Haal meer uit licht

Haal meer uit licht !
Ep Heuvelink & Leo Marcelis
Wageningen UR: Leerstoel Tuinbouwproductieketens
WUR Glastuinbouw
Met medewerking van: Anja Dieleman, Tom Dueck,
Sander Hogewoning, Govert Trouwborst
Bijeenkomst Westland Energie Services
23 augustus 2007
Wat komt er aan de orde?
Ontwikkelingen en tendensen
Waarom assimilatiebelichting
Rol van licht plantkundig bezien
Onderzoeksresultaten
Verbeteren lichtbenutting
Minimaal 95% afschermen
Waarom assimilatiebelichting ?
Betere concurrentiepositie door
jaarrondproductie of productievervroeging
betere kwaliteit
Hogere productie
Meer stuurmogelijkheden van gewas
Gelijkmatiger arbeidsfilm
Met groeilicht (GL): veel regelmatiger productie
Tomaat
Geen GL
de
c
no
v
ok
t
se
p
au
g
ju
li
m
aa
rt
ap
ril
m
ei
ju
ni
Met GL
fe
b
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ja
n
Opbrengst (kg/m2)
(188 µmol m2 s1 ≈ 14.500 lux)
TOMSIM model; 500 ppm CO2; lampen uit bij 300 W m2 globale
straling; 6 uur nacht; niet gebruikt in zomer
Areaal belichting neemt jaarlijks toe
Gewasverschillen: roos: 95%, chrysant 65%,
potplanten: 18%, tomaat 10% in 2006
Bron: van der Knijff et al. 2006
LEI, Den Haag
Belichtingsintensiteit per gewas
(globale schatting voor moderne bedrijven)
Jaar
Roos
Chrysant
Tomaat
(µmol m2 s1) (µmol m2 s1) (µmol m2 s1)
1990
3040
2000
5090
5070
120
2005
100180
60100
120180
Areaal toename: groenten: in 2000 4 ha , in 2006 bijna 200 ha
chrysant: 15% in 2000, nu 65%
Belichtingsuren: roos 4000 uur; chrysant, tomaat: 2500 uur
Hoe kwantificeer je licht?
Waarneming menselijk oog : Lumen
(Lux = lumen/m2)
Lichtenergiestroom: Watt/ m2
Fotonenstroom: Emol m2 s1
125 µmol m2 s1 F 27 W m2 F 10.000 lux
400 J cm2 dag1 buiten F 10 uur 15.000 lux
Verschil in gevoeligheid menselijk oog / plant
bij gelijke fotonstroom per golflengte
oog
(lux)
PAR
Belichting tuinbouw:
Hmol/s/m2 van belang,
lux zegt niets!
Licht natriumlampen is
geel/oranje: zeer goed
zichtbaar voor mens/dier
plant
PAR (Hmol m2 s1)
Bron: KEMA
De rol van licht plantkundig bezien (1)
Lichthoeveelheid: energieleverancier voor fotosynthese
= basis voor groei
Daglengte: bloei (soms ook groei, tomaat minimale
nachtlengte nodig)
Lichtkleur: plantvorm, knopuitloop, abortie, allerlei
ontwikkelingsprocessen
De rol van licht plantkundig bezien (2)
Energieleverancier voor fotosynthese
= productie van assimilaten = groei
Meer assimilaten, veelal betere kwaliteit
(bijv. minder loos, meer vertakking potplanten)
Invloed lichtniveau op productkwaliteit
Kalanchoe blossfeldiana
Meer licht (met name in herfst en winter)
Kortere teeltduur (reactietijd korter)
Meer bloemschermen
Zwaardere bloemschermen met meer bloemen
21oC
mol.m².s1: 60
90
140
200
De rol van licht plantkundig bezien (3)
Daglengte effect
(b.v. chrysant en kalanchoë
zijn kortedag planten)
Een kortere daglengte in de zomer geeft bij gerbera
tot 28 procent meer bloemen (DLV, 2006)
Lichtkleur: plantontwikkeling
Lichtkleur: Rood/verrood verhouding
(met name aan eind lichtperiode)
Lage rood/verrood (of belichten met verrood):
Strekking, toename bladoppervlak, afname bladdikte
Minder vertakking, remming knopuitloop
Tomaat klimaatkamers betere ontwikkeling met verrood
nabelichting
Hoge rood/verrood
Minder abortie bloemen en vruchten
Betere vertakking
Afkappen natuurlijke
dag (geen schemering)
plant blijft korter
8 uur
Daglengte
8 uur daglengte
+ 1 uur verrood
Natuurlijke
daglengte
Bron: Dr. Theo Blom, Universiteit van Guelph,
Ontaria, Canada
Lichtkleur: Blauw licht
Remming lengtegroei, kleiner, dikkere blad
Stimuleert opengaan huidmondjes
anthocyaanvorming
Lichtkleur: experiment Fuchsia
oranje
+dif
oranje
dif
Oranje betekent: weinig blauw
wit
+dif
wit
dif
Lichtkleur: UV
Bevordert secundaire plantenstoffen
Gezondheidsbevorderende stoffen
Afharden / weerbaarder
Blad en bloemkleur
Onderzoeksresultaten
Vaste belichting tomaat
Mobiel licht paprika
Belichtingsproef tomaat in 2006
Kernvragen:
Optimale belichtingsduur: de laatste 3 uur belichting
leveren onvoldoende meerproductie ?
