 26 °C liegen, und wegen des verbrauchten CO₂ sollte man stets neue Luft zuführen.

Die Erneuerung des CO₂ ist meist kein Problem, weil es durch den ganz normalen Luftaustausch ständig erneuert wird. Die Temperatur ist auch unkritisch, weil Hanf auch bei 20 °C gut wächst. Die zugeführte Lichtmenge ist daher der wichtigste beeinflussbare Parameter. Diese ist im Prinzip relativ leicht zu regeln und sollte möglichst optimal sein. Das Ernteergebnis bei allen Züchtern, die ohne Begasung und Klimatisierung arbeiten, steht und fällt in erster Linie mit der Lichtzufuhr.

Über die Lichtsättigung, also den Punkt, ab dem zugeführtes Licht nicht mehr zum Wachstum der Pflanzen verwendet wird, braucht sich der Hobbyzüchter keine Gedanken zu machen. Sie liegt beim Hanf, der ja zu den Heliophyten (Sonnenpflanzen) zählt, bei etwa 60 000 bis 80 000 Lux bzw. 1100 µmol/(s·m²) bis 1450 µmol/(s·m²). Das ist vergleichbar mit Sonnenschein im Sommer bei Schleierbewölkung und entspricht in etwa dem Licht 20 eng beieinanderstehender 100 Watt starker Energiesparlampen in einem Meter Entfernung.

Der Bereich, in dem die Photosynthese nahezu proportional zur Lichtmenge verläuft, endet bei rund 27 500 Lux bzw. bei 500 µmol/(s·m²). Ab diesem Punkt wird die zusätzlich zugeführte Lichtmenge unter Normalatmosphäre nicht mehr im gleichen Maße von der Pflanze aufgearbeitet, und ab rund 32 500 Lux bzw. 600 µmol/(s·m²) lohnt sich eine zusätzliche Leistungssteigerung kaum noch.

Das Pflanzenwachstum hängt primär von der optimalen Beleuchtung ab.

Bei Anlagen unter 600 Watt (mit Metalldampflampen) beziehungsweise 300 Watt Aufnahmeleistung pro Quadratmeter (mit modernen LED-Pflanzlampen) braucht keiner viel zu rechnen. Die Lichtsättigung des Hanfes wird nicht erreicht, und das eingesetzte Licht kann nahezu vollständig zur Photosynthese verwendet werden. Bis zur erwähnten Aufnahmeleistung wird sich jedes Watt mehr in einem Plus an Erntevolumen niederschlagen. Anlagen mit höherer Lichtleistung sollten individuell eingemessen werden, damit das Optimum zwischen aufgewendeter Energie und Ertrag sichergestellt wird.

Die Entfernung von der Pflanze zur Lampe ist von der Leistung und der Temperaturentwicklung abhängig. Die Pflanzen dürfen natürlich nicht zu heiß werden, und das Licht sollte die Pflanzen gut ausleuchten, ohne den Punkt der Lichtsättigung zu überschreiten. Als Faustregel kann man pro 100 Watt 10 cm Abstand rechnen und noch einmal 10 cm dazuschlagen. Bei 400 Watt wären das also 50 cm Abstand, bei 200 Watt analog 30 cm.

Nun noch ein paar Worte zu dem Spektrum, in dem die Pflanzen das Licht verwerten. Pflanzen benötigen Licht aus dem Rand des sichtbaren Bereichs.

Schon im 19. Jahrhundert konnte der Physiologe Theodor Wilhelm Engelmann (1843–1909) nachweisen, dass Pflanzen für die Photosynthese nicht das komplette Spektrum verwenden. Er zerlegte dazu das Licht mit einem Glasprisma in seine Spektralfarben und leitete es auf einen Objektträger, auf dem in einer Lösung ein Algenstreifen lag. Die Lösung enthielt auch sauerstoffliebende Bakterien, die sich dort ansammelten, wo sich besonders viel Sauerstoff entwickelte. Dies geschah vor allem im Bereich des langwelligen Rot und des kurzwelligen Blau.

Wellenlängenabhängigkeit der Photosynthese (nach GOVINDJEE 2012).

Tatsächlich weiß man heute, dass bei Wellenlängen um die 450 nm (kräftiges Blau) und um die 660 nm (tiefes Rot) die Photosynthese am aktivsten ist. Im gelb-grünen Bereich hingegen wird das Licht kaum absorbiert, es wird mangels Verwendung reflektiert. Darum erscheint uns Blattgrün (Chlorophyll) in ebendieser grünen Farbe.

Eine für die Aufzucht von Pflanzen perfekte Lampe muss also genau das Licht erzeugen, das von der Pflanze auch aufgenommen werden kann. Und dies tun derzeit nur Lampen, die auf LED-Technik basieren. Durch die passende Wahl der LEDs liefern sie exakt das Spektrum, das die Pflanzen am effektivsten nutzen können.

Typisch wären beispielsweise zwei orange LEDs (630 nm), eine rote LED (660 nm) und eine blaue LED (460 nm) in fortgesetzter Folge, bis die gewünschte Leistung erreicht ist. Zusätzlich sind gute Leuchten mit einigen weiß strahlenden LEDs ausgestattet. Dieses Licht benötigt die Pflanze zur Orientierung, und es hilft zudem, Schimmelbefall zu minimieren.

