6 Rhagfyr 2021
Dr David Cutress: IBERS, Prifysgol Aberystwyth.
- Gwahaniaeth Pwysedd Anwedd (VPD) yw’r gwahaniaeth mewn pwysedd rhwng tu mewn planhigion a’r amgylchedd o’u cwmpas sy’n effeithio ar lif dŵr, effeithlonrwydd twf a sefydlogi carbon
- Gall rheoli VPD yn effeithiol arwain at gynnyrch uwch, cyfraddau twf cyflymach a gwell proffiliau maetholion bwyd o bosibl
- Gellir rheoli VPD mewn systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir (CEA) trwy ddefnyddio synwyryddion tymheredd a lleithder sy’n rhyngweithio gyda systemau llif aer, tymheredd a lleithder awtomatig
Ffisioleg planhigion a Gwahaniaeth Pwysedd Anwedd
Mae twf unrhyw fath o blanhigyn fasgwlaidd gan gynnwys coed ar gyfer coedwigaeth, cnydau mewn caeau a chnydau mewn systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir (CEA) yn dibynnu ar yr un egwyddorion bioleg a ffisioleg planhigion sylfaenol. Yn y pen draw, mae planhigion yn defnyddio dŵr o'u gwreiddiau sy’n cynnwys maetholion toddedig sy’n angenrheidiol ar gyfer gwahanol agweddau ar dwf yn ogystal â'r dŵr ei hun sy’n hanfodol ar gyfer ffotosynthesis (er mai dim ond tua 5% o'r hyn sy'n llifo drwy'r planhigyn sy'n cael ei ddefnyddio'n uniongyrchol). Mae’r amsugniad dŵr hwn yn cael ei arwain gan wahanol wahaniaethau pwysedd dŵr ar draws y planhigyn (megis rhwng y pridd a’r gwreiddiau, y gwreiddiau a’r coesynnau, y coesynnau a’r dail a rhwng y dail a’r aer allanol) ac yn gweithredu fel system sugno. Er mwyn sicrhau llif dŵr parhaus (a elwir hefyd yn llif trydarthol) trwy’r planhigion, mae’n rhaid iddynt ryddhau anwedd dŵr nwyol ynghyd ag ocsigen (O2) i’r amgylchedd o’u cwmpas trwy fandyllau yn eu dail (stomata) yn y broses o drydarthu.
Mae’r llif dŵr hwn hefyd yn hanfodol er mwyn cadw celloedd planhigion yn chwyddedig ac i osgoi gwywo, yn ogystal â chadw planhigion yn oerach na’r amgylchedd o’u cwmpas. Mae’r broses o amsugno a rhyddhau dŵr yn dylanwadu arno’i hun mewn modd cylchol trwy effeithio ar leithder yr aer o amgylch dail planhigion, ac os nad yw’n cael ei waredu, mae’n achosi i’r llif trydarthol arafu. Mae tyfwyr yn cyfeirio at y gwahaniaeth hwn rhwng pwysedd anwedd o fewn dail y planhigion a’r atmosffer o’u cwmpas fel gwahaniaeth pwysedd anwedd (VPD). Mae’n hanfodol, yn enwedig mewn amgylcheddau tyfu dan do (lle bo angen gwaredu’r lleithder yn uniongyrchol neu ni fydd modd iddo ddianc), bod VPD yn cael ei ystyried yn ofalus gan ei fod yn gallu effeithio ar gynhyrchiant cnydau. Os bydd VPD yn rhy isel, nid yw’r maetholion yn cael eu hamsugno mor llwyddiannus gyda dŵr sy’n gallu arwain at ddiffyg mwynau, megis calsiwm er enghraifft, a chyfraddau twf is yn gyffredinol. Mae VPD isel hefyd yn gysylltiedig â dŵr dirlawn iawn yn yr amgylchedd o’i gwmpas gan arwain at ffwng a phydredd yng ngwreiddiau planhigion. Fodd bynnag, os bydd VPD yn rhy uchel, bydd gan y planhigion gyfraddau trydarthu uchel gan achosi iddynt amsugno llawer o ddŵr, ynghyd â mwy o fwynau gan arwain at lefelau gwenwynig o fewn y planhigion.
Caiff VPD ei gyfrifo gan ddefnyddio’r hafaliadau canlynol gan ddefnyddio tymereddau mewn graddau Celsius a gwerth allbwn mewn kPa (uned o bwysedd). VPsat yw’r pwysedd mewnol dirlawn o fewn y ddeilen a VPair yw’r pwysedd anwedd aer o’i gwmpas.
