NO328068B1 - Apparat og framgangsmate for temperaturkontroll av vekstmedium i veksthus og anvendelse av samme for kontroll av plantepatogene organismer - Google Patents

Abstract

Temperaturreguleringsapparat (1) til bruk ved plantedyrking i veksthus, hvor apparatet omfatter i det minste ett rørformet legeme (32, 33) som gjennomløper i det minste et parti av et vekstmedium (3) og som er innrettet til å transportere et fluid (4) adskilt fra vekstmediet (3). Det beskrives også en framgangsmåte ved bruk av apparatet og en anvendelse av samme for å kontrollere en soppinfeksjon i et vekstmedium.

Description

APPARAT OG FRAMGANGSMÅTE FOR TEMPERATURKONTROLL AV VEKSTMEDIUM I VEKSTHUS OG ANVENDELSE AV SAMME FOR KONTROLL AV PLANTEPATOGENE ORGANISMER

I de siste 10-årene har flere gartnere gått over til helårsproduksjon av agurk i veksthus. Om lag 60 % av agurkene produseres nå med tilleggslys. Produksjonsopplegget krever høy lufttemperatur for å oppnå høy avling. Mange gartnere har opplevd en tredobling av avlingen på årsbasis. For omset-ningsleddet og forbrukerne innebærer dette en jevn tilgang på agurk av høy kvalitet.

Foruten lys fra tilleggslyset, bidrar tilleggslyset også med varme. Varme kan også tilføres lufta i veksthuset fra andre varmekilder.

For intensiv dyrking av agurk og andre nyttevekster i veksthus er det ikke størrelsen på jordklumpen som er avgjørende, men overflatearealet til de aktive røttene. Således har hver plante en relativt liten rotklump i vekstmediet. Næring og vann tilføres vanligvis i et dryppvanningssystem.

Dyrking i veksthus skjer i et regulert miljø. Planter er vanligvis ikke tilpasset til at jordtemperaturen skal være like høy som lufttemperaturen. I et naturlig miljø vil jordtemperaturen vanligvis ligge under lufttemperaturen i vekstsesong-en. Dette skyldes at jorda ligger i skyggen, er dekket av et isolerende- plantedekke, at temperaturgradienten er delvis av- tagende nedover i bakken og at vann diffunderer oppover fra grunnvannsspeilet.

I veksthus vil temperaturen i vekstmediet være tilnærmet den samme som lufttemperaturen. Dette skyldes at vekstmediet henger i lufta, at volumet til vekstmediet er lite og at det blir liten eller ingen temperaturgradient fra vekstmediets overflate og innover i vekstmediet. I tillegg følger temperaturen på vannet i dryppvanningsanlegget lufttemperaturen. Temperaturen til vannet kan i enkelte tilfelle overstige lufttemperaturen i de tilfeller der innstråling av sollys varmer opp ledningsnettet og vannet i dette.

Det er således et behov for å kunne regulere temperaturen i vekstmediet uavhengig av lufttemperaturen, og da spesielt å regulere temperaturen til et lavere nivå enn lufttemperaturen i et veksthus.

Plantesykdommer er et kjent problem i veksthus. Høy lufttemperatur og høy luftfuktighet gir gode vekstbetingelser spesielt for sopp. Eksempel på slike kjente soppsykdommer er mel-dogg ( Sphaerotheca fusia, Pseudoperonospora cubensis), gråskimmel ( Botrytis cinerea) og svartprikk { Didymella bryo-niae).

I de seinere år har veksthusnæringen lidd betydelige økonomiske tap på grunn av rothalsråte. Dette skyldes soppen

Pythium aphanidermatum. Sopparter innenfor denne familien an-griper en rekke økonomiske nyttevekster som bete, tomat, pep-per, krysantemum, bomull og gress, samt arter innen gresskar-familien som agurk, squash, gresskar og melon.

