Gurķi un tomāti zem lampām. Pieredze ar LED apgaismojumu dārzeņu audzēšanā 0
Pēdējos gados Latvijā palielinās dārzeņu audzēšana siltumnīcās ar papildapgaismojuma izmantošanu. Pašlaik jau četras lielsaimniecības – “Mārupes siltumnīcas”, “Mežvidi-II”, “Getliņi Eko” un “Rītausma” – audzē zem lampām gurķus, tomātus un salātus. Mākslīgo apgaismojumu izmanto arī mazāki ražotāji, audzējot mikrozaļumus vai dēstus.
Apgaismojuma režīms atkarībā no kopējā gaismas daudzuma
Tradicionāli siltumnīcu īpašnieki regulē apgaismojuma daudzumu pēc laika. Lampas deg noteiktu stundu skaitu diennaktī, tās ieslēdz un izslēdz, vadoties pēc saules gaismas intensitātes, sasniedzot tai noteikto robežlimitu. Beļģijas pētnieki pētījumu centrā Hoogstraaten sadarbībā ar vairākām pētniecības iestādēm izmēģināja citu pieeju. Viņi piedāvāja slēgt lampas, vadoties pēc tā sauktā DLI – Daily Light Integral – jeb kopējā gaismas daudzuma diennaktī. Tas ir kopējais gaismas fotonu daudzums, ko augi uz 1 m2 siltumnīcas grīdas saņem no saules stariem (ņemot vērā seguma gaismas caurlaidības koeficientu) un papildapgaismojuma lampām kopā. Vienlaikus tiek ņemts vērā iepriekšējās dienās uzkrātais un nākamajās dienās prognozējamais gaismas daudzums.
Pamatojoties uz teorētiskām aplēsēm, ir radīts matemātiskais modelis, kas, ņemot vērā maksimālo gaismas daudzumu, ko augs spēj uzņemt un izmantot diennaktī, un maksimālo gaismas daudzumu, ko ir iespējams tam iedot, aprēķina gaismas daudzuma vajadzību katrai dienai. Šos aprēķinus var pieskaņot gaismas daudzumam, kas ir nepieciešams augšanai (piemēram, salātiem, garšaugiem) vai arī augļu veidošanai un nobriedināšanai katrā auga attīstības stadijā. Izmantojot šos aprēķinus, var regulēt lampu ieslēgšanu un izslēgšanu katrā dienā.
Pēc pētnieku aplēsēm, šāda pieeja palīdzētu samazināt elektroenerģijas patēriņu līdz 75–90% no pašreizējā līmeņa, kad lampas deg noteikto stundu skaitu diennaktī. Faktiska ekonomija ir atkarīga no dabiskiem gaismas apstākļiem un mākoņu daudzuma. Interesanti, ka FAR gaismas daudzums, ko saņem augi, samazinās tikai līdz 84–94% no pašreizējā. (Tiesa, senā holandiešu atziņa, ka gaismas samazinājums par 1% nozīmē ražas samazinājumu par 1%, vēl joprojām ir spēkā.)
Praktiskie izmēģinājumi, audzējot trīskrāsu salātus, apstiprināja, ka šī pieeja būtiski samazina elektroenerģijas patēriņu – par 40%. It sevišķi dienas laikā lampas bija mazāk nepieciešamas. Pēdējā laikā pētnieki izmanto citu produktivitātes kritēriju, ražības kilogramos no viena kvadrātmetra vietā liekot ražu gramos no viena mola gaismas. Lūk, šajā izmēģinājumā ar salātiem produktivitāte g/mols bija salīdzināma abos variantos – kur lampas dega pēc jaunās pieejas un kur tās dega noteiktu laiku diennaktī.
Nodalījumā, kur salātus audzēja pēc jaunās pieejas, tie saņēma par 6% mazāk FAR gaismas, bet lapu rozetes augstums bija par 7–8 mm lielāks. (Pieļauju, ka salātu audzētāji tikai pasmaidīs par šādu norādi, jo no praktiskā viedokļa tomēr ir būtiskāki ražas kilogrami, nevis lapas garuma milimetri.) Sarkanlapu salātu šķirnēm veidojās mazāk intensīva sarkanā krāsa. Tāpat augšanas ātrums bija mazāks, tāpēc tradicionālo 10 aprišu vietā to skaits gadā var būt mazāks. Ražas lielums arī samazinājās par 10%. Šie rezultāti jāvērtē, ņemot vērā elektroenerģijas patēriņu un cenu. Iespējams, tieši pavasarī vai rudenī šī jaunā pieeja varētu būt ekonomiski izdevīga.
