Wie de verdamping van het gewas wil sturen, heeft behalve groene vingers kennis van natuurkunde nodig. Het Nieuwe Telen heeft voor veel meer bewustzijn op dit vlak gezorgd. Toch blijft verdamping een wat lastig onderwerp. Het effect van klimaatmaatregelen is soms een stuk minder dan je verwacht.
[wcm_nonmember]
Voor het bekijken van deze content heeft u een lidmaatschap nodig, of log in als u al een lidmaatschap heeft.
[/wcm_nonmember]
[wcm_restrict]
Verdamping is van levensbelang voor de plant. Het zorgt voor opname van water en nutriënten en voor koeling van het gewas. De plant ‘denkt’ daar niet over na; het is in zekere zin een puur natuurkundig proces. De drijvende kracht achter de verdamping is namelijk het verschil in waterdampspanning tussen de lucht in de huidmondjesholte en de kaslucht (uitleg: zie verderop). Dat is dus een natuurkundig principe en heeft op zichzelf niets met planten of biologie te maken.
Helemaal passief op dit punt is de plant echter niet. De huidmondjes vormen de regelstationnetjes. Vanuit de wortels krijgen ze het signaal of er nog voldoende wateropname is; de boodschapper hierbij is het hormoon abscisinezuur. Bij droogte gaan de huidmondjes dicht. Dan kan er echter ook geen CO2 meer naar binnen en stokt de fotosynthese. Er vindt daarom voortdurend optimalisatie plaats tussen minimaal waterverlies en maximale CO2-opname (zie figuur 1).
De lucht in de huidmondjesholte is volledig verzadigd met waterdamp, met andere woorden: de relatieve vochtigheid (RV) is 100%. Daarbuiten is de RV vrijwel altijd minder. Dat verschil zorgt voor een verschil in dampdruk en dat is de drijvende kracht voor de verdamping (zie figuur 2).
Wat is dampdruk?
Elk gas expandeert (zijn volume groeit) en oefent daardoor een druk uit op omliggende wanden, voorwerpen of planten. Die druk heet de dampspanning of dampdruk. Alle componenten van de lucht leveren hun bijdrage aan die druk, dus ook de waterdamp in de lucht. Zijn bijdrage heet de waterdampspanning, in het Engels vapour pressure. Tegenwoordig wordt die uitgedrukt in de eenheid Pascal, of vaker kilo-Pascal (kPa).
Lucht kan bij een bepaalde temperatuur een bepaalde hoeveelheid waterdamp bevatten. Als het warmer wordt, kan er (veel) meer in; als het kouder wordt minder.
De met waterdamp verzadigde lucht in de huidmondjesholte oefent dus een bepaalde druk uit op de omliggende cellen. De opening van de huidmondjes is de ontsnappingsroute; de druk leidt ertoe dat de verzadigde lucht uittreedt. Daar stuit hij op een tegendruk, namelijk die van de kaslucht. Maar omdat die minder is verzadigd, is de tegendruk lager. Het netto-effect is uitstroom.
Zelfs bij 100% RV in de kaslucht kan de plant nog verdampen, zolang de bladtemperatuur maar hoger is dan de kastemperatuur. Dan is de waterdampspanning in het blad namelijk hoger dan erbuiten.
Grenslaagweerstand
De snelheid en hoeveelheid verdamping kun je berekenen met de volgende formule:
E = eh – ekl
rh + rg
E is de verdamping in gram per m2 per seconde. De hoeveelheid verdamping wordt bepaald door het verschil in vochtgehalte in gram per m3 van de lucht in de huidmondjes (eh) en de kaslucht (ekl), maar hoe snel dat gaat, hangt af van de weerstand in seconde per meter van zowel de huidmondjes (rh) als het grenslaagje lucht rond het blad (rg).
De weerstand van de huidmondjes is rechtstreeks gekoppeld aan hoe ver ze open staan. Dat wordt bepaald door lichtniveau, CO2-concentratie en de vochtspanning in de plant. Rond het blad hangt verder een stilstaand laagje lucht. De weerstand hiervan is afhankelijk van de dikte. Bij weinig luchtverplaatsing, haartjes op het blad of bij een groot blad is dit laagje stilstaande lucht dikker en de grenslaagweerstand dus hoger.
VPD, het een of het ander?
Alle telers die de cursussen Het Nieuwe Telen hebben gevolgd, hebben kennisgemaakt met het begrip VPD. Het verwarrende is dat deze Engelse afkorting wordt gebruikt voor twee begrippen, namelijk dampdrukdeficit (vapour pressure deficit) en dampdrukverschil (vapour pressure difference), allebei uitgedrukt in kPa.
De eerste – het dampdrukdeficit – is een eigenschap van de kaslucht: het verschil tussen wat er al aan waterdamp in zit ten opzichte van wat er maximaal in kan. Dit noemen we de verzadigingsdampspanning.
De tweede is het dampdrukverschil. Dit is het verschil in dampspanning tussen huidmondjeslucht (die volledig verzadigd is met waterdamp) en kaslucht. Als blad en kaslucht dezelfde temperatuur hebben, is de waarde ervan gelijk aan het deficit. Maar vaak is het blad juist warmer dan de kaslucht en het dampdrukverschil stijgt als de bladtemperatuur verder oploopt (ten opzichte van de kaslucht). Daarmee wordt het verschil met de andere VPD dus steeds groter. En daarmee de begripsverwarring. Het dampdrukverschil is de drijvende kracht voor de verdamping.
