PAR / PPFD / DLI
Kurzdefinition
PAR (Photosynthetically Active Radiation, 400–700 nm) bezeichnet das für die Photosynthese nutzbare Lichtspektrum; PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density, µmol Photonen m⁻² s⁻¹) ist die momentane Photonenflussdichte an einer Messfläche; DLI (Daily Light Integral, mol m⁻² d⁻¹) integriert PPFD über einen 24-Stunden-Zeitraum und ist die wichtigste Kenngröße für den Photosynthese-Tagesdurchsatz in Cannabis-Anbausystemen.
Wissenschaftliche Beschreibung
PAR — Definition und Spektrum: PAR umfasst den Wellenlängenbereich 400–700 nm, der von Chlorophyll a (435 nm / 680 nm) und Chlorophyll b (455 nm / 645 nm) absorbiert wird. Gemessen in Einheiten der Bestrahlungsstärke (W m⁻²) oder — für biologische Anwendungen präziser — als Photonenfluss (µmol m⁻² s⁻¹), da die Photosynthesereaktion einen Photon-pro-Reaktion-Mechanismus nutzt (Einstein/Photon-Äquivalenz). 1 W m⁻² ≈ 4.6 µmol m⁻² s⁻¹ (Tageslicht-Näherung, wellenlängenabhängig).
PPFD — Messung und Einheit: PPFD wird mit Quantensensoren (400–700 nm, cosinus-korrigiert) gemessen; Einheit: µmol Photonen m⁻² s⁻¹. Kalibrierte Sensoren (SQ-500-SS Apogee, LI-190 LI-COR) messen absolute PPFD; günstige PAR-Meter (± 5–10 % Genauigkeit). Für CEA (Controlled Environment Agriculture) ist PPFD die wichtigste Eingangs-Messgröße. Typische Tageslichtwerte: Bewölkt 50–200, bewölkt 200–500, sonnig 1000–2000 µmol m⁻² s⁻¹.
DLI — Berechnung: $$DLI = PPFD \times t \times 3600 / 10^6 = PPFD \times t \times 0{,}0036$$ mit t = Photoperiode in Stunden; Einheit: mol m⁻² d⁻¹.
Beispiel: PPFD = 800 µmol m⁻² s⁻¹, Photoperiode 18 h → DLI = 800 × 18 × 0,0036 = 51,8 mol m⁻² d⁻¹
Cannabis-Richtwerte (Chandra et al. 2015, Eaves et al. 2020):
| Wachstumsphase | PPFD (µmol m⁻² s⁻¹) | Photoperiode | DLI (mol m⁻² d⁻¹) |
|---|---|---|---|
| Keimling / Steckling | 100–300 | 18 h | 6–19 |
| Vegetationsphase | 400–600 | 18 h | 26–39 |
| Blüte (früh) | 600–800 | 12 h | 26–35 |
| Blüte (Reife) | 800–1100 | 12 h | 35–48 |
Outdoor-Saisonwerte Deutschland (Breitengrad ~50°N):
| Monat | Ø DLI (mol m⁻² d⁻¹) |
|---|---|
| Juni | 40–55 |
| Juli | 35–50 |
| August | 25–40 |
| September | 15–25 |
| Oktober | 8–15 |
Cannabis erreicht im Freiland (Juni/Juli Deutschland) ohne Beschattung häufig PPFD-Spitzenwerte von 1500–2000 µmol m⁻² s⁻¹; Mittelwert über den Tag liegt jedoch bei 400–600 µmol m⁻² s⁻¹ (bewölkte Bedingungen, Morgen/Abend).
ePPFD vs. PPFD — Erweitertes Spektrum: Neuere Forschung (Zhen & van Iersel 2017) zeigt, dass Far-Red (700–800 nm) ebenfalls zur Photosynthese beiträgt (Emerson-Enhancement-Effekt). Daher führt die USDA die Bezeichnung ePAR (400–750 nm) oder ePPFD ein. Toplampen-Hersteller (Fluence, Gavita) beginnen, ePPFD-Werte anzugeben.
Biologische Auswirkungen
PPFD/DLI reguliert in Cannabis direkt: 1. Netto-Assimilation (A_n): Linear bis ~800 µmol m⁻² s⁻¹, dann Sättigung; DLI-Unterschreitungen (<20 mol m⁻² d⁻¹ in Blüte) → Ertragsverlust proportional 2. Trichom-Entwicklung: DLI >30 mol m⁻² d⁻¹ korreliert mit höherer Trichom-Dichte (Potter & Duncombe 2012) 3. Cannabinoid-Konzentration: Steigt bei höherem DLI bis ~40 mol m⁻² d⁻¹ (Chandra 2015) 4. Vegetatives Wachstum: Zu niedriges DLI → Etiolierung (dünne Stiele, kurze Internodien, blasse Blätter)
Anbau-Relevanz
- Mindest-DLI: Veg ≥ 25 mol m⁻² d⁻¹; Blüte ≥ 30 mol m⁻² d⁻¹ für kommerziell relevanteen Ertrag
- Quantensensor statt Luxmeter: Lux misst menschliche Helligkeitswahrnehmung (nicht Photosynthese); 1000 Lux HPS ≈ 15 µmol m⁻² s⁻¹; 1000 Lux LED ≈ 12–18 µmol m⁻² s⁻¹ (spektrumabhängig) — Lux-Angaben im Anbau daher unbrauchbar
- DLI als Planung-Werkzeug: PPFD × Fotoperiode = DLI; niedrigeres PPFD + mehr Stunden = gleicher DLI (Energieeffizienz-Kalkulation)
- Outdoor-Ergänzung: September-Outdoor-Pflanzen: DLI fällt unter 20 mol m⁻² d⁻¹ → Supplementlicht (LED-Stripes, 2–3 h/d) verlängert wirtschaftlich sinnvolle Blüte
Verwandte Begriffe
- lichtsaettigungskurve — A/Q-Kurve, LCP, LSP
- ppfd-zielwerte-wachstumsphasen — Phasen-spezifische PPFD-Empfehlungen
- lampeneffizienz — µmol/J-Effizienz verschiedener Lampentypen
- dli-management — DLI-Steuerung und -Optimierung
Quellen
- Chandra S et al. (2015) J Appl Res Med Aromat Plants 4:220–225. DOI: 10.1016/j.jarmap.2015.10.001
- Eaves J et al. (2020) PLOS ONE 15:e0231662. DOI: 10.1371/journal.pone.0231662
- Hernández R & Kubota C (2016) HortScience 51:1231–1237. DOI: 10.21273/HORTSCI.51.9.1231
- Zhen S & van Iersel MW (2017) Environ Exp Bot 136:48–55. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2016.12.013