Fotosyntese/vekst hos potteplanter ved varierende lys-, temperatur og CO2 - nivå

Transkript

1 Fotosyntese/vekst hos potteplanter ved varierende lys-, temperatur og CO2 - nivå 1 Leiv M. Mortensen Gartnerdagen

2 En viktig oppgave i prosjektet VeksthusDynamikk har vært å undersøke hvordan produktiviteten hos plantebestander i veksthus reagerer på et varierende klima i løpet av døgnet. Dette vil være en viktig informasjon for hvordan maksimere veksten samtidig som energiforbruket i veksthuset minimaliseres. I løpet av dagperioden varmer lyset opp veksthuset og om natta er det som regel behov for oppvarming. Minst mulig energiforbruk får man da ved å la temperaturen stige om dagen og falle om natta. Dette fører til store temperatursvingninger. Fordelen med å la temperaturen stige i veksthuset om dagen utover det som er vanlig er redusert lufting som gir større mulighet for å opprettholde et høyt CO 2 - nivå. 2 Et utstyr for å følge fotosyntesen kontinuerlig gjennom døgnet på små plantebestander ble derfor konstruert.

3 Photosynthesis Photosynthesis is simply the process by which organisms convert solar energy to chemical energy 6H CO 2 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 This is an energy requiring reaction - the energy source is sunlight

4 Protect against patogens and transpiration/water loss Stomata where CO2 enter the leaf and O2 and water vapour leave the leaf

5 CO2-konsentrasjon i atmosfæren 5 CO2-konsentrasjonen stiger jevnt. Svingninger gjennom året viser at fotosyntesen på årsbasis øker, men CO2-utslippet er større enn CO2-bindingen.

6 Feltforsøk CO2 Svartedammen, Øvre Sirdal Maudalen

7 CO 2 -forsøk med kinakål, gulrot, grasarter, kornarter mm Særheim forskingssenter

8 Bjørk Klipp fra klimaforsøk på Særheim -le +le - CO 2 +CO 2 -CO 2 +CO 2 Ute -Vind +Vind CO 2 og vind Vindtuneller Klimaceller

9 Kalanchoe, A. frutescens og Hortensia som ble brukt i forsøkene. Bildene er tatt ved slutten av forsøkene. 9

10 PAR (mol m -2 day -1 ) Fotosyntetisk aktiv stråling (PAR) på ulike steder Nairobi, Kenya (1 25'S) Almeria, Spain (36 50'N) Landvik, Norway (58 22'N) Pasvik, Norway (69 18'N) Ca. 200 W/m2 HPS lys i 20 t/døgn Month no. 10

11 Effektiv innstråling dersom plantene ikke kan utnytte mer enn 200 mikromol/m2/s Innstråling gjennom året i Et veksthus med 50% skygge Dersom 200 mikromol gis I 20 timer per døgn utgjør Det 14,4 mol/m2/døgn 11

12 Høy innstråling sommerhalvåret temperaturøkning Mye kunstlys om vinteren temperaturøking Lufting av veksthuset og lavt CO 2 -nivå 12

13 ppm CO2 (2 døgn) CO 2 -kons. gjennom døgnet i agurkhus (et eksempel) Natt Natt Lufting + CO2 Dag Dag

14 Environmentally friendly development Fotosyntese i et åpent system Air out Air/leaf/root temp. Air humidity The CO 2 exchange rate (CER) was calculated by the equation: CER = (C in C out ) x Flowrate 14 Controlled airflow Flowmeter

15 Fotosyntesekamrene som ble brukt

16 Fotonflux (µmol m -2 s -1 ) Tid (x0.5 timer) Lysstyring ved hjelp av LED lamper som simulerer innstrålingen i et veksthus på klarværsdager i sommerhalvåret 16

17 Lysforhold i forsøkene sammenlignet med dagslys på klarværsdag på Landvik. Inni veksthuset 60% av ute. PAR i mol/m2/døgn er vist. PFD (mikromol m -2 s -1 ) Max. Landvik % av max. Forsøkene 63.8 mol 39.7 mol 38.3 mol Tid (timer) 17

