Onderzoek en Ontwikkeling in Kassen: Een Duurzame Toekomst Cultiveren

Onderzoek en ontwikkeling (O&O) in de glastuinbouw loopt voorop in agrarische innovatie en speelt een cruciale rol bij het aanpakken van wereldwijde voedselzekerheidsuitdagingen en het promoten van duurzame landbouwpraktijken. Terwijl de wereldbevolking blijft groeien en klimaatverandering de traditionele landbouw beïnvloedt, biedt gecontroleerde landbouw (Controlled Environment Agriculture, CEA) een levensvatbare oplossing voor het produceren van hoogwaardige gewassen gedurende het hele jaar, ongeacht de geografische locatie of externe weersomstandigheden.

Het Belang van O&O in de Glastuinbouw

O&O in de glastuinbouw richt zich op het optimaliseren van elk aspect van de plantenteelt in gecontroleerde omgevingen. Dit omvat:

Het ontwikkelen van geavanceerde kasconstructies en -materialen
Het verbeteren van klimaatbeheersingssystemen voor optimale temperatuur, vochtigheid en ventilatie
Het optimaliseren van verlichtingsstrategieën met behulp van LED-technologie
Het verfijnen van hydrocultuur-, aeroponische en aquaponische teeltsystemen
Het automatiseren van taken zoals irrigatie, nutriëntenafgifte en oogsten
Het veredelen van gewasvariëteiten die specifiek zijn aangepast aan kasomgevingen
Het ontwikkelen van strategieën voor plaag- en ziektebeheer in gesloten systemen
Het verminderen van water- en energieverbruik

Het uiteindelijke doel van O&O in de glastuinbouw is het verhogen van de gewasopbrengsten, het verbeteren van de efficiëntie van hulpbronnen en het verminderen van de milieu-impact van de landbouw. Door kastechnologieën te verbeteren, kunnen we veerkrachtigere en duurzamere voedselsystemen creëren die kunnen voldoen aan de groeiende vraag van een wereldbevolking.

Kerngebieden van O&O in de Glastuinbouw

1. Geavanceerde Kasconstructies en -materialen

Het ontwerp en de materialen die worden gebruikt bij de bouw van kassen hebben een aanzienlijke invloed op de energie-efficiëntie en gewasproductiviteit. Onderzoek richt zich op de ontwikkeling van:

Hoogwaardige beglazingsmaterialen: Deze materialen maximaliseren de lichttransmissie terwijl ze warmteverlies minimaliseren, waardoor het energieverbruik voor verwarming en koeling wordt verminderd. Voorbeelden zijn geavanceerde polymeren, gecoat glas en meerlaagse folies. Onderzoekers in bijvoorbeeld Nederland experimenteren met slim glas dat zijn transparantie aanpast op basis van de intensiteit van het zonlicht, waardoor de lichtniveaus voor verschillende gewassen worden geoptimaliseerd.
Innovatieve structurele ontwerpen: Geodetische koepels, boogstructuren en uitschuifbare daken worden onderzocht om de opvang van zonlicht te maximaliseren, de ventilatie te verbeteren en extreme weersomstandigheden te weerstaan. In regio's die gevoelig zijn voor tyfoons, zoals delen van Zuidoost-Azië, ontwikkelen onderzoekers kassen met versterkte structuren en verankeringssystemen om stabiliteit te garanderen.
Isolatietechnologieën: Het verbeteren van de isolatie vermindert warmteverlies in de winter en minimaliseert warmtewinst in de zomer, wat het energieverbruik verder verlaagt. Onderzoekers onderzoeken het gebruik van faseveranderingsmaterialen (PCM's) en geavanceerde isolatiepanelen in de kasbouw.

2. Klimaatbeheersingssystemen

Nauwkeurige klimaatbeheersing is essentieel voor een optimale plantengroei in kassen. O&O op dit gebied richt zich op de ontwikkeling van:

Geavanceerde verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC): Deze systemen gebruiken sensoren en algoritmen om automatisch de temperatuur, vochtigheid en CO2-niveaus aan te passen op basis van de behoeften van de plant en de omgevingsomstandigheden. Geïntegreerde systemen die verwarming en koeling combineren met ontvochtiging winnen aan populariteit. In koudere klimaten zoals Scandinavië en Canada wordt geothermische energie onderzocht als duurzame verwarmingsbron voor kassen.
Slimme sensoren en regelsystemen: Deze systemen monitoren omgevingsparameters in realtime en geven feedback aan regelsystemen, waardoor nauwkeurige en geautomatiseerde aanpassingen mogelijk zijn. Internet of Things (IoT)-technologieën worden geïntegreerd in kasregelsystemen om monitoring en beheer op afstand mogelijk te maken.
Energie-efficiënte koeltechnologieën: Verdampingskoeling, schaduwsystemen en natuurlijke ventilatie worden geoptimaliseerd om het energieverbruik voor koeling te verminderen, vooral in warme en droge klimaten. Onderzoekers in het Midden-Oosten ontwikkelen innovatieve koeltechnieken met zeewater of gezuiverd afvalwater.

