Artificiellt ljus i hortikulturella produktionssystem- Kulturgrupp Gurka Karl-Johan Bergstrand Institutionen för Biosystem och teknologi 2014-01-15 Svante Åberg, Umeå Universitet 1
Är solljus det bästa för plantorna? Bildkälla: www.wikipedia.org Klorofyllets aktionsspektrum Bildkälla: www.smsbiology.blogspot.com 1,2 1 Blått 0,8 ljus reducerar 0,6 sträckning 0,4 (?) 0,2 0 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100-0,2 HPS IR Långrött ljus inducerar sträckning och kontrollerar blomningen Spektrum Spektral irradians, W/m2, 2 nm 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 300 400 500 600 700 800 Våglängd, nm Rött ljus inducerar tillväxt av skott och rötter BL00 GR00 RE00 YE00 WH00 2
Att mäta ljus Lux-baserat på mänsklig uppfattning µmol m -2 s -1 -absolut tal baserat på antal fotoner ljuspaket PAR-Photosynthetic Active Radiation Typiska siffror µmol m -2 s -1 : Ute upp till 2000, tillskott växthus 100, kompensationspunkt 15-20 Foto: K-J Bergstrand Belysning i växthus-historik Tidiga försök-början 1930-talet (glödlampor, lysrör, neonrör) Första kommersiella odling i Sverige-1930-tal Stort genombrott-slutet 1960-tal (Kvicksilverlampor, lysrör, metallhalogenlampor) 1970-talet- genombrott för högtrycksnatrium, 400 W 1990-tal: Högtrycksnatrium 600 & 1000 W, fas-till-fas installationer, interlighting 2000-tal: Högtrycksnatrium: elektroniska drivdon Nya tekniker: LED, Plasma, Keramisk metallhalogen, Induktion Ökande total yta (Europa), ökad installerad effekt 3
Belysning i växthus-syften och omfattning Driva fotosyntesen under mörka årstiden (odling året runt alt. förlängning av säsong) Ökad transpiration och upptorkning Fotoperiodiskt ljus (Förhindra KD-plantor från blomning under vintern, resp. inducera blomning i LED-plantor under vinter) Odling i odlingskammare utan naturligt ljus Året-runtodling av gurka, tomat och paprika (Nederländerna, Norge, Finland) Året-runtodling av sallat och kryddväxter (Europa inkl. Sverige) Odling av krukodlade prydnadsväxter under mörka perioden (Europa, Nordamerika etc. Typiska kulturer: Kalanchoe, Julstjärna, Begonia, Orkidée etc.) Året-runtodling av snittblommor (Nederländerna, Norge) Plantuppdragning vår (Hela världen) 4
Förväntningar på nya teknologier för växthusbelysning Minskad (el-) energiförbrukning Bättre möjligheter till styrning av ljuset Nya möjligheter för utformning av armaturer- interlighting Bättre produktkvalité hos prydnadsväxter Förbättrad smak och näringsvärde/kvalité hos färska kryddor och grönsaker Teknologier Historia: Glödlampor, neon, kvicksilver Idag: Högtrycksnatrium (HPS), Lysrör (-lampor), metallhalid Imorgon: Induktionslampor, fältemissionslampor, plasmalampor, LED? Foto: K-J Bergstrand 5
Kommersiellt Teknologi Fördelar Nackdelar tillgänglig Högtrycks Lågt pris Ej optimal ljuskvalité Ja natrium Högt ljusflöde Bristande styrbarhet (HPS) Beprövad teknik Rel. kort livslängd LED Hög styrbarhet Högt pris Ja Flexibilitet gällande utformning Kräver kylning och placering av armaturer Skrymmande armaturer Lång livslängd Brist på IR (?) Ljuskvalité, ljusutbyte Keramisk Vitt ljus Högre pris än högtrycksnatr. Ja metallhalogen Lång livslängd Tveksamhet kring ljusutbyte (CMH) Bristande styrbarhet Plasma Högt ljusflöde Kostnadsläge Ja Ljuskvalité Obeprövad teknik Lång livslängd Induktion Livslängd Obeprövad Ja Lågt ljusflöde Bristande styrbarhet Fältemission Ljuskvalité Obeprövad Nej Ljusutbyte Kompaktlysrör Lågt pris Begränsad livslängd Ja Vitt ljus Otillräcklig styrbarhet K-J Bergstrand 2014 Verkningsgrad hos lampor Mätes korrekt i µmol/w, men i praktik ofta i % Glödlampa: 7% Lysrör (T8) 25%, T5 upp till c:a 35%? Metallhalogenlampa: 21-23% Högtrycksnatrium: 27-32% (35)% LED: upp till c:a 35% 6