Suboptimal, aber für den Hobbyzüchter durchaus akzeptabel sind Strahler, die kaltweißes Licht abgeben. Dieses kann von Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen oder auch LEDs stammen. Zwar wird ein beträchtlicher Teil der abgestrahlten Energie von den Pflanzen nicht aufgenommen, aber dafür ist das Licht nicht so unnatürlich wie bei speziellen Pflanzlampen. Gerade wenn die Pflanzen in einem nicht völlig abgeschirmten Raum wachsen, ist seltsames Licht mitunter verräterisch.

Natürlich gibt es auch noch Metalldampflampen und andere Leuchten in zahlreichen Bauarten. Aber alle, die bis hierher gelesen haben, wissen nun, warum diese nicht optimal sind: Sie strahlen allesamt in einem Bereich, der für die Pflanzen nicht vollständig verwertbar ist. Und auch die Frage, ob in der Blütezeit eine andere Beleuchtung genommen werden sollte, ist beantwortet: In jeder Wachstumsphase wird das Licht durch das Chlorophyll gleich verwertet, also auch in der Blütezeit. Allerdings braucht Hanf einige Rotanteile im Licht, um füllige Blüten auszubilden. Weitere Details sind im Abschnitt Systemvergleich aufgeführt.

Dazu kommt noch ein anderes wichtiges Kriterium, nämlich die Effizienz. Es wäre falsch, diese nun nach den gängigen Leistungsmerkmalen zu beurteilen.

Die Effizienz eines Beleuchtungskörpers wird in der Regel in Lumen pro Watt angegeben. Dabei wird der Lichtstrom des sichtbaren Lichtes in Lumen und die aufgenommene Leistung in Watt gemessen.

Fatalerweise ist aber gerade derjenige Teil des Lichtspektrums, der für Menschen besonders gut sichtbar ist, für die Pflanze nicht verwertbar. Gelb-Grün wird vom menschlichen Auge gut wahrgenommen, aber genau diese Farben spielen bei der Photosynthese eine untergeordnete Rolle. Eine Lampe, die gelbes Licht mit großer Effizienz erzeugt, kommt auf einen guten Wert, wenn man die abgegebene Lichtmenge im Verhältnis zur Leistungsaufnahme betrachtet. Die Pflanze aber kann das Licht nur ungenügend verwerten, was trotz der scheinbar hohen Effizienz zu Ernteeinbußen führt.

Aus diesem Grund wurde eigens der Begriff photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) eingeführt.

Hersteller, die keine Augenwischerei betreiben, bezeichnen die Leistung ihrer Lampen mit dem in der Biologie verbreiteten photosynthetischen Photonenfluss (PPF), der als Einheit µmol/s hat.

Auch die Angabe der photosynthetischen Photonenstromdichte (engl. Photosynthetically Active Photon Flux Density, PPFD oder kurz PFD) in µmol/(s·m²), ist zu finden.

Viele Leuchtmittel wurden zu anderen Zwecken als zur Aufzucht von Pflanzen entwickelt. Darum ist eine Umrechnung der meist angegebenen Einheiten Lux oder Lumen nötig. Dies ist schwierig, weil jede Pflanze ein etwas anderes Spektrum bevorzugt und unterschiedliche Leuchtmittel jeweils andere Farbspektren aufweisen.

Als Faustregel gelten für Tageslicht etwa folgende Entsprechungen:

1 µmol/(s·m²) ≈ circa 55 Lux; 1 µmol/s ≈ 55 Lumen.

Ein Lichtstrom von 1 Lumen, der auf eine Fläche von einem Quadratmeter projiziert wird, entspricht einer Helligkeit von 1 Lux; man kann also die Einheiten leicht umrechnen und miteinander vergleichen.

Bei Kunstlicht – also Metalldampflampen, Leuchtstoffröhren und Kompaktleuchtstoffröhren (Energiesparlampen) – erhöht sich der Faktor für die Umrechnung auf rund 75.

Beispiel: Angenommen, ein Züchter möchte eine 200 Watt starke Beleuchtung kaufen. Er findet die Angabe, dass die eine Lampe im Fachgeschäft 320 µmol/s PAR liefert und die andere, eine Halogen-Metalldampflampe, einen Lichtstrom von 22 000 Lumen aufweist. Er errechnet, dass die Metalldampflampe 22 000 / 75 ≈ 293 µmol/s PAR liefern wird, und weiß darum, dass der Einsatz dieser Lampe ein schlechteres Ernteergebnis zur Folge haben wird.

Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die Anschaffung einer speziellen Leuchte durchaus lohnt. Bei gleicher Aufnahmeleistung ist bereits bei günstigen Lösungen, die durchgängig photosynthetisch aktives Licht liefern, ein deutlicher Mehrgewinn zu erwarten. Wenn zudem die Pflanzenblätter nach dem Abdecken der weißen LEDs unter dem Licht farblos und dunkel erscheinen, kann man davon ausgehen, dass das Licht nahezu vollständig für die Photosynthese verwendet wird.