Pētījumi Full-LED siltumnīcās
Beļģijā vairāku gadu laikā veiktie izmēģinājumi, audzējot tomātus (‘Merlice’ F1 uz dažādiem potcelmiem) tikai ar LED papildapgaismojumu (Full-LED), parādīja, ka tas ir pilnīgi iespējams. Tika iegūta par 11–17% augstāka raža, salīdzinot ar tradicionālo nātrija augstspiediena lampu izmantošanu, jo kopējais gaismas daudzums virs augu galotnēm un starp augiem bija par 8–17% lielāks. Kontroles variantā ražība bija ap 80 kg/m2 (tomātus stādīja oktobra vidū un pabeidza apriti nākamā gada oktobrī).
Tāpat LED varēja izmantot ilgāku laiku pavasarī un rudenī, kad ārā ir pārāk silts, lai slēgtu nātrija lampas. Kā zināms, LED lampas izstaro mazāk siltuma nekā nātrija lampas. LED lampas slēdza rīta stundās, kad apgaismojuma intensitāte ir līdz 400 W/m2. Pateicoties lampu izvietošanai starp augiem, bija iespējams palielināt augu stublāju skaitu no 3,75 galotnes/m2 (kā nodalījumā ar nātrija lampām) līdz 4,6 galotnes/m2. Tiesa, izrādījās, ka tik liela augu biezība Full-LED nodalījumā bija mazliet par daudz, jo samazinājās augļa vidējā masa, tomēr kopējais augļu skaits bija lielāks.
Attēlā – gurķi LED siltumnīcā
Rēķinot enerģijas (kWh) patēriņu uz 1 kg tomātu, Full-LED nodalījumā tas bija par 15–28% zemāks, nekā izmantojot nātrija spuldzes. Pat pieskaitot elektroenerģijai papildu siltumu, ko deva apsildes caurules, lai nodrošinātu vienādu gaisa temperatūru abos nodalījumos, kopējais enerģijas patēriņš uz 1 kg tomātu Full-LED nodalījumā bija mazāks.
Parasti siltumnīcās starp augiem izvieto tā saukto augšanas cauruli, kuras uzdevums ir lokāli apsildīt augus noteiktā vietā. Beļģijā ir izmēģinājuši izvietot šo cauruli tuvāk augu galotnēm, bet rezultāts bija neveiksmīgs, jo raža samazinājās. Pētnieki cerēja, ka šādā veidā varēs kompensēt trūkstošo siltumu.
Gaismas sadalījums, dažādi izvietojot lampas
Tāpat tika izmēģinātas kombinētās (jeb tā sauktās hibrīdās) sistēmas, kad virs augu galotnēm ir tikai nātrija lampas vai kopā ar LED lampām, bet starp augiem – LED lampas. Izrādījās, ka ziemas laikā tomātu raža zem LED tikai virs galotnēm bija augstāka, bet visas garās aprites kopraža bija augstāka variantos, kur daļa LED lampu dega starp augiem. Jo lielāka loma ir dabiskajai saules gaismai, jo mazāks ir papildapgaismojuma efekts virs augu galotnēm un lielāks starp augiem (abos gadījumos lampas dega vienādi ilgi). Ražas paaugstinājumu nodrošina lielāka vidējā augļa masa.
Interesanti, ka visos minētajos pētījumu variantos ar LED lampām starp augiem vidējā augļa masa bija lielāka, bet gaismas sadalījums sliktāks nekā variantos, kur visas lampas bija virs galotnēm. Jo mazāk atklāts kļūst augs (tas ir, ja lapojums palielinās), jo zemāka augļa vidējā masa. Ķekaru zaļās daļas bija nedaudz lielākas un zaļākas variantos ar LED lampām starp augiem. Ķekaru tomātiem tas ir svarīgi, jo pēc zaļās daļas izskata patērētāji novērtē tomātu svaigumu un iespējamo garšu.
Elektroenerģijas patēriņa efektivitāte (kWh/kg) variantos ar lampām starp augiem bija nedaudz augstāka salīdzinājumā ar lampu izvietojumu tikai virs galotnēm. Ziemas laikā variantā ar LED lampām starp augiem tika patērēts par 13% mazāk elektroenerģijas salīdzinājumā ar nātrija lampām un par 9% – salīdzinājumā ar visām LED lampām virs augu galotnēm. Visā audzēšanas periodā ietaupījums bija attiecīgi 10% un 8%. Jāņem vērā, ka LED lampām, kas ir paredzētas izvietošanai virs augu galotnēm, spektra sastāvs ir papildināts arī ar balto gaismu, bet šīs diodes ražo mazāk fotonu no viena kWh nekā LED lampas tikai ar sarkano (95%) un zilo gaismu (5%).
