alnarp fakta från partnerskap alnarp utvärdering av ... · bärkraft). växter odlas antingen...

Utvärdering av prototyperför vertikala odlingssystem Beatrix Alsanius, Johan Ljungqvist, Rickard Strömblad, Mikael Olenmark, Thomas Eriksson

Fakulteten för landskapsplanering, trädgårds- och jordbruksvetenskap 2012

LTJ-fakultetens faktablad

Fakta från Partnerskap Alnarp

2012:2

ALNARP

SammanfattningVertikala odlingssystem tillåter en effektivare platsanvänd-ning och är intressanta alternativ vid odling i urbana och periurbana miljöer. I föreliggande studie konstruerades och utvärderades två prototyper av vertikala odlingssystem, en hängande variant medavgränsade odlingskärl och en golvplacerad variant bestående av 18 rännor med 7 kärl per ränna. Prototyp 1 och 2 tillämpade dropp- respektive kapillärbevattning.

Våra resultat visar att:• Bådaprototyperlämparsigförvidareutveckling,

men(bådabehöveroptimerasförframtidabrukoch)utvecklingsbehovetförefallerattvarastörreförprototyp2.

• Salladavsäljbarstorlekochkvalitetkundeodlasfram.

• Ljusbetingelser varierade påtagligt i höjdledinomodlingssystemet.

• Detfannsettstarktsambandmellanljusintensi-tetochbiomasseproduktion,bladstorlek,rotviktochivissmånrotlängd.

• Förekomstavbakterierochsvamparvarsignifi-kanthögreförprototyp2jämförtmedprototyp1;denlågibådafallenpåkoncentrationersomkonstateratsinäringslösningikommersiellaho-risontellaodlingssystem.

• Konstruktionernasompresenterasidettafakta-bladärintellektuellegendomägdavförfattarnatilldettafaktablad.

Nyckelord: hydroponiska odlingssystem, sallad,slutnasystem,stadsodling,växthus

BakgrundIdenoffentligadebattenkandetiblandseutsomattkonsekvensernaavlivsmedelskrisorsakadavkli-matförändringar, vattenbrist, ökande världsbefolk-ning,migration, urbanisering, fattigdom – har etttydligt och lätthanterbart svar: stadsodling (urban horticulture).Stadsodlingomfattarproduktionavät-ligaochicke-ätligaträdgårdsprodukteristäderellerstadsnäramiljöoch tätbebyggtområde.Konceptetärenvitaldel inomhållbar stadsutveckling.Blandde odlade kulturgrupperna finns grönsaker, svam-par, frukt-, bär-,medicinal-ochkryddväxter samtprydnadsväxter.Dennaodlingsformär i synnerhetintressant för trädgårdsprodukter med begränsadhållbarhet som är avsedda för färskkonsumtion.Frågeställningen ter sigolika iolikadelar avvärl-den.I (i)u-länderhandlar stadsodlingprimärtomlivsmedelsförsörjning (Orsini et al. 2009), medan

incitamentet i i-länder oftast är ett annat. Här ärfokushållbarstadsutvecklingochväxlighetanvändssomettsättattlösastadensproblem:integrationavolikabefolkningsgrupper,återanvändningavresur-ser (kompostavavfall somväxtnäring;avloppsvat-ten som växtnärings- och vattenkälla; dagvattensomkällaförbevattningsvatten),lokalproduktionavlivsmedelförminskningavtransporter,bekämpningavurbanavärmeöar,ökatvälbefinnande.Växterochodladeprodukteräridettasammanhangenpositiv,mensekundäreffekt.

Även om stadsodling i u- och i-länder handlaromodlingavväxteriurbanochperi-urbanmiljöskerodlandetundervittskildaförutsättningar,t.ex.vadgälleraktörer,odlingssättetskomplexicitetochteknologiska lösningar. Perspektivet på stadsodlingidenindustrialiseradedelenavvärldenärinteen-hetligtheller.Trotsattenlivsmedelskriskankännasväldigtavlägsetiskrivandestund,kandetfinnasriskför en åtminstone temporär brist i försörjningenorsakad av existerande strukturer.Detfinns städerivårtnärområde(t.ex.London),somtardettahotpåallvar,menserenmöjlighetattutvecklaenef-fektivlivsmedelsproduktioniurbanochperi-urbanmiljö.Idettasammanhangärocksåklimatavtryckavlivsmedelsförsörjningenenviktig faktor.Detfinnsocksåettökatintresseförindustriellochentrepre-nieuriellverksamhetrörandestadsodling.

