Klimat

Klimat szklarni jest jednym z ważniejszych czynników wzrostu roślin (jeżeli nie najważniejszym). Dlatego warto optymalizować klimat, by ulepszyć wyniki produkcyjne.

Najnowsze badania dowiodły, iż aktywność roślin można pobudzić jednocześnie podwyższając temperaturę i wilgotność względną (RH). Gdy temperatura jest wyższa nie trzeba tak często wentylować szklarni i więcej CO2 pozostaje wewnątrz . Skutkuje to wyższą asymilacją. Aby było to możliwe potrzeba więcej światła (=energii). Można wpuścić więcej światła, lecz roślina musi być w stanie efektywnie wykorzystać dodatkowe światło. Wykorzystując wiedzę z zakresu fizyki z wiedzą o roślinach można jeszcze bardziej zoptymalizować uprawę.

Aktywowanie uprawy
W ciągu dnia słońce dostarcza roślinom energii koniecznej do zachowania aktywności. Dochodzi do fotosyntezy, a następnie do ewaporacji. Nocą lub w dni, kiedy promieniowanie słoneczne jest zbyt niskie, sytuacja wygląda inaczej. By aktywować rośliny, konieczna jest rekompensata światła słonecznego. Oznacza to, że rośliny muszą ewaporować. W przypadku niskiej wilgotności względnej ewaporacja jest wyższa i to właśnie jest aktywny klimat. Jeżeli natomiast wilgotność względna jest wyższa, zdolności do ewaporacji jest ograniczona i klimat trzeba aktywować sztucznie.

Rodzaje ewaporacji
Ewaporacja w największym stopniu spowodowana jest promieniowaniem. Można ją porównać do pary uwalnianej przez czajnik z gwizdkiem. Promieniowanie podgrzewa wodę zawartą w roślinie, która zostaje uwolniona przez aparaty szparkowe.

rare-fratsen-met-kokend-water

Ewaporacja spowodowana promieniowaniem (ewaporacja typu czajnik z gwizdkiem)

Powietrze, które zostało podgrzane i jest cieplejsze od otoczenia unosi się do góry. Ten ruch do góry to konwekcja. Ewaporacja występująca przy konwekcji to tak zwana ewaporacja „wilgotnej cebuli” i można ją porównać do suszącego się prania. Ewaporacja towarzysząca konwekcji jest niezależna od promieniowania. Ta ewaporacja może przebiegać zarówno w dzień jak i w nocy. Wymagane ciepło dostarczane jest za pośrednictwem konwekcji.

wasEwaporacja towarzysząca konwekcji

Konwekcja

Roślina może absorbować i emitować energię poprzez konwekcję. Dzieje się tak, gdy powietrze w szklarni przepływa obok liści rośliny i jest różnica temperatur pomiędzy liściem a powietrzem. Jeżeli liść jest cieplejszy niż powietrze, energia jest uwalniana, a jeśli liść jest chłodniejszy, energia jest dostarczana. Obieg powietrza jest ważnym czynnikiem w całym procesie. Kiedy powietrze jest nieruchome, temperatura liści i bezpośrednio otaczającego go powietrza (tak zwana warstwa graniczna) jest taka sama i nie dochodzi do wymiany energii. Im szybszy jest przepływ powietrza, tym większa wymiana energii.

W przypadku niewystarczającego promieniowania ewaporacja musi być zapewniona za pośrednictwem konwekcji. Przy niskiej wilgotności względnej możliwa jest szybsza, efektywna ewaporacja. Wykorzystując przepływ powietrza można wymusić wymianę energii za pomocą konwekcji. Pozwoli to utrzymać ewaporację uprawy także przy większej wilgotności względnej. Klimat korzystny dla aktywnego wzrostu rozpoczyna się od dobrego przepływu powietrza wokół roślin. Dodatkową zaletą jest zredukowanie różnic temperatur oraz brak akumulacji wokół rośliny.

IMAC -overzicht snij anthurium gesloten doekenCięte Anthurium w szklarni pod zaciągniętą cieniówką

Wyższa temperatura i większa wilgotność względna (RH)
Od dawna wiadomo, ze roślina lepiej zachowuje się w warunkach wyższej temperatury i większą wilgotności względnej. Innymi słowy: stres roślin można często lepiej kontrolować za pomocą większej wilgotności względnej.

Intensywne światło słoneczne w połączeniu z niską wilgotnością względną szybko powoduje stres u rośliny, gdyż nie jest w stanie poradzić sobie z nadmierną utratą wody spowodowaną ewaporacją. Przy wyższej wilgotności względnej rośliny często lepiej rosną, gdyż ewaporacja jest mniejsza i roślina może lepiej absorbować CO2. To generuje większa asymilację a w konsekwencji lepszy wzrost. Anthurium nie jest w stanie wchłonąć dużo wody. Dlatego tak ważne jest by ograniczać ewaporację.

