Імпульси світла, що супроводжуються тривалими темними періодами, можуть допомогти зробити внутрішнє сільськогосподарське виробництво більш стійким. DutchScenery / Shutterstock.com

Нічний приліт в амстердамський аеропорт Схіпхол пролітає над яскраво-рожевим сяйвом теплиць з виробництва овочів. Вирощування врожаю при штучному освітленні є набирає обертів, особливо в регіонах, де ціни на продукцію можуть бути високими в сезони, коли сонячне світло є рідкісним.

Нідерланди це лише одна країна, яка швидко прийняла Сільське господарство з контрольованим середовищем, де цінні спеціальні культури, такі як трави, вишукані салати та помідори, виробляються в цілорічних освітлених теплицях. Адвокати пропонують ці повністю закриті будівлі - або заводські заводи - це може бути способом перепрофілювання міського простору, зменшення продовольчих кілометрів та забезпечення місцевих продуктів жителями міст.

Однією з центральних проблем цього процесу є висока грошова вартість забезпечення штучним світлом, як правило, за допомогою комбінації червоних і синіх світлодіодів. Витрати енергії іноді перевищують 25% операційних витрат. Як виробники, особливо в країнах, що розвиваються, змагатися, коли сонце вільне? Більш високе споживання енергії також призводить до збільшення викидів вуглецю, а не до зменшення вуглецевого сліду, які можуть забезпечити рослини, що вирощуються у сталому господарстві.

Я вивчав, як світло впливає на ріст і розвиток рослин більше 30 років. Нещодавно я здивувався: замість того, щоб вирощувати рослини під повторюваним циклом одного дня світла і однієї ночі темряви, що, якби те саме денне світло було розбито на імпульси, що тривали лише години, хвилини або секунди?

Кімнатні рослини потребують великої кількості штучного світла. josefkubes / Shutterstock.com

Короткі сплески світла і темряви

Тож ми з колегами розробив експеримент. Ми застосовували б загальну кількість світла в цілому, просто розбивали його за різні відрізки часу.

Звичайно, рослини залежать від світла для фотосинтезу - процесу, який в природі використовує енергію сонця для злиття вуглекислого газу та води в цукри, що підживлюють метаболізм рослин. Світло також спрямовує ріст і розвиток завдяки своїм сигналам про день і ніч, і мавпування за допомогою цього потоку інформації може мати катастрофічні результати.

Це тому, що розбиття чогось хорошого на менші шматочки іноді створює нові проблеми. Уявіть, як би ви раділи, отримавши купюру в розмірі 100 доларів США, але не в такому захваті від еквівалентних 10,000 копійок. Ми підозрювали, що внутрішні годинники заводу не приймають ту саму світяться валюту, якщо їх розбити на менші номінали.

І це саме те, що ми продемонстровано в наших експериментах. Розсада капусти, ріпи або буряка, яка піддається дії циклів 12 годин світла, 12 годин темряви протягом чотирьох днів, росла нормально, накопичуючи пігменти і збільшуючись. Коли ми зменшили частоту циклів світло-темно до 6 годин, 3 годин, 1 години або 30 хвилин, рослини повстали. Ми подавали однакову кількість світла, щойно застосовуваного різними розмірами, і саджанці не оцінили обробку.

Однакова кількість світла, що застосовується протягом коротших інтервалів протягом дня, призводила до того, що рослини росли більше, як у темряві. Ми підозрюємо, що світлові імпульси конфліктували з a внутрішні годинники заводу, і саджанці навіть не здогадувались, яка година. Стебла тягнулися вище, намагаючись знайти більше світла, і такі процеси, як виробництво пігменту, були призупинені.

Але коли ми застосовували світло значно, набагато коротшими спалахами, сталося щось чудове. Рослини, вирощені протягом п’ятисекундних циклів увімкнення / вимкнення, виявилися майже ідентичними рослинам, вирощеним у звичайний світловий / темний період. Це майже так, як внутрішні годинники не можуть правильно запуститись, коли схід сонця настає кожні п’ять секунд, тому рослини, здається, не заперечують день, який триває кілька секунд.

Подібно до того, як ми готувались до публікації, співробітник бакалавра Пол Кусума виявив, що наше відкриття було не таким вже й новим. Незабаром ми зрозуміли, що насправді заново відкрили те, що було відомо вже 88 років. Вчені з Міністерства сільського господарства США побачив це саме явище в 1931 році коли вони вирощували рослини під легкими імпульсами різної тривалості. Їхня робота у зрілих рослинах з надзвичайною схожістю збігається з тим, що ми спостерігали у саджанців.

Дослідження Гарнера та Алларда 1931 р. Простежило ріст квітів Жовтого Космосу під світловими імпульсами різної тривалості. Дж. Агрі. Рез. 42: Національна сільськогосподарська бібліотека, Служба досліджень сільського господарства, Міністерство сільського господарства США., CC BY-ND

Все це було не лише відновленням старої ідеї, але й імпульси світла не економить енергії. П’ять секунд увімкнення та вимкнення використовує ту саму кількість енергії, що і світло, яке горить протягом 12 годин; світло все ще горить половину дня.

Але що було б, якби ми продовжили темний період? П’ять секунд далі. Шість секунд перерви. Або 10 секунд перерви. Або 20 секунд перерви. Може, 80 секунд перерви? Вони не пробували цього в 1931 році.

Будівництво в додаткові простої

Виявляється, рослини не заперечують перед невеликим простоєм. Після застосування світла протягом п’яти секунд для активації фотосинтезу та біологічних процесів, таких як накопичення пігменту, ми вимикали світло на 10, а іноді і на 20 секунд. За цих тривалих темних періодів саджанці росли так само добре, як і тоді, коли світловий і темний періоди були рівними. Якщо це можна зробити в масштабі внутрішньої ферми, це може призвести до значної економії енергії, щонайменше на 30% і, можливо, більше.

Недавня опублікована в нашій лабораторії робота, яка ще не опублікована, показала, що та сама концепція працює у листових салатах; вони також не заперечують проти тривалого темного часу між імпульсами. У деяких випадках салати зелені, а не фіолетові і мають більші листя. Це означає, що виробник може випускати різноманітну продукцію та з більшою товарною вагою, вимикаючи світло.

Один сорт салату виріс фіолетовим, коли йому дали 10-секундний темний період. Вони схожі на ті, що вирощуються в п’ятисекундний темний період, але споживають на 33% менше енергії. Подовження темного періоду до 20 секунд дало зелені рослини з більшою кількістю біомаси. Дж. Фенг, К. Фольта

Дізнання про те, що рослини можна вирощувати за випромінювання світла, а не при постійному освітленні, дає можливість потенційно скоротити дорогий енергетичний бюджет сільського господарства в приміщеннях. Більше свіжих овочів можна вирощувати з меншою енергією, що робить процес більш стійким. Ми з колегами вважаємо, що це нововведення в кінцевому підсумку може допомогти стимулювати новий бізнес та нагодувати більше людей - причому з меншим впливом на навколишнє середовище.

Ця стаття була оновлена ​​з виправленою легендою на фотографії рослин, вирощених у 1931 році.

Про автора

Кевін М. Фолта, професор садівничих наук та молекулярної та клітинної біології рослин, Університет Флориди

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

ІНГ