Generelt gir angrep av Pythium spp. dårlig spiring og frø-planter visner. Angrep på etablerte planter arter seg som rothalsråte. Imidlertid er det ikke vanlig at Pythium gjør stor skade på etablerte planter. P. aphanidermatum gjør imid-

lertid stor skade på etablerte agurkplanter.

P. aphanidermatum finnes over hele kloden, spesielt i varme regioner og i veksthus. Den er mesofil og foretrekker tempe-raturer mellom 27 °C og 34 °C. I utgangspunktet er den å be-trakte som en vannsopp da den trives og vokser best i våt jord og i vann. Pythium er en oomycet i ordenen Peronospra-les. Soppen overlever i jord som oosporer, hyfer og spo-rangier. Som oospore kan den overleve i flere år under uguns-tige forhold. Sporangiene produserer zoosporer. Disse er den bevegelige formen til soppen og kan svømme noe omkring før de danner en cyste og det infeksiøse stadiet. Moderne dyrkingsmetoder med dyrking i relativ lite og fuktige vekstmedia med hyppig tilførsel av vann opptil flere ganger i timen, skaper gunstige forhold for utvikling og spredning av zoosporer. Re-sirkulering av næringsløsning, som er en måte til å redusere utslipp fra veksthusgartnerier, har også vist seg å være en effektiv måte å spre zoosporene. Desinfisering av resirkulerende næringsløsning er energikrevende og har ikke ført til tilfredsstillende resultater (van Os et al. 2004. Investiga-tions on the crop developments and microbial suppressiveness of Pythium aphanidermatum after different disinfection treat-ments of the circulating nutrient solution. Acta Hort. 644: 563-570). Insekter kan også spre soppen.

Infeksjon med P. aphanidermatum kan bekjempes på tradisjonelt vis. Godkjente fungicider kan tilføres vannet. Bruk av preparater med god virkning mot P. aphanidermatum, som Previcur (Propamocarb), medfører en sperrefrist for salg av agurk på tre uker. I en agurkproduksjon med en høsteperiode på 9 uker fører det til en betydelig avlingsreduksjon. Godkjenning av nye preparater blir stadig vanskeligere. Nylig gjennomført testing av nye preparater viste dessuten at eliminering av angrep av P. aphanidermatum utelukkende ved bruk av kjemiske og biologiske preparater ikke er tilfredsstillende (Toppe et. al 2007. Økt produktivitet i veksthusagurk ved redusert angrep av Pythium råte. Bioforsk Rapport vol 2, nr 71). Godt renhold er viktig. For å bli kvitt P. aphanidermatum i veksthus anbefales det å fjerne alt vekstmedium og desinfisere alle flater som har vært i kontakt med infisert materiale. Dette er et omfattende arbeid.

God luftsirkulering mellom plantene, samt god drenering og å unngå å overvanne, er også nevnt som forebyggende tiltak.

Det er også kjent at P. aphanidermatum ikke er et problem når temperaturen er under 20 °C, samt at den blir veldig aggres-siv når temperaturen overstiger 25 °C. Endret dyrkingsteknikk med redusert lufttemperatur er derfor en mulig metode for å redusere angrepene. Imidlertid vil redusert lufttempertur re-sultere i et avlingstap. Det har vært forsøkt å isolere vann-rør og vekstmedia og å vanne med kaldt vann. (Ringsevjen, 2002. Mattetemperatur og effekt av vanning med kaldt vann og isolering av mediet. Veksthusringen. 17.01.02). Denne løs-ningen har kortvarig effekt på mattetemperaturen og gir også uønsket varierende mattetemperatur. Effekten på P. aphanidermatum er også ukjent.

Det finnes i tillegg litteratur som indikerer at valg av vekstmedium kan ha betydning. Et organisk substrat kan yte biologisk motstand og være bedre egnet enn et uorganisk substrat. Substrat med stor vannholdingskapasitet som for eksempel steinull, kan være mindre gunstig enn for eksempel perlite (Van der Gaaag og Wever. 2005. Conduciveness of different soilless growing media to Pythium root and crown rot of cucumber under near-commercial conditions. European Jour-nal of Plant Pathology, 112:31-41).

