Plantsensoren helpen telers bij klimaatinstellingen

Transcriptie

1 PCS Energie Plantsensoren helpen telers bij klimaatinstellingen Een jaar na de start van het VLAIO-onderzoekstraject Sense-IT (Sierteeltsector Evalueert Nieuwe Sensortechnologie voor Energie- en Innovatieve Teeltoptimalisatie), zijn er hoge verwachtingen over het gebruik van plantsensoren op praktijkschaal in de sierteelt. Sensoren worden reeds in diverse industrieën gebruikt om productieprocessen te monitoren, te evalueren en bij te sturen. Dit levert in vele gevallen een grotere efficiëntie, kostenbesparing en toename van winst op. Ook in de sierteeltsector zijn de mogelijkheden van sensoren erg divers, maar gaat dit eveneens gepaard met de nodige uitdagingen. Keuzes maken in sensoren Eén van de grote verschillen tussen productie in de sierteelt en een industrieel productieproces is de diversiteit aan producten en de voortdurend veranderende productieomstandigheden. Het is dus belangrijk om de optimale set van plantsensoren te selecteren voor de opvolging van de plantengroei zonder daarbij invloed uit te oefenen op de plantkwaliteit of het productieproces. In een eerste fase van het project werden twee referentiegewassen (Ficus en potroos) geselecteerd waarop verschillende plantsensoren werden uitgetest om bladdikte, stengeldiameter en sapstroom op een correcte en continue manier te monitoren. Sapstroom van planten kan worden gemeten met behulp van sapstroomsensoren. In het proejct werden warmtebalans-sapstroomsensoren gebruikt. Deze zijn verkrijgbaar in verschillende groottes en laten toe om op elk moment de hoeveelheid water, getransporteerd doorheen de stengel, te meten. De warmtebalans-sapstroomsensor verwarmt continu een deel van de stengel met behulp van een verwarmingselement en meet temperatuursverschillen over dit verwarmingselement. Het sap doorheen de stengel voert een deel van de warmte mee. Gebruik makend van een warmtebalans kan op basis van deze temperatuursmetingen de saptroom berekend worden. Radiale warmteverliezen en externe invloed van zonnestraling worden vermeden door isolatie rondom de sensor te voorzien. Fig. 1: Een geïsoleerde warmtebalans-sapstroomsensor meet de sapstroom op een stengel van een Ficus Gebruik van deze sensor op volwassen Ficus-planten is vrij eenvoudig en gaf mooie meetresultaten. Het gebruik van deze sensor bij potrozen was minder eenvoudig, aangezien door de grootte van de

2 sensor, zijtakken en doornen over een beperkt stengeloppervlak moesten worden verwijderd om een goed contact met de stam te garanderen. Bovendien zijn de commercieel beschikbare warmtebalanssapstroomsensoren vaak te groot om te installeren op jonge, kleine planten. Daarom werd gebruik gemaakt van mini-hrm's, die eveneens gebruikmaken van warmte om sapstroom te meten. Het verschil is echter dat in plaats van de stengel constant te verwarmen, hier gebruik wordt gemaakt van warmtepulsen. Deze sapstroomsensor is kleiner en erg geschikt voor lage sapstromen, en werd succesvol toegepast. LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) en leafclip sensoren werden gebruikt voor het meten van de zwel en krimp van respectievelijk de stengel en bladeren. De LVDT maakt voor de meting gebruik van een vrij beweegbare kern die magnetisch gekoppeld is aan spoelen. Het uiteinde van deze magnetische kern wordt tegen het te meten object geplaatst. Wanneer de magnetische kern verschuift, komt er een verschil in spanning op de spoelen, waardoor minimale verschuivingen van de stengel kunnen worden opgemeten. De leafclip is opgebouwd uit een klemmetje met een rekstrookje waartussen het te meten object geplaatst wordt. Afhankelijk van de opening van de klem verandert de weerstand van het rekstrookje, en wordt er een elektrisch signaal, evenredig met de bladdikte, verkregen. Leafclips worden hoofdzakelijk ingezet voor het meten van bladdikte, maar bieden ook mogelijkheden voor het opvolgen van stengeldikte van klein stekmateriaal. Fig. 2: Een LVDT meet continu de zwel en krimp van een Ficus-stengel Fig. 3: Leafclips meten de bladdikte bij Ficus Voorlopige resultaten Het stengeldiameterpatroon, opgevolgd met de LVDT en leafclip sensoren, verloopt zoals verwacht. Stengeldiametervariaties, ten gevolge van gebruik van interne plantwaterreserves door transpiratie, worden gemeten doorheen de dag. De opname van water door de wortels uit de bodem ligt tijdens

