Versuchsergebnisse aus der Praxis
Optimierung von Ertrag und Inhaltsstoffen bei der Topf-Basilikumproduktion im Mehrlagensystem

Topfbasilikum mit gutem Wuchs

Die Anzucht von Basilikum im geschlossenen Raum (Indoor Farming) lässt auf eine ganzjährige Produktion bei gleichbleibend hoher Qualität sowie auf Einsparung von Pflanzenschutzmitteln und wichtiger Ressourcen hoffen. Bestimmte Wellenlängenbereiche können genutzt werden, um den Ertrag zu steigern oder um auf den Gehalt und die Zusammensetzung von Inhaltsstoffen einzuwirken. So führt fernrote Strahlung zur Erhöhung des Streckungswachstums und steigert so auch die Blattfläche. Blaues Licht und UV-Strahlung können sich auf die Produktion von sekundären Inhaltssoffen auswirken, die wiederum Geschmack und Ausfärbung beeinflussen. Allerdings wirken diese Lichteinflüsse einander entgegen.

Topfbasilikum in Regalen auf mehreren Ebenen unter LED-BelichtungZoombild vorhanden

Mehrlagensystem
In einem geschlossenen Mehrlagenkulturraum wurden zeitlich dynamische LED-Lichtrezepte an Topfbasilikum erprobt, um die Steigerung des Ertrags und den Einfluss auf das Aroma gegeneinander abzuwägen. Es wurden 30 bis 40 Korn des Genoveser Basilikums 'Eleonora' und des rotblättrigen Basilikums 'Pourpre Lucie' (beide Sorten GRAINES VOLTZ S.A.) in 12-cm-Töpfen ausgesät anschließend im mit LED-Belichtung ausgestatten Mehrlagensystem (FUTURELED GmbH) aufgestellt. Der Kulturzeitraum von vier Wochen war in eine dreiwöchige Wachstumsphase und eine einwöchige Abschlussphase aufgeteilt, in denen das Basilikum jeweils mit unterschiedlichen Lichtspektren kultiviert wurde.
Bildlich dargestellte Spektren zur Anzucht von Topfbasilikum im MehrlagenkulturraumZoombild vorhanden

LED-Lichtspektren
In der Wachstumsphase wurde ein rot-dominiertes Grundspektrum ohne (-FR) oder mit zusätzlicher fernroter Strahlung (+FR) eingesetzt (siehe Tabelle 1). In der Abschlussphase wurde bei einigen Versuchsgliedern 20 Prozent des roten und grün-gelben Spektralbereichs des Grundspektrums durch blaues Licht mit zusätzlicher UV-A Strahlung ersetzt und oder die fernrote Strahlung entfernt (-FR+UVBlau, +FR+UVBlau), sodass sich insgesamt sechs unterschiedliche Kombinationen der Belichtungsvarianten im Mehrlagensystem ergaben (siehe Tabelle 2). Jedes Versuchsglied war mit je vier Töpfen pro Sorte vierfach wiederholt. Als Vergleichsvariante sollte eine dreifach wiederholte Variante im Gewächshaus dienen.

Das Wachstum der Pflanzen wurde jeweils zum Ende der Wachstums- und Abschlussphase erfasst. Am Ende der Abschlussphase wurden von allen Töpfen die Frischmasse erfasst und von dreiviertel der Töpfe die Trockenmasse bestimmt. Das Basilikum in den Töpfen aus den Randbereichen diente als Proben für eine zweimalige Verbraucherverkostung mit zwölf Probenbanden.

Tabelle 1: Wellenlängenbereiche

Relativer Anteil der Photonenstromdichte für verschiedene Wellenlängenbereiche sowie die Tageslichtsumme (DLI) bei einer Belichtung von 16 Stunden pro Tag mit LEDs im Mehrlagenkulturraum.

SpektrumUV-A (%) 315-399 nmBlau (%) 400-499 nmGrün/Gelb (%) 500-599 nmRot (%) 600-699 nmFernrot (%) 700-780 nmPPFD1)+FR (µmol/m2s)DLI1) (mol/m2d)
-FR2)0,313,319,164,13,225014,4
+FR0,311,416,455,916250+5014,4
-FR+UVBlau1,22916,351,92,625014,4
+FR+UVBlau1,124,913,245,215,6250+5014,4

1) 400 bis 700 nm auf Höhe der Topfränder, auf Höhe der Triebspitzen von 15 bis 30 cm großen Pflanzen erhöhen sich die Werte um 10 % bis 45 % in Bezug auf die anfängliche Photonenstromdichte.
2) Fernrot

Tabelle 2: Belichtungsvarianten

Die Photonenflussdichte der rot dominierten Grundbelichtung (-FR) betrug circa 250 µmol/m2s im Bereich von 400 bis 700 nm. Fernrotes Licht (+FR) wurde entsprechend der Versuchsvarianten mit circa 50 µmol/m2s zum Spektrum hinzugefügt. In der Abschlussphase wurde den jeweiligen Belichtungsvarianten 20 Prozent des grünen und roten Spektralbereich (50 µmol/m2s) durch blaues Licht ersetzt und zusätzlich UV-Licht hinzugefügt.