Per definitionärdetbristpåmarkistadsplaneratområdesomkananvändasförenkontinuerligför-sörjningmed livsmedel.Exempelpåutrymme förhorisontellodlingärvillaträdgårdar,odlingslotter ioffentligaparkerellerföreningarsregi,enskildaöarpåmarken,balkong,tak(OBS!takkonstruktionensbärkraft).Växter odlas antingen direkt i naturligrespektive anlagdmark, eller i odlingssubstrat. Fören effektivare platsanvändning skulle vertikal od-ling av trädgårdsväxter för livsmedelsförsörjningvara ett intressant alternativ. Exempel på vertikalaodlingarmedprydnadsväxterpåfasader,väggarel-lermurar finns redan. För vertikal produktion avlivsmedelkrävsdock andra teknologiska lösningardåväxternastillväxtochutvecklingsamtprodukter-naskvalitetmåstesäkerställas.Iochmedattodlingför livsmedelsproduktion går ut på att producerabiomassa,måste den tekniska konstruktionen varalätt,stabilochhaenhöghållfasthet.Dettainnebäratt odling i odlingssubstratmednäringsbevattning(hydroponiskaodlingssystem)ärmycketlämplig.Enlättkonstruktionförutsätterattvattenflödetgenomsystemet och odlingssubstratets sammansättningmåsteoptimeras.Naturligajordaräroftastförtungafördessakonstruktioneroch ställerhögrekraftpå

Figur 1. Prototyp 1 (foto: B. Alsanius)

Fakta från Hortikultur AlnarpInfo nr 2


hållfasthet.Ståendevattenmåsteundvikasavvikt-mässigaskälochförattbibehållaengodplanthälsa.Effektivresursanvändningförutsätterattvattenochnäring utnyttjas maximalt och att dräneringslös-ningen återanvänds (slutna odlingssystem). Low-techsystem,dvslösningarmedlåginsatsavtekniskakomponentersompumparochgödselblandareochhög andel av mekaniska åtgärder, lämpar sig försmåskaligtbruk; igengäldkrävsett störreengage-mangavodlaren/na.Dessaärisynnerhetviktigaiområdendär elförsörjningen inte alltidkan säker-ställas.Lösningarförstorskaligkommersiellproduk-tion(high-techsystem)ärmerberoendeavenkon-tinuerlig energiförsörjning. Mekaniska lösningarärgrundenförkonstruktionernaocksåidessafall,men odlingssystemenmåste kunna optimera väx-ternastillväxtochutveckling,säkerställaväxthälsanochproduktkvalitet,samttillåtatajmingavproduk-tionen.Ocksåhärfinnsolikagraderavkomplexi-citet.Problemlösningarkanvarieramedhänsyntillodlingsplatsen (under kontrollerade betingelser iväxthusellerunderplast,ellerunderbarhimmel).

Idagenslägedominerasmarknadenavolikasys-temlösningar för horisontell odling. Därför finnsfåkommersiella systemlösningar för vertikalodlingtillgängliga.Projektetsövergripandesyftevarattun-dersökaförutsättningarförenuthålligochresursef-fektivproduktionavhögkvalitativtfruktochgröntförfärskkonsumtionitätbebyggtområde.Studiensdetaljmålärattutvärderatvåprototyperavvertikalaodlingssystemsomkonstrueratsinomramenförenindividuell kurs omhydroponisk odling vid SLU,Alnarp, hösten 2009. Utvärderingen var en del i(skeddeinomramenför)tvåBSc-arbetenvidOm-rådeHortikultur,vidSLUAlnarp.

Undersökningen byggde på följande hypoteser:• Detvåprototypernalämparsigförodlingavsal-lad.

• Ljusärenbegränsandefaktorvidvertikalodlingavsalladochprototyp1kommerattvisatydligareteckenpåunderoptimalaljusförhållandenjämförtprototyp2.

• Sättet att tillföra vatten och näring påverkarplantkonditionenochbiomasseproduktionen.

Material och metoderTvå prototyper för slutna vertikala odlingssystemtestades.Bådaprototyperbyggerpåsubstratbundnaodlingssystem, där pimpsten i teststadium användssomodlingssubstrat och båda har en konisk upp-byggnadmed80°lutning.Bådaprototyperlämparsigförodlingavlåga(ca30cmhöga)växter(t.ex.kruksallad,kryddväxter,jordgubbar).Detvåproto-typernaskiljersigåtvadgäller(1)sättetatttillföravattenochnäringoch (2)plantrötternasorganisa-tion(Tabell1).

