Dansk produktion af potteplanter og grønsager i væksthuse kræver et stort energiforbrug.
Tomater, agurker, potteplanter og krydderurter produceres på tider af året, hvor det normalt ikke er muligt på grund af lysmangel, for korte dage og for lave temperaturer.
I fremtiden kan det blive mere miljøvenligt at producere danske planter i væksthus.
Elforbruget i gartnerierne kan nedsættes markant ved at anvende software-baserede løsninger, hvor kunstlyset styres på baggrund af en beregning af elpriserne pr. time og prognosen for den kommende dags sollysindstråling.
I sådanne styringer tændes kunstlyset kun i de perioder, hvor der er et relativt overskud af billig, grøn energi på elnettet, og kun i perioder, hvor sollysindstrålingen er lav. Det betyder i praksis, at den samlede lysperiode i løbet af et døgn bliver delt i perioder med naturligt sollys kombineret med kunstlys og en eller flere perioder med kunstlys om natten.
Det er en udfordring at producere planter under sådanne forhold, da denne opdeling af lysperioden vil påvirke planternes døgnrytme og dermed også planternes vækst og blomstring.
Hos mennesker er jetlag en fysiologisk reaktion på en ændring i kroppens døgnrytme ved hurtigt at rejse gennem flere tidszoner.
Plantens biologiske ur
Evolutionen af planter og de fleste andre organismer er sket i et miljø, der ændres drastisk hver eneste dag, på grund af jordens daglige rotation.
Derfor har de fleste mekanismer i alle planter en døgnrytme, som reflekteres i ændringen fra nat til dag.
Fotosyntese sker kun om dagen, og de kulhydrater, som ikke umiddelbart bliver brugt til vækst, ophobes og bruges om natten til at opretholde vækst og vedligeholdelse.
Vandtransport og næringsoptagelse sker også hovedsagligt om dagen og nedreguleres om natten.
Selv bladenes og stænglernes vækst følger en rytme, som er forskellig fra plante til plante.
Døgnrytmen er reguleret sådan, at den fortsætter i en periode selvom planterne flyttes til konstant lys eller mørke.
Døgnrytmen er en del af plantens biologiske ur, og funktionen af uret er vigtig for den enkelte plantes timing af blomstring og tilpasning til ændringer i løbet af en vækstsæson.
Det biologiske ur opretholdes og ændres af såkaldte tidsgivere som lys og temperatur.
Disse tidsgivere sikrer, at planten altid er tilpasset til miljømæssige ændringer, for eksempel til den tiltagende daglængde om foråret.
Døgnrytmen hos mennesker styres af en lille gruppe celler i hjernen, der modtager impulser via synsnerven og nethinden.
De sikrer produktionen af hormonet melatonin, som er vigtig for menneskers velbefindende.
Planter har også en døgnrytme.
Faktisk har hver eneste celle i planten en døgnrytme, og den kan variere fra rod til skud.
Planternes døgnrytme regulerer processer som strækningsvækst, fotosyntese, vandtransport, næringsoptagelse og ikke mindst blomstring og afgivelse af blomsternes duft.
Hos nogle planter som roser, tomater og agurker påvirkes blomstring og blomsterudvikling ikke af ændringer i dagens fulde længde - man siger, at de er daglængdeneutrale.
Andre planter som campanula og rucola er langdagsplanter.
På de nordlige breddegrader blomstrer de sidst på foråret, når dagene begynder at blive rigtig lange.
I modsætning til disse planter er krysantemum en kortdagsplante, som kun kan blomstre, når natten er længere end 12 timer.
Ved Institut for Havebrugsproduktion blev der i efteråret 2009 lavet forsøg med roser, campanula og krysantemum.
Planterne blev dyrket i et væksthus, hvor kunstlyset udelukkende blev styret efter:
- en fastsat daglig fotosyntesesum (se boks), - den kommende dags forventede sollysindstråling og - elpriserne pr. time.
Når vejrudsigten for det kommende døgn lovede en skyet dag, var antallet af kunstlystimer højere i forhold til, når vejrudsigten for det kommende døgn lovede høj sol. Kunstlystimerne var placeret i de perioder, hvor elpriserne var lavest, hvilket oftest var mellem kl. 24 og 06 om natten.
Krysantemumplanternes vækst blev fulgt nøje, da vi tidligere har vist, at en ændring i daglængde umiddelbart ændrer bladenes vækstmønster.
Katrine Heinsvig Kjær er postdoc. ved Institut for Havebrugsproduktion, Forskningscenter Årslev, Det Jordbrugsvidenska-belige Fakultet, Aarhus Universitet.
Spørgsmålet var, om ændringen i dette vækstmønster også kunne måles i plantens overordnede vækst.
Forsøget viste, at krysantemumplanternes vægt, antal af blade, areal af blade og plantehøjde udelukkende var påvirket af den totale mængde lys og antallet af kunstlystimer, selv om plantens vækstmønster blev forstyrret af den opdelte lysperiode.
Da krysantemumplanterne sjældent oplevede en nat på 12 timer, blomstrede de aldrig.
Derfor kan de ikke dyrkes kommercielt i sådan et klima. Men det, at de ikke blomstrer, gør det muligt at vise, hvordan deres vækst er påvirket at den opdelte lysperiode.
Når planter går i blomst, stoppes bladvækst og stængelvækst ofte og knopsætning og knopvækst fremmes, hvilket gør det svært at adskille effekten af en behandling fra effekten af, at planten går i blomstring.
I forsøget satte roser og campanula blomster som forventet, og igen viste det sig, at det kun var den totale mængde lys, og ikke antallet af lysperioder, der havde en betydning for blomstring og blomsternes udvikling.
