In een vorige column voor Innovation Origins schreef ik over hoe een teler geholpen kan worden om zijn gewas gezond te houden door potentiele aantastingen te ruiken. Met een e-nose is het mogelijk om, voordat een aantasting gezien is door een mens, al te ruiken dat er gevaar dreigt.
Een andere mogelijkheid om vroeg te worden gealarmeerd is het meten van de elektrische signalen in de plant. Toen ik voor het eerst hoorde van de toepassing die een Zwitsers bedrijf aan het ontwikkelen is, dacht ik meteen aan het boek “The secret life of plants” uit 1973 van Peter Tompkins en Christopher Bird. Dit boek claimt dat planten ‘gevoelens en emoties’ hebben en zelfs de ‘moordenaar’ kunnen ontmaskeren van hun buurplant. Hiervoor werd een plant aan een leugendetector gekoppeld. Die zou uitslaan als de persoon die een plant had afgesneden de kamer in kwam. Er werden echter al snel papers geschreven die de beweringen uit dit boek ontkrachtten.
Het boek was overigens ook nog de basis voor een documentaire en soundtrack van Stevie Wonder in 1979 met dezelfde naam.
Geen ‘paranormale’ communicatie tussen plant en mens, maar wél plantfysiologische signalen die we met behulp van technologie steeds beter kunnen lezen.
Elektrische signalen
De plant kan op verschillende manieren elektrische signalen verspreiden. Een van de manieren is via action potentials (AP). In de basis werkt dit door verschillen in concentraties van ionen (gradiëntflux) zoals waterstof, kalium, chloor, natrium of calcium in de plantencellen. Deze verschillen kunnen zorgen voor stromings- of diffusieprocessen.
Op deze manier kan de plant over grotere afstand informatie verspreiden. Een voorbeeld is het versturen van een signaal van de wortel van de plant naar een huidmondje in de top van de plant. Bij een tomatenplant in een hightech kas kan dit zomaar een afstand van 10 tot 15 meter zijn.
Als de wortels onvoldoende water kunnen opnemen uit het substraat zal er een signaal worden gestuurd naar de huidmondjes in de bladeren. Onder ideale omstandigheden staan deze open om CO2 op te nemen en water en zuurstof uit te wisselen met de kaslucht. Als de plant echter onvoldoende water kan opnemen, moet hij zorgen dat er zo min mogelijk water verspild wordt en sluiten de huidmondjes. Het signaal om dit te doen kan dus verlopen via dit soort elektrische signalen.
Optimaal gebruik van resources
Als teler wil je het gewas onder zo optimaal mogelijke omstandigheden laten groeien. Het is belangrijk om zo snel mogelijk te weten als de omstandigheden voor de plant niet optimaal zijn. Op deze manier kan de teler snel ingrijpen en zorgen voor betere groeiomstandigheden. In het geval van een tekort aan water in het substraat van een tomatengewas hebben we daarvoor al sensoren die dat meten. Zowel te veel als te weinig water is niet goed voor de plant. Met zo’n sensor wordt zo precies mogelijk gekeken of precies genoeg water beschikbaar is. Dit is al een hele verbetering ten opzichte van vroeger. Toen kon er pas ingegrepen worden als fysiek aan de plant zichtbaar was dat er te weinig water beschikbaar was omdat de plant ging slaphangen.
Zo’n vochtsensor is echter een afgeleide meting. Het kan zijn dat er voldoende water is maar dat de plant toch onvoldoende water kan opnemen. Bijvoorbeeld omdat de hoeveelheid zouten in het substraat te hoog is of als het substraat erg koud is en de wortels daardoor minder actief zijn.
Mooier is het als je rechtstreeks van de plant te horen krijgt dat er onvoldoende water beschikbaar is voor een goede fotosynthese en optimale groei. Daar komt het meten van de elektrische signalen in de plant goed van pas! Als je deze signalen kunt meten weet je direct dat er wat aan de hand is en kun je bijsturen!
Zwitserse start-up
De Zwitserse start-up PhytelSigns ontwikkelt een product om precies dat te kunnen doen. Ze noemen het zelf ook wel de “Fitbit voor planten”. Het systeem werkt door dunne naaldjes op verschillende plekken in de stengel van een plant te steken en zo de elektrische signalen te bepalen.
Er wordt hierbij een heel groot aantal datapunten opgeslagen. Die worden verwerkt en geïnterpreteerd door toepassing van machine learning. Het gaat hierbij om heel veel datapunten die continue worden verzameld op verschillende plekken in de plant.
Op basis van de algoritmen moet worden bepaald wát er precies aan de hand is. Daar ligt de uitdaging van het omzetten en praktisch bruikbaar maken van deze technologie. Zoals eerder beschreven gebruikt de plant de elektrische signalen voor het ‘communiceren’ van allerlei verschillende gebeurtenissen. Maar hoe weet je wat de plant op een bepaald moment signaleert?
Woordenboek
Wat hierbij zou kunnen helpen is het opwekken van bepaalde gebeurtenissen om de taal van de signalen te ontrafelen. Dit is gedaan door bijvoorbeeld het gewas te infecteren met bepaalde ziekten en plagen, het opwekken van droogte- en hittestress en het variëren in lichthoeveelheid.
De grote hoeveelheid gegevens in combinatie met het feit dat veel van de factoren binnen en buiten de plant elkaar beïnvloeden maakt het nog een hele puzzel om te komen tot een goed ‘woordenboek’ voor de metingen. Deze toepassing is echter een mooi voorbeeld van hoe de teler technologie kan toepassen om zijn teelt nog beter te sturen.
Er is nog veel onderzoek nodig voordat iedere teler dit soort technologie in de kas kan toepassen. Op dit moment vinden er onder andere testen met het systeem van PhytelSigns plaats in de tomatenteelt in het fieldlab datadriven growing van Tomatoworld.
Als dit soort technologie algemeen beschikbaar is, kan het in een volgende stap ook rechtstreeks worden gebruikt om te zorgen dat er via het aansturen van de klimaatcomputer ook onmiddellijk wordt bijgestuurd als bijvoorbeeld de temperatuur in de kas te laag is.
Duurzaam en lokaal telen
Een sensor die precies kan aangeven wat er met de plant aan de hand is zou een mooi gereedschap vormen in het data-driven telen in de kas. Door deze manier van telen wordt het mogelijk om niet langer de eindproducten van onze Nederlandse hightech teelt wereldwijd te verkopen. We verkopen dan de door ons ontwikkelde technologische oplossing in de vorm van hightech kassen en kennis. Geen tomaten in een vliegtuig de hele wereld oversturen maar het helpen bouwen en op afstand besturen van hightech productielocaties. Dit kan dan vlak bij de consumenten in de verre wereldsteden in Oost en West.
Geen leugendetector aan de plant maar het meten van fysieke signalen en een ‘woordenboek’ gemaakt met AI. Ik blijf het toch heel inspirerend vinden hoe technologie kan bijdragen aan duurzaamheid!
Over deze column
In een wekelijkse column, afwisselend geschreven door Eveline van Zeeland, Eugène Franken, JP Kroeger, Katleen Gabriels, Carina Weijma, Bernd Maier-Leppla, Willemijn Brouwer en Colinda de Beer probeert Innovation Origins te achterhalen hoe de toekomst eruit zal zien. Deze columnisten, soms aangevuld met gastbloggers, werken allemaal op hun eigen manier aan oplossingen voor de problemen van deze tijd. Hier zijn alle voorgaande afleveringen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
