Ieguldījums izaugsmei: Jaunas zināšanas par apgaismojumu efektivizē ražošanu

Rīgas Tehniskās universitātes un Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes kopīgā projekta rezultāti ražotājiem palīdz izvēlēties vispiemērotāko risinājumu.

Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) un Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes (LBTU) pētnieku līdzšinējos galvenokārt ES atbalstītajos pētījumos uzkrātās zināšanas par apgaismojuma ietekmi uz augiem segtajās platībās palīdz un arī turpmāk palīdzēs ikvienam saimniekam izvēlēties vispiemērotāko audzēšanas modeli. Abu universitāšu pirms pieciem gadiem īstenotais ERAF projekts "Jaunu vadības metožu izstrāde siltumnīcu augu apgaismojuma sistēmām to enerģētisko un ekoloģisko parametru uzlabošanai (uMol)" patlaban rod turpinājumu jaunu siltumnīcu apgaismojuma tehnoloģiju izveidē un audzēšanas metožu lietošanā.

No plēvēm līdz LED

LBTU Pārtikas tehnoloģijas fakultātes profesore Ina Alsiņa par gaismas pētniecības sākumu Latvijas siltumnīcās nosauc aizvadīto gadsimtu miju. Saimnieki ar pieredzi lauksaimniecībā noteikti atceras krāsu apgaismojuma ienākšanu segtajās platības pirms aptuveni 25 gadiem, kad plēvju pārdevēji solīja "būtisku ražas palielinājumu" atkarībā no plēves krāsas. 

Tomātiņiem ieteica sarkanās krāsas plēvi, gurķīšiem – dzelteno vai zilo plēvīti. "Gaismas caurlaidība dažādu krāsu plēvēm atšķiras. Vēlāk izrādījās, ka plēvju ražotāji krāsu pievieno tāpēc, lai zinātu, vai plēve ir stabilizēta. Kāda krāsa pagadās, tādu piešauj. Tirgotāji izrādījās radoši un prasmīgi plēves pārdevēji. Tolaik sākās pētījumi, kuros secināja, ka gurķiem zem krāsu plēves izmainījās sievišķo un vīrišķo ziedu attiecība un ka zem plēvēm augus apsēda dažādi mošķi" atgādina I. Alsiņa.

Nākamais posms apgaismojuma krāsas lietojumam bija mulčas seguma krāsa. Mulčas krāsa patiešām ietekmē audzēšanu ar siltuma režīmu – zem baltas mulčas augsne būs vēsāka nekā zem melnas mulčas. Vēlāk piedāvātas krāsainās būvniecības plēves. "Zem tām izaudzētajai ražai bija diezgan interesanti rādītāji, vislabāko gurķu ražu vāca uz dzeltenas mulčas plēves," teic profesore I. Alsiņa. Tomēr plašu lietojumu iepriekš aplūkotā krāsainās mulčas metode neguva. Citās valstīs izmantojot arī dažādas krāsas ēnojamos sietus. Latvijā tie parasti ir zaļi. Iespējams, mainās gaismas tonis. "Pasaulē ir pat ražotāji, kas izgatavo ēnojamos sietus gaismas izkliedēšanai. Šādu metodi piedāvā galvenokārt valstīs, kur izaicinājums ir liels karstums," teic I. Alsiņa.

Ina Alsiņa: "Raža, tās kvalitāte, izmaksas, toskait par enerģiju, ir atkarīgas no tā, ko saimnieks vēlas audzēt un kā audzēt. Svarīga ir pat šķirne."

Foto: Uldis Graudiņš / Latvijas Mediji

Pēdējais inovācijas vilnis segto platību apgaismojuma nozarē ir LED lampas, kuru salīdzinājumu (ietekmi uz vairākiem kultūraugiem segtajās platībās) ar nātrija un indukcijas lampām veica arī aplūkotajā projektā. 

Profesore Alsiņa teic, ka viss – raža, tās kvalitāte, izmaksas, toskait par enerģiju, – ir atkarīgs no tā, ko saimnieks vēlas audzēt un kā audzēt. Svarīga ir pat šķirne. 

