Licht is waarschijnlijk de belangrijkste overweging bij het optimaliseren van de plantenteelt in een kas of in vertical farming. Er bestaan volgens Esther de Beer van Signify verschillende mythes rondom de specifieke lichtspectra die worden gebruikt voor het telen van gewassen, vooral met betrekking tot het gebruik van wit licht, groen licht, of licht in een breed spectrum.
In deel twee in een serie gaat Esther, manager van het team van plant specialisten bij Philips Horticulture, dieper op de materie in. Met deze keer als centrale vraag: Heb je ‘wit’ licht nodig om een beter gewas te telen?
Ten eerste, wat wordt bedoeld met wit en groen licht?
Wanneer wij het hebben over licht voor planten, maken wij vaak onderscheid tussen 4 basiskleuren: blauw (400-499nm), groen (500-599nm), rood (600-699nm) en verrood (700-799nm). Paars licht is eigenlijk een combinatie van rood en blauw licht. Je krijgt wit licht als je genoeg groen licht toevoegt aan dit rood/blauwe licht. Daarom zullen wij ons richten op de vraag of je groen licht nodig hebt om een beter gewas te telen.
Hoe efficiënt maakt een plant gebruik van groen licht om te groeien?
In het eerste interview leggen wij uit dat blauw, rood en groen licht gelijkmatig worden opgenomen door een gewas, en dat alleen verrood aanzienlijk minder wordt opgenomen. Maar worden al deze kleuren evenredig gebruikt voor de groei?
In het begin van de jaren ’70 deed McCree metingen naar de efficiëntie van de fotosynthese als een functie van de golflengte van het licht voor een groot aantal gewassen. Deze data toonden grote overeenkomsten voor de gewassen, en is sindsdien samengevat als de 'McCree Curve', zie figuur 1 hieronder.
Figuur 1 McCree curve: de efficiëntie van fotosynthese als een functie van de golflengte van het licht
Dit toont aan dat groen licht wordt gebruikt voor fotosynthese, maar op een lagere efficiëntie vergeleken met rood licht. Sinds dit vroege werk hebben veel onderzoekers vergelijkbare resultaten gevonden. [Hogewoning 2012, Paradiso 2011]
Voor de groei van planten in het algemeen is niet alleen het proces van fotosynthese van belang, maar ook andere processen die bijvoorbeeld invloed hebben op de vorm van het gewas. Daarom is het voor praktische toepassingen belangrijk om de totale groei van het gewas te beoordelen, in plaats van alleen te richten op de fotosynthese.
Dus, wat is het effect van groen licht op het gewas?
We hebben gezien dat meerdere gewassen aanzienlijk hoger versgewicht hebben wanneer ze zijn geteeld zonder groen licht. Echter, voor andere gewassen heeft de hoeveelheid groen licht geen effect op het versgewicht. We hebben ook gezien dat blauw- en verrood licht veel effectiever zijn dan groen licht om de vorm van het gewas te sturen. Ik zal wat voorbeelden delen uit ons onderzoek.
Bij het Philips GrowWise Center, hebben we een proef gedaan waar wij acht slasoorten van RijkZwaan hebben geteeld onder licht spectra met respectievelijk 0 en 20% groen licht, maar met dezelfde photon flux en percentage blauw licht. De grafiek hieronder toont het relatieve versgewicht van deze gewassen, en vergelijkt de groei onder beide spectra met 0% groen en 20% groen licht.
Figuur 2 Aanzienlijk hoger versgewicht voor slasoorten die zijn geteeld zonder groen licht.
Zoals je kunt zien in deze grafiek reageren niet alle slasoorten op dezelfde manier. Twee soorten (RZ1 en RZ2) groeien iets beter onder het spectrum met 20% groen. De meeste soorten hebben echter significant hogere versgewicht (zelfs tot 20% hoger versgewicht voor RZ8) als ze zijn geteeld zonder groen licht.