Większość roślin za pośrednictwem ewaporacji uwalnia 60% ciepła pochodzącego z promieniowania. Rośliny mogą także uwalniać nadmiar energii poprzez promieniowanie zewnętrzne, odbicie i konwekcję. Jeżeli tylko równowaga pomiędzy tym co zostaje uwolnione a tym co zostanie dostarczone zostanie zachowana, roślina rośnie w aktywnym klimacie. Równowaga energetyczna jest dobra, a roślina może wykorzystać nadwyżkę energii do utrzymania ewaporacji.

Gdy promieniowanie przenika do szklarni temperatura rośliny jest zazwyczaj wyższa niż temperatura pokojowa. W takiej sytuacji ilość odparowywanej wody jest niewystarczająca, by uwolnić całe promieniowanie słoneczne. Jeżeli temperatura rośliny jest wyższa, uwalnia więcej energii za pośrednictwem konwekcji i promieniowania, powstaje nowy stan równowagi.

IMAC phalaenopsis ventilator
Wentylator w uprawie Phalaenopsis.

Za pomocą aparatów szparkowych roślina sama reguluje temperaturę liścia, a jednocześnie proporcję pomiędzy konwekcją/promieniowaniem i ewaporacją. Gdy aparaty szparkowe są zamknięte, temperatura rośliny nadmiernie wzrasta, a fotosynteza zostaje wstrzymana, gdyż roślina nie może absorbować wystarczającej ilości CO2.

Przy większym poziomie wilgotności w szklarni roślina jest w stanie przetworzyć więcej promieniowania, które przeniknęło do szklarni. Jest to konsekwencja faktu, iż w takiej sytuacji roślina wyewaporuje mniej wody. Niedobór wody następuje wówczas dużo później, czego skutkiem jest zdolność uprawy do dalszego i dłuższego regulowania temperatury uwalnianej podczas ewaporacji. Przy przymkniętych, lecz niecałkowicie zamkniętych aparatach szparkowych większa ilość promieniowania może zostać wykorzystana do asymilacji i więcej ciepła zostanie wyemitowane poprzez konwekcję.

Stosując m.in. system zamgławiania, większa ilość ciepła jest wydzielana z powietrza szklarni przez aplikację wody. Utrzymując wyższą temperaturę i większą wilgotności względną w szklarni oznacza, że wentylacja będzie potrzebna później a więcej CO2 pozostanie wewnątrz szklarni, w wyniku czego wzrasta asymilacja. Jeżeli utrzymanie wilgotności względnej na standardowym poziomie nie jest możliwe, trzeba będzie wcześniej zaciągnąć cieniówki, by uchronić rośliny przed stresem (* Source).

IMAC Phalaenopsis schermenCieniówki nad Phalaeopsis

Promieniowanie wychodzące ze szklarni i zamykanie cieniówek
Promieniowanie to ciepło, które odczuwa się stojąc naprzeciw pieca. Promieniowanie wychodzące to zjawisko, które oznacza, że dany przedmiot może ostygnąć w wyniku wyemitowania długofalowego ciepła grzewczego. Można doświadczyć promieniowania wychodzącego stojąc w ciepłym pomieszczeniu/szklarni blisko zimnego okna. W wyniku promieniowania wychodzącego temperatura roślin spada poniżej temperatury w szklarni. To podwyższa ryzyko obniżenia się temperatury rośliny poniżej punktu rosy powietrza szklarni, a w rezultacie zmoczeniem uprawy (* Source).

W przypadku niskiego promieniowania wchodzącego, gdy cieniówki pozostają otwarte, szybko dochodzi do sytuacji, gdy promieniowania wychodzącego jest więcej niż promieniowania wchodzącego. Warto pamiętać, że przy czystej wodzie (niezależnie od temperatury na zewnątrz) promieniowanie wychodzące może szybko osiągnąć wartość od 50 do 100 W/m2. Jeżeli promieniowanie wychodzące wynosi 100 W, a promieniowanie wchodzące również 100 W, to w dalszym ciągu dochodzi do strat ciepła w wysokości 30 W i efektywności promieniowania wchodzącego rzędu 70%, ze względu na promieniowanie wychodzące. Traci się także ciepło, jeżeli temperatura szklarni jest wyższa niż temperatura na zewnątrz (przez konwekcję). Oznacza to, iż temperatura roślin spadnie poniżej temperatury szklarni, co z kolei doprowadzi do ograniczenia lub zatrzymania ewaporacji.

Z tego względu, w przypadku niższych temperatur na zewnątrz, w uprawie Anthurium warto zamknąć cieniówki gdy promieniowanie wchodzące spada poniżej ±150 W/m2. W uprawie Phalaenopsis potrzebne jest promieniowanie w wysokości 120 W/m2 by można otworzyć cieniówki bez konieczności dodatkowego grzania przy temperaturze na zewnątrz 12⁰C oraz minimalnym wykorzystaniu rur.