Korter intensief belichten of langduriger met lage
intensiteit belichten?
Proefopzet
4 kasafdelingen van 144 m2
Plantdatum 20 oktober (zaaidatum 7 september)
Plantdichtheid: 2.5 planten per m2
Stengeldichtheid: 3.3 stengels per m2
Ras: Ever (op Maxifort)
Belichting:
SONT Greenpower (600W, 400V)
Behandelingen (tot week 14)
Nr Lichtduur
Lichtintensiteit
Lichtsom
Licht aan
(uur)
Emol/m2/s
lux
mol/m2/dag
(uur)
1
12
162
12.500
7.0
4:0016:00
2
15
162
12.500
8.8
1:0016:00
3
18
162
12.500
10.5
22:0016:00
4
18
135
10.400
8.8
22:0016:00
18 januari 2006
Aandeel lampen (% van totale stralingssom PAR)
12 H
15 H
18 H
18 L
Belichtingsperiode
49
54
59
54
Hele teelt (week 30)
20
23
27
23
Productie (t/m week 20)
12 H
15 H
18 H
18 L
-2
cumulatief versgewicht tomaten (kg m )
30
25
27.7
25.6
24.3
21.4
20
15
10
5
0
0
5
10
15
week
20
-2
cumulatief versgewicht tomaten (kg m )
Productie (t/m week 30; einde proef)
50
46.7
43.8
40
42.7
39.1
30
20
12 H
15 H
18 H
18 L
10
0
20
22
24
26
week
28
30
32
Productie gerelateerd aan totale lichtsom (t/m wk 20)
-2
Cumulatieve vruchtproductie (kg FW m )
28
27
26
25
24
12 H
2790
8%
3018
15 H
3258
18 H
18 L
X3006
20%
X
23
22
21
20
2700
2800
2900
3000
3100
3200
-2
Cumulatieve straling in de kas (mol PAR m )
3300
Conclusies
Hoogste productie bij 18 uur belichten met hoge
lichtintensiteit
Ca. 6 weken “naeffect”
15 uur 162 Emol m2 s1 hogere productie dan
18 uur 135 Emol m2 s1 (zelfde lichtsom)
Mobiele belichting
“Walking lights”
Waarom? Lagere kosten
Want veel minder lampen per ha
Er werd beweerd dat zelfde productieverhoging gehaald
kon worden als met vaste installatie
Comparing vaste
mobileenand
fixed lamps
Vergelijken
mobiele
belichting
35
Yield (kg
(kg/m²)
Opbrengst
per m2)
30
25
20
15
10
5
0
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43
Week number
vast
fixed
mobiel
mobile
combination
combinatie
Lichtniveau 60 µmol m2 s1
Eindoordeel mobiele belichting
geen meerproductie t.o.v. vaste belichting bij zelfde
belichtingssom
(roos, paprika, tomaat)
mobiel belichting: geen toekomst
want kosten per eenheid
extra licht liggen hoger !
Plantkundige verbetering van belichtingsefficiëntie: Hoe?