3 deze krimpfase lager dan de hoeveelheid water die getranspireerd wordt via de bladeren. Gedurende de avond en nacht overschrijdt de wateropname de transpiratieverliezen en vertoont de stengel zwel, waardoor maximale stengeldiameters kunnen worden opgemeten en groei optreedt. Via de sapstroomsensoren werd de transpiratie en dagelijkse wateropname van de planten gekwantificeerd. Het doel van dit onderzoekstraject gaat echter verder dan het verzamelen van data. Het Sense-IT project wil uiteindelijk een plantmodel ontwikkelen dat door telers kan worden gebruikt als hulpmiddel om het effect van specifieke teeltmaatregelen op groei, ontwikkeling of kwaliteit van de plant na te gaan. Stress-situaties kunnen zo sneller worden gedetecteerd en vermeden. Het huidige plantmodel, ontwikkeld door Universiteit Gent, Laboratorium voor Plantecologie, simuleert stengeldiametervariatie en -groei op basis van de verzamelde sensordata. De eerste resultaten geven alvast aan dat het plantmodel de groei van Ficus gedetailleerd kan beschrijven. Daarnaast werd ook onderzocht of gesimuleerde transpiratie, in plaats van gemeten sapstroom, als input kan worden gebruikt voor het plantmodel. Dit is vooral van belang om in een volgende fase het plantmodel aan een kasklimaatmodel te koppelen. Bovendien zou gesimuleerde transpiratie ook gebruikt kunnen worden wanneer het onmogelijk is om sapstroom continu te meten. Op korte termijn zal dit plantmodel daarom ook verder worden geoptimaliseerd. Dit brengt ons een stap dichter bij het realiseren van een realtime plantmonitor die op praktijkschaal kan worden toegepast. Fig. 4: Gemeten sapstroom (grijze lijn) en gesimuleerde sapstroom (oranje lijn) in functie van het aantal dagen vanaf het begin van de simulatie. Beide curves vertonen een vrij gelijkaardig verloop.

4 Fig. 5: Gemiddeld gemeten (grijze lijn) en gesimuleerde (oranje lijn) stengeldiameter in functie van het aantal dagen vanaf het begin van de simulatie. De lichtgrijze band is de standaarddeviatie (n=3) op de gemiddeld gemeten stengeldiametervariatie. Ook hier liggen gemeten en gesimuleerde waarden dicht bij elkaar. Telers die meer informatie willen omtrent het Sense-IT project of lid willen worden van het Telersplatform en de sensoren zelf willen uittesten op hun gewas kunnen steeds contact opnemen met Bert Schamp of 09/ ) van het Proefcentrum voor Sierteelt. Deze tekst kwam tot stand in samenwerking met Hans Van de Put, Fran Lauriks, Dirk De Pauw en Kathy Steppe, Laboratorium Plantecologie, Universiteit Gent. Bert Schamp Het LA-onderzoekstraject Sense-IT is een samenwerking tussen het Proefcentrum voor Sierteelt, Universiteit Gent (Laboratorium voor Plantecologie) en het Innovatiesteunpunt. Dit project wordt gefinancierd door VLAIO en loopt van 2015 tot Onderzoek met steun van de Vlaamse Overheid, het Agentschap Innoveren & Ondernemen, de Europese Unie, de Provincie Oost-Vlaanderen, Boerenbond, AVBS, dé sierteelt- en groenfederatie, en KBC Bank & Verzekering.

