Search

The most recent literature on CO2 use by plants was examined. Already much is known on photosynthesis and CO2 assimilation. Genetic modification was shown to boost photosynthesis by 20%. Naturally, the plant adapts to CO2 concentration. Also in sweet pepper and tomato crops adaptation to lower CO2 levels were observed, yet the extend and the rate of adaptation is hard to predict. The gathered knowledge was used to simulate crop growth at various supply strategies of CO2. The goal was to reduce CO2 dosing while maintaining an economically viable tomato yield. Simulations showed that under normal light conditions the crop can maximally assimilate 15 kg CO2 m-2, while conventional CO2 dosage is more than triple resulting in much loss to the air. Continuous applications of 50 kg CO2 ha-1 hr-1 led to a yield reduction of 20% relative to 200 kg CO2. Further model wise optimization of the CO2 dosing resulted in much lower CO2 losses while reducing fruit yield with only 2%. In this scenario only 13 kg CO2 m-2 j-1 was supplied, at 450 ppm during roof opening of >10%. A further optimization was enabled by allowing a 2° higher ventilation temperature. The results give options for a much lower CO2 dosage in practice than currently used. De meest recente vakliteratuur omtrent CO2-benutting door planten is onderzocht. Over de fotosynthese en CO2-processen in planten is al zeer veel bekend. Deze kennis maakt het mogelijk in te grijpen in de genetica met fotosynthesetoenamen tot wel 20%. Plantaanpassing aan gewijzigde CO2-concentraties is natuurlijk en ook voor paprika en tomaat bekend, hoewel de mate en snelheid van adaptatie nog lastig te voorspellen is. De verworven kennis is gebruikt om de gewasgroei te modelleren voor diverse CO2-doseerstrategieën op zoek naar een sterk verhoogde CO2-benutting zonder oogstreductie. De berekeningen laten zien dat een onbelichte tomatenteelt jaarlijks maximaal 15 kg CO2 kan vastleggen, terwijl gangbare doseringen het drievoudige bedragen waarbij dus veel CO2 verloren gaat. Uit modelverkenningen met diverse niveaus van continue CO2-giften bleek dat bij een erg lage doseercapaciteit van 50 kg ha-1 uur-1 gedurende de lichtperiode het minste CO2-verlies optrad maar wel een 20% lagere gewasgroei gaf dan een capaciteit van 200 kg. Verdere optimalisatie van de CO2-dosering gaf veel minder CO2-verliezen en een productieverlies van slechts 2%. Dit kwam tot stand met een jaargift van 13 kg CO2 m-2 j-1 met lage doseersnelheid en slechts 450 ppm CO2 tijdens raamstanden>10%. Een vrij kleine verdere optimalisatie is mogelijk door een 2° verhoogde ventilatietemperatuur. De resultaten geven een goede leidraad voor een demonstratieproef in de praktijk.