Den hängande prototypen 1 (P1) har separataodlingskärlmedsjälvdräneringispiralform.P1harenkoniskformförattoptimeraväxternasexpone-ringmot ljus.Denupptar 0,8m2och är planeratför 68 plantor. Prototyp 2 (P2) vilar på ett golv-bundetstativ,somär2.5mhögtochbeståravettvertikaltroteranderännsystemdärnäringslösningentillförsvidpassageförbiställningensbas.Roterings-hastighetenkananpassastillyttrefaktorer,t.ex.so-linstrålning och temperatur, och därmed reglerasbevattningsfrekvensen.Denupptar1,5m2ochharplatsför126plantor,organiseradei18rännor.Bådaodlingssystemäravseddaföråteranvändningavnä-ringslösning. I teststadietkopplades ingenrenings-åtgärd till odlingssystemen.Ritningar till prototy-pernapresenterasifigur2och3.

Detvåprototypernatestadesitvåomgångarun-dernovember/december2009ochdecember2009/januari 2010. Som modellplanta användes LolloRossa,cv.Fortress.Salladsfröngroddesivermikulitochplantornaöverfördes sedan tillkontainermed

pimpstensomplaceradesiodlingssystemenochod-ladessedanitreveckor,vid21°C.Näringslösning-enssammansättningbyggdepåreceptframtagnaavSonneveld&Straver(1989),modifieradesmedhän-syntillextratillförselavkisel(Currie&Perry2007)ochkontrolleradesochjusteradesdagligenmanuelltmedhänsyntillpHochledningstalsamtvolymen.PlantoriP1bevattnades(flödeshastighet1.71l/h)i15minutervarannantimmefrånkl6tillkl18samti 15minuter kl 22 och kl 2,medan plantor i P2bevattnades(flödeshastighet43.3l/h)ifemminutervarjetimmefrånkl8tillkl16ochkl0.Pågrundavljusförhållandenainordligabreddgraderunderhöstochvinterbelystessystemenmedhögtryckslampor(SON-T,400W)under8h(0800-1600).Lampornaplaceradespåfyrasidoromprototyperna.

AnalyserKemikalier,instrumentochmetodersomanvändesi analysarbetet är närmare beskrivna i Ljungquist(2012).

Odlingssystemen utvärderades med hänsyn tillbiologiska, växtpatologiska och tekniska faktorersamtmiljöfaktoreribeståndet.Införanalysendela-desprototypernauppiolikazonermedhänsyntillljusinstrålning.Ljusinstrålningochfotosyntesaktivi-tetmättesvid tre ljusaochmolnigadagar.Utöverdetta registrerades fluorescensen, som ett mått påplantstress,ochbladfärgensomenindikatorpåljus-effekt..Plantkonditionenregistreradesengångpervecka. För bedömning av biomasseproduktionenmättesbladskärmensmantelytaengångpervecka.Utöverdettabestämdesbådebladskärmensochro-tensfrisk-ochtorrviktsamtbladstorlek.

Näringslösningenanalyseradesengångpervecka

Figur 2. Prototyp 2 (foto: B. Alsanius)

Tabell 1: Specifikationer för prototyp 1 och 2

Prototyp 1 Prototyp 2 Sätt för tillförsel av vatten och växtnäring

Droppbevattning Kapillärbevattning

Växtrötternas organisation

Enskilt kärl; näringslösningen passerar enbart ett rotsystem innan den samlas upp igen; växtrötterna står inte i kontakt med varandra

Flera odlingskärl per ränna; näringslösningen passerar flera kärl vid ett bevattningstillfälle; rötter av växter som står i samma ränna kommer med ökande rottillväxt stå i kontakt med varandra.

