Vad är dynamisk klimatstyrning?

Det råder ett samband mellan ljus, temperatur och koldioxidhalt i förhållande till kulturens tillväxt.

Sammanfattningsvis:

Alltså, utnyttja gratisvärmen mer!

Denna artikel kommer ursprungligen från odlingsoptimering.se, som var en hemsida avsedd att dokumentera de undersökningar och experiment som inleddes 2004 i samband med svenska odlare, svenska och danska forskare, samt CM Teknik AB.

Lite förenklad växtfysiologi

Tillväxten hos en växt bestäms bl.a. av förhållandet mellan fotosyntes och respiration (andning). Vid assimilationen (av assimilare, göra lika) tillverkas växtens organiska byggstenar, kolhydrater, av vatten och koldioxid under inverkan av ljus.

Respirationen, andningen, fortgår hela tiden. Den är växtens inre energikälla och innebär en förbränning av en del av de produkter, kolhydrater, som byggts upp vid fotosyntesen.

Om fotosyntesen tillverkar mer kolhydrater än de som förbränns vid respirationen uppstår ett överskott, nettofotosyntes, som innebär den faktiska ökningen av växtens torrsubstans, tillväxten.

Bättre energiutnyttjande med dynamisk klimatstyrning

Eftersom fotosyntesen ökar med ökande ljus, temperatur och koldioxidhalt borde det vara en god idé att låta temperaturen och koldioxidhalten höjas vid ökande ljus. Solenergin är ju gratis. Vi kan inte styra solen, men vi kan ta till åtgärder för att utnyttja den maximalt. För att höja temperaturen i växthuset under inverkan av solen väntar vi med att lufta. Då ventilerar vi samtidigt inte ut den koldioxid som vi tillsätter luften. Därmed borde tillväxten öka ordentligt vid soligt väder.

Men vad händer vid mulet väder eller på natten? Jo, då låter vi temperaturen sjunka ordentligt, (inte mesigt, med någon grad, utan kanske 10°C), och väntar med eldningen. Därmed minskar andningen, som ju är temperaturberoende, och nettofotosyntesen ökar. BINGO!

Detta innebär en väsentlig energibesparing. Solenergi är gratis liksom minskad eldning. Dessutom uppnår vi ökad tillväxt!

Men...

Vid hög temperatur och mycket ljus fortgår fotorespirationen. Det innebär att tillväxtnettot minskar vid hög temperatur. Det är samma enzym, rubisco, som ombesörjer både fotorespiration och assimilation.

Enzymet rubisco, ribulosdifosfatkarboxylas/oxygenas, är det vanligaste enzymet i biosfären. Man uppskattar att upp till 40% av alla enzymer utgöres av rubisco. Orsaken till den stora mängden är att det behövs mycket eftersom enzymet är långsamt och närsynt. Det händer, att i stället för att ta in koldioxidmolekyler för omvandling till 3-fosfoglycerat (molekyl med tre kolatomer – C3), tar enzymet in syrgas och ökar respirationen samt tillverkar skräpprodukter som plantan sedan får bruka energi och besvär att bli av med. Det finns de som anser att just detta kan vara en orsak till att plantan blir trött. Minskad produktion, abortering av blad och fruktämnen kan uppstå. I grönsaksproduktion får man riva ut kulturen och ersätta den med en ny.

Kan vi göra något åt oönskad respiration och skräpproduktion?

Jodå. Enzymet rubisco kan luras en gång till. Om man ändrar förhållandet koldioxid/syre i luften till koldioxidens favör, kommer rubisco att missa en massa syremolekyler, som behövs för andningen, och i stället koncentrera sig på fotosyntesen. Detta innebär att vi kan få ökad produktion även om vi låter bli att lufta tills temperaturen överstiger 33°C. DUBBELBINGO!

Komplext förhållande

Det optimala förhållandet mellan ljus, temperatur och koldioxidhalt är komplext. Det är dock känt, åtminstone på cellnivå. Därför kan algoritmerna användas i en klimatdator för registrering och styrning.