Resultat Kalanchoe Färskvikt, planthöjd och antal blommor var högst för plantor odlade under HPS Foto: H.K. Schüssler Vit LED Röd/blå LED HPS Datum blomning: Vit LED: 18 December Röd/blå LED: 18 December HPS: 13 December Resultat Julstjärna Inga skillnader i sträckning Frisk- och torrvikt lägre i röd/blå LED Foto: H. K. Schüssler Vit LED Röd/blå LED HPS 7
Jämförelse av olika spektra Lysrör HPS 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0-0,02 300 342 384 426 468 510 552 594 636 678 720 762 804 846 888 930 972 1014 1056 1098 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0-0,02 300 352 404 456 508 560 612 664 716 768 820 872 924 976 1028 1080 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0-0,02 300 352 404 456 508 560 612 664 716 768 820 872 924 976 1028 1080 Skillnader i friskvikt, lysrör och HPS högst Foto: K-J Bergstrand C 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 White LED Red/blue LED HPS Lampor till Lampor från 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 En typisk dag Lufttemperatur i plantskiktet 100 90 80 % RH 70 60 50 40 30 Lampor till Lampor från White LED Red Blue LED HPS Relativ luftfuktighet i plantskiktet 20 10 0 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 8
Värmen-tillgång eller problem? HPS: Värmen avges som strålning i samma riktning som ljuset LED: Behöver kylas genom konvektion (naturligt luftflöde, fläktar eller vatten) Foto: K-J Bergstrand Interlighting Värmen utnyttjas Ingen skuggning Bättre fruktkvalité Möjligen mindre mjöldagg Foto: Philips 9
Belysning-växtskydd Mindre mjöldagg med LED? (minskad uttorkning av bladen) UV-ljus kan användas för bekämpning av mjöldagg (dödar konidier, stärker bladet) Vissa våglängder attraherar/repellerar skadegörare ( aktiva klisterfällor) Ljuskvalitén under odlingen påverkar hur smaklig växten är för skadegörare (tjocklek hos kutikula, sekundära metaboliter) Orsaker till besvikelser med LED Ljussensorer underskattar rött ljus (t.ex. från HPS) Ett plantbestånd drar bättre nytta av grönt och gult ljus än ett enskilt blad Växterna anpassar sig till ljusförhållandena Bladtemperaturen väldigt viktig 10
Vad behöver uppfyllas för att LED ska slå igenom? Effektiviteten (i % eller µmol per watt) behöver förbättras ytterligare Ljuskällan bör placeras inne i beståndet för att dra nytta av värmen och minska skuggning Ytterligare forskning kring ljusutnyttjande och möjligheten att styra tillväxten med ljuset Kylningen-fläktar, vatten eller kylflänsar? Slutsatser Rött+blått ljus mindre lämpligt-inkludera även vitt Efterfråga alltid värdet µmol/w, bör vara minst 2.3 Ljuskällan bör placeras inne i plantbeståndet Se till att kylningen säkerställs Tro inte alltför mycket på tal om optimerat spektrum Tillsvidare: HPS gäller för toppbelysning, LED användbart för interlighting 11
Tack för mig! Frågor? Ytterligare frågor: 040-415343, karl-johan.bergstrand@slu.se Foto: K-J Bergstrand 12