Dynamiczne doświetlanie pomidorów jako sposób na niższe koszty produkcji

Jeszcze kilka lat temu badania nad rozwojem i doświadczenia w uprawie roślin z wykorzystaniem lamp LED skupiały się głównie na możliwościach zastąpienia wysokoprężnych lamp sodowych (HPS) poprzez energooszczędne lampy LED. Podczas tych doświadczeń sprawdzano jak rośliny sobie „radzą” w produkcji, kiedy doświetlano je lampami LED. Jednak po kilku latach lampy LED stały się na tyle obecne i powszechne w doświetlanych uprawach pomidorów, i nie tylko pomidorów, że nie trzeba już udowadniać, że rośliny dobrze rosną nawet pod samymi lampami LED, w tak zwanych uprawach Full LED. Właśnie dlatego firma Signify zdecydowała się jeszcze mocniej skoncentrować na badaniach, aby zapewnić producentom bardziej ukierunkowany, szczegółowy wgląd w możliwości jeszcze efektywniejszego wykorzystania instalacji Full LED.

Uprawa pomidorów z doświetlaniem LED w holenderskiej grupie Prominent

Dynamiczne doświetlanie

W doświadczeniu przeprowadzonym w Botany w Horst (szklarnia doświadczalna zlokalizowana w Holandii) analizowano zalety dynamicznego doświetlania roślin. W jego ramach czasy doświetlenia były dostosowane do okresów, w których prąd jest najtańszy. Wyższe ceny prądu, w ujęciu godzinowym, obowiązują tylko od poniedziałku do piątku. W weekendy natomiast prąd ma stałą, niższą cenę. Dzięki dopasowaniu ilości świecenia do niższych cen prądu udałoby się obniżyć średnią cenę za kWh, potrzebne do wyprodukowania kilograma pomidora.

Punktem wyjścia nowej strategii doświetlania było założenie, że prąd jest najtańszy w nocy, kiedy jego konsumpcja jest najmniejsza. Dlatego też w tym okresie założono największą intensywność świecenia. Następnie od około godziny 8 rano do około godziny 10 prąd drożeje. W tym okresie produkcja doświetlana otrzymuje minimalną wartość światła. Była ona tak dopasowana do potrzeb roślin, aby zapewnić im minimalną ilość pozwalająca na przetrwanie tego okresu, a jednocześnie na utrzymanie konsumpcji prądu na maksymalnie najniższym poziomie. Po porannym szczycie ceny energii znowu spadają i można zintensyfikować doświetlanie tak, aby zakończyć je przed kolejną zwyżką cen prądu.

Doświadczenia z doświetlaniem dynamicznym

Punktem odniesienia była taka sama szklarnia doświadczalna, gdzie uprawiano takie same odmiany pomidorów koktajlowych. Jednak w odróżnieniu do dynamicznej strategii doświetleniowej tutaj wykorzystano instalację o mocy 200 µmol/m²/s, pracującą nieprzerwanie z pełną mocą o stałych porach, przez 18 godzin dziennie. W obu szklarniach zapewniono taką samą średnią ilość światła dziennie, która kształtowała się na poziomie około 12,5 mol/m².

W szklarni, gdzie wykorzystywano doświetlanie dynamiczne, pełną dostępną moc stanowiło natężenie światła wynoszące aż 300 µmol/m²/sek. Instalacja dodatkowo zapewniała możliwość płynnego ściemniania w zakresie od 10 do 100%. Założeniem dynamicznego doświetlenia jest możliwość ściemniania lamp LED – im częściej i bardziej będą one ściemniane, tym większe będą oszczędności. Dlaczego? Po pierwsze kupujemy prąd w czasie, kiedy jest on tani. A po drugie oprawy LED stają się bardziej energoefektywne, gdy pracują jako ściemnione, dzięki czemu zużywają mniej prądu.