Tot nu toe kwam de straling nog niet voor in dit verhaal, terwijl telers de watergift toch sterk regelen op basis van de stralingssom (ze hanteren bijvoorbeeld vuistregels als: iedere 100 J is 3 mm water). De link met de verdamping zit in het feit dat de straling het gewas opwarmt. En door de hogere temperatuur kan er meer waterdamp in de verzadigde lucht binnenin de huidmondjes. En daarmee stijgt de dampdruk en het dampdrukverschil en dus de verdamping (bij geopende huidmondjes).
Terugkoppelingsmechanismen
Meer zonnestraling geeft een hogere bladtemperatuur en dus een hogere verzadigingsdampspanning in het blad. Hierdoor neemt de verdamping toe. Om de instraling te remmen, kun je een schaduwscherm dichttrekken. Dan gaat de gewastemperatuur omlaag, de verzadigingsdampdruk daalt en daarmee de verdamping.
Je kunt echter voor verrassingen komen te staan, door twee terugkoppelingsmechanismen. Minder verdamping geeft minder koeling, de plant wordt dus weer warmer. Dit wordt nog eens versterkt doordat het scherm de luchtuitwisseling tussen binnen en buiten remt. En minder verdamping geeft ook minder waterdamp in de kaslucht.
Door beide fenomenen neemt het verschil in dampdruk (tussen huidmondjes en kaslucht) weer toe en de plant gaat weer meer verdampen. Het doel van het schermen – minder verdamping – wordt dan wel bereikt, maar het effect valt tegen.
Ook bij luchten spelen zulke feedbackmechanismen. Door luchten daalt de dampdruk van de kaslucht; het verschil met de dampdruk in de huidmondjes wordt groter en dat stimuleert de verdamping. De grotere verdamping koelt echter de plant en dat zorgt voor een verlaging van de verzadigingsdampdruk in de huidmondjes (in koelere lucht kan immers minder water en de kleinere hoeveelheid waterdamp oefent minder druk uit).
Bovendien daalt de kasluchttemperatuur door luchten. Dat heeft twee effecten: er kan minder vocht in de kaslucht en bovendien koelt de koudere kaslucht de plant. Dat laatste remt de verdamping. Als je bij luchten toch de verdamping wilt stimuleren is de oplossing: bijstoken.
Natslaan voorkomen
Tot slot nog een voorbeeld van zo’n feedbackmechanisme: als je de lucht kunt drogen (met luchtbehandelingskasten of condensatie tegen een koud vlak) is dat een goede manier om natslaan van het gewas te voorkomen als de planttemperatuur in de buurt van het dauwpunt dreigt te komen. Drogen verlaagt de dauwpunttemperatuur immers. Maar de drogere lucht veroorzaakt tevens een grotere verdamping (de VPD stijgt). Daardoor koelen de bladeren en komen dus weer dichter in de buurt van het dauwpunt. Het verschil bladtemperatuur-dauwpunt zal zeker wat groter worden door het drogen, maar dus niet zo veel als je zou verwachten.
Absolute en relatieve luchtvochtigheid
De vochtigheid van de lucht is op verschillende manieren uit te drukken. De absolute vochtigheid geeft aan hoeveel gram water er in een kilo kaslucht zit (eenheid g/kg of kg/kg). Je kunt de hoeveelheid ook per kuub lucht uitdrukken (g/m3). De waterdamp oefent een bepaalde druk uit; de eenheid daarvoor is kPa.
De relatieve luchtvochtigheid geeft aan hoeveel water erin zit, ten opzichte van wat er maximaal in kan bij die temperatuur (RV in %). Je kunt dit ook zien als relatieve dampdruk: dus de actuele druk ten opzichte van wat de druk zou zijn bij volledige verzadiging.
Rekenvoorbeeld
Zoals gezegd zorgt het verschil in dampdruk voor de verdamping van het gewas. Binnen de huidmondjes is de relatieve luchtvochtigheid 100%, daarbuiten lager. Bij 20ºC kan de lucht per kuub maximaal 17,3 gram waterdamp bevatten. Bij 70% RV zit er dan 0,7 x 17,3 = 12,1 gram water in een kuub lucht. Er kan dus nog 17,3 – 12,1 = 5,2 gram vocht bij voordat de lucht verzadigd is (zie figuur 2).
Bij 25ºC kan de lucht maximaal 23,5 gram water per kuub bevatten. 70% RV is in dit geval 0,7 x 23,5 = 16,5 gram per kuub. Bij deze temperatuur kan er dus nog 7 gram waterdamp per kuub bij voordat de lucht verzadigd is.
Met andere woorden: de plant kan bij deze temperatuur veel meer vocht kwijt, bij dezelfde relatieve luchtvochtigheid. We zijn er voor het gemak hierbij vanuit gegaan dat de planttemperatuur gelijk is aan de luchttemperatuur. Is de planttemperatuur hoger, dan is de verzadigingsdampspanning ook hoger en de gradiënt (dampdrukverschil, VPD difference) dus nog wat groter. Dit verschil is de drijvende kracht voor de verdamping.
Samenvatting
De verdamping van de plant is een natuurkundig proces. Het wordt veroorzaakt door het verschil in dampspanning van de waterdamp in de holtes van de huidmondjes en die in de kaslucht. Dat wordt aangeduid met VPD, maar er zijn twee begrippen met deze afkorting. Schermen, luchten of drogen hebben vaak minder effect dan je verwacht door terugkoppelingsmechanismen.
Tekst: Ep Heuvelink (Wageningen University & Research) en Tijs Kierkels.
Beeld: Wilma Slegers.
[/wcm_restrict]