Betere timing van belichting
Betere plaatsing van belichting
Lichtkleur
Betere lichtonderschepping door gewas
Afstemming andere teeltfactoren
Timing: Houdt rekening met etmaalpatronen
Fotosynthesecapaciteit na start belichting
Netto fotosynthese (µmol m-2 s-1)
30
Eerste 30 minuten
lagere
fotosynthese niet direct alle
lampen aan
25
20
15
10
5
0
0:00
lampen aan
(metingen tomaat)
1:00
2:00
tijdstip van de dag (uur:min)
3:00
Timing: Houdt rekening met etmaalpatronen
Fotosynthese (steeds gemeten bij 150 Emol m2 s1) neemt af
gedurende de dag bij roos
Belichting
1314 april 2007
70 Emol PAR m2 s1
-2
-1
Netto fotosynthese (µmol m s )
20
15
Van 4 tot 9 uur
10
cv. Grand Prix
5
0
10:00
14:00
18:00
22:00
2:00
Tijd (uur:min)
6:00
10:00
Alleen belichten
als fotosynthese
efficiëntie hoog is
Timing: Houdt rekening met etmaalpatronen
(bij tomaat geen afname gedurende de dag)
-2
-1
Netto fotosynthese (µmol m s )
30
25
20
15
10
5
0
9:00
12 H
15 H
18 H
18 L
Lampen uit
11:00
13:00
15:00
tijdstip van de dag (uur:min)
17:00
Netto fotosynthesecapaciteit dec/jan/feb/juli
Timing: Houdt rekening met gewasstand en gewasfase
Vruchtgroenten: niet vanaf planten volop belichten
want dan gewas uit balans
Gewassen met fluctuaties in source/sink
(roos op snee, paprika): niet te veel licht als
source/sink hoog is
Plaatsing
aandacht voor verticale licht en
temperatuurverdeling
aanpassing rijstructuur
aanpassing armatuur
tussenbelichting
Tussenbelichting zou lichtbenuttingsefficiëntie kunnen verbeteren,
want betere lichtverdeling in het gewas
Plaatsing: Tussenbelichting
Maximale bladfotosynthesesnelheid neemt sterk af
dieper in een gewas – tussenbelichting zinloos?
netto fotosynthese
(µmol CO2/m2/s)
juli, van den Berg
25
5
4
3
2
1
15
5
-5 0
100
200
300
Lichtniveau PAR (W/m2)
Metingen op 5 hoogten
in paprikagewas
1 = onder, 5 = boven
Pmax ( µmol
CO m
/m2 s)
Fotosynthese
(Emol
s1)
Tomaat horizontaal geteeld om effect van afnemend licht in het
gewas te onderscheiden van bladleeftijd
tomato plants grown horizontally in greenhouse
2
2
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
20
30
40
50
60
70
leaf age (days)
Bladleeftijd
(dagen)Data Govert Trouwborst
Vrijwel constante fotosynthese
gedurende 70 dagen !
data from Govert Trouwborst
Plaatsing: Tussenbelichting
Onderzoek op IJsland
100% licht van boven (100%) versus boven (55%)
en tussenbelichting (45%) bij tomaat
18 uur per dag
6.5% productie toename gemeten
Onderzoek bij komkommer in Finland:
68% productietoename
Proef in Nederland: geen productieverhoging, wel betere
kwaliteit door tussenbelichting bij komkommer
Tussenbelichting met LEDs
Nadelen assimilatiebelichting met natriumlampen
Grote warmteafgifte (probleem bij lichthinderscherm)
Armaturen blokkeren deel natuurlijke instraling
Lichtkleur wordt niet optimaal geabsorbeerd door
gewas
Lichtvervuiling naar omgeving
Mogelijk alternatief: Light Emitting Diodes (LEDs)
Diverse toepassingen
Geen stralingswarmte
Lichtkleur kiezen
Lange levensduur (~50.000 branduren)
Nu nog minder efficient (<20%) dan
hogedruk natriumlamp (~33%))
Bron foto’s: KEMA
Afstemming teeltfactoren: interactie licht en temperatuur
Bladfotosynthese
30
100 umol m-2 s-1
-2
-1
(µmol CO2 m s )
Photosynthesis
40
20
250 umol m-2 s-1
500 umol m-2 s-1
10
1000 umol m-2 s-1
2000 umol m-2 s-1
0
15
20
25
30
35
-10
Temperature (°C)
40
Afstemming teeltfactoren
Belichting veelal hogere plantdichtheid optimaal
Effect op fotosynthese groter bij hoge CO2 concentratie en
temperatuur
Afstemming aanbod en vraag assimilaten
Meer licht, meer assimilaten hogere temperatuur voor hogere
assimilatenvraag
Voorkom schaduwwerking door belichting.