Det er således et behov for å komme fram til en ny eller nye dyrkingsmetoder for veksthusvekster som begrenser eller for-hindrer soppangrep. Metoden bør være pålitelig og kunne an-vendes uten at den medfører et avlingstap. Ideelt sett bør metoden heller ikke omfatte bruk av fungicider slik at den også kan brukes ved dyrking av organiske og økologiske pro-dukter .

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående be-skrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen vedrører i et første aspekt et temperaturreguleringsapparat for bruk til plantedyrking i veksthus der apparatet omfatter i det minste ett rørformet legeme som gjennom-løper i det minste et parti av et vekstmedium og som er innrettet til å transportere et fluid adskilt fra vekstmediet. Det rørformede legemet kan være anbrakt i kontakt med vekstmediet på vekstmediets underside, på én eller begge sider av vekstmediet eller på vekstmediets overside. Det rør-formede legemet kan videre være anbrakt omgitt av vekstmedium på alle sider. Det rørformede legemet kan ha en i hovedsak rett form som følger en langstrakt form til et kar som vekstmediet befinner seg i, eller alternativt at det rørformede legemet har en bølget form i karet.

Temperaturreguleringsapparatet som beskrevet ovenfor kan be-stå av ett eller flere rørformede legemer som er anbrakt tilliggende hverandre som for eksempel i en standard kanalplate til bruk i veksthus.

Temperaturreguleringsapparatet som beskrevet ovenfor kan være forsynt med et rørformet legeme som er ytterligere tilordnet et varmeledende element som rager ut fra det rørformede lege met og som er i kontakt med vekstmediet. Det varmeledende elementet kan være av et metall og utformet til å ha god kontakt med det rørformede legemet, og videre utformet til å ha en stor overflate som er i kontakt med vekstmediet. I en alternativ utførelse strekker det varmeledende element seg mellom to med innbyrdes avstand anbrakte rørformede legemer.

Temperaturreguleringsapparat som beskrevet ovenfor der fluidet er vann eller fluidet er en gass. I en alternativ utfø-relse kan fluidet være en vandig løsning inneholdende glykol eller et annet kjent kjølemiddel.

Temperaturreguleringsapparat som beskrevet ovenfor der temperaturreguleringsapparatet er tilknyttet en styringsenhet, et ventilarrangement, og i det minste én temperatursensor. Temperaturreguleringsapparatet kan styres manuelt ved å åpne eller lukke en ventil, for eksempel form av en vannkran. Vannet kan renne kontinuerlig. Fagpersonen vil også vite at en styringsenhet kan anordnes til automatisk å regulere gjennom-strømningsmengden og også gjennomstrømningshastigheten til fluidet ved at et pumpe- og ventilarrangement styres via minst én temperaturmåler plassert i vekstmediet. Temperaturen til fluidet kan også reguleres ved at fluidet passerer et kjøle- eller varmeelement, eller alternativt at et kjøle- eller varmeelement er plassert i et reservoar som inneholder fluidet. Fagpersonen vil også vite at et temperaturreguleringsapparat kan deles opp i flere soner i det varmen som tas opp fra vekstmediet til fluidet, vil varme opp fluidet slik at det ikke lenger har den ønskede temperaturregulerende effekt. Tilsvarende vil varme avgitt fra fluidet til vekstmediet i de tilfeller der en oppvarming av vekstmediet er ønske-lig, for eksempel i en plantes spirefase, avkjøle fluidet slik at det ikke lenger har den ønskede temperaturregulerende effekt.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen en framgangsmåte for å regulere temperatur i et vekstmedium ved hjelp av et temperaturreguleringsapparat slik at temperaturen til vekstmediet reguleres ved hjelp av et temperaturreguleringsfluid som er adskilt fra vekstmediet ved hjelp av et rørformet legeme. Temperaturen kan reguleres til et ønsket temperaturintervall. Dette temperaturintervallet kan velges slik at temperaturen er inhiberende for vekst og formering av plantepatogene organismer. Den plantepatogene organismen kan være sopp, spesielt sopp av arten P. aphanidermatum. Vekst av P. aphanidermatum hemmes spesielt når temperaturen i vekstmediet er under 25 °C.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen en anvendelse av et temperaturreguleringsapparat for å bekjempe eller kontrollere plantepatogene soppinfeksjoner ved dyrking av planter i veksthus. Det er overraskende funnet ut at et i og for seg kjent system for vannbåren gulvvarme er meget egnet til formålet .

