W kontekście rosnących cen energii i ciągłego dążenia w kierunku zrównoważonego rozwoju, firma Signify wspólnie z wieloma partnerami zainicjowały doświadczenie, które będzie prowadzone przez trzy kolejne lata. Pierwszy cykl produkcyjny rozpoczął się we wrześniu 2023 r. w Centrum Badań Botaniki w Niderlandach (ang. Botany Research Centre). Celem doświadczenia jest optymalizacja produkcji pomidora w uprawie doświetlanej z wykorzystaniem doświetlania Full LED, w której uda się uzyskać do 40% niższy nakład energetyczny przy jednoczesnym zachowaniu jego wysokiej jakości.

Wstępne wyniki pokazują, że producenci pomidorów są w stanie zmniejszyć zużycie energii do ogrzewania szklarni nie tracąc przy tym ani na jakości, ani na ilości plonu pomidora. Oprócz potwierdzenia korzyści płynących z doświetlania roślin lampami LED, badanie przyniosło też nowe spostrzeżenia dotyczące zarządzania wilgotnością w matach uprawowych, oraz wpływem makro i mikro elementów na równowagę w strefie korzeniowej.

Schemat doświadczenia w uprawie pomidorów szklarniowych prowadzonego przez firmę Signify, PHILIPS Horticulture LED Solutions (fot. Signify)

Wstępne wnioski z przeprowadzonego doświadczenia:

• Możliwe jest zmniejszenie wykorzystania energii do produkcji pomidora przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego plonu handlowego pomidora.
• Do sterowania wilgotnością w szklarni wykorzystano systemy aktywnego osuszania, czyli tzw. dehumidifikacji. Dzięki wykorzystaniu takich systemów można obniżyć użycie ciepła do ogrzewania szklarni – niższe temperatury rur grzewczych, więcej godzin kiedy kurtyny energooszczędne są zamknięte.
• Możliwym jest dostosowywanie składu pożywki do mniejszego pobierania wody przez rośliny oraz wykorzystanie poszczególnych składników nawozowych w celu generatywnego sterowania roślinami.
• Kontrolując pobór wody, można również precyzyjnie dostosować wielkość nawadniania, co pomaga w dalszej optymalizacji zużycia wody oraz składników pokarmowych.
• Dostosowując skład pożywki, zwłaszcza poziomy azotanów i chlorków, wpływa się na wielkość blaszki liściowej, tym samym tworząc bardziej generatywną roślinę bez udziału dodatkowego ogrzewania.

Strategia oparta na danych

Strategia doświadczenia opiera się na wiedzy zdobytej podczas poprzednich udanych doświadczeń w produkcji pomidora przeprowadzonych przez firmę Signify, PHILIPS Horticulture LED Solutions.

– W  miarę postępów produkcji doświadczenie to cały czas ewoluowało. Każda decyzja, którą podjęliśmy, była oparta na danych – począwszy od początkowej strategii uprawy, po ciągłe dostosowywania, jakie wprowadzaliśmy. Czy to dotyczące zagęszczenia roślin, doświetlenia LED, strategii temperaturowej czy strategii nawadniania – podkreśla Erik Stappers, doradca ds. upraw roślin szklarniowych w PHILIPS Horticulture LED Solutions.

– Ponieważ możemy bardzo precyzyjnie kontrolować włączanie i wyłączanie światła, dzięki przyciemnianiu możemy odwzorowywać naturalny wschód i zachód słońca oraz zmieniać intensywność światła, a poprzez aktywne osuszanie sterować wilgotnością w szklarni, możliwe jest bardzo precyzyjne obliczenie, zaplanowanie, a następnie dokładne zrealizowanie strategii produkcji.

Doświadczenie w uprawie pomidorów szklarniowych prowadzone na zlecenie firmy Signify, PHILIPS Horticulture LED Solutions (fot. Signify)

Sterowanie transpiracją w celu zapewnienia lepszego pobierania składników odżywczych

W poprzednich latach badania nad „uprawą niskoenergetyczną” skupiały się wyłącznie na strategii klimatycznej, a strefa korzeniowa była w dużej mierze ignorowana. Jednakże klimat w szklarni wpływa wyraźnie na pobieranie składników pokarmowych ze strefy korzeniowej, i odwrotnie. Jeśli nakłady ciepła do szklarni będą na zbyt niskim poziomie, istnieje duże ryzyko, że roślina nie będzie wystarczająco aktywna, a przez to będzie gorzej transpirować. To z kolei bezpośrednio przekłada się na mniejsze pobranie składników odżywczych. Dlatego aby zapewnić odpowiednią transpirację obiekt wyposażono w aktywną instalację osuszającą powietrze w szklarni.

Zastosowanie osuszacza powietrza przyczynia się do utrzymania bardziej jednolitego klimatu w szklarni. W rezultacie różnice w wartościach temperatury i wilgotności są minimalne, co można było zobaczyć na podstawie odczytów z licznie zainstalowanych czujników. Dzięki wymuszonemu ruchowi powietrza profil temperatury jest bardzo stabilny, co jeszcze bardziej ułatwia realizację strategii precyzyjnego wzrostu w celu uzyskania wysokich plonów. Dzięki zastosowaniu aktywnego systemu osuszania powietrza w szklarni możliwe było „wyciągnięcie” transpiracji, a nie jak to zwykle bywa „wypychanie” wilgotności ze szklarni. Taki układ umożliwia nam ciągłe sterowanie uprawą w kierunku optymalnego wzrostu i rozwoju roślin.