Wageningen University & Research, Business Unit Glastuinbouw has investigated two methods of monitoring crop photosynthesis that might be used in greenhouse horticulture: the crop photosynthesis monitor and the CropObserver. This project was funded by ‘Kas als Energiebron’ and executed together with PhenoVation and PlantDynamics. The data of the crop photosynthesis monitor were compared to those of the photosynthesis module of the crop growth model INTKAM. Furthermore, the pattern of stomatal opening during the day was calculated with the Stomata sensor. Measurements showed that the crop photosynthesis monitor was too sensitive to changes in window opening and in CO2 supply to determine the crop photosynthesis accurately. The CropObserver was useful in determining the relative light use efficiency of the crop. The best methods to accurately and reliably determine crop photosynthesis might be the following: 1. By a photosynthesis model (as in INTKAM) to calculate the crop photosynthesis, coupled to a sensor that monitors the crop status to register when the performance of the crop deviates from what might be expected, or 2. Via the CropObserver to which a module is added that determines the stomatal conductance and a measurement of the CO2 concentration which is necessary to translate the signal of the CropObserver to CO2 uptake by the crop Wageningen University & Research, Business Unit Glastuinbouw heeft samen met PhenoVation en PlantDynamics in opdracht van ‘Kas als Energiebron’ twee methodes om de gewasfotosynthese te monitoren onderzocht: de gewasfotosynthesemonitor en de CropObserver. De data van de gewasfotosynthesemonitor werden vergeleken met de fotosynthesemodule van het gewasgroeimodel INTKAM. Verder werd het dagverloop van de huidmondjesopening bepaald met de Stomatasensor. Uit de metingen bleek dat de gewasfotosynthesemonitor te gevoelig is voor veranderingen in raamstanden en wisselingen in CO2 dosering om de gewasfotosynthese nauwkeurig te kunnen bepalen. De CropObserver bleek een goed beeld te geven van de relatieve lichtbenutting door het gewas. De beste manieren om de gewasfotosynthese nauwkeurig en betrouwbaar te bepalen, zouden de volgende kunnen zijn: 1. Via een fotosynthesemodelmodel (zoals INTKAM) waarmee de gewasfotosynthese berekend kan worden, gekoppeld aan een sensor die de status van het gewas monitort zodat geregistreerd wordt wanneer de reactie van het gewas afwijkt van wat te verwachten zou zijn, of 2. Via de CropObserver, aangevuld met een sensor voor de huidmondjesopening en een meting van tenminste de CO2 concentratie, waarmee het signaal van de CropObserver vertaald kan worden naar CO2 opname door het gewas

In order to realise a horticultural sector that operates without the combustion of fossil fuel, the first step is to reduce the demand for heating by improving the insultation of greenhouses. This holds especially for crops that are grown at high temperatures, like sweet pepper. The Venlow Energy greenhouse with its double glass cladding and energy screen is a good example of such a highly insulated greenhouse. This report presents the results of a one year cultivation and serves as a bench mark for the state of the art in energy conserving production of Sweet Pepper in the Netherlands. It shows the greenhouse climate conditions required, and the possibilities to meet these requirements with a low energy consumption and options to realise this from sustainable sources. The application of sustainable energy sources was not tested in practice, but since the exact resources (heat and CO2) required from hour to hour were measured, it is easy to do the math on the amounts and capacities needed. The application of pure CO2 or CO2 from another sustainable source is essential when aiming at a fossil energy free horticulture. Without external CO2 the production will drop substantially, especially because an energy conserving greenhouse has typically a strongly reduced air exchange. But, for the same reason, the amount of CO2 needed to increase the CO2 concentration is quite limited, 25 kg/m² per year in this experiment. With a production of 32.5 kg class I of red Sweet Pepper per m², the experiment has shown that halving the energy consumption compared to the general practice did’nt reduced the production. Voor de realisatie van een energieneutrale glastuinbouw helpt het enorm wanneer kassen beter geïsoleerd zouden zijn. Dit geldt des te meer voor gewassen die warm geteeld worden, zoals de Paprika. De Venlow Energy kas met een dubbel glas kasdek en energiescherm is een voorbeeld van zo’n hoog-isolerende kas. Dit verslag geeft het resultaat van een jaarrond teelt en vormt een ijkpunt voor de huidige stand van de techniek in de energiezuinige teelt van Paprika. Het toont de klimaatvereisten voor de teelt, en de mogelijkheden om dit klimaat energiezuinig en klimaatneutraal in te vullen. Dit laatste punt, klimaatneutrale invulling is niet in praktische zin getoetst, maar omdat van uur tot uur precies bekend is hoeveel energie- en CO2 zijn ingezet is gemakkelijk te berekenen hoe deze resources op klimaatneutrale wijze ingevuld zouden kunnen worden. Het gebruik van zuivere CO2 of CO2 uit een andere externe bron is overigens essentieel voor een energieneutrale glastuinbouw. Zonder toevoer van CO2 daalt de productie zeer sterk, vooral omdat er in energiezuinige kassen weinig gelucht wordt. Omgekeerd betekent de beperkte luchtuitwisseling met buiten ook dat er geen grote hoeveelheden CO2 nodig zijn. Er is 25 kg CO2 per m² gebruikt. Met de productie van 32.5 kg klasse I aan rode Paprika per m² heeft het experiment laten zien dat de halvering van de warmtevraag ten opzichte van de praktijk niet ten koste is gegaan van productie en kwaliteit.