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er , hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt av et temperaturreguleringsapparat ifølge den foreliggende oppfinnelse, hvor apparatet er anordnet for å kunne oppnå temperaturkontroll av et vekstmedium for planter; Fig. 2a viser et tverrsnitt av figur 1 sett gjennom linje A-A i figur 1; Fig. 2b viser et tverrsnittsoppriss av en alternativ utfø-relse av temperaturreguleringsapparatet vist i figur 2 a; Fig. 3 er et diagram som viser antall angrepne og døde agurkplanter forårsaket av P. aphanidermatum infeksjon ved ulike behandlingsmetoder; og Fig. 4 er et diagram som viser avling av agurkfrukt ved ulike behandlingsmetoder mot P. aphanidermatum infeksjon.

I figurene angir henvisningstallet 1 et temperaturreguleringsapparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse hvor planter 2 er anbrakt til å vokse i et vekstmedium 3.

I figur 1 er fem planter 2 anbrakt til å vokse i et åpent, langstrakt kar 3' fylt med vekstmediet 3. Plantene 2 tilføres naturlig og kunstig lys (ikke vist) i et veksthus (ikke vist). Vekstmediet 3 tilføres en næringsløsning (ikke vist) og overskudd næringsløsning kan dreneres bort i et resirku-leringssystem (ikke vist). Vekstmediet 3 er anbrakt på temperaturreguleringsapparatet 1 som i et første endeparti står i fluidforbindelse, via ledninger 1', med et reservoar 31 inneholdende et temperaturreguleringsfluid 4. Temperaturregule-ringsfluidet 4 i reservoaret 31 kan temperaturreguleres ved hjelp av en temperaturregulator (ikke vist). Temperaturregu-leringsf luidet 4 ledes ut av et andre endeparti av temperaturreguleringsapparatet 1 og kan eventuelt ledes tilbake (ikke vist) til reservoaret 31.

Temperaturreguleringsapparatet 3 er tilkoblet en styringsenhet 5 som er tilkoblet en temperatursensor 51 anbrakt i

vekstmediet 3 via en signaloverføringskabel 52. Styringsenheten 5 er innrettet til å kunne regulere fluidstrømmen gjennom temperaturreguleringsapparatet 1 og omfatter i det minste en ventil (ikke vist). Ventilen kan styres manuelt basert på ma-nuell avlesing av temperatursensoren 51, eller så kan ventilen styres automatisk basert på avlesning av temperatur-

sensoren 51. Styringsenheten 5 kan videre omfatte en pumpe (ikke vist). Figur 2a viser et tverrsnitt av temperaturreguleringsapparatet 1 sett gjennom linje A-A i figur 1 og viser temperaturreguleringsapparatet 1 i form av en såkalt kanalplate 3 som i den viste utførelse består av ti fluidledende hulrom 32. Figur 2b viser en alternativ utførelse av temperaturreguleringsapparatet 1 vist i figur 2a. I figur 2b er temperaturreguleringsapparatet 1 utformet ved hjelp av fire med innbyrdes avstand anbrakte rør 33 omsluttet av vekstmediet 3. Til rørenes 33 overflate er det tilordnet et plateformet, varmeledende element 11 som strekker seg mellom rørene 33 og til hver side av de to ytterste rør 33. Det skal forstås at det varmeledende element 11 alternativt, eller i tillegg, vil kunne rage ut fra hvert av rørene 33 i en hvilken som helst retning. Det er overraskende funnet ut at et i og for seg kjent system for vannbåren gulvvarme er meget egnet til formålet .

