Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym staje się coraz bardziej dostępną i uzasadnioną ekonomicznie opcją dla ogrodników. Monitorowanie roślin daje producentom nieosiągalne wcześniej narzędzia. Są to możliwości szybkiego podjęcia decyzji w zależności od fizjologicznej odpowiedzi na zmieniające się warunki zewnętrzne. Ta szybka i dokładna informacja umożliwia lepszą współpracę z komputerem klimatycznym. To zaś pomaga zapewnić roślinom jeszcze lepsze warunki i ogranicza występowanie u nich stresu.
Istnieje na rynku odpowiednie urządzenie pomiarowe. Wykorzystuje ono skomplikowaną analizę statystyczną i sztuczną inteligencję by dać nam wgląd w to, co odbiera roślina i jaki bodziec ma na nią wpływ.
W artykule:
- Czy wiemy co się dzieje w roślinach?
- Jak bioczujnik odbiera biosygnały wysyłane przez rośliny?
- Czy sztuczna inteligencja pomaga zrozumieć rośliny?
- Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym i integracja z komputerem klimatycznym
Tworzenie roślinom odpowiednich warunków i reagowanie na ich zmiany jest bardzo ważne. W utrzymywaniu parametrów klimatu pomaga komputer klimatyczny. Zbiera on i przetwarza informacje pochodzące z wielu czujników i reaguje na nie według określonych założeń. Czujniki reagują na zmienne środowiskowe: temperaturę, wilgotność, nasłonecznienie, prędkość wiatru, zachmurzenie oraz wiele innych. Wszystko to dla dobra uprawianych roślin i w trosce o ich stan.
Czy wiemy co się dzieje w roślinach?
A jednak stan roślin nie jest już tak dokładnie monitorowany przez komputer klimatyczny. Założenie jest takie, że jeśli zostaną spełnione ściśle określone warunki dla uprawy danej rośliny, to i efekt będzie optymalny. Jest to założenie słuszne. Przynajmniej gdy w danym gospodarstwie dopracowane zostaną metody, procedury i sposoby uprawy danej rośliny. Jest to jednak proces nierzadko długi, obfitujący w uczenie się na własnych błędach, kosztowny i frustrujący.
W tym procesie zapewniania roślinie optymalnych warunków na optymalny rozwój informacje zwrotne, jakimi są: przyrost masy, wzrost, wybarwienie, odpowiednie wykształcenie się cech itd., pozyskuje się, przeprowadzając inspekcję i oceniając rośliny pod względem tych cech. Wprawne oko ogrodnika dostrzeże często niemal niezauważalne zmiany, a doświadczenie pozwoli mu je powiązać z ich przyczynami.
Niestety. Wieloletniego doświadczenie ma to do siebie, że choć cenne, to przychodzi z czasem. I często jest wynikiem nauki na błędach, najczęściej swoich i przez to najbardziej kosztownych.
Często też nasze oceny, pomimo prób bycia obiektywnym, jednak są w pewnym stopniu subiektywne. A przede wszystkim działania korygujące są najczęściej opóźnione, a nawet spóźnione. Najczęściej zauważamy reakcję rośliny na dany czynnik kilkanaście, kilkadziesiąt godzin od jego wystąpienia — kilka, jeśli jest to czynnik szczególnie niekorzystny. Wtedy też przeważnie można już tylko minimalizować negatywne skutki jego wystąpienia.
W najlepszym razie to opóźnienie przeszkadza nam podjąć optymalną decyzję, na przykład skorygować plan oświetlenia asymilacyjnego lub czas i prędkość rozsuwania kurtyn cieniujących lub termoizolacyjnych i koniecznych w tym czasie zmian ogrzewania. W najgorszym możemy narazić się na straty.
Bioczujnik odbiera biosygnały wysyłane przez rośliny
Gdybyśmy tylko mogli, od razu wiedzieć jak dany czynnik wpływa na rośliny!
Zdobywalibyśmy szybciej niezbędne doświadczenie i to bez ryzyka popełnienia kosztownych błędów. Moglibyśmy szybciej opracować optymalne plany oświetlenia, ocieniania, ogrzewania i chłodzenia, regulację wilgotnością, wentylację.
Rośliny same by nam „komunikowały”, kiedy potrzebują nawozu, światła, kiedy im za gorąco lub za sucho.
Fikcja? Nie.
Okazuje się, że możemy wiedzieć, jak rośliny reagują na dany bodziec. Dzięki monitorowaniu roślin w czasie rzeczywistym możemy odbierać i interpretować słabe sygnały elektryczne. Powstają one w wyniku przemieszczania się jonów wewnątrz rośliny.
Rośliny reagują na różnorakie bodźce — uszkodzenia, patogeny, woda, składniki odżywcze, światło, temperatura, skład atmosfery, wilgoć, dotyk.