3. LED-verlichtingstechnologieën

LED-verlichting zorgt voor een revolutie in de kasproductie door nauwkeurige controle te bieden over het lichtspectrum, de intensiteit en de duur. O&O-inspanningen zijn gericht op:

Het optimaliseren van het lichtspectrum voor verschillende gewassen: Verschillende planten hebben verschillende golflengten van licht nodig voor optimale fotosynthese en groei. Onderzoekers ontwikkelen op maat gemaakte LED-verlichtingssystemen die het specifieke lichtspectrum bieden dat voor elk gewas nodig is. Studies hebben aangetoond dat specifieke verhoudingen van rood en blauw licht de plantengroei en opbrengst aanzienlijk kunnen beïnvloeden.
Het verbeteren van de energie-efficiëntie van LED-verlichtingssystemen: Het verminderen van het energieverbruik van LED-verlichting is cruciaal om de kasproductie duurzamer te maken. Onderzoekers werken aan de ontwikkeling van efficiëntere LED-chips en het optimaliseren van verlichtingsregelingen.
Het ontwikkelen van dynamische verlichtingssystemen: Deze systemen passen de lichtintensiteit en het spectrum aan op basis van de behoeften van de plant en de omgevingsomstandigheden, waardoor de plantengroei verder wordt geoptimaliseerd en het energieverbruik wordt verminderd. Dynamische verlichting kan natuurlijke zonlichtpatronen nabootsen, waardoor planten gedurende de dag de optimale lichtomgeving krijgen.

4. Hydrocultuur, Aeroponische Teelt en Aquaponics

Deze grondloze teelttechnieken bieden verschillende voordelen ten opzichte van de traditionele, op grond gebaseerde landbouw, waaronder een lager waterverbruik, een verhoogde nutriëntenefficiëntie en hogere opbrengsten. O&O op dit gebied richt zich op:

Het optimaliseren van voedingsoplossingen voor verschillende gewassen: De samenstelling van voedingsoplossingen moet zorgvuldig worden afgestemd op de specifieke behoeften van elk gewas. Onderzoekers ontwikkelen geavanceerde voedingsformuleringen die de plantengroei maximaliseren en afval minimaliseren.
Het verbeteren van het ontwerp van hydrocultuur-, aeroponische en aquaponische systemen: Onderzoekers verkennen verschillende systeemontwerpen om de beluchting van de wortels, de opname van voedingsstoffen en het watergebruik te optimaliseren. Verticale landbouwsystemen, die gebruikmaken van meerlaagse hydrocultuur- of aeroponische systemen, winnen aan populariteit in stedelijke gebieden.
Het ontwikkelen van duurzame voedingsbronnen: Onderzoekers onderzoeken het gebruik van gerecyclede voedingsstoffen en organische meststoffen om de milieu-impact van hydrocultuur- en aquaponische systemen te verminderen.

In Japan bijvoorbeeld, maken vorderingen in hydrocultuursystemen de efficiënte productie van bladgroenten in gecontroleerde omgevingen mogelijk, zelfs in dichtbevolkte stedelijke gebieden.

5. Automatisering en Robotica

Automatisering en robotica kunnen de efficiëntie aanzienlijk verbeteren en de arbeidskosten in de kasproductie verlagen. O&O op dit gebied richt zich op:

Het ontwikkelen van geautomatiseerde irrigatie- en nutriëntenafgiftesystemen: Deze systemen gebruiken sensoren en algoritmen om de irrigatie- en nutriëntenniveaus automatisch aan te passen op basis van de behoeften van de plant, waardoor water- en kunstmestverspilling wordt verminderd.
Het ontwikkelen van robotische oogstsystemen: Deze systemen gebruiken computervisie en robotica om gewassen automatisch te oogsten, waardoor de arbeidskosten worden verlaagd en de efficiëntie wordt verbeterd. Robotisch oogsten is bijzonder uitdagend vanwege de variabiliteit in de grootte, vorm en rijpheid van fruit en groenten.
Het ontwikkelen van geautomatiseerde plaag- en ziektemonitoringsystemen: Deze systemen gebruiken sensoren en beeldherkenning om plagen en ziekten vroegtijdig op te sporen, wat tijdige interventie mogelijk maakt en de behoefte aan pesticiden vermindert.