I. Alsiņa uzskata – ja šķirne ir veidota, izmantojot nātrija lampas, tad prasības tai ir vienas; ja selekcija notikusi, izmantojot LED gaismekļus, tad prasības ir citas. 

"Neviens neapšauba gaismas ietekmi uz augu. Jautājums ir par to, kurā dzīves posmā kuru gaismu augam vajag vairāk. Jaunākam augam var būt vajadzīgs lielāks zilās gaismas īpatsvars; kad augs sāk ražot, var palielināt sarkanās gaismas īpatsvaru, kas rosina fotosintēzi. Tad dārzeņu būs vairāk un tie būs saldāki. Pēc kādiem nosacījumiem pircējs veikalā izvēlas tomātus un citus dārzeņus? Lielākajai pircēju daļai vissvarīgākais izvēles nosacījums ir produkta cena. Komerciāli veiksmīgam produktam/dārzenim noteikti ir pircējiem pieņemama cena, labs izskats un lai pārdevējam ērti to tirgot – auglis ar pietiekami biezu mizu. Diemžēl garšas īpašības lielākajā daļā pirkumu atrodas gandrīz pēdējā vietā. Ņemot vērā arī šķirnes īpatnības, ar gaismu var ietekmēt dārzeņa garšu. Var palielināt, piemēram, cukura daudzumu. Ko tas nozīmē? Ja notiek fotosintēze, tad ir jāvērtē – vai vēlies mazāku ražu un saldākus dārzeņus vai vairāk un, iespējams, ne tik kvalitatīvus dārzeņus. Un atkal šeit rodas audzēšanas dilemma?" tā Alsiņa.

Divu universitāšu sadarbības projekts

RTU Industriālās elektronikas un elektrotehnikas institūta docents Ansis Avotiņš uzskata, ka trīs dažādu gaismekļa veidu – LED, nātrija un indukcijas – ietekmes salīdzinājums uz dārzeņiem un energoefektivitātes mērījumi aplūkotajā projektā bija likumsakarīgi tāpēc, ka LED apgaismojumu tolaik izmantoja iekštelpās un arī ielās. "Lauksaimnieki interesējās, kādas tehnoloģijas izmantošana augu apgaismošanai ir visefektīvākā. Pirms LED spuldžu apgaismojuma plaši tika lietots nātrija spuldžu apgaismojums, kas salīdzinoši zemās efektivitātes dēļ izstaro gan siltumu, gan arī gaismu. Atšķirībā no gāzizlādes spuldzēm ar LED diožu tehnoloģiju var izveidot jau konkrētāku spektra sastāvu – ražotājs var vieglāk mainīt gaismas sastāvu un veidot to tuvāku tam, ko augam patiešām vajag, līdz ar to mēs pirmām kārtām iegūstam efektivitāti uz pašas izmantotās tehnoloģijas gaismas atdeves, turklāt, izmantojot augam precīzāku spektru (diodes jaudu, skaitu, u. tml.), mēs iegūstam vēl papildu efektivitāti, ko iepriekš nebija iespējams tik elastīgi pielāgot. Tātad potenciāls energoefektivitātei bija diezgan augsts, un to bija nepieciešams izpētīt arī praktiskā lietojumā," LED apgaismojuma svarīgumu lauksaimniecībā raksturo A. Avotiņš.

Pirms aplūkotā projekta Latvijā par gaismas spektra ietekmi uz augiem, toskait uz dārzeņiem, bija zināms maz. Projekta laikā LBTU pētnieki vērtēja gaismas spektra ietekmi uz salātu, tomātu un gurķu kvalitāti. Industriālā partnera SIA "ELTEX" inženieri divās siltumnīcās Jelgavā un Mežvidos uzstādīja gaismekļus un projekta laikā izveidotos RTU IoT sensorus, tie tolaik arī bija liels jaunums. Ar IoT sensoriem monitorē apkārtējo vidi – gaisa temperatūru, mitrumu, CO2, augsnes pH, EC, augu svara pieaugumu un citus rādītājus. 

