Er lijkt een nieuwe sensor op komst voor kwaliteitsmetingen aan gewassen tijdens de teelt. Kleine frequentiegebiedjes in het zichtbare en onzichtbare licht correleren namelijk met de aanwezigheid van specifieke voedingsstoffen, pigmenten en assimilaten in bladeren en vruchten. Hyperspectraalmetingen zijn niet destructief en geven real time inzicht, wat een efficiëntere teeltsturing binnen bereik brengt.
Telers hebben behoefte aan een sensor die in het gewas kan kijken en iets kan zeggen over uiteenlopende kwaliteitsparameters, zoals het gehalte aan assimilaten, drogestof en/of watergehalte, en de (gekwantificeerde) aanwezigheid van specifieke voedingsstoffen, zoals stikstof, kalium en calcium. Tot dat inzicht kwam Anja Dieleman enkele jaren geleden tijdens een rondgang met de begeleidingscommissie van een teeltonderzoek.
Precieze teeltsturing
“Daar bleek dat telers conclusies trekken en actie ondernemen op basis van globale waarnemingen en vermoedens”, vertelt de onderzoekster van Wageningen University & Research. “Ieder heeft zo zijn eigen ideeën over de gewasconditie, eventuele gebreken en kwaliteitsaspecten, maar hoe zit het nu echt?”
Op dit moment zijn telers voor concrete antwoorden aangewezen op laboratoriumanalyses van gewasmonsters. Die kosten tijd, meestal meerdere dagen. “Je loopt dus altijd achter de feiten aan en dat bemoeilijkt een precieze teeltsturing”, stelt Dieleman vast. “Wanneer de teler sneller een gedetailleerd beeld heeft van de werkelijkheid, kan hij teeltfactoren zoals CO2 doseren en belichting eerder optimaliseren en gewashandelingen zoals bladplukken of snoeien nauwkeuriger plannen. Dan zou hij bij een gelijke of lagere input van arbeid, energie, water en meststoffen dus nog meer uit zijn gewas kunnen halen.”
Specifieke lichtfrequenties
Hyperspectrale lichtmetingen aan gewasdelen en vruchten zouden de kloof wellicht kunnen overbruggen, meenden onderzoekers van Wageningen University & Research. Zij baseerden hun veronderstelling op kennis en experimenten uit het verleden, waaruit bleek dat er een relatie is tussen het reflectiespectrum van bladeren en vruchten en de concentratie van relevante nutriënten, pigmenten (onder andere chlorofyl) en assimilaten (suikers en zuren).
Wanneer dit kan worden vertaald naar een praktisch toepasbare sensor voor dagelijks gebruik in kassen, zou dat een waardevolle aanvulling op het instrumentarium kunnen vormen. Eerst moest echter worden aangetoond of de vermoedens in een solide onderzoek houdbaar bleken.
Opzet onderzoek
Onder leiding van Dieleman en onderzoeker hyperspectrale beeldverwerking Gerrit Polder werd een onderzoeksvoorstel opgetuigd, dat enthousiast werd ontvangen door zowel telers als de betrokken beleidsmedewerkers van het programma Kas als Energiebron, dat het project financierde.
Het voorstel omvatte een tomatenteelt met vijf verschillende rassen (2 tros, 2 cocktail en 1 cherry), die garant stonden voor een grote variatie in drogestofgehalten en aangemaakte assimilaten (suikers en zetmeel). Door de planten op gezette tijden te stressen werd de variatie versterkt, wat wenselijk was om met grotere zekerheid verbanden te kunnen aantonen of ontkrachten.
Polder ontwierp een meetopstelling met twee camera’s die zeer specifieke lichtfrequenties kunnen meten; een camera voor het frequentiegebied tussen 400 en 1.000 nanometer (waarin zich het zichtbare spectrum bevindt) en een camera voor het frequentiegebied van 900 tot 1.700 nm. Door de camera’s over het gewasmonster heen te laten bewegen, ontstaat er per pixel – de specifieke plaats waar wordt gemeten – een reflectiespectrum waaruit na analyse een gedetailleerd beeld van de gewas- en vruchtkwaliteit is af te leiden. Ter referentie werden de gewasmonsters na het scannen in verschillende laboratoria geanalyseerd volgens de gebruikelijke methoden.
Behandelingen en resultaten
Tijdens de teelt zijn diverse behandelingen aangelegd om de aanmaak van assimilaten en drogestofpercentages te variëren (trossnoei, blad verwijderen en blad laten hangen) en om verschillen in nutriëntengehaltes te creëren (bladeren wel of niet laten hangen, EC-verlaging). Wat leverde dat uiteindelijk op?
Dieleman: “Behoorlijk wat, zagen wij tot ons plezier. Ten aanzien van bladeren en vruchten blijkt hyperspectrale analyse echt iets te kunnen zeggen over de gehalten aan suikers en zuren, pigmenten – in het geval van tomaat: chlorofyl en carotenoïden – en drogestofgehalten. We vonden een redelijke correlatie met zetmeel, totaal stikstof en calcium (zie figuur). Voor andere nutriënten lijkt hyperspectraalmeten niet accuraat. Desondanks stellen wij vast dat deze techniek op een aantal relevante vlakken zeer bruikbare informatie oplevert.”
Toekomstperspectief
Gerrit Polder is het met die conclusie eens. “Wij zien echt perspectief voor toepassing van hyperspectraalmetingen in de praktijk. Niet in de vorm die wij hier hanteerden, want die is voor telers niet erg praktisch. Wel in de vorm van een hanteerbaar, mobiel apparaat waarmee je in het gewas op een non-destructieve manier metingen kunt verrichten aan gewasdelen, inclusief vruchten.”
Dieleman: “Het zou beslist een waardevolle aanvulling kunnen zijn voor de gereedschapskist waarmee telers hun teelten sturen en beslissingen nemen. Een belangrijk voordeel is dat de techniek in principe geschikt is voor zeer plaatselijke analyses en vrijwel direct uitsluitsel geeft over de status van het gewas. Dat kan telers helpen op momenten dat zij moeten beslissen om wel of geen blad te plukken, te schermen of andere instellingen aan te passen. Wij hebben bewust een grote variatie gecreëerd in de verschillende parameters die we onder de loep wilden nemen.”
De volgende stap zou zijn om na te gaan of hyperspectraalcamera’s ook in een reguliere teelt kunnen worden gebruikt om de gehaltes aan inhoudsstoffen en drogestof te bepalen. Dat betekent dat er bij een vervolgonderzoek regelmatig moet worden bemonsterd en gemeten op momenten die er voor de teler toe doen. “Wij hopen dat telers en toeleveranciers er voldoende perspectief in zien om zo’n onderzoek binnen enkele jaren mogelijk te maken”, aldus Dieleman.
Samenvatting
Hyperspectrale camera’s kunnen op basis van specifieke lichtfrequenties real time uitsluitsel geven over de kwantitatieve aanwezigheid van bepaalde assimilaten, pigmenten en (in mindere mate) nutriënten in bladeren en vruchten. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe sensoren waarmee telers hun teeltsturing kunnen aanscherpen en het maximale uit hun gewas kunnen halen. Belangrijk voordeel is dat de techniek geschikt is voor zeer plaatselijke analyses en vrijwel direct uitsluitsel geeft over de status van het gewas.
Tekst en beeld: Jan van Staalduinen.
