W kontekście wysokich cen energii i dbałości o zrównoważony rozwój produkcji szklarniowej, Grodan i Signify wspólnie prowadzą innowacyjne badania, które rozpoczęły się we wrześniu 2023 r. w Botany Research Centre w Holandii i potrwają aż trzy lata. Celem badań jest optymalizacja całorocznej uprawy pomidorów, tak aby osiągnąć niższe zużycie energii cieplnej (redukcja do 40%). Wraz z innymi partnerami z branży (BASF Vegetable Seeds, Ridder, Normec Groen Agro-Control i Wireless value), działania Grodan i Signify powiązane są z szerokim transferem wiedzy.
Wstępne wyniki pokazują, że producenci pomidorów szklarniowych mogą utrzymać wysoki poziom jakości i produkcji, nawet jeśli zmniejszą ilość ciepła dostarczanego do szklarni. Realizując strategię precyzyjnej uprawy, ogrodnicy mogą osiągnąć jednolite i bardzo dobre wyniki. Oprócz potwierdzenia korzyści płynących z zastosowania oświetlenia Philips LED i podłoża z wełny skalnej Grodan w rolnictwie o kontrolowanym środowisku CEA (z ang. Controlled Environmental Agriculture), badanie przyniosło już kilka zaskakujących spostrzeżeń związanych z zarządzaniem wilgotnością i równowagą składników mineralnych w strefie korzeniowej.
Kluczowe wyniki badań
-
Gdy ogrodnicy zarządzają wilgotnością powietrza w szklarni za pomocą aktywnego osuszania, mogą zminimalizować wpływ niskoemisyjnego promieniowania cieplnego (niższa temp. systemu grzewczego, oświetlenia LED oraz większy udział systemu kurtyn energooszczędnych) na pobieranie wody i składników odżywczych przez uprawy.
-
Dostosowanie receptury pożywki wpływa na wzrost uprawy, a także zmniejsza zapotrzebowanie na pobór energii w szklarni.
-
Kontrolując pobór wody można również precyzyjnie dostosować ilość dostarczanej wody do potrzeb roślin, pomagając w dalszej optymalizacji poboru wody i składników odżywczych.
-
Modyfikacja składu pożywki, zwłaszcza poziomów azotanów i chlorków, ma pozytywny wpływ na wskaźnik powierzchni liści LAI, formując bardziej generatywne uprawy bez dodawania dodatkowego ciepła.
Strategia oparta na danych
Strategia bieżących doświadczeń opiera się na wiedzy zdobytej podczas poprzedniego udanego badania przeprowadzonego przez Signify. „W miarę postępów bazowaliśmy na tym doświadczeniu. Każda decyzja, którą podjęliśmy, była oparta na danych – od początkowej strategii uprawy, po bieżące korekty zagęszczenia roślin, ilości światła LED, profilu temperatury i strategii nawadniania” – podkreśla Erik Stappers, menadżer Plant Specialists Vegetable & Fruit w firmie Signify. „Ponieważ możemy kontrolować czas doświetlania roślin, intensywność światła i poprzez aktywne osuszanie wilgotność powietrza w szklarni, możliwe jest bardzo precyzyjne obliczenie i zaplanowanie strategii nawadniania”.
Zarządzanie transpiracją
W poprzednich latach badania nad uprawą niskoenergetyczną koncentrowały się wyłącznie na strategii klimatycznej, a strefa korzeniowa była w dużej mierze ignorowana. Tymczasem klimat wpływa na pobieranie składników odżywczych ze strefy korzeniowej i odwrotnie. Jeśli dopływ promieniowania cieplnego do szklarni jest zbyt niski, istnieje ryzyko, że roślina nie będzie w wystarczającym stopniu transpirować, co oznacza, że pobór składników odżywczych będzie zagrożony. Dlatego, aby zachęcić rośliny do wystarczającej transpiracji, zainstalowano urządzenie aktywnie osuszające powietrze.
Zastosowanie osuszacza powietrza przyczynia się do bardziej jednolitego klimatu w szklarni. W rezultacie występują minimalne różnice w wartościach temperatury i wilgotności, co można zaobserwować dzięki licznie zainstalowanym czujnikom bezprzewodowym. Ruch powietrza stwarza bardzo stabilny profil temperatury, co sprzyja realizacji strategii uprawy precyzyjnej celem uzyskania jednolitych i spójnych wyników.
„System osuszania powietrza pozwala nam na sterowanie procesem transpiracji, a zatem ograniczanie nadmiernej wilgotności w szklarni, co umożliwia ciągłe kierowanie uprawą w kierunku optymalnego wzrostu i rozwoju roślin” - mówi Andrew Lee, Knowledge Manager w Grodan. „Dzięki naszym podłożom z wełny skalnej możemy wykorzystywać dane z sensora GroSens do ścisłego monitorowania zmian wilgotności w strefie korzeniowej (WC%) oraz poziomu EC. Pozwala to precyzyjnie kontrolować i korygować strategię nawadniania”.
