Licht in en om de plant

Transcriptie

1 Licht in en om de plant Tom Dueck, Wageningen UR Glastuinbouw Lezing Anthura, 15 januari 2008

2 Wat is licht?

3 Canadese noorderlicht

4 Inhoud Licht: zonlicht, groeilicht, stuurlicht Licht meten Licht en planten: groeilicht Diffuus licht Berekening benodigde lichthoeveelheid Belichting tomaat; potanthurium; bladbreken Licht en planten: stuurlicht Lichtkleur LEDs

5 Gebruikte afkortingen PAR = Photosynthetic Active Radiation energie inhoud licht tussen 400 en 700 nm (W m 2 ) PPFD = Photosynthetic photon flux density aantal fotonen tussen 400 en 700 nm ( mol m 2 s 1 ) nm = nanometer = 1 miljardste meter (10 9 m) 1 mol = vast aantal deeltjes (6*10 23 ) mol = micromol = 1miljoenste mol (10 6 mol)

6 Zonlichtspectrum Straling UV C UV B UV A VIS IR A IR B IR C Golflengte << 290 nm nm nm nm nm nm nm Opmerking Komt niet aan op aarde <300 nm komt niet aan op aarde Paars, blauw, groen, geel, oranje, rood Nabij infrarood NIR Ver infrarood VIR

7 Welk deel van het licht wordt door planten gebruikt? Voor de fotosynthese: groeilicht nm = PAR licht Voor de fotomorfogenese: stuurlicht nm = uv, violet, blauw nm = rood nm = verrood

8 Welke golflengtes ziet een plant? Gemiddelde plantgevoeligheid (McCree, 1972) PAR blauw rood verrood

9 Welke golflengtes ziet u en ik? Lichthinder?

10 Piet Mondriaan gebruikte dit gegeven!

11 Licht meten: voor welke doel! Pyranometers/solarimeters (W m 2 ) Lichtcel/Luxmeters (Lux) Licor: nm, Wittich: nm Quantumcel/PAR meters ( mol m 2 s 1 ) Alleen tussen nm Pyrgeometers (W m 2 ) (Uitgaande) IR straling: warmteverliezen IJKING ZEER BELANGRIJK

12 Lichtspectrum en lichtmeting (1) Solarimeter: eenheid W m 2 (en J cm 2 ) Meet totale stralingsenergie nm Globale Straling(som) Van belang voor klimaatbeheersing en verdamping Blauw licht bevat meer energie en wordt door de solarimeter hoger gewaardeerd dan door de plant ~45% van de Globale Straling is fotosynthetisch actieve straling (PAR, nm) uitgedrukt als W m 2 PAR = ongeveer 45% bruikbaar licht, 50% warmte en 5% UVB

13 Lichtspectrum en lichtmeting (2) Quantummeter of PAR meter, eenheid mol m 2 s 1 Meet fotosynthetisch actieve gebied nm Fotonenstroom (Photosynthetic Photon Flux Density): aantal ( mol) energiepakketjes dat per seconde een bepaald oppervlak treft 1 mol fotonen activeert 1 mol chlorofylmoleculen: 1% meer licht =1% meer groei Groeilicht: PPFD ( mol m 2 s 1 ) enige betrouwbare grootheid

14 Lichtspectrum en lichtmeting (3) Zonnespectrum in diverse eenheden Watt/m2 µmol/m2/sec klux mol 14 Watt/m2 of µmol/m2/sec lux klux 0.02 lumen lux Golflengte (nm)

15 Licht meten: welke eenheden? In Watts (of J s 1 ) In Lux In micromol per m 2 per seconde ( mol m 2 s 1 )

16 Lichtspectrum en lichtmeting (4) Hoe ziet een plant (lamp)licht? Als een verzameling energiepakketjes Greenpower 400W 7.00 µmol/watt Watt/nm Plantgevoeligheid (µmol/watt) Lampstraling (W/nm) Golflengte

17 Eenheden voor lichtmeting: samenvatting Watt per m 2 = energie van de totale straling Klimaatbeheersing, energiebalans, verdamping Lux = hoeveelheid licht voor menselijk oog Fotografie, huis en straatverlichting Micromol per m 2 per seconde = Groeilicht = aantal energiepakketjes voor fotosynthese = ( mol m 2 s 1 )

18 Berekeningsfactoren voor PAR gebied W m 2 mol m 2 s 1 Lux mol m 2 s 1 per W m 2 Lux per mol m 2 s 1 Lichtbron nm nm Daglicht diffuus Heldere lucht HD natrium Halogeen Kwik TL warm wit TL koel wit Gloeilamp Maar alleen door te meten kom je het precies te weten!