Największą niespodzianką był sukces instalacji osuszającej powietrze w utrzymaniu wysokiego poziomu transpiracji. Norma dla systemu tradycyjnego doświetlania przy wykorzystaniu wysokoprężnych lamp sodowych (HPS) wynosi zwykle 130–140 ml transpiracji na 1 mol światła, więc przy o 40% zmniejszonym dopływie ciepła spodziewaliśmy się, że ta wartość będzie oscylowała na poziomie około 80–90 ml. Jednak w rzeczywistości – na podstawie zmierzonych poziomów zawartości wody w podłożach do uprawy – wynosiła ona ok. 100 do 110 ml na mol światła. To pokazuje, że jeśli aktywnie sterujemy wilgotnością, możemy zminimalizować wpływ obniżonego wykorzystania ciepła na pobieranie wody i składników odżywczych przez liście. Poza tym od sadzenia rośliny w tygodniu 39. aż do pierwszych zbiorów w tygodniu 47. udało się utrzymać przelew na poziomie niemal zerowym. Chociaż nie to było naszym główny celem, przy okazji udało się dowieść, że jeżeli kontrolujemy ilość wody pobieranej, to można również precyzyjnie dostosować ilość wody podawanej w układzie. W rezultacie pomaga to dalszemu zmniejszeniu zużycia wody do produkcji.

Systemy aktywnego osuszania powietrza w szklarniach, jak pokazuje doświadczenie, mogą stać się coraz bardziej powszechnym, dodatkowym wyposażeniem upraw o niskich nakładach energetycznych.

Obniżony poziom azotanów

Równolegle z pobieraniem wody i składników odżywczych doświadczenie zgłębia również zagadnienie, w jaki sposób dostosowanie składu pożywki, zwłaszcza poziomu azotanów i chlorków, może wpłynąć na morfologię roślin, a szczególnie na wskaźnik powierzchni liści (LAI). Z punktu widzenia nawadniania/nawożenia podzieliliśmy szklarnię na dwie połowy i zapewniliśmy im oddzielne receptury uprawy. W rezultacie na połowie szklarni podaliśmy wyższą zawartość azotanów w wodzie do nawadniania. Konsekwentnie uzyskano rośliny o większym pokroju, ich wskaźnik powierzchni liści wynosił 2,5. I odwrotnie, w drugiej połowie podaliśmy niższy poziom azotanów (-30%) i uzyskaliśmy uprawę o LAI wynoszącym 2,0. Skutkiem tego była niższa zawartość wody w macie do 45. tygodnia uprawy. Przy wyższych poziomach azotanów, rośliny miały wyższy wskaźnik LAI, co dodatkowo stymulowało większą transpirację. To z kolei oznaczało, że byliśmy zmuszeni zapewnić im dodatkowe podlewanie. Dzięki temu uprawa finalnie stała się jeszcze bardziej wegetatywna. Jest to niezwykłe spostrzeżenie jeśli chodzi o uprawę przy niższym wykorzystaniu ciepła, ponieważ tradycyjnie kiedy rośliny rosną bardziej wegetatywnie zwykle oznacza to konieczność podniesienia temperatury rur by „rozgonić rośliny”.

Przesuwanie granic w celu rozwoju zrównoważonego rolnictwa

Naszym celem w okresie zimowym jest osiągnięcie wydajności na poziomie 4,5 g owoców na 1 mol światła (ilość wyprodukowanego pomidora w proporcji do łącznej ilość światła – zarówno naturalnego, jaki i sztucznego).

– Jesteśmy podekscytowani faktem, że udało nam się to osiągnąć już na tak wczesnym etapie testów. Dzięki naszemu inteligentnemu narzędziu do modelowania upraw CropSim, które wspiera decyzje w oparciu o przewidywaną ilość owoców, mamy całkowitą pewność, że możemy dostosować parametry uprawy tak, aby jeszcze poprawić plonowanie roślin o kolejne 10% – stwierdza Stappers.

Doświadczenie w uprawie pomidorów szklarniowych prowadzone na zlecenie firmy Signify, PHILIPS Horticulture LED Solutions (fot. Signify)

Większa kontrola to większa przewidywalność we wszystkich aspektach rozwoju roślin. Toruje to drogę do większej standaryzacji i automatyzacji w szklarniach. Naszym ostatecznym celem w tym doświadczeniu jest opracowanie planu produkcji, który poprowadzi producentów pomidorów w stronę sukcesu w uprawach Full LED, z wykorzystaniem mniejszej ilości zużywanego ciepła.

Zakończenie doświadczenia zaplanowane jest na koniec 20 tygodnia 2024 r. – wraz z tym tygodniem dobiegnie koniec „sezonu doświetlenia”. Następnie wspólnie z naszymi partnerami zaprezentujemy bardziej szczegółowe informacje podsumowujące całość przeprowadzonych badań.

Więcej informacji:

Maciej Król – specjalista ds. sprzedaży,

maciej.krol@signify.com, +48 604 524 684

lub

Michał Szymczak – specjalista ds. roślin, michal.szymczak@signify.com, +48 691 717 902.