Każdy z tych bodźców uruchamia w roślinie bardzo złożony system sygnałów elektrycznych. Te elektrofizjologiczne sygnały wykorzystywane są przez rośliny do regulacji swoich procesów w celach wzrostu i obrony. Odkryte 120 lat temu są tak złożone i słabe — a więc trudne do zarejestrowania, zrozumienia i wyciągnięcia prawidłowych wniosków, że do tej pory nie znalazły większego praktycznego zastosowania.
Sztuczna inteligencja pomaga zrozumieć rośliny
Rozwój nowoczesnych technologii, w tym sztucznej inteligencji, algorytmów uczących się oraz zastosowanie metod analizy statystycznej pozwolił na poddanie interpretacji sygnałów elektrofizjologicznych roślin. Dzięki temu urządzenie tworzy modele wykrywające stan i reakcje roślin, a nawet przewidujące te reakcje.
Daje to olbrzymie możliwości naukowcom, którzy przy pomocy takiej aparatury pomiarowej są w stanie lepiej zrozumieć fizjologię danej rośliny przy określonych warunkach zewnętrznych. Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym ułatwia badanie nowych taksonów pod względem ich wytrzymałości i reakcji na różnorakie czynniki. Badania te przeprowadzane są sprawniej, a wyniki otrzymywane szybciej, co ma spory wpływ na rynkowy sukces danego taksonu.
Zalety tej technologi i korzyści z jej stosowania najpełniej sprawdzają się w procesie uprawy roślin. Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym znacznie ułatwia regulację ich środowiska, dostosowując je do potrzeb roślin w danym czasie. To powoduje, że w każdej niemal minucie rośliny pozostają w optymalnym dla nich środowisku. Przekłada się to na optymalny wzrost i rozwój roślin zgodnie z oczekiwaniami.
Dodatkowo urządzenie jest w stanie wykryć niemal od razu niepożądaną reakcję rośliny na zaistniały czynnik i powiadomić o tym komputer klimatyczny. Ten zaś dokona odpowiednich korekt i wyśle powiadomienie odpowiedzialnym za uprawę osobom.
Jest to niewątpliwie urządzenie, które może odegrać dużą rolę w minimalizowaniu ryzyka upraw. Szczególnie tych, które są szczególnie czułe na wystąpienie niekorzystnych czynników. Tak samo jak roślin o sporej wartości, gdzie strata zainwestowanych środków może być znacząco poważna.
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym może odegrać dużą rolę w produkcji roślin, których uprawa do tej pory uważana była za zbyt wymagającą, trudną i ryzykowną, a przez to nieopłacalną.
Potencjał urządzenia nie ogranicza się jednak tylko do tak niszowych zastosowań.
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym pod osłonami
Korzyści z zastosowania urządzenia do monitorowania roślin można odnieść w przypadku większości upraw. Szczególnie pod osłonami, gdzie konieczne jest zapewnienie roślinom optymalnych warunków. Jest to niestety coraz bardziej kosztowne ze względu na rosnące ceny energii. Dlatego kwestia jej racjonalnego wykorzystania staje się kluczowa przy szacowaniu opłacalności danej uprawy i produkcji.
By ograniczyć zużycie energii, coraz powszechniejsze staje się użycie oświetlenia adaptacyjnego LED. Stosuje się coraz częściej kurtyny termoizolacyjne i modernizuje systemy ogrzewania. Każde z takich działań powinno z założenia przynieść korzyści. By tak się stało, konieczne jest posiadanie wiedzy, jak nasze usprawnienia wpływają na produkcję.
Oświetlenie adaptacyjne na naszej szerokości geograficznej przynosi wiele korzyści. By było uzasadnione ekonomicznie koszty jego użytkowania i amortyzacji muszą być niższe niż korzyści jakie przynosi. Koszty są niższe, gdy źródło światła produkuje z każdego wata energii maksymalnie dużo fotonów (o czym pisaliśmy w tym artykule) i gdy korzysta się z niego wtedy, kiedy najbardziej to jest potrzebne roślinom.
By lepiej i taniej doświetlać rośliny
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym znacząco pomaga uzyskać informacje o tym, czy wyliczone zapotrzebowanie na światło faktycznie jest optymalne. Następnie zaś pomaga skorygować czas doświetlania. W ten sposób by z jednej strony zużywać jak najmniej energii, a z drugiej, by dostarczyć roślinom tyle światła ile potrzebują. Monitorując rośliny po prostu widać niemal od razu ich reakcję na dodatkowe światło i zachodzące w nich procesy.
W przypadku oświetlenia jego optymalna wartość nie powinna być przekraczana, ponieważ większa niż optymalna wartość światła nie przekłada się na większe korzyści dla rośliny. Jednym słowem należy unikać marnowania energii niewiele zyskując. Gdy taka sytuacja zostanie zaobserwowana przez monitoring roślin, komputer klimatyczny może podjąć decyzję o wcześniejszym wyłączeniu oświetlenia, oszczędzając tym samym energie elektryczna.