Het kleine effect dat groen licht heeft op de groei van een gewas wordt bevestigd door uitgebreid academisch onderzoek van Snowden, die de groei van 7 verschillende plantensoorten onder 8 verschillende spectrale samenstellingen vergeleek: “In tegenstelling tot de significante effecten van blauw licht, heeft het toenemen van groen licht in stapjes van 0 tot 30% een relatief klein effect op groei, blad oppervlak, en netto assimilatie op laag of hoog PPF”. [Snowden 2016]
Een tweede voorbeeld uit ons eigen onderzoek is gerelateerd aan medicinale cannabis. In deze proef werden twee verschillende cultivars geteeld onder drie verschillende lichtspectra met 0%, 6% en 36% groen op hetzelfde aanvullend lichtniveau (600 µmol/m2/s). Hier keken wij niet alleen naar het gewicht van de bloemen, maar ook naar de kwaliteit van de gewassen.
De grafieken in figuur 3 hieronder tonen het droge gewicht van de bloemen van twee verschillende cultivars, en ook het percentage actieve componenten, die in belangrijke mate de productkwaliteit bepalen van medicinale cannabis.
Figuur 3 Hogere actieve componenten voor medicinale cannabis met lagere percentages groen licht
De grafieken tonen aan dat het droge gewicht gelijk blijft onder alle drie de spectra, wat opnieuw aantoont dat de hoeveelheid groen licht weinig effect heeft op de groei. De actieve componenten nemen echter substantieel af als het groen toeneemt. Gezien deze gewassen specifiek worden geteeld voor hun medicinale componenten, leidt dit naar een voorkeur voor licht spectra die weinig tot geen groen bevatten.
Om samen te vatten: Uit onze onderzoeken blijkt dat verschillende gewassen verschillende lichtspectra nodig hebben voor optimale groei. In de meeste gevallen heeft het echter geen toegevoegde waarde om meer dan een paar procent groen licht toe te voegen; voor zowel de opbrengst als voor de kwaliteit van het gewas.
Als groen licht zo weinig toegevoegde waarde heeft, waarom zou je het dan gebruiken?
Dat heeft verdere uitleg nodig; de bovengenoemde resultaten beschrijven het gebruik van licht door het gewas, ze vergelijken opbrengst met dezelfde photon flux. Ze nemen echter niet in beschouwing hoeveel energie er nodig is om dit licht te maken. Aangezien er grote verschillen zijn in effectiviteit (mmol/Joule), heeft dit natuurlijk een grote invloed op het totale energie verbruik.
Rode LEDs geven veel meer photons per electrische Watt (μmol/W) vergeleken met blauwe en groene LEDs.
Ons onderzoek toont aan dat een spectrum met ongeveer 6% groen licht voldoende is voor goede kleurherkenning door mensen, en dit is 30% efficiënter qua energieverbruik vergeleken met een ‘zonlicht-achtig’ spectrum, die ongeveer 40% groen licht bevat.
Signify wil, zo besluit Esther haar bijdrage hierboven, eindgebruikers de optimale lichtoplossing geven om hun gewas op de meest duurzame manier te kunnen telen. Groen licht is volgens de belichtingsproducent minder efficiënt dan blauwe en rode LEDs. Voor de meeste lichtapplicaties kan een beperkte hoeveelheid groen licht worden overwogen omdat er slechts een kleine hoeveelheid groen licht nodig is voor goede kleurherkenning door mensen, geeft Esther mee. "Dit, omdat de meeste gewassen geen grote hoeveelheid groen licht nodig hebben om goed te kunnen groeien."
Lees hier deel 1 in de serie terug.
Referenties
Hogewoning S.W., Wientjes E., Douwstra P., Trouwborst G., Van Ieperen W., Croce R. and Harbinson J., 2012.
Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From photosystems to Leaves. The Plant Cell 24: 1921-1935.
Paradiso, R., Meinen, E., Snel, J.F.H., De Visser, P.H.B, Van Ieperen, W., Hogewoning, S.W., Marcelis, L.F.M., 2011.
Spectral dependence of photosynthesis and light absorptance in single leaves and canopy in rose. Scientia Horticulturae 127: 548-554.
McCree, K.J., 1972.
The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology 9: 191-216.
Snowden, M.C., Cope, K.R, Bugbee, B., 2016
Sensitivity of seven diverse species to blue and green light: interactions with photon flux. Plos One 11(10): e0163121. Doi: 10.1371/journal.pone.0163121
Voor meer informatie:www.philips.com/horti