Sisäviljelyn potentiaalin maksimointi hallitsemalla kustannuksia tarkan mittauksen avulla

Valvotun ympäristön viljely eli CEA-viljely, johon lasketaan vertikaaliviljelmät, konttiviljelmät, ilmaviljely ja vesiviljely, houkuttelee yrittäjiä, jotka tunnistavat kysynnän tuoreille, paikallisille maataloustuotteille sekä paikallisen tuotannon mahdollisuudet tuottaa sosiaalisia etuja. 

CEA-markkinoiden laajentuminen on ollut läheisesti kytköksissä alalla otettuihin teknologisiin kehitysaskeliin. Valaistuksen ja laitossuunnittelun parannusten ansiosta viljelijät ja laitetoimittajat ovat voineet keskittyä enemmän automaatioon ja ohjausstrategioihin. Viljelyprosessista tarvittavien tietojen keräämiseen on tehty useita parannuksia, jotta tuotannosta saadaan tehokkaampaa ja joustavampaa. Tämän ansiosta dataan perustuva päätöksenteko on muovannut markkinoita ja auttanut tuottajia toimittamaan laadukkaita tuotteita sellaisia määriä, että toiminta on kannattavaa. Kaikki tämä tuo paikallisten jakelijoiden ja supermarkettien toimitusketjuun lisän, joka täyttää paikallisia tuottajia mielellään tukevien paikallisten ostajien vaatimukset. Ajankohta on otollinen, sillä kriittisten resurssien toimitusvarmuuteen on alettu kohdistaa paljon huomiota.

Tärkeitä viljelykasvien modernin tuotantoteknologian rakennuspalikoita ovat anturimittaukset, jotka tuottavat älykkäitä ohjauspäätöksiä varten tarvittavat tiedot. Näistä antureista saatavia tietoja käytetään tasapainottamaan olosuhteita viljelytilan ja sen ympäristön välillä, jotta voidaan optimoida resurssit, hyödyntää automaatiota ja vähentää toiminnan työvoimatarvetta. Kaikki tämä johtaa entistä tarkempaan tapaan hallita kustannuksia. Anturimittausten varassa on siis paljon.

Hiilidioksidin rooli CEA-viljelyn ohjauksessa

CEA-tuotannon resursseihin kuuluu fotosynteesiä stimuloiva hiilidioksidi, jota on syötettävä suljettuun viljelytilaan. Kaasun kustannukset ja ympäristövaikutukset tunnetaan, ja näin ollen tarkat mittaukset syötön hallintaa varten ovat välttämättömiä. Hiilidioksidianturien haasteina ovat tarkkuus, stabiilius ja mittausarvoalue, ja oikeiden anturien valinta onkin hyvin tärkeää. CEA-viljelyssä käytettävä hiilidioksidianturi ei voi käyttää ohjelmistollisia oikopolkuja tarkkuuden ylläpitämiseksi, ja niiden on kyettävä toimimaan suurissa kosteuksissa ja vaihtelevissa lämpötiloissa. Monille markkinoilla oleville teknisesti vaatimattomille vaihtoehdoille tämä ei ole mahdollista.

Vaisala on CARBOCAP-teknologiansa myötä panostanut teollisuussovellusten CO₂-mittauksiin jo 1990-luvulta lähtien, ja näiden panostusten tuloksena on markkinoiden stabiilein ja tehokkain anturiteknologia maatalousympäristöihin. Suuri tarkkuus ja pienet käyttökustannukset tekevät mittalaitteistamme, kuten GMW90-sarjasta ja GMP252-mittapäistä, ihanteellisia CEA-käyttöön, ja kannettavat mittalaitteemme, kuten GM70, mahdollistavat tarkat, kohdennetut mittaukset kustakin telineestä, kasvista ja lehdestä. 

Höyrynpaineen vajauksen optimoinnin kosteusohjaukset

Sekä viljelytilan kosteudella että lämpötilalla on oma vaikutuksensa kuhunkin kasvityyppiin ja optimaalinen vaihteluvälinsä tätä kasvityyppiä varten. Vaisalan mittapäiden, kuten HMP110:n, kosteus- ja lämpötilamittausten pitkän aikavälin stabiilius ja tarkkuus auttaa välttämään epätoivottua kondensaatiota ja ehkäisemään tauteja luotettavasti ja vähäisin huoltotarpein.