The supply of additional CO2 in a greenhouse will be restricted in the future. The concentration in outside air has risen above 400 ppm. This may open the possibility to blow this air through the canopy to increase growth. In this project, the vertical CO2 concentration was measured in a vertical plane within to the canopy under different combinations of window opening, the activation of vertical fans and with or without dosing of additional CO2. For a Freesia and a tomato crop the result was that without CO2 dosing it was possible to maintain a concentration of over 350 ppm in the canopy at 5-10 cm distance from the leaf surface when the ventilation windows were open. Since, this is below outside concentration, additional supply of outside air may be an advantage. When extra CO2 was supplied, a reduction in window opening and the use of a screen increased the concentration between the canopy. The vertical distribution of CO2 within the canopy was never a problem. It can be concluded that the crop resistance to take up CO2 for a tomato and freesia crop is small and with respect to the other CO2 resistances, the crop resistance can be neglected. A positive effect of the use of vertical fans or the use of high pressure misting in the tomato greenhouse was not found, due to the strategy to keep the ventilation windows wide open. The concentration at 5-10 cm distance from the leaf is not necessarily the same concentration around the stomata because of boundary layer resistance. The effect of the boundary layer resitance on CO2 uptake is described in the report of Plant Dynamics called “Effecten van grenslaagweerstand op de fotosynthese bij tomaat en Freesia”. Het verhogen van de CO2 concentratie in een kas wordt door allerlei oorzaken moeilijker en draagt ook niet bij aan de energie neutrale kas. Omdat de CO2 concentratie in de buitenlucht boven een waarde van 400 ppm is gekomen loont het wellicht om deze lucht door het gewas heen te blazen. De vraag is dan wel hoe deze lucht zich mengt binnen het bladpakket. Gaat dat vanzelf omdat CO2 zwaarder is dan lucht of moet er geblazen worden met een ventilator? In dit onderzoek is gemeten hoe de verticale verdeling van CO2 in een gewas wordt bij verschillende behandelingen zoals wel of niet doseren, ramen open of dicht en met verticale ventilatoren kaslucht door het gewas stuwen. Daarbij bleek dat zonder dosering van CO2 bij voldoende raamopening er bij freesia en tomaat ook onderin het gewas een concentratie van 350 ppm kon worden gehandhaafd. Omdat dit beneden de buitenwaarde is, zou toevoeren van extra buitenlucht met een ventilator zinvol kunnen zijn. Als er wel gedoseerd werd nam de concentratie in de kas toe wanneer de ramen of een scherm meer gesloten werden. De verticale verschillen in CO2 concentratie in het gewas waren erg klein, ook wanneer geen verticale ventilator werd gebruikt. Er kan dus geconcludeerd worden dat voor zowel een tomaten gewas als fresia gewas de gewasweerstand voor CO2 gering was en te verwaarlozen in ten opzichte van de overige weerstanden voor opname van CO2. De CO2 concentraties zijn gemeten op 5-10 cm afstand van het blad. Dat zegt op zich nog niets over de concentratie vlak bij het huidmondje omdat zich daar omheen een laagje stilstaande lucht kan bevinden waarin de CO2 onvoldoende snel getransporteerd kan worden en dus uitputting op kan treden. Aan deze zogenaamde grenslaagweerstand van de lucht dichter bij het blad wordt aandacht besteedt in een apart rapport van Plant Dynamics met de titel “Effecten van grenslaagweerstand op de fotosynthese bij tomaat en Freesia”.