Impact of light regimes on growth and tipburn formation in lettuce (Lactuca Sativa L. ‘Frillice’) and the use of NDVI for early detection of tipburn.

Abstract

The work in this master thesis was undertaken in order to add to invesitage how light schedules impact the growth and the formation of tipburn in ‘Frillice’ lettuce when grown hydroponically in controlled growth chambers, and if the use of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) analysis on images taken with a Near Infra-Red (NIR) capable camera could be used to predict the early formation of tipburn. The ability to lessen or even eliminate the formation of tipburn would, in Norway, prevent the annual loss of almost 20 % of all greenhouse ‘Frillice’ crops resulting in a large efficiency and economical boost and a more sustainable production for the farmers growing the cultivar. Tipburn is a form of necrosis that can affect the inner and outer part of lettuce cultivars, with outer tipburn presenting the largest challenge for Norwegian ‘Frillice’ growers. Tipburn is thought to mainly be induced by a calcium deficiency in the affected leaves, leading to cell walls weakening and resulting in eventual necrosis. Several other abiotic factors such as temperature, relative humidity, photoperiods and light intensity have been shown to impact the severity of the tipburn observed during growth. In this thesis the impact of photoperiods, light intensity and red to far-red (R:FR) ratios on ‘Frillice’ were tested with a total of four experiments conducted. The two experiments regarding photoperiods and light intensity yielded very varied results, with the two parallel experiments data opposing each other. With a normal electrical conductivity (EC) in the nutrient solution the observed average tipburn was the heaviest in the plants grown under 12-hour high intensity light, but with a lower EC value of 1.2 the observed tipburn was heavier in the plants growing under 24 hour lower intensity light. For the latter two experiments the statistical test done for the average tipburns found on the plants at the end of the growing period showed no statistical differences between the two treatments with high (2.8) and low (0.8) R/FR ratio, meaning that the R/RF ratio does not seem to impact the formation of tipburn, only growth. Plants grown in high R/RF developed longer but fewer leaves compared to plants exposed to a more standard R/RF ratio. The NDVI analysis of the plants was unable to predict the formation of tipburn, with the first severe drop in the ratio of R/RF light being reflected coinciding with the visual formation of tipburn in the plants, though this may have to do with the experimental setup work and the lack of a truly specialized camera more than the actual NDVI analysis.

Arbeidet i denne oppgaven ble utført for å undersøke påvirkningen av lysstyrker, lysperioder og endret forhold mellom rødt (R) og mørkerødt (MR) lys på bladrandskade hos ‘Frillice’ salat dyrket i et vekstkammer. I tillegg ble det undersøkt om «Normalisert Vegetasjons Indeks» (NVI) analyse av bilder tatt med et nær-infrarødt kamera kan brukes for å forutse bladrandskade før det kan observeres med det blotte øye. I Norge er det i perioder opp til 20 % svinn på grunn av bladrandskader i ‘Frillice’, så metoder for å hindre eller minske omfanget av bladrandskader vil øke effektiviteten og profitten samt bidra til en mer bærekraftig produksjon av ‘Frillice’. Bladrandskade er en type nekrose som oppstår på bladkanten hos eldre blad, og unge blader under utvikling. I Norge er ytre bladrandskade den største utfordringen. Den ledende teorien for hvorfor bladrandskader oppstår peker på en kalsiummangel. Kalsium er et viktig næringsstoff som blant annet styrker celleveggene i levende planteceller og lite kalsium kan lede til total cellekollaps og nekrosedannelse som sett i bladrandskader. I tillegg kan flere andre abiotiske faktorer også påvirke en plantes motstandsdyktighet mot bladrandskader. Disse inkluderer temperatur, relativ luftfuktighet, lysperioder og lysstyrke og R/MR forhold. I denne masteroppgaven ble påvirkningen lysperioder, lysintensitet og en forhøyet R/MR forhold undersøkt. Eksperimentene for lysperioder og lysstyrke ga veldig varierende resultater, da de to forsøkene endte opp med motstridende konklusjoner på lysperiode avhengig av styrken på ledetallet. Ved normalt ledetall (2.0 mS) viste resultatene mer alvorlig bladrandskade hos planter eksponert for 12 timer lysperiode, men ved lavt ledetall (1.2 mS-1) viste planter dyrket med 12 timer lysperiode mindre bladrandskade, spesielt på unge blader. For eksperimentene som undersøkte påvirkningen av forhøyede ratioer av rødt til mørkerødt lys var dataene enklere å tyde. De statistiske forsøkene for begge eksperimenter viste ingen sammenheng mellom den gjennomsnittlige bladrandskaden observert på individuelle planter og de forskjellige lysbehandlingene med p verdier godt over 0.05 i begge forsøk (tabell 6 og 7). I tillegg viste NVI analysen av bildene tatt under forsøkene ingen relevant bladrandskader enkelt kunne observeres på de voksende plantene, noe som betyr at NVI ikke gir informasjon som kan benyttes til å forutse dannelsen av bladrandskader før de er synlige.