Kosteuden vaikutukset ovat hyvin tunnettuja, mutta vähemmän tunnetulla parametrilla – höyrynpaineen vajauksella (VPD, Vapor Pressure Deficit) – on paljon suorempi vaikutus kasvin kasvupotentiaaliin. Höyrynpaineen vajaus kasvuympäristössä on ilmassa olevan kosteuden ja ilman sisältämän enimmäiskosteuden (täysin kylläinen) välinen suhde. Tämä ero suhteutetaan sitten ilman lämpötilaan ja kasvin lehden lämpötilaan. Analysoimalla näitä muuttujia sekä viljelytilan osalta laajemmin että kasvien rajapinnan eli lehvästön kohdalla olevan ilman osalta voidaan määrittää, kuinka aggressiivisesti ympäröivä ilma voi imeä vettä ja ilmaa kasvin läpi.

Höyrynpaineen vajaus vaikuttaa suoraan kasvien transpiraationopeuteen ja siihen, miten ne siirtävät vettä ja ravinteita sisällään. Transpiraationopeus vaikuttaa puolestaan vedenkäyttöön, lannoitemääriin ja ympäröivän ilman kosteuden ja lämpötilan säätöön tarvittavan ilmanvaihdon vaatimaan energiaan. Kaikki nämä vaikutukset ovat suoraan sidoksissa toimintakustannuksiin sekä itse tuotteiden mahdolliseen määrään ja laatuun.

Höyrynpaineen vajauksen (VPD) laskemista varten meidän on laskettava kasvien kylläisen höyrynpaineen (jonka voimme tuntea, jos tunnemme lehden lämpötilan) ja ilman höyrynpaineen erotus (VPsat – VPair).

Saadaksemme VPsat-arvon meidän on tunnettava kylläisen ympäristön, eli tässä tapauksessa kasvin lehden, lämpötila. Voimme mitata tätä infrapunalämpömittarilla.

VPsat-arvon (yksikkönä kilopascal, kPa) kaava on seuraava:

Image

jossa T on lehden lämpötila celsiusasteina.

Saadaksemme VPair-arvon meidän on tunnettava ilman lämpötila ja kosteus, eli yhteisarvona suhteellinen kosteus. Voimme mitata tätä viljelytilassa olevilla kosteus- ja lämpötila-antureilla.

VPair-arvon (yksikkönä kilopascal, kPa) kaava on seuraava:

Image

jossa T on lämpötila celsiusasteina ja RH on suhteellinen kosteus.

Saadaksemme VPD-arvon meidän on vähennettävä ilman todellinen höyrynpaine kylläisestä höyrynpaineesta. VPD = (VPsat – VPair).

Ihanteellisen VPD-arvon vaihteluväli sekä kasvien että ilmanvaihdon tehokkuuden kannalta on paljon kapeampi kuin voisi luulla. Suotuisilla ja epäsuotuisilla olosuhteilla on väliä vain muutama suhteellisen kosteuden prosenttiyksikkö tai lämpötilan asteen murto-osa. Tarkempien ja stabiilimpien anturien valitseminen näiden arvojen selvittämiseksi auttaa hallitsemaan laatua ja toimintakustannuksia tehokkaammin pitkällä aikavälillä, ja Vaisalan anturien suorituskyky vastaa näihin tarpeisiin.

Laadukkaat anturit ja ohjaukset ovat CEA-viljelyn tulevaisuutta

Todelliset käyttötapaukset ovat myös tärkeä rakennuspalikka kehittyville aloille, jotta teknologiaa ja tekniikoita voidaan kehittää käytännöllisesti ja menestyksekkäitä menetelmiä voidaan jakaa. Tässä asiassa esiin astuvat sellaiset asiakkaat kuin Fifth Season Fresh ja Damatex, jotka osoittavat luotettavien ja tarkkojen anturitietojen arvon automaatioteknologian optimoinnissa. Ne auttavat näyttämään tietä kohti saavutettavaa ja kannattavaa CEA-viljelyä ja vertikaaliviljelyä, jotka tuovat mukanaan yhteiskunnallisia etuja puhtaiden, tuoreiden ja paikallisten ruoanlähteiden myötä. Vaisala on mielellään tukemassa tätä muutosta.

Haluatko lisätietoja tehokkaasta sisäviljelystä? Katso englanninkielinen webinaariimme, joka käsittelee sisäviljelyteknologiaa: yhdenmukaista kasvua luotettavan mittauksen avulla. Webinaarissa keskustellaan tarkemmin CEA-viljelyssä käytettäviin antureihin liittyvistä näkökohdista.