Höjd (m) 2.5 2.5 Ytbehov (m2)* 0.8 1.5 Antal rännor n/a 18 Antal kärl 68 126 (18 rännor med 7

kärl/ränna Antal ljuslägen 4 6 Antal krukor per ljusläge Nivå 1: 20

Nivå 2: 23 Nivå 3: 17 Nivå 4: 8 Nivå 5: n/a Nivå 6: n/a

Nivå 1: 21 Nivå 2: 14 Nivå 3: 28 Nivå 4: 42 Nivå 5: 14 Nivå 6: 7

Bevattning Intermediär 0600-1800: 15 min varannan timme 2200: 15 min 0200: 15 min

Intermediär 0800-1600: 5 min varje timme 0000: 5 min

Flödeshastighet 1.71 l/h 43.31 l/h Vattenreservoar i botten av odlingskärlet/ränna

Ja Nej

* en kontainer för brukslösning av näringslösning tillkommer. I föreliggande ansats upptog den 1.5 m 2, med fördel integreras i systemet men kan



med hänsyn till halten växtnäringsämnen och to-talhalten organiskt kol (TOC) analyserades efteravslutadekulturer.pHochECmätteskontinuerligti näringslösningenmed hjälp av datalogger.Mik-robiellkoloniseringbedömdesgenomlevandecell-talbestämningavsvampar(0.5maltextraktagar)ochbakterier(R2A)(Khalil&Alsanius2001)islutetavexperimentetmedtrereplikatpersystem.Plattornainkuberadesi96h.

Resultat och DiskussionVåra resultat visade att båda prototyper har godpotential förvertikalodling av sallad.Bådaproto-typernabehöverdockoptimerasinnandekanan-vändas i störreserier.Utvecklingsbehovetärstörreförprototyp2änförprototyp1.Samtidigtbehöverocksåbeståndsfaktorerna anpassas frånhorisontellatill vertikala tillämpningar. Salladsplantorna hadeenhög,dockvarierandeöverlevnadsfrekvens.IdenhängandeprototypenP1varöverlevnadsfrekvensenjämnaremellande tvåodlingsomgångarna jämförtmedprototyp2.Denhögremekaniseringsgradeniprototyp2behöversesöverförattkommaframtillen fullgod lösning som brukar ansatsens fulla po-tential.Dettagällerdels att skapaen stabil lösningför atten stadig roteringav rännornaochdels att

se över konstruktionen för att undvika läckage avnäringslösning.

Salladärettmycketljuskrävandeväxtslag(Karlson&Werner2009).Denlämparsigdärförväldigtvälsomtestplantaidessasammanhang.BladfärgenhosLolloRosso, som kräver en ljusintensitet på 200-250µmol/m2/s,ärljusberoende.Denärdärmedenextra känslig indikator under de låga ljusbetingel-serna som är vanliga under vintertid i Sydsverige.Skuggeffekterärmycketvanligaivertikalaodlings-system (Linsley-Noakes et al. 2006). Som förvän-tatsjönkljusintensitetenpåtagligtmedökandeav-ståndfrånljuskällan.Färskviktenavbladskärmenavplantorproducerade iP1respektiveP2 lågmellan0.4–46.8g respektive0.8–40.5g iomgång1ochmellan08–98.6grespektive0.3–94.5giomgång2.Dettydligasamspeletmellanljusintensitetiolikanivåeriodlingssystemenochbiomasseproduktionensamtbladstorlekvardärförförväntade.Samspeletvartydligtunderbådatestomgångarochodlingssystem.Generelltvarkorrelationen starkarehosP1än förP2(sefigur4och5).

Fluorescensmätningarna är en indirekt testme-tod för att bedöma generell plantstress.Trots attljusmängden varierade mellan 17-435 µmol/m2/styddeingavärdenifluorescensmätningenpåstress(Maxwell&Johnson2000).Dettaäranmärknings-värt och bör definitivt utvärderas ytterligare vidsenareuppföljningaravprototypernainnanslutsat-serkandras.Däremotinverkadeljusintensitetenpåbladfärgen.DenrödabladfärgenvarmerutprägladhossalladsplantorsomodladesiP1jämförtmedP2ochsignifikantaskillnaderfastställdesundermellanprototypernaunder första testomgång.Det tydligasambandet mellan ljusintensitet och biomassepro-duktionen var visserligen förväntat; detta är dockockså en indikation på att odlingssättetmåste an-passastillvillkorenförvertikalodling.Placeringochutformning av belysningsutrustning fokuserar påhorisontellodling.Ivertikalodlingvoredetmycketmer ändamålsenligt att tillämpa beståndsbelysning,dvs ljuskällor som finns i höjdled i växtbestån-det. Detta skullemed fördel kunna ordnas på ettresurseffektivare sätt också, i ochmed att värmensomalstras försdirekt in ibeståndetochutjämnartemperaturgradienterihöjdled.LED-belysningochanpassning till fotosyntetiskt effektiva våglängderskulle kunna vara ett intressant alternativ i dettasammanhang.