Begin optimalisatie bij natuurlijk licht
Hogere plantdichtheden bij hogere lichtintensiteiten
Gebruik van een gewasgroeimodel voor
snijchrysant om plantdichtheden per plantweek
te bepalen, waarbij takgewicht gelijk blijft aan
wat met 49 µmol m-2 s-1 behaald wordt
Takgewicht bij referentieplantdichtheden
en 49 µmol m-2 s-1 assimilatiebelichting
150
Takgewicht (g)
120
90
60
30
0
0
10
20
30
Plant week
40
50
Total drooggewicht (g m-2)
Totaal gewasgewicht volgens model bij 5 niveaus
van assimilatiebelichting
1200
1000
800
104 µmol m-2 s-1
85 µmol m-2 s-1
64 µmol m-2 s-1
49 µmol m-2 s-1
31 µmol m-2 s-1
600
400
200
0
0
10
20
30
Plant week
40
50
‘Optimale’ plantdichtheden bij 4 niveaus voor assimilatiebelichting
Plantdichtheid (plants m-2)
en referentie plantdichtheden bij 49 µmol m2 s1
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
104 µmol m-2 s-1
85 µmol m-2 s-1
64 µmol m-2 s-1
49 µmol m-2 s-1
31 µmol m-2 s-1
0
10
20
30
Plant week
40
50
Tegengaan Lichthinder (1)
Plan van aanpak lichtemmissie:
LTO Glaskracht en Stichting Natuur en Milieu; wordt
opgenomen in Besluit Glastuinbouw (wettelijke status)
Per 1/1/2008: 95% afschermen in donkerperiode
van zes uur of licht uit
november t/m maart: 18.00 tot 24.00 uur
april, september, oktober: 20.00 tot 2.00 uur
Na donkerperiode scherm zoveel mogelijk benutten
Problemen: hoge temperatuur (en RV?)
Tegengaan Lichthinder (2)
Onderzoek van sept. 2005 – mei 2006
3 rozenbedrijven & 1 tomatenbedrijf
Geen problemen met oplopende RV of teruglopende
verdamping bij belichting onder bovenscherm
Grotere horizontale temperatuurverschillen bij volledig
gesloten scherm of kier 5% (langdurig)
Klimaatregeling via ventilatie boven gesloten doek leidt tot
onrustige beweging van ramen > pas regeling aan
Tegengaan Lichthinder (3)
100% doek met 23% kier gunstiger dan 95% doek
(homogener klimaat)
Lampen geven veel warmte, dus buizen minder warm maar:
* temperatuurgradient (onderin eventueel te koud)
* WKK, dus warmte moet kas in als buffer vol is
Afsluitende opmerkingen
■ Inzet assimilatiebelichting sterk toegenomen; zet verder door.
■ Belichting vraagt om aangepast teeltsysteem
■ Tussenbelichting kan productie verhogen
■ LEDs veelbelovend maar nu nog inefficiënt !
■ Er zijn nog groot aantal deels niet goed bekende mogelijkheden
tot verhoging lichtefficiëntie
■ Spanningsveld tussen energieverkoop en tuinbouwproductie
Dank voor uw
aandacht
Rekenvoorbeeld
125 µmol m2 s1 F 27 W m2 F 10.000 lux
Straling buiten: 400 J cm2 dag1 (midden februari)
(50% is licht; 75% kastransmissie)
400 J/cm2/dag straling buiten geeft 400 x 50% x 75% =
150 J/cm2/dag licht binnen.
150 J/cm2/dag = 150 × 4.6 / 100= 6.9 mol m2 dag1
Natriumlampen: 15.000 lux (188 µmol m-2 s-1) 10 uur
188 × 10 × 36 / 1.000.000 = 6.8 mol m2 dag1