In de afgelopen jaren beproefden Wageningen University & Research en private partijen enkele methoden om de fotosyntheseactiviteit van gewassen real time te volgen. Inzicht daarin maakt een efficiëntere en nauwkeuriger teeltsturing mogelijk en biedt zicht op energiebesparing, productieverhoging en kwaliteitsverbetering. De eerste praktijkbedrijven doen al ervaring op met een methode die perspectief lijkt te bieden.
Er zijn goede redenen om permanent zicht te willen hebben op de fotosyntheseactiviteit van tuinbouwgewassen in kassen. Immers, ondanks alle groeimodellen, meet- en regelapparatuur die telers helpen bij het optimaliseren van teeltfactoren, blijft het oordeel over de gewastoestand voor een belangrijk deel een gevoelskwestie. Bijsturen op basis van wat we in de kas zien en voelen, komt feitelijk neer op het corrigeren van een ongewenste situatie die zich in het verleden – uren, dagen, soms weken geleden – heeft voorgedaan. Ondertussen heeft het gewas zijn potentieel niet volledig waar kunnen maken en is een deel van de geïnvesteerde energie onbenut gebleven.
Hoe mooi zou het zijn als die vertraging drastisch kan worden teruggebracht en de balans tussen input en output vrijwel continu optimaal is? Vooral in situaties waarin sprake is van een verhoogd energieverbruik, zoals belichtingsperioden, zou dat veel kunnen besparen en opleveren.
Besparings- en opbrengstpotentieel
Een belangrijke graadmeter voor het functioneren van gewassen is de fotosynthesesnelheid. Hoewel er verschillende methoden en technieken bestaan om de momentane (real time) fotosyntheseactiviteit te voorspellen of te meten, waren er tot voor kort geen systemen beschikbaar die op kasniveau zowel betrouwbaar en representatief, als praktisch toepasbaar zijn.
Vanwege het naar verwachting hoge besparings- en opbrengstpotentieel onderzochten de business unit Glastuinbouw van Wageningen University & Research, PhenoVation en Plant Dynamics op verzoek van het programma Kas als Energiebron twee methoden die, eventueel na wat aanpassingen, perspectief leken te bieden: de Gewasfotosynthesemonitor – een rekenmodel dat de CO2-opname door het gewas berekent op basis van de CO2-balans in de kas – en de CropOberserver, een sensor die de elektronentransportsnelheid (ETR) in bladeren meet op basis van chlorofyl fluorescentie. Deze methoden zijn getest op twee praktijkbedrijven met tomaten (belicht en onbelicht) en in een proefkas met gerbera’s, waarin werd belicht met LED’s, SON-T en een hybridesysteem.
Gevoelig voor snelle verandering
Projectleider Anja Dieleman: “We kwamen er vrij snel achter dat de Gewasfotosynthesemonitor op papier weliswaar goed in elkaar steekt, maar in de praktijk erg gevoelig is voor snelle veranderingen in de CO2-concentratie als gevolg van ventilatie. Zodra de luchtramen opengingen, konden we met deze methode niet meer tot een nauwkeurige bepaling van de momentane gewasfotosynthese komen.”
Daar komt bij dat op de meeste bedrijven niet nauwkeurig is vast te stellen hoeveel CO,sub>2 er precies per afdeling wordt gedoseerd, omdat de hoofdleiding vaak aftakkingen heeft voor de verschillende afdelingen en niet elke aftakking een eigen flowmeter heeft. De precieze verdeling is vrijwel nooit homogeen.
Elektronentransport
Ook de CropObserver bleek niet zonder meer universeel toepasbaar. Het apparaat hangt boven het gewas en zendt een laserstraal uit naar tientallen plaatsen binnen een raster van 3×3 m gewasoppervlak. Op basis van chlorophyl fluoresecentie meet het de snelheid van het elektronentransport waarmee een deel van het fotosysteem wordt aangedreven. Zolang de huidmondjes open staan (geen stress) en het blad ongehinderd CO2 uit de omgeving kan opnemen, correspondeert de ETR vrijwel lineair met de netto gewasfotosynthese.