Fel arall gellir ei ystyried fel a ganlyn;
Mae’r gwerthoedd hyn yn ein galluogi i gyfrifo VPD fel a ganlyn;
Gellir cymharu’r gwerthoedd kPA VPD gyda siartiau’n nodi’r amodau gorau posibl ar gyfer gwahanol rywogaethau planhigion ar wahanol gyfnodau yn eu twf. Neu mae nifer o gyfrifianellau ar-lein ar gael gan wahanol gwmnïau. Mae’n bwysig nodi bod VPD yn dylanwadu’n whanol ar wahanol rywogaethau planhigion, ac mae planhigion yn gallu cael eu dylanwadu gan amlygiad hirdymor i wahanol lefelau VPD. Er enghraifft, wrth gael eu hamlygu i lefelau uchel o VPD, mae gofynion planhigion o ran trydarthu’n uchel ac maent yn dueddol o ddatblygu dail gyda stomata llai neu stomata llai fwy gwasgaredig. O ganlyniad, mae’n hanfodol ystyried rheolaeth VPD er mwyn sicrhau bod ffisioleg planhigion yn addas ac nad yw’n cael ei effeithio mewn modd sy’n peryglu cynhyrchiant neu effeithlonrwydd twf.
Rheoli gwahaniaeth pwysedd anwedd (VPD)
Mae rheoli VPD wrth dyfu planhigion yn yr awyr agored yn anos, ac o bosibl, angen mwy o fewnbynnau, gan fod VPD yn cael ei ddylanwadu’n bennaf gan yr hinsawdd a’r patrymau tywydd lleol. Fel arfer mewn amgylchedd awyr agored, o ganlyniad i newidiadau mewn dwysedd golau a thymheredd ar ffurf dydd/nos (beunyddiol), mae VPD a lefelau ffotosynthesis planhigion yn addasu yn ôl amser y dydd. Un o’r unig ffyrdd o effeithio ar VPD mewn systemau awyr agored yw trwy ddarparu dŵr ychwanegol i’r system trwy adnoddau dyfrhau, oni bai eich bod yn anelu at ddarparu systemau megis cysgod neu orchuddio’r ardal. Mewn amgylchedd sy’n cael ei reoli, ceir diffyg dylanwadau allanol i effeithio ar leithder perthynol yr aer a’r capasiti posibl ar gyfer dŵr gan fod modd rheoli’r holl ffactorau. Mae hyn yn golygu bod modd addasu’r VPD yn gymharol gywir a’i newid trwy amrywiaeth o systemau.
Yn yr oes bresennol o amaethyddiaeth 4.0, mae technolegau a synwyryddion o bell ar gyfer yr amgylchedd yn dod yn fwy a mwy cyffredin. Mae’r systemau hyn yn gweithio’n arbennig o dda mewn amgylcheddau caeedig gan fod llai o ffactorau allanol amrywiol i’w hystyried. Mae gwaith ymchwil yn edrych ar systemau CEA wedi dangos bod systemau awtomataidd sy’n cysylltu synwyryddion ar gyfer lleithder perthynol, tymheredd a thymheredd y dail gyda rheolaeth dŵr, lleithydd/dadleithydd a golau’n gweithio’n dda er mwyn rheoli VPD yn gywir heb fewnbwn personol. Er hyn, nodir mewn un adolygiad, o’r systemau synwyryddion sydd ar gael ar hyn o bryd, prin iawn yw’r rhai sy’n mesur gwir VPD o fewn y ddeilen, ond yn hytrach, maent yn darparu mesuriad o VPD y cnwd. Felly, mae angen gosod synwyryddion yn ofalus o fewn canopi’r cnydau i ddarparu’r syniad gorau o gyflwr gwirioneddol y dail. Mae cofnodwyr data sy’n gallu profi tymheredd a lleithder perthynol yn dechnolegau cyffredin sy’n costio rhwng £20 a £70 ar gyfartaledd (gan ddibynnu ar gywirdeb y canlyniadau). Er bod angen gwirio’r cofnodwyr data eu hunain, gellir addasu’r dechnoleg graidd yn rhwydd i systemau recordio byw. Mae technolegau o’r fath yn gallu, ac yn wir yn cael eu hintegreiddio i reolyddion lleithder clyfar y gellir eu gosod i gynnal VPD penodol gan ddefnyddio synwyryddion tymheredd, golau a lleithder. Yn dilyn newid mewn tymheredd sy’n effeithio ar VPD, gall rheolyddion y lleithydd weithredu’r lleithydd, y dadleithydd neu systemau awyru neu leihau lleithder o fewn y system gaeedig yn ôl yr angen heb fewnbwn llafur.