Attēlā – Dažādu nātrija augstspiediena spuldžu salīdzinājums Mārupes siltumnīcās
Apgaismojuma sistēmu kalkulators
Beļģijas un Holandes pētnieki uzskata, ka siltumnīcu īpašniekiem būtu vieglāk izšķirties par vienu vai otru papildapgaismojuma sistēmu, ja viņiem būtu kalkulators, kas aprēķina potenciālo investīciju rentabilitāti, ņemot vērā iespējamo ražu, elektroenerģijas patēriņu un cenas. Jo lētāka ir elektroenerģija, jo grūtāk LED lampām konkurēt ar ierastajām nātrija spuldzēm. Nātrija lampas noteikti vēl nav norakstāmas, drīzāk jārunā par katras saimniecības apstākļiem optimālā risinājuma rašanu. Jāteic, ka dažas LED apgaismojuma ražotājfirmas šādus kalkulatorus jau piedāvā.
Pētījumi tiek veikti arī gurķiem
Holandē konsultācijas firmas Delphy pētījumu centrā tiek pētītas enerģijas ekonomijas iespējas, audzējot gurķus cauru gadu pie tā sauktās augstās (3,5 m un vairāk) špaleras. To vidū ir siltuma rekuperācijas, LED lampu un siltumu taupošo ekrānu izmantošana.
Tika pētīta nātrija un LED lampu virs augu galotnēm, kā arī LED lampu starp augiem kombinācija. Katra no lampām nodrošināja gaismas intensitāti 75 µmol/m2/s (kopā 225 µmol/m2/s). Dēsti tika iestādīti 2018. gada 12. oktobrī – 3,4 stublāji/m2. Izrādījās, ka šāda augu biezība ir par lielu, ņemot vērā pieejamo gaismas daudzumu, tāpēc daļu augļaizmetņu nācās regulāri izņemt, lai uzturētu augus veģetatīvi ģeneratīvā līdzsvarā. No iepriekšējiem pētījumiem ir zināms, ka ļoti liela loma ir pareizi piemeklētam gaismas spektram (literatūrā arvien biežāk lieto jēdzienu gaismas recepte).
Tika vērota augļu nomešana. Tie labi aizmetās, bet vēlāk daļa augļu vienkārši nenobrieda. Pētījums tika sadalīts trīs variantos. Pievienojot tālo sarkano gaismu variantos ar nātrija spuldzēm un LED lampām virs augu galotnēm, gaismas izmantošana uzlabojās par 10%. Tas notika daļēji tāpēc, ka uzlabojās lapas forma. Lapas kļuva plakanākas un vairāk horizontālas, tāpēc varēja uzņemt vairāk gaismas nekā nodalījumā Full-LED. Desmit nedēļu laikā tika novākts par 4 kg/m2 vairāk gurķu salīdzinājumā ar nodalījumu, kur LED lampas bija virs galotnēm un starp augiem, bet bez tālās sarkanās gaismas spektra. Šajā nodalījumā uz augiem izveidojās par divām lapām mazāk, tāpat augi atpalika augšanā par vienu dienu.
Variantā ar LED lampām starp augiem tika izmērīts lokāli augstākais gaismas intensitātes izraisītais augu stress. Kopumā neoptimālā gaismas spektra izraisītās augļu nomešanas dēļ ziemas periodā tika novākti 130 gurķi/m2, kas ir par 21 gurķi mazāk, nekā prognozēts pēc aprēķiniem. Vasarā augus papildus apgaismoja vidēji piecas stundas diennaktī, un tas deva papildu produkciju, bet ir liels jautājums, vai tas atmaksājas, ņemot vērā zemās gurķu cenas vasaras laikā.
Gaismas spektrs
Vāgeningenes universitātes pētījumu siltumnīcās nelielā platībā tika izmēģināti septiņi dažādi gaismas spektri gurķu audzēšanā. Arī šeit izrādījās, ka tālā sarkanā gaisma dod pozitīvu efektu. Labākie rezultāti tika iegūti ar gaismas intensitāti 200 µmol/m2/s tā sauktajā ziemas gaismas siltumnīcā apritē, kas sākusies 2019. gada septembrī un ilgs līdz 2020. gada martam, aprīlim. Šeit ir šādu krāsu kombinācija: 5% zilā, 10% zaļā, 75% sarkanā un 10% tālā sarkanā gaisma. Vēl ir jāpagaida, līdz varēs novērtēt, kā šis spektrs ietekmē infekciju, kaitēkļu un entomofāgu attīstību un iekšējo produkcijas kvalitāti.
Līdz 2019. gada 43. kalendāra nedēļai (vēl pirms gaismas trūcīgā perioda sākuma) šajā siltumnīcā 2,5 nedēļu laikā tika novākti vidēji 22,4 gurķi/m2 ar vidējo augļa masu 355 g un augu biezību 3,6 augi/m2. Augu biezībā 3,1 augs/m2 novāca 22,3 augļus/m2 ar vidējo augļu masu 368 g.
Vairāk lasiet žurnālā Agro Tops