Komponentbaserat, dynamiskt klimat

För att utnyttja de fysiologiska faktorerna som nämnts ovan kan man redan idag "skruva" sin klimatdator lite. Prova att sänka grundtemperaturen någon grad, öka det ljusberoende temperaturtillägget några grader, öka ljusberoende koldioxidtillägget några tiotal ppm. Se där! Redan c:a 5% energibesparing! Men här finns mycket mer att hämta…

Låt oss införa begreppet komponentbaserad klimatstyrning.

Som grund finns fotosynteskomponenten.

Den bestämmer storleken på tillväxten. Nu finns det skäl att övergå från fysikaliska parametrar som temperatur, fuktighet etc. till biologiska parametrar, som fotosynteshastighet t.ex. Hädanefter får växthusdatorn göra skäl för sitt namn. Det är datorns uppgift att räkna ut vilken temperatur, fuktighet etc. som behövs för att åstadkomma det biologiska målet.

Fotosyntesen påverkas inte bara av instrålning, koldioxidhalt och temperatur. Det finns också ett antal plantspecifika faktorer att ta hänsyn till. Varje växtart, och även sort, är specifik när det gäller utnyttjandet av ljus och förmåga till gasutbyte etc. Plantan har ofta också anpassat sig, adapterat, till en viss miljö som kan vara årstidsberoende, beroende på närheten till andra plantor, tidigare behandlingar mm. För varje växtomgång kan det därför, för största möjliga exakthet i styrningen, vara positivt med en mätningsserie som fastlägger plantans profil.

Viktigt är att upprätta en responskurva över fotosyntesens variation i förhållande till ljus, temperatur och koldioxidhalt samt stomatakonduktansen (förmågan till gasutbyte, CO2 vattenånga och syrgas ut och in genom klyvöppningarna i förhållande till belysning mm). Dessa värden kan sedan matas in i växthusdatorn för att modellen ska bli så korrekt som möjligt.

En hel rad komponenter kan uppställas för ett komplett komponentstyrt, dynamiskt klimat. En del är anläggningsspecifika, t.ex. luftningsluckornas funktion och påverkan på den plantnära miljön.

Andra är kulturspecifika, t.ex förhållanden som ska råda för en viss utveckling av plantan, styrning mot generativ eller vegetativ fas, undvikande av kondens på plantan etc.

Vilka plantor fungerar enligt fotosyntesmodellen?

Alla C3-plantor fungerar. Cirka 94% av alla växtarter på jorden är s.k. C3 - plantor. Dessa kännetecknas att vid kolfixeringen blir den första produkten en molekyl med 3 kolatomer - C3.

Några begrepp

Adjektivet dynamisk är synonymt med självrörlig, d.v.s. något rör sig, eller ändras av sig själv i förhållande till något annat. Motsatsen är statisk, fast, fastlagd, d.v.s. något förblir fast, opåverkat i förhållande till något annat. Klimat är ett meteorologiskt begrepp som vi felaktigt använder i Sverige i växthussammanhang. Vi avser därmed miljön runt plantorna, i växthusluften, med avseende på temperatur och luftfuktighet. Under senare år har vi även tillfogat t ex koldioxidkoncentration, belysningsstyrka och luftrörelse till begreppet växthusklimat. Med klimatstyrning i växthus avses en kombination av både styrning och reglering, vilket innebär att begreppet klimatstyrning är en styrkedja som i några av sina delar innehåller reglering.

Dynamisk klimatstyrning kan ha olika innebörder. Sålunda innebär dynamisk klimatstyrning ibland att man under ett dygn t.ex har olika temperaturer under olika perioder, s.k. tidzoner. I detta fall styr alltså tiden den rörliga temperaturen. Men dynamiken kan också kopplas till andra faktorer, t.ex ljuset. På detta sätt kan man få en ljusberoende temperatur eller koldioxidhalt i luften. Det är den senare funktionen som vi hädanefter avser med begreppet dynamisk klimatstyrning.

Författarens epilog

Ovanstående är ett försök att populärt redogöra i stort för de förhållanden och den filosofi som ligger bakom begreppet dynamisk klimatstyrning som författaren ser det. Eftersom författaren saknar djupgående bildning i ämnet kan felaktigheter och alltför generaliserande slutsatser förekomma i texten. Han ser gärna att påpekanden från personer som vet bättre (besserwissers) kommer till hans kännedom, t ex genom ett e-mail till olle@cmteknik.se.

Olle Magnusson
CM Teknik 2003-11-02