Verschiedene Kombinationen der Belichtungsvarianten für Wachstumsphase und Abschlussphase.

StandortVarianteSpektrum
Wachstumsphase
(1. bis 3. Woche)		Spektrum
Abschlussphase
(4. Woche)
MKR1)1-FR3)-FR
MKR1)2-FR-FR+UV/Blau
MKR1)3+FR-FR
MKR1)4+FR-FR+UV/Blau
MKR1)5+FR+FR
MKR1)6+FR+FR+UV/Blau
GWH2) 7.47------

1) Mehrlagenkulturraum
2) Gewächshauskabine
3) Fernrot

Ergebnisse 2020

Die mittleren Tag- und Nachttemperaturen betrugen im Mehrlagenkulturraum 26 und 25 Grad Celsius sowie im Gewächshaus 29 und 23 Grad Celsius. Das Saatgut lief am dritten Tag nach der Aussaat auf. Zum Ende der Wachstumsphase nach drei Wochen hatten das Topfbasilikum der Sorte 'Eleonora' im Durchschnitt eine Laubdachhöhe von mindesten 15 Zentimeter. Die mittlere Laubdachhöhe des rotblättrigen Topfbasilikum 'Pourpre Lucie' war zu diesem Zeitpunkt mit mindestens circa sieben Zentimeter nur in etwa halb so hoch. Fernrote Strahlung führte zu einer Laubdacherhöhung von bis zu drei Zentimetern (plus 20 Prozent) bei 'Eleonora' und bis zu 4 Zentimeter (plus 50 Prozent) bei 'Pourpre Lucie'. Der Durchmesser der Topfware wurde nur bei 'Pourpre Lucie' durch fernrotes Licht erhöht. Die gute Stabilität der Pflanzen wurde durch das Lichtspektrum nicht beeinflusst und lag bei 'Eleonora' bei acht und bei 'Pourpre Lucie' bei neun von zehn Bewertungspunkten.

Diagrammbalken mit dem Wachstum an Topfbasilikum im Mehrlagenkulturraum

Abbildung: Auswirkung der Belichtung auf das Wachstum und Stabilität (1 = schlecht, 10 = sehr gut) von Topfbasilikum im Mehrlagenkulturraum. In der Wachstumsphase wurde ein rot-dominiertes Grundspektrum ohne (-FR) oder mit zusätzlicher fernroter Strahlung (+FR) eingesetzt. In der Abschlussphase wurde bei einigen Versuchsgliedern 20 Prozent des roten und grün-gelben Spektralbereichs des Grundspektrums durch blaues Licht mit zusätzlicher UV-A-Strahlung ersetzt (+UVBlau). Säulen, die nicht dieselben Klein- und Großbuchstaben tragen, unterscheiden sich signifikant.

Sechs geteilte Abbildung mit dem Wachstum an Topfbasilikum nach vier Wochen KulturZoombild vorhanden
In der letzten Woche der Abschlussphase wuchsen die Pflanzen um bis 100 Prozent bei 'Eleonora' und um bis zu 200 Prozent bei 'Pourpre Lucie'. Dabei hatte fernrotes Licht maßgeblichen Einfluss auf das Streckungswachstum auf das 'Pourpre Lucie' stärker reagierte als 'Eleonora'. Die Variante mit blauem und UV-Licht führte zu einer leichten Reduktion der Laubdachhöhe, wenn das fernrote Licht dem Spektrum entzogen wurde. Die Durchmesser der Topfware am Ende der Abschlussphase verhielten sich ähnlich wie am Ende der Wachstumsphase. Mit zusätzlichem Fernrot verschlechterte sich Stabilität von 'Pourpre Lucie' um zwei Bewertungspunkte. Die Laubdachhöhe der Gewächshausware war tendenziell kleiner und 'Pourpre Lucie' war von geringerer Stabilität.