Ud fra resultaterne kan vi konkludere, at det er muligt at dyrke visse planter i væksthusklimaer, hvor kunstlyset udelukkende styres efter vejrudsigten og elpriserne i løbet af det kommende døgn, selvom dette sætter planternes biologiske ur ud af spillet.
Resultaterne har sat fokus på nye spørgsmål om, hvordan planters vækst og udvikling er koblet til planters døgnrytme.
Hvordan påvirkes den overordnede vækst af planten af forstyrrelser i plantens omsætning af næringsstoffer og kulhydrater, og forstyrrelse i bladvækstmønstre og stængelvækst?
Vores resultater viser umiddelbart, at betydningen af disse forstyrrelser er forholdsvis lille, i hvert fald for visse vækstparametre og visse planter.
Selv om rytmen i en krysantemumplantes bladvækstmønster bliver forskubbet, når natten forlænges, påvirker det altså kun bladenes voksetidspunkt, men ikke deres overordnede vækst.
Modsat ved vi fra andre studier, at også mønsteret i planters omsætning af kulhydrater ændres, når daglængden ændres. Men her bliver rytmen ikke bare forskubbet: Rytmen ændres også væsentligt.
Det er blevet foreslået, at nogle planter er i stand til at regulere ophobning af kulhydrater i bladene om dagen til senere brug af de samme kulhydrater om natten (en slags madpakke).
Når daglængden ændres fra lang til kort, omstiller planterne lynhurtig deres ophobningsrate og forbrugsrate til den nye daglængde. Når planterne udsættes for de opdelte lysperioder 'ved' planten aldrig, hvor hurtigt/langsomt den skal ophobe og forbruge kulhydraterne for at have nok til hele natten.
Teoretisk ville det kunne resultere i, at planten ikke kan lave noget i perioder, fordi den ingen forbrugsstoffer har til rådighed.
Hvor meget sådanne mekanismer betyder for forskellige plantetypers vækst, håber vi på at kunne belyse med fremtidig forskning.
Vores forskning har allerede nu haft en betydning for, hvordan campanula og roser dyrkes hos flere af de danske gartnere. Vores resultater viste, at campanula-gartnere kunne spare 24 % på eludgifterne, bare ved at flytte rundt på lysperioderne, så de lå på de billigste tidspunkter af dagen.
Hvis gartneren tilmed nedsatte mængden af lys ville besparelsen ligge på over 50 %, og planterne ville kun blive en smule mindre.
For produktionen af tomater og agurker er udfordringen lidt større, da disse planter allerede nu dyrkes i helt op til 18 timers lys. Men en idé til gartnerne kunne være at skrue ned for lyset i de dyre perioder og op for lyset i de billige perioder.
Man kunne også forestille sig, at tomater ville kunne produceres hurtigere og billigere i perioder med høj vindstyrke, hvor elprisen er lav på grund af en høj procentdel vindmøllestrøm, samt at gartnerierne ville kunne fungere som en bufferkapacitet for at undgå overbelastning af elnettet i sådanne perioder.
I fotosyntesen omdannes CO2 og vand til kulhydrater og ilt ved hjælp af lysenergi.
Det er en kompliceret proces, som inkluderer både fysiske og kemiske processer i planten.
Ved lave lysintensiteter er fotosyntesen udelukkende begrænset af lys.
Ved højere lysintensiteter er fotosyntesen derimod begrænset af temperatur og CO2.
Dette gør det muligt for gartnerne at optimere planternes optagelse af CO2 på solrige dage, ved at øge CO2-niveauet og temperaturen i væksthuset.
På overskyede dage kan de modsat lade temperaturen og CO2 -niveauet i væksthuset falde og derved spare energi.
Et relevant tal i forbindelse med dyrkning af planter er den daglige fotosyntesesum.
Denne beregnes ud fra en viden om den enkelte plantes maksimale fotosyntese målt i μmol CO2 optaget af planten ved en bestemt lysintensitet, og i forhold til temperatur og CO2.
Den daglige fotosyntesesum angives som et procenttal. Ved 100 % fotosyntesesum maksimeres temperatur og CO2, således at planten får de bedste betingelser for fotosyntese. Den maksimale fotosyntese er den højeste mængde CO2, som planten kan optage ved en bestemt lysintensitet.
For eksempel kan den optimale fotosyntesesum for krysantemumplanter dyrket ved en lysintensitet på 1000 μmol fotoner m-2 s-1, hvilket svarer til ca. 50 % af sollysets intensitet på en solskinsdag, opnås ved en temperatur på 30 ºC og en CO2-koncentration på 1000 ppm. Dette er praktisk uladsiggørligt og også meget dyrt i energi.
Derfor tilstræber gartnerne ofte at opnå en fotosyntesesum på 60-80 %, som giver optimal planteproduktion i forhold til energiforbrug. I vores forsøg er 'høj fotosyntesesum' 60 % fotosyntese og 'lav fotosyntesesum' 30 % fotosyntese. Fotosyntesesummen for kontrolklimaet ligger også på 60 %.
Lavet i samarbejde med Aktuel Naturvidenskab
Aktuel Naturvidenskab er et landsdækkende tidsskrift med nyheder og baggrund fra den naturvidenskabelige verden. Aktuel Naturvidenskab har til formål at synliggøre naturvidenskab i det danske samfund. Bladet udgives i et samarbejde mellem 10 danske forskningsinstitutioner.
Artiklerne er primært skrevet af fagfolk og henvender sig til læsere med en bred interesse for naturvidenskab. Det faglige niveau svarer til en "studentereksamen".
I Aktuel Naturvidenskab finder du artikler om:
Videnskab.dk bringer udvalgte artikler fra Aktuel Naturvidenskab.