19 Boodschap: Meet groeilicht in micromolen PAR! mol m 2 s 1 Is een maat voor het aantal bruikbare lichtdeeltjes (fotonen) dat een plant ontvangt Voordeel: Je weet waar de plant aan toe is Je kunt licht van verschillende lichtbronnen berekenen en optellen

20 Diffuus licht benutten van natuurlijk licht Winter: 80% diffuus licht Zomer: 60% diffuus licht Voordelen: Gelijkmatig licht (geen slagschaduw) Beter lichtdoordringing in het gewas Minder kans op lichtverzadiging Milder micro klimaat

21 Theorie Komkommer Winterteelt PAR Fotosynthese (MJ m 2 ) (g CO 2 m 2 ) PAR Fotosynthese (MJ m 2 ) (g CO 2 m 2 ) Natuurlijk Licht Diffuus Licht Winterteelt Gewasfotosynthese: +1.5% bij diffuus licht. Jaar productie +3.0% (+0.7 kg m 2 ).

22 Diffuus Licht hoe ziet dat eruit? Bepaalde kasdekmaterialen kunnen licht verstrooien, waardoor direct licht omgezet wordt in diffuus licht 50% 0% Haze

23 Materials haze and light transmission EVA film diffuse EVA film ETFE film diffuse ETFE film Standaard tuindersglas 4mm hemispherical transmission haze [-] [-]

24 Materials τ dir -τ dif y = x R 2 = Haze [-] Wees voorzichtig met lichtverlies bij hoge mate van diffusiteit

25 Diffuus licht en komkommer

26 Diffuus licht productie bij komkommer 80 Vruchtgewicht (kg m -2 ) Week nr Direct Diffuus Diffuus +6% (bij 4% minder licht) Berekend bij gelijk lichtintensiteit +8%

27 Diffuus licht wat weten we ervan? Lichtonderschepping: Meer middenin het gewas Meer in ochtend/middag dan vroeg/laat op de dag Fotosynthese: Meer bij normale (zomerse) lichtomstandigheden Vermoedelijk: Betere micro klimaat in het gewas

28 PAR licht en belichting Berekening van lichtsom (zonlicht, belichting) Belichtingduur vs belichtingintensiteit

29 Belichten van planten: lamptypen Kunstlicht Hogedruk Natrium lampen (SON T) Metaalhalogeen (HPI) Fluorescentie (TL) Gloeilampen (Flowerpower) LEDs Maar de zon gaat nog steeds voor niets op

30 Omrekenen van en naar mol PAR Heldere, zonnige dag; buiten 450 W m 2. Hoeveel PAR? 1 W m 2 = 4.24 mol m 2 s W m 2 is 450 x 4.24 = 1908 mol m 2 s 1 PAR Hoeveel Lux is dit dan weer? Bij helder weer 1 mol m 2 s 1 PAR = 52 Lux 1908 x 52 = Lux buitenstraling Stel: 8000 Lux HD natrium geïnstalleerd. Hoeveel PAR? 1 mol m 2 s 1 = 82 Lux (ofwel 1 Lux = 1/82 mol m 2 s 1 ) 8000 Lux = 8000/82 = 97.6 mol m 2 s 1 PAR

31 Benodigde lichtsom bepaalt aantal lampen(type) Daglicht (Mol/dag) SON-T 100 µmol Totaal dagsom Bijv.: minimaal benodigde lichtsom 10 Mol/dag 30 Groeilichtsom (Mol/dag) Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec

32 Lichtsom (totaal van ontvangen licht per dag) eenheid: mol/m 2 /dag Hoe reken ik lichtintensiteit om in lichtsom? Stel: belichting met 50 mol m 2 s 1, gedurende 18 uur Geen daglicht, bijv groeikamer Lichtsom per dag van belichting is = 50 x (18 uur x 60 min x 60 sec) mol m 2 dag 1 = mol m 2 dag 1 ( micromol = 1 mol) = 3.24 mol m 2 dag 1 als 5 mol m 2 dag 1 gewenst > bijbelichten