Gwahaniaeth Pwysedd Anwedd (VPD) mewn Amaethyddiaeth mewn Amgylchedd a Reolir (CEA)
Mae VPD yn effeithio ar dwf a chynhyrchiant. Dangoswyd mewn nifer o astudiaethau bod rheoli VPD mewn gwahanol systemau tyfu’n gallu arwain at effeithiau buddiol. Mewn astudiaethau CEA, roedd planhigion megis tomatos a chiwcymbr yn elwa o lefelau VPD is gan arwain at gynnydd yng nghyflymder twf y planhigion a chynnyrch deunydd sych y cynnyrch terfynol. Yn ogystal â chyflymder twf a chyfanswm cynnyrch y cnwd, ceir hefyd awydd cynyddol gan ddefnyddwyr am faeth o’r ansawdd gorau posibl yn y bwyd maen nhw’n ei fwyta. O ganlyniad, mae mwy a mwy o astudiaethau’n cael eu gwneud i edrych ar newidiadau mewn proffiliau maetholion yn gysylltiedig â VPD a ffactorau eraill. Gwelir bod lefelau VPD is yn cynyddu cynnwys siwgr mewn systemau cynhyrchu ffrwythau ac mae cynyddu lleithder trwy ddefnyddio systemau niwlen i leihau VPD wedi’i brofi i gynyddu asidau organig, gweithgaredd gwrthocsidiol a lycopen mewn tomatos. Ar y llaw arall fodd bynnag, mae astudiaethau eraill wedi dangos bod rhai rhywogaethau letys er enghraifft yn dangos cynnydd buddiol mewn lefelau ffytogemegol o dan straen ysgafn o ganlyniad i lefelau VPD uchel, er gwaethaf y lleihad mewn cynnyrch biomas sy’n gysylltiedig â llai o ffotosynthesis o ganlyniad i VDP uchel. Er bod newidiadau mewn VPD yn gallu effeithio nifer o agweddau ar ddatblygiad cnydau mewn amgylcheddau sy’n cael eu rheoli, mae’n bwysig nodi nad yw hyn yn digwydd ar ei ben ei hun o bell ffordd, mae’n cael ei ddylanwadu’n gref gan ffactorau hinsoddol a micro hinsoddol eraill (megis tymheredd, golau, lefelau CO2, argaeledd dŵr). Felly dylai strategaethau i reoli VPD ystyried rhyngweithio gyda’r holl ffactorau eraill, yn enwedig cynhesu, awyru a systemau cyflyru’r aer (HVAC) lle bo gofynion yn amrywiol yn ôl hinsoddau daearyddol allanol, a gall hyn fod yn faes allweddol o ran defnydd ynni mewn nifer o systemau CEA (hyd at 50% o’r galw am ynni). At hynny, mae “costau” yn gysylltiedig â VPD ei hun gan gynnwys ynni a dŵr a ddefnyddir ac mae angen ystyried y rhain wrth gydbwyso unrhyw effeithlonrwydd ynni a’r angen am y systemau cynhyrchu gorau posibl sy’n gyfeillgar i’r hinsawdd. Mae VPD isel yn gyffredinol yn gysylltiedig ag effeithiau ffisiolegol sy’n gwella effeithlonrwydd defnydd dŵr, gan olygu bod systemau sy’n gallu cynnal lefelau VPD is yn cynhyrchu mwy ac yn arwain at lai o effaith yn gysylltiedig â dyfrhau. Yn ogystal â rheoli VPD i wella’r defnydd o ddŵr, mae gwaith ymchwil yn edrych ar systemau dyfrhau sy’n cylchredeg dŵr a gwres hefyd yn allweddol er mwyn gallu rheoli VPD yn gywir a sicrhau cynnyrch uchel o systemau CEA mewn modd cynaliadwy. Er bod VPD yn cael ei gydnabod yn ffactor hollbwysig o ran twf CEA, mae’n bwysig nodi mai dim ond ar systemau cnydau penodol y mae gwaith modelu wedi cael ei gwblhau ac nid yw nifer o’r modelau’n dal i fod yn gwbl gywir wrth ragweld a gwneud iawn am effeithiau ar blanhigion mewn sefyllfaoedd sydd y tu hwnt i’r gwerthoedd VPD optimwm. Felly, mae’n glir y bydd VPD yn faes allweddol ar gyfer ymchwil a datblygiad tuag at gynhyrchu cnydau gyda’r rheolaeth orau bosibl mewn amgylcheddau CEA.
Yn olaf, gall systemau CEA hefyd chwarae rhan bwysig o ran modelu effaith VPD ar dwf planhigion awyr agored gan ddarparu gwybodaeth bwysig ynglŷn â VPD mewn cnydau cae. Gellir gweld un enghraifft o hyn gyda miscanthus lle daeth astudiaethau VPD mewn systemau CEA a fu’n edrych ar ehangiad dail i’r casgliad bod modelau a oedd yn defnyddio tymheredd yn unig (heb ystyried VPD) yn ddigon i dyfwyr allu eu defnyddio i ragfynegi gofynion cynnyrch yn yr awyr agored. Mae hyn yn ychwanegu at effaith fuddiol systemau CEA nid yn unig o ran cynhyrchiant a chynaliadwyedd, ond hefyd at ddibenion ymchwil.
