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 (188 µmol m 2 s 1 14.500 lux) Opbrengst (kg/m2) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Tomaat Geen GL Met GL 1 0 jan feb maart april mei juni juli aug sep okt nov dec TOMSIM model; 500 ppm CO 2 ; 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 (µmol m 2 s 1 ) Chrysant (µmol m 2 s 1 ) Tomaat (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/m 2 ) Lichtenergie stroom: Watt/ m 2 Fotonen stroom: mol m 2 s 1 125 µmol m 2 s 1 27 W m 2 10.000 lux 400 J cm 2 dag 1 buiten 10 uur 15.000 lux
Verschil in gevoeligheid menselijk oog / plant bij gelijke foton stroom per golflengte PAR oog (lux) plant PAR ( mol m 2 s 1 ) Belichting tuinbouw: mol/s/m2 van belang, lux zegt niets! Licht natriumlampen is geel/oranje: zeer goed zichtbaar voor mens/dier 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)
Kalanchoe blossfeldiana Invloed lichtniveau op productkwaliteit Meer licht (met name in herfst en winter) Kortere teeltduur (reactietijd korter) Meer bloemschermen Zwaardere bloemschermen met meer bloemen 21 o C 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 8 uur daglengte Natuurlijke Daglengte + 1 uur verrood 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 oranje wit wit +dif dif +dif dif Oranje betekent: weinig blauw
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 m 2 Plantdatum 20 oktober (zaaidatum 7 september) Plantdichtheid: 2.5 planten per m 2 Stengeldichtheid: 3.3 stengels per m 2 Ras: Ever (op Maxifort) Belichting: SON T Greenpower (600W, 400V)
Behandelingen (tot week 14) Nr Lichtduur Lichtintensiteit Lichtsom Licht aan (uur) mol/m 2 /s lux mol/m 2 /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) 30 25 20 15 10 5 0 12 H 27.7 15 H 25.6 18 H 24.3 18 L 21.4 cumulatief versgewicht tomaten (kg m -2 ) 0 5 10 15 20 week
Productie (t/m week 30; einde proef) cumulatief versgewicht tomaten (kg m -2 ) 50 40 30 20 10 0 46.7 43.8 42.7 39.1 12 H 15 H 18 H 18 L 20 22 24 26 28 30 32 week
Productie gerelateerd aan totale lichtsom (t/m wk 20) Cumulatieve vruchtproductie (kg FW m -2 ) 28 27 26 25 24 23 22 21 X 2790 12 H 3018 15 H 3258 18 H 3006 18 L 20% X 8% 20 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 Cumulatieve straling in de kas (mol PAR m -2 )
Conclusies Hoogste productie bij 18 uur belichten met hoge lichtintensiteit Ca. 6 weken naeffect 15 uur 162 mol m 2 s 1 hogere productie dan 18 uur 135 mol 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 mobile and fixed lamps Vergelijken vaste en mobiele belichting 35 30 Opbrengst Yield (kg/m²) per m 2 ) 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 mobiel combinatie fixed mobile combination 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 25 20 15 10 5 0 lampen aan 0:00 1:00 2:00 3:00 tijdstip van de dag (uur:min) Eerste 30 minuten lagere fotosynthese niet direct alle lampen aan (metingen tomaat)
Timing: Houdt rekening met etmaalpatronen Fotosynthese (steeds gemeten bij 150 mol m 2 s 1 ) neemt af gedurende de dag bij roos Netto fotosynthese (µmol m -2 s -1 ) 20 15 10 5 13 14 april 2007 Belichting 70 mol PAR m 2 s 1 Van 4 tot 9 uur cv. Grand Prix 0 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 Tijd (uur:min) Alleen belichten als fotosynthese efficiëntie hoog is
Timing: Houdt rekening met etmaalpatronen (bij tomaat geen afname gedurende de dag) 30 Netto fotosynthese (µmol m -2 s -1 ) 25 20 15 10 5 0 12 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) 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? juli, van den Berg netto fotosynthese (µmol CO2/m2/s) 25 15 5-5 0 100 200 300 Lichtniveau PAR (W/m2) 5 4 3 2 1 Metingen op 5 hoogten in paprikagewas 1 = onder, 5 = boven
Tomaat horizontaal geteeld om effect van afnemend licht in het gewas te onderscheiden van bladleeftijd Fotosynthese Pmax ( µmol ( mol CO 2 m /m 2 2 s) s 1 ) 20.0 15.0 10.0 5.0 tomato plants grown horizontally in greenhouse 0.0 20 30 40 50 60 70 Bladleeftijd leaf age (days) (dagen) Vrijwel constante fotosynthese gedurende 70 dagen! data from Govert Trouwborst Data 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 40 Bladfotosynthese Photosynthesis (µmol CO2 m -2 s -1 ) 30 20 10 0-10 15 20 25 30 35 40 100 umol m-2 s-1 250 umol m-2 s-1 500 umol m-2 s-1 1000 umol m-2 s-1 2000 umol m-2 s-1 Temperature ( C)
Afstemming teeltfactoren Belichting veelal hogere plantdichtheid optimaal Effect op fotosynthese groter bij hoge CO 2 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 150 120 Takgewicht (g) 90 60 30 0 0 10 20 30 40 50 Plant week
Totaal gewasgewicht volgens model bij 5 niveaus van assimilatiebelichting Total drooggewicht (g m -2 ) 1200 1000 800 600 400 200 104 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 0 10 20 30 40 50 Plant week
Optimale plantdichtheden bij 4 niveaus voor assimilatiebelichting en referentie plantdichtheden bij 49 µmol m 2 s 1 Plantdichtheid (plants m -2 ) 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 0 10 20 30 40 50 Plant week 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
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 27 W m 2 10.000 lux Straling buiten: 400 J cm 2 dag 1 (midden februari) (50% is licht; 75% kastransmissie) 400 J/cm 2 /dag straling buiten geeft 400 x 50% x 75% = 150 J/cm 2 /dag licht binnen. 150 J/cm 2 /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