6. Plantenveredeling voor Kasomgevingen

Traditionele gewasvariëteiten zijn niet altijd goed geschikt voor kasomgevingen. O&O op dit gebied richt zich op:

Het veredelen van gewasvariëteiten die zijn aangepast aan gecontroleerde omgevingen: Deze variëteiten zijn doorgaans compacter, ziekteresistenter en hebben hogere opbrengsten onder kasomstandigheden.
Het veredelen van variëteiten die toleranter zijn voor omgevingsstress: Dit omvat tolerantie voor hoge temperaturen, lage lichtniveaus en hoge luchtvochtigheid.
Het veredelen van variëteiten met verbeterde voedingswaarde en smaak: Onderzoekers richten zich ook op het verbeteren van de voedingswaarde en smaak van in kassen geteelde gewassen.

Wetenschappers in Israël veredelen bijvoorbeeld tomatenvariëteiten specifiek voor de kasproductie, waarbij de focus ligt op eigenschappen als ziekteresistentie en verbeterde vruchtkwaliteit.

7. Plaag- en Ziektebeheer

Het beheersen van plagen en ziekten in gesloten kasomgevingen kan een uitdaging zijn. O&O-inspanningen zijn gericht op:

Het ontwikkelen van strategieën voor geïntegreerde gewasbescherming (IPM): IPM-strategieën combineren biologische bestrijding, teeltpraktijken en gerichte pesticide-toepassingen om het gebruik van pesticiden te minimaliseren.
Het identificeren en ontwikkelen van biologische bestrijdingsmiddelen: Biologische bestrijdingsmiddelen, zoals nuttige insecten en schimmels, kunnen worden gebruikt om plagen en ziekten te bestrijden zonder het gebruik van chemische pesticiden.
Het ontwikkelen van ziekteresistente gewasvariëteiten: Het veredelen van ziekteresistente variëteiten is een belangrijke strategie om de behoefte aan fungiciden te verminderen.

8. Water- en Energie-efficiëntie

Het verminderen van het water- en energieverbruik is cruciaal om de kasproductie duurzamer te maken. O&O-inspanningen zijn gericht op:

Het ontwikkelen van gesloten irrigatiesystemen: Deze systemen recyclen water en voedingsstoffen, waardoor het waterverbruik wordt verminderd en de afvoer van voedingsstoffen wordt geminimaliseerd.
Het benutten van hernieuwbare energiebronnen: Zonne-, wind- en geothermische energie kunnen worden gebruikt om kassen van stroom te voorzien, waardoor de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen wordt verminderd.
Het optimaliseren van het ontwerp en de werking van kassen om het energieverbruik te minimaliseren: Dit omvat het gebruik van energie-efficiënte beglazingsmaterialen, het verbeteren van de isolatie en het optimaliseren van klimaatbeheersingssystemen.

Wereldwijde Voorbeelden van O&O-initiatieven in de Glastuinbouw

Nederland: Nederland is een wereldleider op het gebied van kastechnologie en onderzoek. Nederlandse onderzoekers ontwikkelen geavanceerde kassystemen die een minimum aan water en energie verbruiken en hoge gewasopbrengsten produceren. "Wageningen University & Research" is een vooraanstaand instituut op dit gebied.
Israël: Israël heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van irrigatietechnologie en plantenveredeling voor droge klimaten. Israëlische onderzoekers ontwikkelen droogteresistente gewasvariëteiten en innovatieve irrigatiesystemen die water besparen.
Japan: Japan is een leider op het gebied van automatisering en robotica voor de kasproductie. Japanse onderzoekers ontwikkelen robotische oogstsystemen en geautomatiseerde irrigatiesystemen die de efficiëntie verbeteren en de arbeidskosten verlagen.
Canada: Canada investeert fors in onderzoek naar verticale landbouw en gecontroleerde landbouw. Canadese onderzoekers ontwikkelen innovatieve technologieën voor het produceren van gewassen in stedelijke omgevingen, waardoor de transportkosten worden verlaagd en de voedselzekerheid in noordelijke gemeenschappen wordt verbeterd.
Verenigde Staten: Het Amerikaanse ministerie van Landbouw (USDA) en verschillende universiteiten voeren uitgebreid onderzoek uit naar kasverlichting, nutriëntenbeheer en plaagbestrijding, met de focus op het verbeteren van de duurzaamheid en winstgevendheid van kasbedrijven.