18 Kalanchoe er i prinsippet en CAM-plante (binder CO2 om natta). Dette kan gi en spesiell fotosyntetisk rytme. 18

19 Konstant lysnivå/400 ppm CO2 Senking av natte-temperaturen forsterker fotosyntesens døgnrytme slik at fotosyntesen midt på dagen blir sterkt redusert. 19 Figur 1. Fotosyntesen (ml CO 2 per time) målt annenhver time ved 16 timer 220 µmol m -2 s -1 fotonfluks-tetthet (8 timers mørkeperiode) ved ulike nattetemperaturer hos to plantebestander per behandling i Forsøk 1. Nattetemperaturen er angitt på kurvene i løpet av 10 dagers forsøksperiode.

20 Full innstråling (soldag) Fotosyntesen (ml CO 2 per time) hos to og to plantebestander målt annenhver time ved fullt dagslys i sommerhalvåret ved konstant dagtemperatur (20-22C) og ulike nattetemperaturer i løpet av en 9- dagers forsøksperiode. Nattetemperaturen i løpet av forsøket er vist på kurvene Temperatur på 6C om natta gir lav fotosyntese om dagen med en ekstra nedgang midt på dagen. 2. Økes natte-temp. til 10C øker fotosyntesen, men fortsatt en nedgang midt på dagen. 3. En natte-temp. på 17C gir en fotosyntese som følger lyskurven.

21 Lave natte-temperaturer (<10C) og mye lys gir bladskader. Ved moderat innstråling gir lave nattetemperaturer ned mot 5C Ingen bladskader. 21

22 Argyranthemum frutescens 22

23 Lys-, temperatur- og fotosyntese- forløp gjennom døgnet hos to plantebestander av Argyranthemum frutescens eksponert for 20 og 8-10C nattetemperaturer og to CO 2 - konsentrasjoner. Stor effekt av CO2-tilskudd uavhengig av nattetemperatur. 23

24 ppm To svært ulike ulike temperaturbehandlinger Lys-, temperatur- og fotosyntese- forløp gjennom døgnet hos to plantebestander av Argyranthemum frutescens eksponert for ulike temperaturvariasjoner og to CO 2 - konsentrasjoner. Det mest slående ved disse resultatene er at lave temperaturer ned under 10 C om natta ikke påvirker fotosyntesen negativt om dagen. I tillegg blir det vist hvor avgjørende CO 2 - konsentrasjonen er for en høy fotosyntese uansett temperatur i intervallet C dagtemperatur. Vi ser at lysmetning inntrer ved lavere lysnivå ved 400 sammenlignet med 1200 ppm CO2 en hovedårsak til at CO2-effekten blir så stor ved mye lys. 400 ppm 12C natt/30c dag/høy CO2 7C natt/20c dag/høy CO2

25 Hortensia 25

26 Hortensia i forsøkskammer 26

27 Sterk økning av fotosyntesen Fra ppm opp til 1150 ppm. En viss tilleggseffekt av 1650 ppm ved maks. lys. Stor CO2-effekt knyttet til lysmetning ved mye lavere lysnivå ved 400 sammenlignet med 1150 ppm. 27

28 Environmentally friendly development Konklusjoner For veksthuskulturer er det svært viktig å opprettholde et høyt CO 2 -nivå og heller la temperaturen stige til C noen timer framfor lufting for å maksimere fotosyntese og vekst. Men dette maksimerer nok ikke arbeidsinnsatsen i veksthuset.. Redusert natte-temperatur kan sørge for en fornuftig døgnmiddel temperatur. Lave nattetemperaturer forårsaker sjelden redusert fotosyntese om dagen. Fotosyntese-målinger forteller imidlertid ingenting om plantekvaliteten (planteform, bladfarge, holdbarhet) For å få full effekt av dette vil sannsynligvis en kjøling av veksthuset med kjøleenheter i taket være svært aktuelt i framtida 28 Gjennestad gartnerskole (semi-lukket veksthus) Kjølevifter i taket

29 Vi vil få takke Norges forskningsråd/matfondavtalen og Veksthusnæringen for samarbeide og finansiering av denne forskningen. 29

30 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 30