33 Belang van lamplicht in de winter Lichtsom PAR (mol m -2 dag -1 ) Zonnestraling Lamplicht Totale lichtsom Aandeel lampen: t/m wk 14: 55% t/m wk 30: 25% 0 20/okt 9/nov 29/nov19/dec 8/jan 28/jan 17/feb 9/mrt 29/mrt

34 Lichtsom omrekenen in lichtintensiteit: Lichtsom = 15 mol per m 2 per dag Bij 18 uur belichten: = 15/18 mol per m 2 per uur = 15/(18*60*60) mol per m 2 per seconde = mol per m 2 per seconde 1 mol = micromol = 230 micromol per m 2 per seconde = PPFD

35 Versie 7 (mei 2005) Bepaling hoeveelheid groeilicht in de kas van daglicht & bijbelichting. De groene cellen kunnen vrij worden ingevuld. Daglicht eenheid daglengte stralingssom Huidige daglichtsom (globale straling): 173 J/cm 2 per dag uren J/cm 2 per dag Waar wordt dit gemeten: buiten 0.7 de kas januari Transmissie van het kasdek in deze periode: 70% februari Dit is hoeveelheid groeilicht in de kas: 2.60 mol/m 2 per dag maart april Wat is de gewenste lichtsom (bijvoorbeeld van maart): J/cm 2 per dag mei Deze waarde gaat uit van de situatie: buiten de kas juni Transmissie van het kasdek in deze periode: 70% juli Dus gewenste hoeveelheid groeilicht in de kas: 7.72 mol/m 2 per dag augustus september Toevoegen groeilicht d.m.v. bijbelichting: 5.12 mol/m 2 per dag oktober november Hiervoor is een installatie nodig van: 79.0 µmol/m 2 /s december bij een belichtingsduur per dag van: 18 uur Gemiddelde daglengte en globale stralingssom in Nederland over de periode (bron KNMI). Realisatie van deze lichtinstallatie: Gebruikte lichtbron: GreenPower 600W/400V Aantal lampen per ha.: 731 stuks 1) Gebruikte lichtbron: Geïnstalleerd vermogen per ha. 3) : 490 kwatt 2) Berekening a.d.v. bestaande lichtinstallatie: GreenPower 600W/400V Stroomverbruik per ha. per dag 3) : 8812 kwh 2) Lichtniveau: 79 Bij deze installatie komt het berekende groeilicht van: 79 µmol ongeveer overeen met lichtniveau van: 6044 lux Belichtingsduur: 18 uur per dag 1) N.B. uitgaande van een armatuurrendement van: 94% Lichtsom in groeilicht: 5.12 mol/m 2 per dag 2) uitgaande van nominale waarden; deze kunnen in de praktijk afwijken, afh. van Dit is vergelijkbaar, bij een kasdektransmissie van 70% armatuur en hoe deze wordt bedreven. 3) Dit is incl. filter in conventionele systemen! met globale daglichtsom van: J/cm 2 per dag µmol

36 Belichting tomaat: belichtingduur vs. intensiteit

37 Behandelingen (tot week 14) Nr Lichtduur Lichtintensiteit Lichtsom Licht aan (uur) mol/m 2 /s lux mol/m 2 /dag (uur) :00 16: :00 16: :00 16: :00 16:00

38 Fotosynthesecapaciteit bij start belichting 30 Netto fotosynthese (µmol m-2 s-1) lampen aan 0 0:00 1:00 2:00 3:00 tijdstip van de dag (uur:min)

39 Netto fotosynthesecapaciteit dec/jan/feb/juli 30 Netto fotosynthese (µmol m -2 s -1 ) H 15 H 18 H 18 L Lampen uit 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 tijdstip van de dag (uur:min)

40 Productie gerelateerd aan totale lichtsom (t/m wk 20) Cumulatieve vruchtproductie (kg FW m -2 ) H H H L 20% 8% Cumulatieve straling in de kas (mol PAR m -2 )

41 Productie in relatie tot licht Cumulatieve productie tomaten (%) H H H L Licht (%)

42 Energie efficiëntie: belichtingsperiode g/mj Productie (%) 10.3 g/mj g/mj g/mj hoog hoog hoog laag Energie input totaal (%)

43 Conclusies: Vooral dagelijkse lichtsom bepaalt resultaat Lichtkleur maakt niet uit voor de fotosynthese

44 Ook lagere lichtsommen voldoende? Bladaanleg Zijscheutvorming Bloei Teeltduur Plantlengte Kleur en gewicht Worden beter bij verhoging van de lichtsom Wel gebonden aan maximum!!