"Parasti industriālās siltumnīcas mēra šos parametrus aptuveni centrā, sanāk vidējā temperatūra siltumnīcā, un siltumnīcas automātika vada izpildmehānismus pēc šo sensoru rādījumiem. Mēs savas mērīšanas ierīces salikām daudz plašāk un izveidojām 48 mērījumu punktus sešās dažādās vietās un augstumos. Secinājām, ka starp augstāko un zemāko punktu bija 20–30 procentu liela temperatūras un mitruma atšķirība. Rādītāju atšķirības bija arī atsevišķos siltumnīcas stūros. Tātad šeit parādās jaunas iespējas procesa optimizēšanai. Gaismas parametrus, kas krīt uz tomātu lapām, kopā ar Inas Alsiņas komandu mērījām visā lielajā "Mežvidu" siltumnīcā. Īpašu uzmanību pievērsām rindām ar dažādajām gaismekļu kombinācijām " tā A. Avotiņš. 

"Philips" starprindu apgaismojuma gaismeklis SIA "Latgales dārzeņu loģistika" industriālajā tomātu siltumnīcā "Mežvidi".

Foto: Publicitātes / Latvijas Mediji

"Mežvidu" siltumnīcā galvenokārt tiek izmantots nātrija lampu apgaismojums, bet bija trīs rindas ar LED augšējo apgaismojumu, un daļā rindu tika izmantots arī dubultais LED starprindu apgaismojums. Papildus tam tika vērtēta arī iecere tomātu audzēšanā izmantot nātrija spuldzes un LED korektoru, kas pielabo gaismas spektru tuvāk dienasgaismai. Šī iecere sevi īsti neattaisnoja, lai gan pirmajā versijā – ar mazāku zilā spektra daudzumu – uzrādīja pat papildu ražas ieguvumu īsākā periodā. "Palika neskaidrs jautājums, kā pareizāk veidot šo papildu korektoru ieslēgšanu/izslēgšanu un regulēt intensitāti atkarībā no saņemtās saules vai nātrija lampu gaismas daudzuma. Tātad ir neatrisināts vadības automātikas jautājums atkarībā no audzēšanas procesa vajadzībām," tā A. Avotiņš.

Kā reaģēja augi

LED gaismeklis tērē vairāk nekā 30% elektroenerģijas mazāk salīdzinājumā ar nātrija gaismekļiem un par 56% mazāk salīdzinājumā ar indukcijas gaismekļiem, secināja pētnieki, vērtējot salātu, tomātu un gurķu ražas trīs gadu ilgā periodā gan industriālajā siltumnīcā "Mežvidos", gan arī LBTU siltumnīcā Jelgavā. Eksperimentos ar salātiem secināts, ka sarkanā gaisma rosināja augu garuma palielināšanos un novēroja gaismas spektra un auga masas korelāciju. Labāki rezultāti sarkanā spektra gaismā tika novēroti salātu šķirnei 'Michalina', bet zilā gaisma stimulēja masas palielināšanos šķirnei 'Dubacek'.

Auga reakcija uz gaismas spektru mainījās augu ontoģenēzes laikā. Zem luminiscences lampas kultivētajiem augiem bija vairāk hlorofila. Komerciāls LED apgaismojuma avots stimulēja sausnas uzkrāšanos salātu lapās. Eksperimentos arī secināja, ka, veģetācijas laikā apgaismojot augus ar indukcijas lampām, tiem bija lielāks fenolu īpatsvars un labāki citi rādītāji nekā LED lampu apgaismojumā, tomēr tie bija būtiski atkarīgi no šķirnes. Vēl viens secinājums – šķirnei 'Dubacek' LED apgaismojums nodrošina augstākus rezultātus salīdzinājumā ar indukcijas lampu. Kopumā vislabākie rezultāti salātu audzēšanā sasniegti, izmantojot nātrija lampas.