Temperaturreguleringsapparatet 1 i fig. 2b er anbrakt i et kar 3' som på tre av sine sider er forsynt med et varmeisolerende materiale 7. Det varmeisolerende materialet 7 vil også kunne anbringes mellom plantene 2 på vekstmediets 3 øvre overflate.

Eksempel

Småplanter av agurk (cv Rapides, 3 planter pr. m<2>) ble plan-tet på steinull (Grodan Master) eller perlite (Planteperlite No. 2, Pull Norway) i veksthusavdelingen ved Bioforsk Vest Særheim, Norge. I veksthuset var det bygd opp dyrkingsrenner hvor hver renne hadde et sluttet system for resirkulerende næringsløsning.

Næringsløsningen ble smittet med P. aphanidermatum som var dyrket på petriskåler under optimale vekstbetingelser. Etter én uke ble det tatt ut prøver av næringsløsningen som bekref-tet at inokulering med P. aphanidermatum var vellykket.

Produksjonen foregikk som en lysproduksjon med nedsenking.Dyrkingstemperatur var: dag (30 °C), natt (27 °C) , luftetem-peratur (32 °C). Plantene ble belyst med 20 klux i 20 timer pr. døgn. Lyset ble slått av når det naturlige lyset, målt ute, oversteg 300 W/m<2>. Mattene ble isolert med ekspandert polystyren. Under mattene ble det plassert en standard kanalplate i polykarbonat til bruk i veksthus, 18 cm bred og 7,5 m lang og 1,2 cm tykk. Hver kanalplate bestod av 6 kanaler, hver kanal var 1 cm x 2 cm i indre tverrsnitt. To og to kanaler i kanalplaten var koblet sammen i kanalplatens ene ende. I kanalplatens andre ende ledet en første vannslange av plast, vann i inn i den ene kanalen og en andre slange ledet returvannet vekk fra kanalplaten. Platen var således koblet til 4 tur slanger og 4 returslanger. De første vannslanger var koblet til et reservoar med vann der vannet holdt en temperatur på 15 - 16 °C. Vannmengden ble regulert med en manu-ell ventil og vannet rant kontinuerlig. Temperatur ble målt med en thermocouple måler og dataene logget kontinuerlig. Temperaturen i vekstmediet for kontrollgruppen var mellom 23,9 °C og 31,4 °C gjennom forsøket, mens temperaturen i tem-peraturkontrollert vekstmedium var mellom 19,4 °C og 23,2 °C.

Plantene ble vannet med standard agurknæring med ledetall 2,5. Vanningsfrekvensen var høy, tre ganger 100 ml pr. time pr. plante. pH i næringsløsningen ble regulert med fosforsy-re. C02-nivået i veksthuset ble holdt på 800 ppm.

Synlige angrep på plantehals, antall døde planter og avlingsmengde ble registrert. Noen planter fra hver behandlingsgrup-pe ble sendt til Bioforsk Plantehelse, Norge, for å få be- kreftet smitte med P. aphanidermatum. Høsting av agurk star-tet 14 dager etter forsøksstart og fortsatte i 4 uker.

Resultat for angrep av P. aphanidermatum for de ulike behandlingsgruppene er vist i figur 3. Resultat for avlingsmengde for de ulike behandlingsgruppene er vist i figur 4.

I den usmittete kontrollgruppen var 38 % av plantene smittet og 4 % døde ved avslutning av forsøket. Dette viser at det var et høyt smittepress i veksthuset.