45 Praktijkvoorbeeld: Winterbloei potanthurium Vanaf juli 3 rassen in 17 cm pot. Bonina, Champion, Orange Love V.a. 4 september aanvullend belicht als R out <150 W ~100 mol/m 2 /s (8000 lux ), max. 10 uur per dag ~100 mol/m 2 /s, max. 14 uur per dag ~ 50 mol/m 2 /s (4000 lux ), max. 14 uur per dag Controle: zonder belichting Per ras wekelijks ontwikkeling van 20 scheuten/ras scoren.

46 Visuele resultaten van belichten Belichten geeft meer bloemen en minder overslag Berekende overslagpercentages per ras Behandeling Bonina Champion Orange Love Onbelicht 8.7 ± ± ± uur 4000 Lux ± ± uur 8000 Lux 4.5 ± ± ± uur 8000 Lux 1.2 ± ± ± 4.0

47 Champion, januari Onbelicht Belicht Lengte bloem: 33.8 cm Breedte bloem: 7.8 cm Lengte bloem: 40.5 cm Breedte bloem: 8.9 cm

48 Champion, april Onbelicht Belicht

49 Licht houdt groei in stand Champion - Cyclusduur Bloemontwikkeling 1e 2e 3e 4e 5e 14 uur 8000 Lux uur 8000 Lux uur 4000 Lux Onbelicht Aantal dagen (cumulatief)

50 Potanthurium: relatie bloemaantal ~ lichtsom 2 mnd 3 mnd 4 mnd 10x8000 Onbelicht

51 Winterbelichting potanthurium Over alle rassen 50 75% meer bloemen na belichten Verschil met onbelicht rasafhankelijk Gemiddelden na 7 maanden (alle rassen). Behandeling Onbelicht 14 uur 4000 Lux 10 uur 8000 Lux 14 uur 8000 Lux Aantal bloemen 8.2 a 14.4 c 12.5 b 14.2 c Aantal bloemscheuten 3.9 a 5.2 b 5.1 b 5.2 b

52 Relatie PAR som aantal bloemen 8.0 R 2 = Aantal Bloemen Onbelicht 14 u 4000 Lux 10 u 8000 Lux 14 u 8000 Lux PAR Som (Mol/m 2 )

53 Licht en functionele bladplukken Bladpluk paprika Minder licht onderin het gewas minder fotosynthese, verdamping? Bladpluk tbv energiebesparing Bladbreken Anthurium Jong blad draagt niet bij aan fotosynthese Gaat ten koste van bloem kwaliteit

54 Bladpluk paprika lichtonderschepping 100% juli 100% septem ber 90% 90% 80% 80% Lichtdoordringing (%) 70% 60% 50% 40% 30% Lichtdoordringing (%) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% 0% 25% 50% 75% 100% 0% 25% 50% 75% 100% Gewashoogte, % Gewashoogte, %

55 Fotosynthese op 5 niveau s in het gewas 30 Fotosynthese, juli 30 Fotosynthese, september Fotosynthese (µmol CO2/m 2 /s) Fotosynthese (µmol CO2/m 2 /s) Lichtniveau PAR (W/m 2 ) Lichtniveau PAR (W/m 2 )

56 Gewasfotosynthese en verdamping Fotosynthese op 5 bladniveaus, volgens gemeten bladactiviteit sept Verdamping op 5 bladniveaus, volgens gemeten bladactiviteit sept mmol CO2/m 2 blad/dag mol H2O/m 2 blad/dag /06 17/07 16/08 15/09 15/10 14/11 14/12 Datum 0 17/06 17/07 16/08 15/09 15/10 14/11 14/12 Datum Geen effect op assimilatie / 10% minder verdamping

57 Bladbreken Anthurium Doel: assimilatenvraag bladeren te verlagen, meer assimilaten naar de bloem Verwijderen van jonge bladeren Wordt gedaan bij tomaat, ook bij Anthurium Onderzoek bij aardbei

58 Bij tomaat: vruchten krijgen : 3 3 = 0.5 = 0.6 ( ) (3+1+1) Gele cijfers = sink of trekkracht aan de suikers

59 Proef in Bleiswijk 3 lichtinstellingen (4, 7, 12 mol/dag) 3 temperaturen (18, 22, 26 C) Planten op 3 bladeren, +/ bladbreken Resultaten in het voorjaar

60 Respons op lichtkleur (fotomorfogenese) Lichtkleur stuurt belangrijke ontwikkelingsprocessen Effect op de vorm van de plant Waarnemen dag nacht Seizoenen (daglengte) Actiespectrum?