Eksperimentos ar tomātiem pētnieki secināja, ka gaismas avots neietekmē vairākus rādītājus, tostarp sausnas saturu, garšas indeksu, Briksa indeksu. Savukārt apgaismojuma spektrs būtiski ietekmē antioksidantu un augu sekundāro metabolītu daudzumu. C vitamīna daudzums ir atkarīgs no tomātu šķirnes un papildu apgaismojuma. Sarkano tomātu šķirnēm 'Diamont' un 'Encore' ieteicamas LED lampas, bet dzeltenajiem (šķirne 'Balzano') un brūnajiem tomātiem (šķirne 'Chocomate') visaugstākos rezultātus ieguva, izmantojot nātrija lampas. Eksperimenti parādīja, ka likopēna daudzums tomātu augļos ir atkarīgs no šķirnes, bet papildu zilā gaisma stimulē likopēna uzkrāšanos.

"Mežvidu" industriālajā siltumnīcā dzelteno tomātu šķirni 'Balzano' audzēja zem divām dažādām gaismām: tikai zem LED gaismas un jauktā gaismā – ar nātrija lampu apgaismojumu no augšas un LED kā starpapgaismojumu. Salīdzinot iegūtos rezultātus, nevienam no analizētajiem parametriem nekonstatēja būtiskas atšķirības atkarībā no izmantotajiem gaismas avotiem. Sarkano tomātu šķirni 'Encore' audzēja divu veidu apstākļos – gan ar nātrija spuldzēm augšpusē un LED vidū, gan arī ar nātrija spuldzēm un papildu zilu gaismu. Audzējot ar pēdējo minēto metodi, sausnas satura kāpums bija vidēji par 5%, šķīstošās sausnas, kas raksturo cukuru daudzumu, vidējais pieaugums – par 6%, organisko skābju satura pieaugums – par 10% un likopēna saturs – vidēji par 15%.

Papildu zilās gaismas ietekmi uz C vitamīna un beta-karotīna saturu tomātos nefiksēja. Eksperti uzsver, ka visi vērtētie rādītāji būtiski mainās atkarībā no tomātu šķirnes.

Secinājumi gurķu audzēšanā bija šādi: gurķu augi, kas audzēti zem COB Helle top LED 280 lampām vidēji bija mazāki, ar mazāku hlorofila, karotinoīdu un fenolu daudzumu, bet lapām bija augstāka hlorofila a un b attiecība un īpatnējais lapu laukums salīdzinājumā ar tradicionāli siltumnīcās izmantotajām augstspiediena nātrija lampām. Ar indukcijas lampu apgaismojumu audzētie gurķu augi vidēji bija īsāki, bet ar lielāku lapu laukumu, ar augstāku hlorofila un karotinoīdu saturu, bet samazinātu fenolu daudzumu. Neskatoties uz to, ka augi labi aug un normāli attīstās zem visām lampām, rezultāti rādīja, ka gurķiem vispiemērotākās ir nātrija lampas. 

Gurķu augi, kas audzēti zem Helle top LED 280 lampām sākuma attīstības stadijā bija mazāki, ar mazāku lapu virsmu, mazāk hlorofila, karotinoīdu un fenolu, bet lapām bija augstāka hlorofila a un b attiecība. Sausnas saturs bija mazāks salīdzinājumā ar parasto augstspiediena nātrija lampu (HPS). Zem indukcijas lampām audzētie gurķi augu attīstības sākuma stadijā vidēji bija īsāki, bet ar lielāku lapu laukumu, augstāku hlorofila un karotinoīdu saturu, bet zemāku fenola saturu. Augiem bija raksturīgs lielāks lapu laukums, mazāk sausnas un mazāks lapu īpatnējais laukums. Lai gan augi labi aug un normāli attīstās zem visām lampām, rezultāti rādīja, ka gurķiem vispiemērotākās ir nātrija lampas.