Aanvankelijk was de sensor alleen ingesteld op het meten van (gereflecteerd) daglicht en kon hij met LED- en hybridebelichting niet goed uit de voeten. PhenoVation, dat de sensor vijf jaar geleden ontwikkelde, heeft het apparaat daarop uitgerust met een PAR-sensor, die deze beperking niet heeft. “In combinatie met een sensor, die de bladtemperatuur meet om vast te stellen of de huidmondjes open staan en de plant water verdampt, kun je met dit apparaat real time vaststellen hoe hoog of laag het fotosyntheseniveau is”, zegt salesmanager Vincent Jalink van het Wageningse hightech bedrijf.
Meerwaarde real time monitoring
Over de meerwaarde van het real time monitoren van de fotosyntheseactiviteit zijn Dieleman en Jalink eensgezind. Dieleman: “Het betekent dat telers hun teelt veel sneller en doelgerichter kunnen bijsturen. Niet op basis van een beoordeling achteraf, maar op basis van wat er nu in de kas wordt gemeten. Voor het gros van de groeifactoren zijn real time data al langer voorhanden. Nu dat tevens mogelijk is voor fotosynthese, kun je van moment tot moment volgen hoe de plant die factoren vertaalt in groei. En direct bijsturen als blijkt dat zich ergens een beperkende factor voordoet. Dat kan te maken hebben met licht, maar er kan ook iets anders aan de hand zijn.”
“Een voordeel van ons systeem is dat je het kunt integreren in LetsGrow”, vervolgt Jalink. “Daarmee heeft de gebruiker alle relevante data in beeld, kan hij deze onderling vergelijken en op basis daarvan een goede afweging maken. Een praktisch voordeel is bovendien dat de sensor niet tussen, maar op ruime hoogte boven de planten hangt. Je wordt er tijdens werkzaamheden in het gewas dus niet door gehinderd.”
Praktijkervaring
Enkele telers in Nederland doen inmiddels ervaring op met de fotosynthesesensor. Dat geldt ook voor een aantal universiteiten en onderzoekscentra buiten onze landsgrenzen. Jalink: “De praktijk kan er al goed mee werken. Een klant die dat nu twee jaar doet, stuurt de scherminstallatie en vochtregeling echt anders aan dan in het verleden. Toen gebeurde dat op basis van vaste stramienen, nu is het de plant die bepaalt.”
Een mooi voorbeeld is de lichtintensiteit, waarvan de streefwaarde voor de gehele teeltduur op 150 µmol/m2/s was ingesteld. “Dankzij de CropObserver werd duidelijk dat jonge planten beter presteren bij 80 µmol/m2/s en dat oudere planten van het onderhavige gewas zonder problemen 240 µmol/m2/s verdragen”, aldus de salesmanager. “Door anders te sturen realiseert de teler nu een hogere productie van betere kwaliteit bij een vrijwel gelijk gebleven energie-input. Je kunt het apparaat echter ook gebruiken om het energieverbruik te verlagen zonder concessies te doen aan productie en kwaliteit.”
Gewashoogte meten
Hoewel de huidige configuratie volgens de salesmanager al een aantoonbare meerwaarde heeft, werkt de ontwikkelaar van de sensor aan een uitbreiding van de functionaliteit in de vorm van gewashoogtemeting.
“Technisch is dat een kleine stap, omdat je de planthoogte met behulp van laserstralen en een lichtsensor eenvoudig kunt vaststellen”, licht de zegsman van PhenoVation toe. “En die techniek gebruiken we al. Een praktische toepassing waaraan je in dit verband kunt denken, is het optimaliseren van de bladplukstrategie in een tomatenteelt.” In snijbloementeelten kan het eveneens wenselijk zijn om een scherp zicht te houden op de lengteontwikkeling van het gewas. In samenwerking met LTO Glaskracht is daarvoor een proef opgezet bij kwekerij Darolin in Brakel. “Over enige tijd hopen we de resultaten naar buiten te kunnen brengen.”
Samenvatting
Onderzoek naar methoden om de fotosyntheseactiviteit van gewassen real time te volgen heeft geresulteerd in een praktisch toepasbare sensor. Op basis van de meetresultaten zijn de groeifactoren klimaat en licht sneller en nauwkeuriger af te stemmen op de actuele behoefte van het gewas. Dit brengt verdere productieverhoging en energiebesparing binnen bereik. Een praktische toepassing is het optimaliseren van de bladplukstrategie in de tomatenteelt.
Tekst en beeld: Jan van Staalduinen.
