17-12-07
Warmer of kouder? Sturen met de temperatuur
Waarom dit verhaal?
Ep Heuvelink & Leo Marcelis Wageningen Universiteit, Tuinbouwproductieketens Wageningen UR Glastuinbouw Met medewerking van: Susana Carvalho, Anja Dieleman, Anne Elings, Arie de Gelder, Anke van der Ploeg
Temperatuur belangrijke klimaatfactor Beïnvloedt vele plantprocessen Korte- en langetermijneffecten Bepalend voor het energiegebruik Actief koelen in de semi-gesloten kas
Groeibijeenkomst Westland Energie Services 13 december 2007
Welke processen beïnvloedt temperatuur? • relatie met andere factoren • rasverschillen • korte en lange termijneffecten DIF, DROP, temperatuurintegratie
Specifieke effecten op gewasdelen
Sturen van de assimilatenbalans met temperatuur
0.025
0.020
-1
O ntw i kkelingssnelrate heid (per Developmental (day ) dag) Ontwikkelingssnelheid (per dag)
Temperatuur: invloed op enzymatische processen veelal optimum respons, maar vrijwel lineair effect in zeker traject
Wat komt er aan de orde?
0.015
0.010
0.005
0.000 5
15
25
35
Temperatuur (ooC) C) Temperatuur (
Hogere CO2 concentratie: hogere optimumtemperatuur
20 1000 µmol/m²/s 500 µmol/m²/s
10
250 µmol/m²/s 100 µmol/m²/s
0 15
20
25
-10
30
35
Bladfotosynthese (umol CO2 m -2 s-1)
30
-2
-1
Fotosynthese (µmol CO2 m s )
Temperatuureffect op fotosynthese: beperkt
30 1000 ppm
20 350 ppm
10 0 0
10
20
30
40
Temperatuur (o C) Temperatuur (°C)
1
17-12-07
Jonge planten: hogere temperatuur Î hogere groeisnelheid
100
-2
-1
CO2-flux (g CO2 m d )
Bruto- en netto fotosynthese Bruto
Tomaat, 40 dagen na zaai
80
Netto
60
__________________________________________________________________________
Temp. Versgewicht
40
(oC)
Ademhaling
20
15 25 o Temperatuur ( C)
Aantal
(cm2)
Bladeren
‘Bladdikte’ (mg/cm2)
__________________________________________________________________________
0 5
Bladoppervlak
(g)
35
18/18
26
552
13
2.8
24/24
92
1867
18
1.9
__________________________________________________________________________
Ademhaling neemt sterk toe met temperatuur
Volgroeid gewas: geen effect van temperatuur op totale biomassa (tomaat)
Vruchtgrootte (drooggewicht) en uitgroeiduur tomaat
LT HT
1.5
-2
TDM (kg m )
2.0
Temperatuur (oC) Gewicht (g) Uitgroeiduur (d) 17 4.8 74 19 4.3 63 21 3.2 56 23 2.7 50
1.0
0.5
0.0 1
3
LT = 17/15 oC; HT = 21/19 oC Teelt van januari tot half mei
Bij lagere temperatuur komt oogst later op gang en zijn de vruchten zwaarder Bron: A.N.M. de Koning
Lagere nachttemperatuur (en dus etmaaltemperatuur) vanaf planten: Latere productie (komkommer)
Lagere nachttemperatuur (en dus etmaaltemperatuur) Pas vanaf in productie komen: geen nadelige effecten ! 20 20 ºC 16 ºC 12 ºC
140 20 ºC 16 ºC 12 ºC
120
16 Productie (kg per m2)
Productie (kg per veldje)
2 Experiment
100 80 60 40
12
8
4 20
0
0 50
70
90
110
130
150
0
20
40
60
Dagen vanaf begin oogst
Dag in het jaar
Bron: Van Uffelen
Bron: Van Uffelen
2
17-12-07
Temperatuureffect op vruchtzetting en opbrengst paprika 18oC vruchtzetting vanaf oksel 1; 24oC vruchtzetting vanaf oksel 12
Lagere temperatuur: kortere planten en langere teeltduur
Ver sgew icht((kg/plant) kg/plant) Fresh weight Vruchtversgewicht (kg per plant)
24oC: kleinere vruchten met kortere uitgroeiduur
(Kalanchoe blossfeldiana)
3
Lichtniveau: 200 μmol.m-².s-1
o
18 C
2
24 oC 1
0 22-Apr
6-May
20-May
3-Jun
17-Jun
1-Jul
Harvest date Oogstdatum Datum oC:
18
21
23
26
Effect van temperatuur op snijchrysant: grote cultivarverschillen
Niet alle rassen reageren hetzelfde op temperatuur
Cultivar Supernova Delianne Reagan Annecy
Langere teelt bij16oC dan 20oC (dagen) 4 7 13 11
Takgewicht +/+ + +/-
+ hoger bij 16°C - hoger bij 20°C +/- geen significant verschil
16°C
20°C
“Biaritz”
16°C
20°C
“Dublin”
Chrysant
Seizoensafhankelijke rassenkeuze ?!