Gwahaniaeth Pwysedd Anwedd a’r newid yn yr hinsawdd
Fel y nodwyd, nid mater ar gyfer systemau amaethyddiaeth caeedig yn unig yw VPD, mae’n effeithio ar bob planhigyn. Wrth i grynodiadau CO2 gynyddu, mae cynhesu byd eang yn cynyddu, ac yn seiliedig ar y fformwlâu uchod ar gyfer VPSat a VPair, mae hyn yn achosi cynnydd mewn VPD wrth i dymheredd allanol godi ac i leithder yr aer leihau. Mae hyn yn golygu y bydd planhigion yn profi straen cynyddol ledled y byd, yn enwedig mewn ardaloedd sydd eisoes yn sych neu ardaloedd sy’n dueddol o weld prinder dŵr (neu amodau sychder) gan arwain at golledion dŵr sylweddol o blanhigion sy’n effeithio ar iechyd cnydau, cynnyrch a gallu’r cnydau i sefydlogi carbon. Mae crynodiadau CO2 uwch hefyd yn effeithio’n negyddol ar argaeledd maetholion ecosystem yn ôl nifer o fodelau hinsawdd, sy’n gallu cael effaith bellach ar dwf cnydau. Mae hyn yn arbennig o bwysig wrth ystyried coedwigaeth sy’n ffynhonnell allweddol ar gyfer dal a storio carbon, ac sy’n cael ei effeithio yn yr un modd gan newidiadau mewn VPD o ganlyniad i dymereddau cynhesach. Mae VPD uwch yn achosi llai o sefydlogi carbon ynghyd â mwy o ofynion o ran dyfrhau a allai arwain at sawl effaith amgylcheddol. Mae rhai dulliau posibl o geisio lliniaru’r effeithiau hyn yn cynnwys;
- Disodli cnydau/coed brodorol/sy’n cael eu tyfu’n gyffredin gydag amrywiaethau gydag ystod goddefiant VPD uwch
- Bridio neu greu planhigion gydag ystod VPD ehangach neu uwch
- Tyfu mewn systemau CEA lle bo modd rheoli amgylchedd yn llawn
- Lliniaru tueddiadau cynhesu byd eang yn gyffredinol
Os oes modd rheoli VPD yn llwyddiannus mewn amgylchedd CEA, mae’n gallu hwyluso cyfraddau twf uwch (ac felly mwy o gylchredeg cnydau) a chynnydd mewn cynnyrch o fewn yr un ardal gynhyrchu, gan ei wneud yn ffurf fwy cynaliadwy o ffermio. Os bydd systemau rheoli VPD yn cael eu defnyddio yn y modd mwyaf effeithlon i arbed cymaint o egni a dŵr â phosibl, gallai hynny fod yn fonws ychwanegol o ran cynaliadwyedd o fewn y system hon o gynhyrchu bwyd.
Crynodeb
Mae VPD yn ffactor bwysig sy’n dylanwadu ar dwf planhigion, effeithlonrwydd defnyddio dŵr a sefydlogi carbon. O ganlyniad, gall rheoli VPD helpu i sicrhau’r cynhyrchiant gorau posibl o systemau cnydau a choetir, yn ogystal â’u heffeithlonrwydd posibl ar gyfer lliniaru newid hinsawdd trwy storio mwy o garbon. Y ffactorau sy’n dylanwadu fwyaf ar VPD yw tymheredd a lleithder, ac felly mae’n anodd iawn eu rheoli mewn amgylchedd awyr agored. Fodd bynnag, mewn systemau CEA, mae’n bosibl rheoli’r ffactorau hyn hyd at lefelau cywir iawn, gan hwyluso rheolaeth VPD tuag at newidiadau wedi’u targedu o ran twf planhigion. Er bod angen ehangu ar ein dealltwriaeth o VPD ar draws rhywogaethau planhigion, cafwyd tystiolaeth fod rheoli VPD trwy systemau awtomatig sy’n gysylltiedig â synwyryddion cywir yn gallu cael effaith benodol ar gynnyrch, cynnwys maetholion, effeithlonrwydd defnydd dŵr, ac felly ar gynaliadwyedd system gnydau CEA yn gyffredinol. Yn ogystal, gallai ehangu ein dealltwriaeth am VPD ddod yn bwysicach fyth wrth i dueddiadau cynhesu byd eang gynyddu lefelau VPD sy’n bresennol yn yr amgylchedd ar draws y byd gan effeithio ar gynhyrchiant cnydau a’r gallu i sefydlogi carbon.
Os hoffech fersiwn PDF o'r erthygl hon, cysylltwch â heledd.george@menterabusnes.co.uk