Największym zaskoczeniem był bardzo pozytywny efekt osuszania powietrza w utrzymaniu wysokiego poziomu transpiracji roślin
„Norma dla HPS wynosi zwykle 130 do 140 ml transpiracji na mol światła, więc przy 40% niższym poborze ciepła spodziewaliśmy się transpiracji na poziomie około 80 do 90 ml. W rzeczywistości, w oparciu o zmierzone poziomy zawartości wody w podłożu, uzyskujemy około 100 do 110 ml. To pokazuje, że jeśli aktywnie zarządzasz wilgotnością powietrza, możesz zminimalizować wpływ niższego poziomu promieniowania cieplnego na pobieranie wody i składników mineralnych”. Co więcej od sadzenia w 39. tygodniu do pierwszych zbiorów w 47. tygodniu nie uzyskiwaliśmy przelewu z mat uprawowych. „Chociaż nie było to naszym zamiarem, widać, że jeśli można kontrolować pobieranie wody, można również precyzyjnie określać ilość podawanej wody, co sprzyja optymalizacji zużycia wody i składników nawozowych”, dodaje Lee.
Aktywne osuszanie powietrza jest bardzo przydatnym dodatkiem do upraw niskoenergetycznych. W rzeczywistości Lee i Stappers nie byliby zaskoczeni, gdyby aktywne zmniejszanie wilgotności powietrza i aktywna kontrola składników nawozowych w pożywce stały się standardową praktyką produkcyjną w ciągu kilku lat.
Obniżony poziom azotanów
Równolegle z oceną pobierania i składników odżywczych, doświadczenia badają, w jaki sposób dostosowanie składu pożywki, w szczególności poziomy azotanów i chlorków, może wpływać na morfologię roślin – np. na indeks liściowy LAI.
Lee wyjaśnia: „z perspektywy nawadniania, uprawę w tej samej strefie klimatycznej podzieliliśmy na dwie części i dostarczamy dwie, różniące się składem pożywki. W rezultacie w jednej z nich zastosowaliśmy wyższe poziomy azotanów. Spowodowało to powstanie uprawy o wskaźniku powierzchni liści (LAI) wynoszącym 2,5. I odwrotnie, w drugiej części zastosowaliśmy niższy poziom azotanów (-30%) i stworzyliśmy uprawę o LAI 2,0. W kombinacji z wyższym poziomie azotanów, aż do 45 tygodniu uprawy odnotowano niższy poziom WC% podłoża, ponieważ wyższy LAI stymulował większą transpirację. Oznaczało to, że byliśmy zmuszeni do dodatkowego nawadniania, co sprawiło, że uprawa była jeszcze bardziej wegetatywna. Jest to ważna uwaga dotycząca upraw niskoenergetycznych, ponieważ tradycyjnie wegetatywny rozwój upraw oznaczałby wzrost temperatury systemu grzewczego. Było to prawdziwe odkrycie dla ogrodników, którzy odwiedzili szklarnię doświadczalną i teraz zdają sobie sprawę, że dostosowując recepturę pożywki, mogą być bardziej elastyczni w obniżaniu ilości dostarczanego ciepła”.
Przesuwanie granic w celu rozwoju zrównoważonego rolnictwa
Naszym celem jest osiągnięcie w okresie zimowym 4,5 grama owoców na mol światła. „Cieszymy się, że udało nam się to osiągnąć już na tak wczesnym etapie testów. Z pomocą naszego inteligentnego narzędzia do modelowania upraw CropSim, które wspiera podejmowanie decyzji opartych na danych w oparciu o przewidywane obciążenie owocami, jesteśmy przekonani, że możemy dostosować parametry, aby poprawić ten wynik o kolejne 10%” – stwierdza Stappers.
W międzyczasie partnerzy projektu będą nadal gromadzić dane i dopracowywać swoje podejście. „Większa kontrola i większa przewidywalność we wszystkich aspektach rozwoju roślin toruje drogę do większej standaryzacji i automatyzacji w szklarniach. Naszym ostatecznym celem w tym badaniu jest opracowanie planu, który poprowadzi producentów pomidorów do większego sukcesu w obniżaniu wkładu ciepła. Wszyscy jesteśmy bardzo podekscytowani przekraczaniem granic i tworzeniem nowej wiedzy, która przyczynia się do dalszych postępów w zrównoważonym ogrodnictwie” – podsumowuje Stappers.