Strategier för vatten- och näringsförsörjning ärviktiga för biomasseproduktionen. Analys av nä-ringshalterna i dräneringslösningen och i odlings-substratet visade att spannet mellan minimi- ochmaximivärdenvar stort.Detta innebärattnärings-strategin måste optimeras.Trots att natrium ochklorid inte ingick i gödslingsreceptet som låg tillgrundfördennaundersökningen,såkundepåtagli-gamängderkonstaterasvidanalysen.Detärmycketmöjligt attdet rör sigomfrisättning frånodlings-substratetvilketocksåharkonstateratsitidigarela-boratorieundersökningarutförda imättnadsextraktförolikaodlingssubstratavvulkanisktursprung(Al-saniusetal.2010).

Analysenavsvamparochbakterieridränerings-lösningen vid slutet av försöket visade på skillna-dermellandetvåprototyperna,vilketärförväntat.Dettakanvaratillföljdavdelsdeöppnarännorna

Figur 2. Uppbyggnad av prototyp 1.

Figur 3. Uppbyggnad av prototyp 2.



Faktabladet är utarbetat inom LTJ-fakultetens område Hortikultur (www.microhort.se)

Projektet är finansierat av Partnerskap Alnarp, projekt 415 i samarbete med EcoFood

Projektansvarig/författare: Beatrix Alsanius; email: [email protected];Enhet för Hortikulturell Mikrobiologi, Box 103. 230 53 Alnarp

Övrig publicering inom projektet: Ljungqvist J. 2012.Comparison of two prototypes of vertical cropping systems.

Självständigt arbete vid LTJ-fakulteten, SLU.

http://epsilon.slu.se

Figur 4. Samspel mellan ljusintensitet (µmol/m2/s) och salladshuvudets färskvikt (g) (Lollo Rosso cv. Fortress) odlade i två prototyper för vertikala odlingssystem (P1, P2). Prototyperna specificeras ingående i avsnittet material och metoder samt i tabell 1.

Figur 5. Samspel mellan ljusintensitet (µmol/m2/s) och bladyta (cm2) hos salladsplantor (Lollo Rosso cv. Fortress) odlade i två prototyper för vertikala odlingssystem (P1, P2). Prototyperna specificeras ingående i avsnittet material och metoder samt i tabell 1.

somanvändes iP2 jämförtmedP1, somhadeettslutetuppsamlingssystemfördräneringsvatten,delsavväxtrötternasplacering.Enskildaavgränsadeod-lingskärlärmindrebenägnaföröverföringavsmit-toränsystemdärnäringslösningenpasserarfleränenplantavidvarjebevattningstillfälleochdärväxt-rötternakommerikontaktmedvarandra.Halternavardockiingenavbehandlingarhögreänvanligtikommersiellahydroponiskaodlingssystemmedsal-lad.

LitteraturAlsaniusBW,WohankaW,KritzG&WaechterD.

2010.Somjord.Alnarp.CurrieHA&PerryC.C.2007.Silicainplants:Bio-

logical, biochemical and chemical studies.An-nalsofBotany100,1382-1389.

Karlsson MG &Werner JW. 2009. Hydroponicgreenhouselettuceproductioninsubarcticcon-ditions–usinggeothermalheatandpower.ActaHorticulturae843,275.282.

KhalilS&AlsaniusBW.2001.Dynamicsofthein-digenous microflora inhabiting the root zoneandthenutrientsolutionoftomatoinacom-mercial closed greenhouse system. Gartenbau-wissenschaften66,188-198.

Lindsley-NoakesG,WilkenL&deVilliersS.2006.Highdensity,verticalhydroponicgrowing sys-tems for strawberries.Acta Horticulturae 708,365-370.

Ljungqvist J.2012.Comparisonoftwoprototypesof plant cropping systems. Självständigt arbetevidLTJ-fakulteten,SLU.

OrsiniF,MichelonN,ScoccozzaF&GianquintoG.2009.Farmerstoconsumers:anexampleofsustainablehorticultureinurbanandperiurbanareas.ActaHortic.809,209-220.

MaxwellK&JohnsonGN.2000.Chlorophyllfluo-rescence–apracticalguide.JournalofExperi-mentalBotany51,659-668.

SonneveldC&StraverN.1989.Nutrientsolutionfor vegetables and flowers grown in water orsubstrates. Serie:Voedingsoplossingen glastuin-bouww.Naaldwijk,Aalsmeer,No8.

alnarp fakta från partnerskap alnarp utvärdering av ... · bärkraft). växter odlas antingen...

Documents