Uitdagingen en Kansen in O&O in de Glastuinbouw

Ondanks de aanzienlijke vooruitgang in O&O in de glastuinbouw, blijven er verschillende uitdagingen bestaan:

Hoge initiële investeringskosten: Het opzetten van een kas kan duur zijn, vooral wanneer geavanceerde technologieën worden geïntegreerd.
Energiekosten: Kassen kunnen aanzienlijke hoeveelheden energie verbruiken voor verwarming, koeling en verlichting.
Plaag- en ziektebeheer: Het beheersen van plagen en ziekten in gesloten kasomgevingen kan een uitdaging zijn.
Tekort aan geschoold personeel: Het bedienen en onderhouden van geavanceerde kassystemen vereist geschoold personeel.

Er zijn echter ook aanzienlijke kansen voor verdere innovatie in O&O in de glastuinbouw:

Het ontwikkelen van energie-efficiëntere technologieën: Het verminderen van het energieverbruik is cruciaal om de kasproductie duurzamer en kosteneffectiever te maken.
Het ontwikkelen van duurzamere voedingsbronnen: Het gebruik van gerecyclede voedingsstoffen en organische meststoffen kan de milieu-impact van de kasproductie verminderen.
Het ontwikkelen van effectievere biologische bestrijdingsmiddelen: Het verminderen van de afhankelijkheid van chemische pesticiden is essentieel voor de bescherming van de menselijke gezondheid en het milieu.
Het integreren van kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML): AI en ML kunnen worden gebruikt om kasactiviteiten te optimaliseren, gewasopbrengsten te verbeteren en het verbruik van hulpbronnen te verminderen.
Het uitbreiden van het scala aan gewassen dat in kassen kan worden geteeld: Er is onderzoek nodig om meer gewasvariëteiten aan te passen aan kasomgevingen.

De Toekomst van O&O in de Glastuinbouw

O&O in de glastuinbouw staat op het punt een steeds belangrijkere rol te spelen bij het aanpakken van wereldwijde voedselzekerheidsuitdagingen en het bevorderen van duurzame landbouw. Naarmate de technologie vordert en ons begrip van de plantenfysiologie groeit, kunnen we verwachten dat er nog meer innovatieve en efficiënte kassystemen zullen ontstaan. De toekomst van O&O in de glastuinbouw zal zich waarschijnlijk richten op:

Precisielandbouw: Het gebruik van sensoren, data-analyse en automatisering om elk aspect van de plantenteelt nauwkeurig te beheren.
Verticale landbouw: Het ontwikkelen van meerlaagse hydrocultuur- en aeroponische systemen die in stedelijke gebieden kunnen worden geplaatst.
Gesloten-kringloopsystemen: Het creëren van systemen die water, voedingsstoffen en energie recyclen, waardoor afval en de milieu-impact worden geminimaliseerd.
Gepersonaliseerde landbouw: Het afstemmen van kasomgevingen en voedingsoplossingen op de specifieke behoeften van individuele planten.
Ruimtelandbouw: Het ontwikkelen van kassystemen voor het verbouwen van gewassen in de ruimte, ter ondersteuning van langdurige ruimtemissies.

Praktische Inzichten voor Belanghebbenden

Voor Onderzoekers:

Focus op interdisciplinaire samenwerkingen om de complexe uitdagingen in O&O in de glastuinbouw aan te gaan.
Geef prioriteit aan onderzoek dat duurzaamheid, efficiëntie van hulpbronnen en voedselzekerheid bevordert.
Publiceer onderzoeksresultaten in open-access tijdschriften om kennisdeling te vergemakkelijken.

Voor Kasexploitanten:

Investeer in geavanceerde kastechnologieën om de efficiëntie en productiviteit te verbeteren.
Implementeer duurzame praktijken, zoals waterrecycling en het gebruik van hernieuwbare energie.
Blijf op de hoogte van de laatste ontwikkelingen in O&O in de glastuinbouw door conferenties en workshops bij te wonen.

Voor Beleidsmakers:

Zorg voor financiering en stimulansen voor O&O in de glastuinbouw.
Ondersteun de ontwikkeling van duurzaam landbouwbeleid dat CEA bevordert.
Promoot onderwijs- en trainingsprogramma's voor kasexploitanten.

Conclusie

Onderzoek en ontwikkeling in de glastuinbouw is essentieel voor het creëren van een duurzamer en veerkrachtiger wereldwijd voedselsysteem. Door te investeren in O&O en innovatie te omarmen, kunnen we het volledige potentieel van gecontroleerde landbouw ontsluiten en ervoor zorgen dat iedereen toegang heeft tot voedzaam en betaalbaar voedsel, ongeacht locatie of klimaat. De voortdurende vooruitgang in kastechnologieën biedt een weg naar een toekomst waarin de voedselproductie efficiënter, milieuvriendelijker en responsiever is op de behoeften van een groeiende wereldbevolking. De toekomst van de voedselzekerheid hangt af van onze inzet om het veld van onderzoek en ontwikkeling in de glastuinbouw vooruit te helpen.