5 Ficus benjamina, een stressbestendige plant? De groei en gezondheid van kamerplanten wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals bemesting, temperatuur, licht, luchtvochtigheid en watergift. Tijdens de teeltfase worden deze factoren zo optimaal mogelijk gehouden. Bij de consument is dit vaak heel wat minder optimaal in de huiskamer. Omdat telers graag ook inzicht krijgen in de houdbaarheid van hun planten na de teeltfase en de consument goed willen adviseren bij hun aankoop, werden door het Sense-IT project droogtestress proeven opgezet met Ficus benjamina. De data uit dit experiment zullen ook gebruikt worden om het ontwikkelde plantmodel verder te optimaliseren. Kamerplanten in de huiskamer Bij de consument krijgen kamerplanten in huis vaak een vaste plaats toegewezen. Hierdoor zijn temperatuur, licht en luchtvochtigheid nog moeilijk te beïnvloeden en wordt de watervoorziening niet altijd nauwlettend in de gaten gehouden. De watervoorziening heeft echter een belangrijk effect op de groei en gezondheid van de plant. Kameromstandigheden zijn geen ideale groeiomstandigheden met alle achteruitgang van de visuele plantkwaliteit als gevolg. De consument verliest hierdoor misschien uiteindelijk zijn interesse in kamerplanten. Een tijdige watergift en goede verzorging is dus van groot belang. Hoe vaak dit moet gebeuren, is afhankelijk van soort tot soort. Sommige soorten verkiezen een vochtige bodem, terwijl andere bij voorkeur in een iets drogere bodem groeien. Maar wat gebeurt er fysiologisch met planten wanneer deze te weinig water krijgen? Zijn deze effecten omkeerbaar wanneer tijdig ingegrepen wordt? Of wordt de plant fysiologisch onomkeerbaar beïnvloed? Droogtestress bij Ficus benjamina Om hierop een antwoord te kunnen geven, werd het effect van droogtestress onderzocht op Ficus benjamina. Er werd gekeken naar verschillende parameters die informatie geven over zowel groei als waterstatus. Tijdens het experiment werd de irrigatie voor de helft van de planten volledig stopgezet, terwijl de andere helft om de twee à drie dagen bewaterd werd met eb- en vloedirrigatie. De planten met droogtestress werden opnieuw geïrrigeerd wanneer de stengeldiameter gedurende drie opeenvolgende dagen afnam. Dit was na ongeveer drie weken zonder irrigatie en viel samen met het visueel waarnemen van droogtestress. De stomatale geleidbaarheid was één van de parameters die werd opgevolgd (Figuur 1). Deze parameter geeft weer hoe sterk de huidmondjes van de bladeren geopend zijn. Een hoge stomatale geleidbaarheid betekent dat de huidmondjes sterk geopend zijn, en dat er bijgevolg veel water verdampt wordt. Soms is de plant echter niet in staat om te voldoen aan de watervraag van de atmosfeer. Hiervoor zijn twee belangrijke redenen: een te hoge watervraag van de atmosfeer of een te droge bodem. Op deze momenten zal de plant zich beschermen door de huidmondjes te sluiten, waardoor de geleidbaarheid daalt. Voor Ficus was deze sluiting waarneembaar vóór visuele tekenen