61 Stuurlicht Tussen nm en >660 nm Voor de fotosynthese niet van belang Voor de plantvorm en bloeisturing wel van belang Rood/ver rood verhouding: laag: lange planten Hoeveelheid blauw licht: veel blauw korte planten Rood/blauw verhouding

62 Lichtkleur en strekkingsgroei Rood/Verrood: langere planten bij R/VR < 1 Blauw: langere planten naarmate aandeel blauw in groeilicht afneemt Blauw nodig voor reactie op R/VR: zonder blauw leidt ook R/VR > 1 tot overmatige strekking!

63 Minder verrood Minder strekking Positief voor compact houden potplanten Positief voor uitgangsmateriaal Meer vertakking Positief bij potplanten Negatief bij veel vruchtgroenten Bloeivertraging bij schaduwplanten (Saintpaulia) Minder vruchtzetting (tomaat)

64 Chrysant: kortere internodia bij afnemend verrood

65 Blauw licht Normale plantontwikkeling als: 6% van het groeilicht blauw is Minimaal 15 mol/m 2 /s SON T lampen bevatten 6% blauw licht Daglicht bevat 27% blauw Zelfs in de winter genoeg blauw licht in het daglicht!

66 Blauw licht Lampkleur % blauw Wit Amber Oranje

67 Blauw licht betrokken bij: Vorming bladgroen en bladgroenkorrels Opening van de huidmondjes Strekkingsgroei: meer blauw, minder strekking Positief voor potplanten Bladoppervlak: minder blauw, groter bladoppervlak Positief bij bladgroenten

68 Ultraviolet licht ( nm) Strekking, afharden Bloemkleur Bladkleur Minder bladgroen NB: insecten en schimmels gevoelig voor UV!

69 Intensievere kleuring door meer UV Foto: onderzoek Beßler, LVG Ahlem

70 Lichtkleur en energie inhoud Een rood foton heeft precies genoeg energie om bij te dragen aan de fotosynthese. Blauwe fotonen bevatten meer energie dan rode. De extra energie van een blauw foton moet worden weggesluisd. Toepassing mogelijk met LEDs

71 Voordelen van LEDs Processturing via verschillende emissie spectra Belichting kan dichter bij de plant Minder lichthinder Intensteit regeling middels dimmers LEDs zijn klein en handelbaar (minder schaduw) Lange levensduur LEDs zijn veilig (geen glas, laag spanning)

72 Fotosynthese oiv LEDs Fotosynthese metingen bij sla

73 Hetzelfde niveau van fotosynthese maar alleen bij dezelfde lichtintensiteit

74 Assimilatiebelichting mogelijk op gewasniveau?

75 LEDs in de kas

76 Misvattingen rond toepassingen van LEDs LEDs zijn efficienter dan SON T LEDs produceren minder warmte Een deel van het (daglicht, SON T) spectrum wordt niet gebruikt, waardoor LEDs efficienter zijn Pulserende LEDs zijn efficienter

77 Toepassing belichting in de praktijk Verhogen dagsom in winter werkt vrijwel altijd positief Benut natuurlijk licht! 1% licht is 0.5 tot 0.8 % productie Zorg voor optimale CO 2,watergift, plantafstand etc. Gebruik van gekleurde folies voor sturing plantgroei en vorm Bijna altijd verlies van groeilicht! Afwegen voor en nadelen

78 Licht in de tuinbouw in de toekomst? Intelligent kasdek Hoge transmissie Kleur op bestelling Warmtestraling scheiden van PAR straling op bestelling Intelligente assimilatiebelichting Optimalisatie PAR per kwh: kan zijn meer PPFD in mol m 2 s 1 maar minder Lux! Warmtestraling scheiden van PAR straling op bestelling Toepassing van LED s als assimilatiebelichting

79 Bedankt voor uw aandacht Wageningen UR