Temperatuurseffect op ontwikkeling en strekking
z z
Bladafsplitsing Lengte bloemtakken Afrijpingssnelheid
Taklengte
z
Invloed van temperatuurpatroon
35 30 25 20 15 10 5 0
17 °C 21 °C 25 °C
0
10
20
30
40
50
DIF DROP Temperatuurintegratie
60
Tijd na knopuitloop
3
17-12-07
Lage dag/hoge nacht (negatieve DIF): kortere planten maar ook groeireductie
Temperatuur regime; DIF = Tempdag - Tempnacht Bron: Frank Maas
Bron: Theo Blom, Canada
+ DIF
+DIF
- DIF
- DIF
Positieve DIF, meer strekking
DT: •16 ºC; 20 ºC; { 24 ºC; 28ºC
Effect dag- en nachttemperatuur op stengelstrekking chrysant; sterk verschoven optimum verklaart DIF
25 20 15 10 5 0 -16
-12
-8
-4
0
4
8
12
16
DIF (°C) DIFference (verschil) tussen dag en nachttemperatuur + DIF ⇒ ↑ Internode lengte;
Internodium lengte (mm)
30
30 25
DΤ opt = 25.9°C
20 DT
15
NT
10
0 12
- DIF ⇒ ↓ Internode lengte;
16
20
24
28
Temperatuur (°C)
gelijke DIF ⇒ gelijke internode lengte
Gedurende welk deel van dag is plant meest gevoelig voor temperatuur?
ΝΤ opt = 14.6°C
5
32
DT = Dagtemperatuur NT = Nachttemperatuur
Ochtend meest gevoelig voor temperatuurverlaging 60
Klimaatkamerproef: gedurende 4 uur temperatuurverlaging (2.5 °C)
50
Lengte (cm)
Internodiumlengte (mm)
DIF invloed op internodiumlengte chrysant
40 30 20 10 0 -
8:30-12:30 12:00-16:00 15:30-19:30 20:30-00:30
4
17-12-07
Wat betekenen deze resultaten over temperatuurval (DROP) voor de praktijk?
Vervolgens kasproef met grote tomatenplanten
Temperatuurverlaging 2.5 °C na zonsopkomst (bij gelijke etmaaltemperatuur):
Geen effect op lengte Geen effect op plantgewicht Geen effect op productie
23
Controle DROP behandeling
22
Bij jonge planten geen DROP toepassen Bij volwassen planten (LAI > 3) heeft DROP geen negatieve effecten Scherm snel openen kan
21 Temperatuur (°C)
20 19 18 17 16 15 14 0
4
8
12
16
20
24
Tijd van de dag (uur)
Koelen van onderen of van boven?
Geen pasklaar antwoord ….. wel ideeën
Planttemperatuur. Afkoeling van blad door:
Convectie aan kaslucht; hangt af van: z z
Temperatuurverschil blad-lucht Windsnelheid langs het blad
Uitstraling z
Naar kasdek
z
Of naar scherm
• Buitentemperatuur, bewolkt
Convectie en uitstraling zijn ongeveer even groot Meeste afkoeling door verdamping z
Planttemperatuur volgt vaak luchttemperatuur; vooral bij veel instraling hogere bladtemperatuur
10-60% van afkoeling door verdamping
Sturen op planttemperatuur
Is goed mogelijk Kop reageert bij uitstraling sneller dan meetbox Namiddag vochtsparen: let op de planttemperatuur Energiebesparing mogelijk
Koptemperatuur belangrijkst ?????