Analogicznie może też przedłużyć korzystanie z lamp asymilacyjnych, jeśli się okaże, że rośliny ciągle odpowiednio reagują na dodatkowe fotony.
Kontrola, sposobu w jaki dane oświetlenie wpływa na rozwój i jakość roślin w czasie rzeczywistym, maksymalnie skraca stworzenie odpowiedniego planu doświetlenia. Maksymalnie szybko też trwa adaptacja do nowego systemu w przypadku wymiany oświetlenia tradycyjnego np. HPS na LED lub zastosowania oby tych źródeł światła jednocześnie. W takim przypadku można szybko sprawdzić w jakich warunkach, które ze źródeł światła przynosi najwięcej korzyści przy jak najmniejszym koszcie jego stosowania.
Bezpośredni wgląd w reakcje roślin daje też możliwość dobrania odpowiedniego widma oświetlenia LED. Jest to możliwe w przypadku lamp, które dają możliwość regulacji w tym zakresie. Korzyścią takiego rozwiązania jest dostarczenie roślinie światła o takiej długości fal, jaka wywołuje u niej najkorzystniejsze reakcje fizjologiczne — wzrost, rozwój kwiatostanów, zwiększenie odporności.
Lepsza kontrola otwierania i zamykania kurtyn
Analogiczne korzyści monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym przynosi, gdy ustalamy plan zamykania i otwierania kurtyn pod osłonami.
W przypadku kurtyn cieniujących możemy szybko zareagować na zbyt intensywne nasłonecznienie objawiające się stresem u roślin. Już w początkowej fazie negatywnych reakcji roślin kurtyny cieniujące mogą zostać aktywowane i mogą ograniczyć nasłonecznienie do akceptowalnych wartości.
Jeśli chodzi o kurtyny termoizolacyjne, to mając podgląd na reakcje roślin, możemy szybciej opracować optymalny plan ich otwierania i zamykania. Dzięki temu minimalizujemy straty ciepła w szklarni, a jednocześnie wykorzystujemy cenne oświetlenie naturalne, krótkiego dnia jesienią i zimą.
Zminimalizujemy jednocześnie ryzyko wychłodzenia roślin przy zbyt szybkim otworzeniu kurtyn. Pisaliśmy o tym ryzyku w artykule poświęconym sterowaniu kurtynami.
Kutyny termiczne otwiera się w odpowiednim tempie i cyklach, aby zgromadzone za nimi chłodne powietrze mogło wymieszać się z ciepłym w szklarni i nie zgromadziło się przy gruncie na poziomie roślin.
Monitorując rośliny, możemy mieć pewność, że kurtyny nie zostały za szybko otworzone, a rośliny nie zostały poddane stresowi termicznemu. Jednocześnie zaś otwieranie kurtyn może nastąpić tak szybko jak to możliwe odsłaniając dostęp do oświetlenia słonecznego.
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym daje możliwość podjęcia bazującej na twardych danych decyzji o otwarciu zasłon termicznych. Czasem bardziej zasadne może być zostawienie ich zasunięte, a deficyt oświetlenia skompensowany posiadanym oświetleniem asymilacyjnym.
Sterowanie nawodnieniem
Coraz popularniejsze zautomatyzowane systemy nawadniające i fertygacyjne również można wspomóc pracą urządzenia do monitorowania roślin. Posiadając taki feedback, można mieć pewność, że woda i nawozy trafią do roślin w niezbędnych ilościach. Efekt zaś będzie odpowiedni.
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym i integracja z komputerem klimatycznym
Monitorowanie roślin w czasie rzeczywistym sprzężone z komputerem klimatycznym to potężne narzędzie. Możliwość niemal natychmiastowego feedbacku sprawia, że mamy większą pewność zapewnienia roślinom optymalnych warunków.
Tyczy się to też wentylacji szklarni, schładzania jej oraz każdego aspektu wywołującego zmiany fizjologiczne w roślinach. Dzięki monitorowi możemy jeszcze lepiej poznać potrzeby roślin, które uprawiamy od lat i szybciej poznać tych niedawno wprowadzonych.
Choć cena urządzenia nie jest niska, to jest duża szansa, że może ono znaleźć zastosowanie i zamortyzować koszt swojego zakupu. Czy to podczas ciągłej pracy we współpracy z komputerem klimatycznym lub też podczas periodycznego kontrolowania roślin.
Może też pojawi się nowy typu usług dla ogrodników świadczony przy pomocy monitora fizjologii roślin. Wówczas bez konieczności zakupu urządzenia, ogrodnik miałby możliwość uzyskania ważnych danych. Istotnych przy wprowadzaniu nowych upraw, regulacji doświetlenia adaptacyjnego, ogrzewania, pracy kurtyn lub nawadniania.
Artykuł zainspirowany publikacją „Amazing to see what we can learn from plants if we can read them in real-time„.