Dlatego często bardzo ważne jest utrzymywanie zamkniętych cieniówek przez dłuższy czas rano oraz wcześniejsze ich zamykanie po południu lub wieczorem aby uniknąć zbyt dużego promieniowania wychodzącego. Gdy zostanie rozwieszona dodatkowo folia promieniowanie wychodzące jest prawie takie samo, lecz mniej ciepła zostanie stracone przez konwekcję. Można także zostawić inne cieniówki otwarte przy niższym promieniowaniu wchodzącym by uzyskać dla uprawy więcej promieniowania wchodzącego, zwłaszcza w pochmurne dni.

Pozycja słońca a umożliwienie dostępu światła
Ilość światła słonecznego otrzymywanego przez powierzchnię ziemi na metr kwadratowy zależy od odległości ziemi od słońca oraz od pozycji słońca nad horyzontem. Ilość promieniowania zmienia się w czasie dnia, a także w ciągu roku. W obszarach okołorównikowych ilość promieniowania zmienia się głównie w ciągu dnia, natomiast jej prawie taka sama w czasie całego roku.

IMAC zonne hoekWpływ wysokości słońca nad horyzontem na ilość promieniowania na metr kwadratowy

Pozycja słońca nad horyzontem w zimie jest niższa, dlatego ma metr kwadratowy trafia mniej promieniowania słonecznego. Gdy pozycja słońca nad horyzontem jest niska, więcej światła zostaje przechwycone przez atmosferę, ale także szklarnia i instalacje przechwycą relatywnie więcej światła.

KnipselWpływ wysokości słońca nad horyzontem na ilość promieniowania na metr kwadratowy .

W Holandii suma promieniowania w letnich miesiącach jest dziesięć razy większa niż w miesiącach zimowych. Ilość promieniowania bezpośredniego w miesiącach zimowych jest również mniejsza niż latem. Ilość promieniowania bezpośredniego zimą wynosi przeciętnie 20%, natomiast w lecie wynosi około 40%.

Udział światła PAR w ogólnej sumie światła także się zmienia. W pochmurne dni ilość światła PAR wzrasta. Im większe jest zachmurzenie, tym mniejsza jest całkowita ilość promieniowania wchodzącego (patrz tabela 1). Zarówno wysokość słońca pod horyzontem jak i zachmurzenie mają znaczny wpływ na intensywność oraz skład światła dziennego.

Natężenie napromieniowania światła dziennego w W/m2 i w ujęciu procentowym.
zonhoogte bewolkings- totale
graad instraling
(graden) (%) (W/m2)
40 0 680,7
10 0 52,9
40 3 595,2
40 10 387,9
40 30 200,5
40 100 69,2

Tylko część całkowitego promieniowania oraz światła PAR dociera do szklarni. Zwłaszcza szkło lub folia w szklarni mają wpływ na całkowitą transmisję światła do wnętrza szklarni. Ze względu na dużą ilość naturalnego promieniowania rozproszonego transmisja promieniowania rozproszonego dla szkła lub folii jest także ważna przez cały rok. Ponadto, transmisja promieniowania bezpośredniego jest również czynnikiem determinującym całkowitą sumę światła w szklarni oraz na uprawie.

Zimowy klimat i zimowy liść
W Holandii, i w innych krajach położonych daleko od równika, w zimie do najkrótszego dnia w roku ilość promieniowania wchodzącego obniża się znacznie ze względu na niższą pozycję słońca nad horyzontem i większe zachmurzenie. W konsekwencji od początku zimy można wpuszczać większą ilość promieniowania, ale mimo to całkowita suma światła i tak będzie się zmniejszać. Ze względu na niższa sumę światła wzrost znacznie spowalnia, a w rezultacie rozwijające się liście są słabsze. Ponieważ Anthurium i Phalaenopsis nie rosną tak szybko, liście uformowane zimą rozwiną się w pełni bliżej wiosny.

Kilka tygodni po najkrótszym dniu w roku promieniowanie wchodzące znacznie wzrasta, dzięki połączeniu wyższej pozycji słońca nad horyzontem z mniejszym zachmurzeniem. Oznacza to, iż od lutego uprawa otrzymuje znacznie więcej energii niż w czasie, gdy wykształca się liść. Zimowy liść, obecny już wówczas na roślinie, często nie jest w stanie przetworzyć zwiększoną ilość energii. Dlatego należy wtedy zaciągnąć cieniówki przy mniejszym promieniowaniu, aby rośliny mogły przyzwyczaić się do większej ilości wnikającego promieniowania. Gdy uprawa przestawi się na funkcjonowanie w warunkach większego promieniowania będzie w stanie lepiej przetworzyć większą ilość promieniowania, jeżeli w szklarni zachowany zostanie duży poziom wilgoci.

Lepsze zrozumienie praw fizyki i wiedza o roślinie pomoże Państwu poprawić klimat, a w konsekwencji zoptymalizować uprawę.

Niniejszy artykuł przygotowano we współpracy z Bureau IMAC. W przypadku pytań lub w celu otrzymania dodatkowych informacji, prosimy o kontakt z Bureau IMAC.

* Source: Van Weel, P.A. en van Voogt, J.O. 2012, ‘Physical analysis of the moisture and energy balance of a greenhouse.’ Wageningen University Cultivation under glass (report GTB1185).