Data van Houter et al. 2004, Proef bij WUR Glastuinbouw (PPO)
5
17-12-07
Komkommer geconditioneerde kas met koeling van onderen Æ kleinere vruchten
Gewastemperatuur Groeipunt (kop) z
Vruchten
Wortels
z
z z z z z
450
bepaalt ontwikkeling (bladafsplitsing, aanleg nieuwe bloemtrossen)
gram/vrucht
bepaalt uitgroeiduur, vruchtgrootte kan worteldruk beïnvloeden kan soms beetje compenseren voor lage luchttemperatuur moet niet te sterk afwijken van luchttemperatuur jong gewas: snelle beworteling onderzoek potplanten 1980-1990: er zijn gewasverschillen
400 350 300 250 30
35
Assimilatenverdeling tussen plantendelen z
Week
Neemt toe naar dat deel van plant dat warmer is
Standaard kas
Hogere vruchttemperatuur Æ hogere trekkracht aan assimilaten
8 april 2007
Boven in kas
Temperatuur
35
Onder
30
25
20
Geconditioneerde kas
Temperatuur versnelt groei komkommervrucht.
Groeisnelheid (g d-1)
Komkommer geconditioneerde kas met koeling van onderen (proef 2007 WUR Glastuinbouw). Onderin gewas relatief koud (gele lijn) t.o.v. conventioneel 40
geconditioneerd
300 30°C 25°C
200
20°C 17.5
100
0 0
15 0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
40
21:00
100
200
300
400
0:00
Temperatuursom vanaf bloei (°C d)
Tijd
Hoge temperatuurstress (tomaat)
Lage temperatuurstress
Geen effect op totale groei Wel: slechte vruchtzetting Gevolg van slecht stuifmeel dat slecht vrijkomt
Aantal gezette vruchten per plant
16
Levende stuifmeelkorrels (%)
Controle: 28/22oC D/N; Hoge Temp. 32/26oC
100
12 8 4
Controle
Vraag als: is 1 uur 36oC een probleem? Of: Is 1 uur 38oC vergelijkbaar met 10 uur 36oC? Niet goed te beantwoorden!
Ook hier problemen met vruchtzetting (bijv. knopen bij paprika)
Suikers worden niet meer (voldoende) afgevoerd uit het blad Î zetmeelophoping
0 Hoge Temp
80 60 40 20 0 Controle
Hoge Temp
Bron: Sato e.a., 2006
6
17-12-07
Worteltemperatuur tomaat bij koeling van onderen (Themato)
Worteltemperatuur bij roos (jonge planten) Snellere scheutuitloop en vorming grondscheuten bij hogere worteltemperatuur
11oC
Tijd (dagen)
geënt controle
Temperatuurintegratie Gewas reageert op lange-termijn gemiddelde temperatuur, en niet zozeer op preciese regime • Kan alleen als reactie op temperatuur linear verloopt • Dit geeft energiebesparingsmogelijkheden
Tijd (dagen)
Luchttemperatuur was
0.025
0.020
-1
20oC
matverwarming
O ntw ikkelingssnelheid (dag ) Ontwikkelingssnelheid (per dag)
26oC
geënt & matverw.
20oC
0.015
0.010
0.005
0.000 5
15
25
35
Tem peratuur( C )o Temperatuur ( C) o
Invloed van temperatuurregime (tomaat) (6d/3oC: periode 6 dagen; amplitude 3oC) 3
Temperatuurintegratie paprika Drooggewicht vruchten (g/plant)
Bovengronds drooggewicht (g)
Kleiner blad dan in open kas Mat iets kouder dan open kas Matverwarming Æ bladoppervlakte neemt toe Enten Æ groter blad (groter effect dan mattemperatuur)
Aantal grondscheuten
Productie (kg perplant)
Worteltemperatuur tomaat bij koeling van onderen (Themato; gesloten kas)
2
1
300
200 optimaal standaard 100
0 5
10
15
20
25
30
Tijd (weken)
0 Control 6d/3oC 12d/3oC 24d/3oC 6d/6oC 12d/6oC
Temperatuur regimes
Bron: A.N.M. de Koning
Optimaal: - zelfde gemiddelde temp.; fluctuatie 16-30oC - overdag minder ventileren Î hoger CO2 2.5 m3 gas bespaard; zelfde vruchtzetting en productie
7
17-12-07
Korte en lange termijneffecten verschillend!