Die statistische Auswertung des Ertrags der oberirdischen Pflanzenteile berücksichtigt die Anzahl an laubdachbildenden (große Pflanzen) und darunterliegenden Pflanzen (kleine Pflanzen). Die Ergebnisse beziehen sich daher auf die mittlere Anzahl an Pflanzen pro Topf. Dies waren 8 große und 17 kleine Pflanzen bei 'Eleonora' sowie 11 große und 26 kleine Pflanzen bei 'Pourpre Lucie'. Weder Frisch- noch Trockengewicht von 'Eleonora' wurde durch das Lichtspektrum beeinflusst. Der Ertrag von 'Pourpre Lucie' ließ sich durch die Zugabe von fernrotem Licht um bis zu 30 Prozent steigern. Die Erträge der Gewächshausvariante waren um bis zu 25 bis 50 Prozent geringer als im Mehrlagenkultursystem.

Diagrammbalken mit der Auswirkung auf Gewicht der Pflanzenteile von Topfbasilikum

Abbildung: Auswirkung der Belichtung auf Frisch- und Trockengewicht der oberirdischen Pflanzenteile von Topfbasilikum. In der Wachstumsphase wurde ein rot-dominiertes Grundspektrum ohne (-FR) oder mit zusätzlicher fernroter Strahlung (+FR) eingesetzt. In der Abschlussphase wurde bei einigen Versuchsgliedern 20 Prozent des roten und grün-gelben Spektralbereichs des Grundspektrums durch blaues Licht mit zusätzlicher UV-A-Strahlung ersetzt (+UVBlau). Säulen, die nicht dieselben Buchstaben tragen, unterscheiden sich signifikant.

In der Verbraucherverkostung hing weder das Mund- und Nasenaroma noch deren Intensität von 'Eleonora' vom Lichtspektrum ab. Der Geruch von 'Pourpre Lucie' wurde als weniger typisch für Basilikum empfunden, wenn in der Abschlussphase kein fernrotes Licht, aber verstärkt blaues und UV-Licht enthalten war. Die Geruchsintensität der ganzen Blätter war ohne fernrotes Licht am stärksten.

Diagrammbalken das bei einer Verkostung für Basilikum auf das Aroma empfunden wurde

Abbildung: Auswirkung der Belichtung auf das Aroma, das bei einer Verbraucherverkostung als für Basilikum typisch empfunden wurde, sowie die Gesamtintensität. In der Wachstumsphase wurde ein rot-dominiertes Grundspektrum ohne (-FR) oder mit zusätzlicher fernroter Strahlung (+FR) eingesetzt. In der Abschlussphase wurde bei einigen Versuchsgliedern 20 Prozent des roten und grün-gelben Spektralbereichs des Grundspektrums durch blaues Licht mit zusätzlicher UV-A-Strahlung ersetzt (+UVBlau). Säulen, die nicht dieselben Buchstaben tragen, unterscheiden sich signifikant.

Kulturdaten
AussaatWoche 31 in 12-cm-Topf
Kulturdauer28 Tage ab Aussaat
SubstratSP ED 63 P (Einheitserdewerk Patzer, Sinntal-Jossa)
Dünger• ab Woche 32: 0,1 % Ferty EcoPhos 3 (18-6-18) (Planta Düngemittel GmbH, Regenstauf)
• ab Woche 34: 0,1 % Peters Excel CalMag Grower (15-5-15) (ICL Fertilizer, Nordhorn)
Flächenbelegung• ab Aussaat: 67 Töpfe/m2
• ab Woche 33: 50 Töpfe/m2
• ab Woche 34: 38 Töpfe/m2
Schattiersollwert40 klx in der Gewächshauskabine
Temperatur• Mehrlagenkulturraum: 26 °C/25 °C (∅ Tag/Nacht); 22,3 °C/29,1 °C (minimal/maximal)
• Gewächshaus: 29 °C/23°C (∅ Tag/Nacht); 19,7 °C/37,3 °C (minimal/maximal)
Temperatursumme• Mehrlagenkulturraum: 736,3 °C
• Gewächshaus: 786,8 °C
Wiederholungen4

Kritische Anmerkungen

'Eloenora' wuchs sehr schnell und hatte teilweise schon vor dem Start der Abschlussphase eine entsprechende Verkaufshöhe erreicht. 'Pourpre Lucie' war vor allem in den Varianten mit einer durchgehenden Fernrotbelichtung so instabil, dass die Pflanzen kaum aufrecht standen.

Die Belichtung mit Blauem und UV-Licht führt im Normalfall zu einer größeren Menge an Aromastoffen und zur Veränderung derer Zusammensetzung. Diese Beeinflussung des Geschmacks gelang allerdings nicht.

Für eine abschließende Beurteilung der Lichtspektren fehlt eine ökonomische Betrachtung der Produktionsbedingen in größerem Maßstab.