6 van stress. Door waterverlies via de bladeren te beperken, probeert de plant zo lang mogelijk fysiologische schade door droogtestress te beperken. Na herbewatering was er een snel en volledig herstel van de stomatale geleidbaarheid. Dat de stomatale geleidbaarheid in Figuur 1 ook een dalende trend vertoont bij de controle is te wijten aan het heersende buitenklimaat op dat ogenblik. Lagere lichtintensiteiten zorgden op het moment van de metingen (eind april 2017) voor een sterkere sluiting van de huidmondjes. Een andere belangrijke gezondheidsparameter is fotosynthese (Figuur 2). Aangezien fotosynthese verantwoordelijk is voor de fixatie van CO 2 in chemische energie/bouwstenen, levert het een belangrijke bijdrage tot de groei en ontwikkeling van planten. Een afwijking in fotosynthese tussen planten met en zonder droogtestress werd ongeveer vijf dagen voor herbewatering waargenomen, waarbij de fotosynthese van oudere bladeren uiteindelijk zelfs nagenoeg volledig stilviel. Na herbewatering vond er ook voor fotosynthese een snel en volledig herstel plaats. Figuur 1: Afwijking in stomatale geleidbaarheid tussen planten met en zonder droogtestress. Planten onder droogtestress sluiten hun stomata om schade door droogte te beperken.

7 Figuur 2: Vergelijking van fotosynthese in planten met en zonder droogtestress. Na langdurige droogte daalt de fotosynthese. Het nadeel van de opgenoemde parameters is dat deze handmatig gemeten worden. Om deze reden werden er ook continue metingen uitgevoerd van de stengeldiameter en sapstroom (= hoeveelheid water die door de plant getransporteerd wordt van bodem naar atmosfeer). Ongeveer twee weken na de start van de droogtestress werd een afwijking in sapstroom waargenomen tussen de controlebehandeling en de behandeling met droogtestress, waarbij de sapstroom van de planten met droogtestress beduidend lager was (Figuur 3). Na herbewatering nam deze sapstroom opnieuw toe en verdween de afwijking tussen de twee behandelingen. Voor de stengeldiameter was er ook een duidelijke afwijking tussen beide behandelingen, waarbij de toename in stengeldiameter na enkele weken stilviel voor de planten onder droogtestress (Figuur 4). Direct na herbewatering begon de stengel opnieuw te groeien met dezelfde snelheid als voor de controleplanten. Figuur 3: Sapstroom voor planten met en zonder droogtestress. Droogte zorgt voor een verminderde transpiratie om schade te beperken.

8 Figuur 4: Afwijking tussen de verandering in stengeldiameter voor planten met en zonder droogtestress. Bij ernstige droogtestress neemt de stengeldiameter af. In het experiment konden de Ficus benjamina planten ongeveer twee weken zonder irrigatie, terwijl er weinig invloed waargenomen werd op verschillende parameters die informatie geven over groei en waterstatus van de plant. Na ongeveer twee weken namen zowel de stomatale geleidbaarheid, fotosynthese, sapstroom als stengeldiameter snel af. Echter, na herbewatering bereikten deze parameters al snel terug hun oorspronkelijke waarden. Ficus benjamina ondervindt dus weinig onomkeerbare fysiologische effecten wanneer direct na visuele tekenen van stress geïrrigeerd wordt. Echter, het veelvuldig opleggen van droogtestress kan op lange termijn wel degelijk een invloed hebben op de gezondheid van planten. Hans Van de Put, Dirk De Pauw, Kathy Steppe (UGent, Laboratorium voor Plantecologie) Marie-Christine Van Labeke (UGent, Vakgroep Plantaardige productie) Bert Schamp (PCS) Dit onderzoek werd uitgevoerd in het kader van het VLAIO LA-traject Sense-IT (Sierteeltsector Evalueert Nieuwe Sensortechnologie voor Energie- en Innovatieve Teeltoptimalisatie). Onderzoek met steun van de Vlaamse Overheid, het Agentschap Innoveren & Ondernemen, de Europese Unie, de Provincie Oost-Vlaanderen, Boerenbond en AVBS, dé sierteelt- en groenfederatie.