Ansis Avotiņš: "Viens no vissvarīgākajiem projekta ieguvumiem bija tā starpnozaru sadarbības dimensija. Katra universitāte ir specializējusies savā virzienā, kas ļauj uz izaicinājumiem lūkoties no atšķirīgiem skatpunktiem un apvienot zināšanas mērķa sasniegšanai."

Foto: Uldis Graudiņš / Latvijas Mediji

Rosināja citus pētījumus

Docents A. Avotiņš uzsver – viens no vissvarīgākajiem projekta ieguvumiem bija tā starpnozaru sadarbības dimensija. "Katra universitāte ir specializējusies savā virzienā, kas ļauj uz izaicinājumiem lūkoties no atšķirīgiem skatpunktiem un apvienot zināšanas. Divu universitāšu cieša sadarbība ES projektos Latvijā tai laikā bija salīdzinoši liels retums. Mēs to īstenojām un iecerētos mērķus sasniedzām, tieši sadarbojoties. Projektā iegūto informāciju izmantojam citos apgaismojuma tēmas pētījumos," tā A. Avotiņš. 

Gan viņš, gan arī profesore I. Alsiņa par svarīgu projekta devumu nosauc studentu gatavotos bakalaura un maģistra darbus, izmantojot projektā gūtos mērījumus. Sagatavotas arī sešas starptautiskās publikācijas SCOPUS datu bāzē. A. Avotiņš teic, ka mākoņdatošanas pakalpojumi mazo siltumnīcu saimniekiem ir pārāk dārgi, tāpēc RTU eksperti IRIS2 projekta ietvaros ir iecerējuši piedāvāt izveidoto sensoru rasējumus, kodu un apmācību kursus, lai plašāks interesentu loks un paši to var uzbūvēt. Notiek arī sadarbība ar Bulduru dārzkopības tehnikumu. Docents Avotiņš uzsver – Latvijas segto platību saimniekiem iespējami ātrāk vajadzētu sākt izmantot kooperācijas priekšrocības – kopīgi pasūtot dažādus tehnoloģiskus risinājumus, ir mazākas izmaksas un zināšanas iegūst liels daudzums saimnieku. 

"Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes laboratorijai un Inai Alsiņai ir vajadzīgās zināšanas un iekārtas dažādu testu veikšanai. Ir jāzina, kā ar noteiktu tehnoloģiju izaudzēt garšīgus tomātus. Mēs patlaban konkurējam ar dienvidvalstīs pēc atšķirīgas tehnoloģijas audzētiem tomātiem. Latvijā ir lielisks ziemeļu klimats, no dienvidvalstīm atšķirīgas gaisa temperatūras svārstības, cits gaismas spektrs. Garšas īpašības mūsu dabas apstākļos audzētajiem dārzeņiem ir labākas nekā dienvidu valstīs audzētajiem produktiem. Arābu valstīs šādus produktus izaudzēt nemāk, tomēr arābi vēlas tieši ziemeļu garšu. Mūsu zināšanu par dārzeņu audzēšanu segtajās platībās eksportam varētu būt labas nākotnes perspektīvas, bet tam ir nepieciešams finansējums pētījumiem un reāli, zinoši cilvēki," uzskata A. Avotiņš.

"Latvijā ir iegūtas jaunas zināšanas par šo jauno agrāk nepētīto nozari. Ja kāds vēlas tās lietot praksē, ir padomdevēji, pie kuriem vērsties. Patlaban mūsu laboratorijai finansējuma apgaismojuma ietekmes pētījumiem nav. Meklējam iespējas to piesaistīt," teic LBTU profesore Ina Alsiņa.

Ieguldījums izaugsmei.

Foto: Publicitātes

Eiropas Savienības finansēts. Paustie viedokļi un uzskati atspoguļo autora personīgos uzskatus un ne vienmēr sakrīt ar Eiropas Savienības vai Eiropas Komisijas viedokli. Ne Eiropas Savienība, ne Eiropas Komisija nenes atbildību par paustajiem uzskatiem. #ieguldījumsizaugsmē