In de glastuinbouw kan gerichte aansturing van belichting in de orchideeënteelt leiden tot aanzienlijke energiebesparing. Veel orchideeën maken gebruik van een gespecialiseerd fotosynthesemechanisme, bekend als CAM (Crassulacean Acid Metabolism), waarbij CO₂ 's nachts wordt opgenomen en opgeslagen als malaat. Overdag gebruikt de plant dit malaat voor de fotosynthese. Zodra de malaatvoorraad is uitgeput, neemt de fotosynthese-efficiëntie sterk af.
Voor telers is het omslagpunt waarop dit gebeurt lastig te bepalen. Dit moment ligt niet vast, maar varieert per dag onder invloed van temperatuur, lichtomstandigheden en ras. Zonder realtime inzicht is niet nauwkeurig vast te stellen wanneer een plant geen malaat of CO₂ meer beschikbaar heeft. Hierdoor kan belichting en CO₂-dosering langer doorgaan dan effectief is, wat leidt tot onnodig energieverbruik, hogere kosten en minder uniforme gewasontwikkeling.
Om dit te ondervangen, maakt Gardin gebruik van niet-invasieve chlorofylfluorescentiesensoren die de fotosynthese-efficiëntie continu meten. Het systeem signaleert uitputting van malaat, CO₂-beperking en lichtstress op het moment dat deze optreden. Telers kunnen daardoor de CO₂-dosering, lichtintensiteit en klimaatinstellingen direct aanpassen zodra malaatuitputting begint.
Het systeem is ontwikkeld voor commerciële kassen en functioneert autonoom. Per sensor wordt circa 10 m² gewasoppervlak gemonitord. Doordat de metingen representatief zijn voor het gewas, kunnen telers onderbouwde beslissingen nemen op praktijkschaal.
Moment van malaatuitputting afhankelijk van klimaat
In een onafhankelijke proef bij Plant Lighting werd de fotosynthese-efficiëntie gemeten van twee orchideeënrassen: Leeds en Freeride. De planten groeiden onder zonlichtsimulerende lampen en onder een LED-spectrum met 84/9/6/10% rood, groen, blauw en verrood licht.
De metingen vonden plaats bij twee temperatuurregimes: 29 °C (groeifase) en 21 °C (koelfase). Er werd gewerkt met een daglengte van 15 uur, waarvan 13 uur bij 150 µmol/m²/s en twee blokken van één uur bij 50 µmol/m²/s aan het begin en einde van de lichtperiode. De meetgegevens van Gardin werden gevalideerd met een wetenschappelijk referentie-instrument van LI-COR.
In alle behandelingen detecteerde Gardin consequent een daling in fotosynthese-efficiëntie die samenhing met malaatuitputting. Het tijdstip van deze daling verschilde per temperatuur, lichtbron en ras. De grootste afname werd waargenomen onder LED-belichting.
Bij 29 °C daalde de fotosynthese-efficiëntie bij beide rassen na acht uur LED-belichting, tegenover negen uur onder zonlicht. Bij 21 °C trad de daling in de meeste behandelingen na zeven uur op. Een uitzondering vormde Freeride onder zonlicht, waar de efficiëntie tot negen uur behouden bleef.
© GardinFiguur 1. Gardin detecteerde de daling in fotosynthese-efficiëntie bij verschillende rassen, temperaturen en lichtbronnen. Het moment van daling varieerde tussen 7 en 9 uur na inschakeling van de belichting. De detectie van de efficiëntiedaling door Gardin was vergelijkbaar met de metingen van het LI-COR referentie-instrument.
De resultaten bevestigen dat het moment van malaatuitputting dynamisch is en sterk afhankelijk van omgevingsfactoren. Vaste lichtschema's of uitsluitend sturen op een doelwaarde voor de dagelijkse lichtsom (DLI) houden onvoldoende rekening met deze variatie.
Optimalisatie van orchideeënproductie bespaart energie
Veel commerciële orchideeëntelers sturen de aanvullende belichting al dynamisch aan op basis van een beoogde DLI, met name in de winter en in het voor- en najaar. Een DLI-strategie houdt echter geen rekening met dagelijkse schommelingen in de CAM-fysiologie.
© Gardin
Uit de casestudy blijkt dat het moment van malaatuitputting varieert per ras, temperatuur en lichtbron. Ook wanneer de DLI-doelstelling wordt gehaald, kan intensieve belichting doorgaan nadat de malaatvoorraad is uitgeput, wat de energie-efficiëntie verlaagt.
Wanneer de belichting met 50 procent wordt gedimd gedurende maximaal twee uur per dag vanaf het moment dat malaatuitputting wordt gedetecteerd, en uitgaande van een LED-efficiëntie van 2,0 µmol/J, kan in de winterperiode van 16 weken een besparing tot 8,4 kWh per m² worden gerealiseerd.
In het gecombineerde voor- en najaar (acht weken) kan door maximaal één uur per dag 50 procent te dimmen nog eens 2,1 kWh per m² worden bespaard.
Bij een elektriciteitsprijs van €0,20 per kWh komt dit neer op een potentiële jaarlijkse energiebesparing tot €21.000 per hectare.
"Ik zie sterke potentie voor het gebruik van Gardin in de commerciële orchideeënteelt, bij fenotyperingsonderzoek en in veredelingsprogramma's. De sensor kon betrouwbaar de overgang van CAM-fase III naar IV detecteren. Bovendien werd malaatuitputting snel en herhaaldelijk vastgesteld bij meerdere rassen en onder verschillende temperaturen," aldus Sander Hogewoning, directeur van Plant Lighting B.V..
Realtime detectie van malaatuitputting binnen het CAM-proces biedt telers een praktisch hulpmiddel om de orchideeënproductie verder te optimaliseren. Door in de winter en overgangsseizoenen de belichting te dimmen vanaf het begin van malaatuitputting, zijn substantiële energiebesparingen mogelijk.
Het monitoren van malaatuitputting in realtime voegt extra precisie toe aan een bestaande DLI-strategie. De autonome, op afstand uitleesbare sensoren volgen continu de fotosyntheseprestaties van het gewas, waardoor kan worden gestuurd op de daadwerkelijke gewasbehoefte binnen grotere teeltoppervlakken.
De volledige casestudy kan hier worden gelezen.
Voor meer informatie:
Gardin
[email protected]
www.gardin.co.uk