Best resultat ble oppnådd for behandlingsgruppen (nr. 3) som ikke var inokulert med P. aphanidermatum og med avkjølt vekstmedium gjennom hele forsøket som varte i 40 dager. Denne gruppen ble ikke angrepet, og det var ingen døde planter. Dette viste at avkjøling var tilstrekkelig til å forhindre utbrudd av P. aphanidermatum i et veksthus med høyt smittepress. Kjøling var ikke tilstrekkelig til å forhindre utbrudd av P. aphanidermatum når næringsløsningen var infisert (gruppe nr. 4), men kjøling gjennom hele vekstperioden hadde en positiv effekt sammenlignet med resultatet for den smittede gruppen som ikke ble kjølt (kontrollgruppe, gruppe nr. 2). Den positive effekten gjaldt både antall smittede planter og antall døde planter.

Kjøling av vekstmediet i de første 10 dager etter utplanting (gruppe nr. 5) økte omfanget av soppangrepet. Spesielt døde det flere planter i denne gruppen sammenlignet med den smittede kontrollgruppen. Surgjøring av næringsløsningen hadde en viss begrensende effekt på soppangrepet.

Reduksjon av temperaturen i vekstmediet kan tenkes å være ne-gativt for avlingsmengden i det optimal veksttemperatur for agurkrøtter er 22-23 °C. Avlingsmengde for de ulike behandlingsgruppene er vist i figur 4. Resultatene viser at en eventuell avlingsnedgang på grunn av lavere temperatur i vekstmediet blir mer enn oppveid ved at plantene er friskere. Gruppe 3 som ble dyrket med kjøling gjennom hele vekstperioden og kun utsatt for omgivelsessmitte fra P. aphanidermatum, hadde signifikant (p<0,05) mest avling. Gruppe 4, som også ble kjølt gjennom hele vekstperioden, var nest best, men avlingsmengden var ikke signifikant bedre enn for den usmittede kontrollgruppen og gruppen som fikk tilført surgjort nærings-løsning.

Det var ingen forskjell mellom de to ulike vekstmediene på omfanget av soppangrepet som vist i tabell 3, men avlingsmengden var størst ved dyrking på perlite.

Tabell 3. Angrepne planter, døde planter og avlingsmengde av klasse I frukt ved dyrking på steinull og perlite. Gjennom-snitt av 12 paralleller av 5 planter pr. behandling.

Lik bokstav bak tallene viser at behandlingene statistisk sett er like gode (p>0,05).

Claims (11)

1. Temperaturreguleringsapparat (1) til bruk ved plantedyrking i veksthus,karakterisert vedat apparatet omfatter i det minste ett rørformet legeme (32, 33) som gjennomløper i det minste et parti av et vekstmedium (3) og som er innrettet til å transportere et fluid (4) adskilt fra vekstmediet (3).

2. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat to eller flere rørformede legemer (32) er anbrakt tilliggende hverandre .

3. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat det minst ene rør-formede legemet (33) er ytterligere tilordnet et varmeledende element (11) som rager ut fra det rørformede legemet og som er i kontakt med vekstmediet (3).

4. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 3,karakterisert vedat det varmeledende element (11) strekker seg mellom to med innbyrdes avstand anbrakte rørformede legemer (33).

5. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat fluidet (4) er vann.

6. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 1,karakterisert vedat fluidet (4) er en gass.

7. Temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, k a r a k - terisert ved at temperaturreguleringsapparatet (1) er tilknyttet en styringsenhet (5), et ventilarrangement, og i det minste én temperatursensor (51) .

8. Framgangsmåte for å regulere temperatur i et vekstmedium (3),karakterisert vedat temperaturen til vekstmediet (3) reguleres ved hjelp av et temperaturreguleringsfluid (4) som er adskilt fra vekstmediet (3) ved hjelp av et rørformet legeme (32, 33) .

9. Framgangsmåte i henhold til krav 8,karakterisert vedat temperaturen reguleres til en inhiberende temperatur for en plantepatogen organisme.

10. Anvendelse av et temperaturreguleringsapparat (1) i henhold til krav 1 for å bekjempe eller kontrollere plantepatogene soppinfeksjoner ved dyrking av planter i veksthus.

11. Anvendelse av et system for vannbåren gulvvarme for å bekjempe eller kontrollere plantepatogene soppinfeksjoner ved dyrking av planter i veksthus.