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 m 2 s 1 ≈ 14.500 lux)
TOMSIM model; 500 ppm CO2; lampen uit bij 300 W m 2 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 m 2 s 1) (µmol m 2 s 1) (µmol m 2 s 1)
1990
30 40
2000
50 90
50 70
120
2005
100 180
60 100
120 180
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)
Lichtenergie stroom: Watt/ m2
Fotonen stroom: Emol m 2 s 1 125 µmol m 2 s 1 F 27 W m 2 F 10.000 lux 400 J cm 2 dag 1 buiten F 10 uur 15.000 lux
Verschil in gevoeligheid menselijk oog / plant bij gelijke foton stroom 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 m 2 s 1)
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.m ².s 1: 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: SON T 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
4:00 16:00
2
15
162
12.500
8.8
1:00 16:00
3
18
162
12.500
10.5
22:00 16:00
4
18
135
10.400
8.8
22:00 16:00
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 m 2 s 1 hogere productie dan 18 uur 135 Emol m 2 s 1 (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 m 2 s 1
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 m 2 s 1) neemt af gedurende de dag bij roos Belichting
13 14 april 2007
70 Emol PAR m 2 s 1
-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 /m 2 s) Fotosynthese (Emol s 1)
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: 6 8% productietoename Proef in Nederland: geen productieverhoging, wel betere kwaliteit door tussenbelichting bij komkommer
Tussenbelichting met LEDs
Nadelen assimilatie belichting 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 m 2 s 1 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 2 3% 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 m 2 s 1 F 27 W m 2 F 10.000 lux
Straling buiten: 400 J cm 2 dag 1 (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 m 2 dag 1
Natriumlampen: 15.000 lux (188 µmol m-2 s-1) 10 uur 188 × 10 × 36 / 1.000.000 = 6.8 mol m 2 dag 1