Na początku przyjęliśmy bardzo ekstremalne podejście w porównaniu do powszechnie przyjętej praktyki, żeby zobaczyć, jak daleko można się posunąć i na co, być może, trzeba zwrócić szczególną uwagę. Na podstawie pierwszych obserwacji doświadczenia widzieliśmy miejsca, gdzie można uzyskać pewne oszczędności, aby zrobić to intensywniej niż zwykle. Podczas uprawy z doświetlaniem dynamicznym jako dolną granicę zawsze stosowano wartość 50 µmol/m²/s. Dotyczyło to momentu, w którym cena prądu zwyżkowała w porannym szczycie. Niestety w grudniu przy pełnym obciążeniu roślin okazało się, że to minimum jest niewystarczające dla roślin. Dopiero po zwiększeniu tej ilości do 80 µmol/m²/s (czyli po dodaniu aż 60% więcej światła w tym okresie) zaobserwowaliśmy wyraźną poprawę dotyczącą siły wzrostu rośliny. Dzięki tej poprawie udało się też znacząco podnieść jakość wytwarzanych kwiatów pomidorów, co w konsekwencji przełożyło się na lepszą jakość zbieranych później owoców.

Intensywnosc doswietlania — Intensywność doświetlania (µmol/m2/s)

Doświetlając rośliny w nocy światłem na poziomie aż 300 µmol/m²/sek. musieliśmy zapewnić odpowiednią temperaturę tak, aby rośliny mogły wykorzystać dostarczone światło w sposób jak najbardziej efektywny. Przy założeniu, że większość światła było dostarczane właśnie w nocy temperatura w tym okresie musiała być znacznie wyższa. Udało się osiągnąć około 1,5°C wyższą temperaturę przy relatywnie niskich nakładach energetycznych. Dzięki zastosowaniu instalacji Full LED było możliwe zamknięcie dwóch kurtyn.

Wpływ dynamicznego doświetlania na wzrost i rozwój roślin

Kolejną – ważną – obserwacją był wpływ dynamicznego doświetlenia na wzrost i pokrój roślin. W powszechnej praktyce producenci uprawiający pomidory przy wykorzystaniu Full LED często spotykają się z problemem jakim jest zbyt wegetatywny wzrost roślin. Podczas dynamicznego doświetlania roślin, utrzymywana była wyższa temperatura rośliny – dopasowana do wyższej intensywności światła. Dzięki wyższej temperaturze realizowana była również większa różnica pomiędzy średnią temperaturą dnia i nocy. Co w konsekwencji pozwoliło utrzymać bardziej generatywny charakter wzrostu roślin niż przy standardowym doświetleniu statycznym. W uprawie tradycyjnej musieliśmy także włożyć więcej wysiłku w utrzymanie odpowiedniej wilgotności w szklarni. Wiadomo, że przy zbyt wysokiej wilgotności rośliny zaczynają rosnąć zbyt wegetatywnie, a to z kolei przekłada się na niższy plon.

Podsumowanie doświadczenia z dynamicznym doświetlaniem

Podsumowując doświadczenie przy dynamicznym doświetlaniu udało się obniżyć koszty energii elektrycznej w przeliczeniu na m² uprawy aż o 8%, przy zachowaniu porównywalnego plonu zarówno pod względem ilości, jak i jakości. Średnia masa owoców również była zbliżona, chociaż na przestrzeni całego okresu produkcji kształtowała się nieco odmiennie. Dla przykładu, wczesną wiosną obserwowaliśmy, że pomidory doświetlane statycznie wyprodukowały owoce nieco większe .

Niestety podsumowanie nie jest takie proste i oczywiste. Z jednej strony udało się uzyskać podobne plony przy mniejszym zużyciu energii jednak, aby uzyskać taka samą ilość światła w obu przypadkach instalacja dynamiczna musi być wyposażona w mocniejsze lampy. Czasami producenci decydują się na mocniejszą instalację nawet dużo powyżej 300 mikromoli. Mają wtedy też większą elastyczność, jeżeli chodzi o termin sadzenia, zagęszczenie roślin czy utrzymywanie wyższej temperatury wzrostu. A jeżeli nie mamy takich potrzeb, to wtedy możemy ściemnić światło i instalację wykorzystywać na niższym poziomie mocy do 60% lub 80%, otrzymujemy wtedy też wyższą efektywność. Niestety mocniejsza instalacja z kolei podnosi koszty inwestycji, które trzeba odrobić przez niższe koszty produkcji związane z energią. Dlatego każdy przypadek jest wyjątkowy i powinien być rozpatrywany z uwzględnieniem indywidualnych czynników wpływających na produkcję.