Hogere temperatuur Î meer ademhaling (10oC temperatuurstijging verdubbelt onderhoudsademhaling)
Maar …… langdurig hoge temperatuur geeft kleinere bladeren en vruchten, dus lichter gewas
Onderhoudsademhaling per m2 kas kan dan vrijwel gelijk blijven
Op korte termijn hogere vruchttemperatuur Î meer assimilatenimport; op langere termijn passen enzymconcentraties zich aan Î nieuw evenwicht
Balans assimilatenaanmaak en verbruik (vraag)
Ademhaling
Fotosynthese Assimilaten
Licht, CO2, temperatuur, RV
Evenwicht in assimilatenaanmaak en -gebruik voor een optimale productie
Groei
Temperatuur, Sinks
Regelmatiger productiepatroon Productiestijging?
1.5 1.2
0.6
0.9 0.4 0.6 0.2
0.3
-
0.0 33
63
93
123
153
183
Day of year
Duidelijk verband
Evenwichtige aanmaak/vraag balans: Hoe?
Streef de lange-termijn trend in aanmaak/vraag na Door aanpassen temperatuursinstellingen 1 0.8 21 oC
0.6 21 oC
0.4
19 oC
20 oC
19 oC
19 oC
0.2
trend 19 oC
0 0
1
2
3
4
time (day) Tijd (dagen)
5
20 oC 6 21 oC selected
Evenwicht in aanmaak/vraag nastreven m.b.v. temperatuur bij komkommer 1.4
Source/sink ratio assimilatenbalans (-) Aanmaak/vraag balans
Constantere plantbelasting en assimilatenverdeling
Aanmaak/vraag balans(-) source/sink balance
Vruchtzetting Fruit set (aantal per plant per dag) (fruits/plant.day)
0.8
Source:sinkverhouding ratio Aanmaak/vraag
Aanmaak/vraag ratio en vruchtzetting in paprika
Referentie normaal
1.2 1 0.8
“Evenwicht” 100% Doel nagestreefd winter MTI - Gewas
0.6 0.4 0.2 0
7
0
50
100
150
tijd(dagen (dagenna naplanten) planten) Tijd
8
17-12-07
Evenwicht in aanmaak/vraag nastreven m.b.v. temperatuur bij komkommer
Conclusies: Effect van temperatuur
Jaar
Summer Autumn Year
Gas (m3 m-2)
40.3
6.5
11.3
40.3
Gering effect op fotosynthese (assimilatenaanmaak) Groot effect op assimilatenverbruik Î balans
Productie (kg m-2)
83.2
33.5
22.8
83.2
Toename van ademhaling
Referentie
snellere blad- en bloemafsplitsing
Stabiele source/sink Productie toename (kg m-2)
+ 4.4
+ 1.9
+ 1.0
+ 4.
snellere groei vruchten, bloemen, bloemtakken of bladeren
Productie toename (%)
5.3%
5.6%
4.2%
5.3%
kleinere vruchten, bloemen, bloemtakken, bladeren
Conclusies (2)
Gemiddelde temperatuur meestal belangrijkst, behalve bij jonge planten (DIF en DROP effecten)
Conclusies (3)
z
Als het om het lange termijngemiddelde gaat kan er energie
z
bespaard worden
Optimale temperatuur neemt toe met licht en CO2 Hoge temperatuur: zettingsproblemen !
Planttemperatuur belangrijker dan kastemperatuur Gesloten kas:
Verhouding lucht – plant temperatuur anders Temperatuurgradiënt anders
Komend jaar z
Uitgebreid onderzoek naar semi-gesloten kassen
Bedankt voor uw aandacht
© Wageningen UR
9
