Mikropattanások növények számára: A lámpák be- és kikapcsolása energiát takaríthat meg, anélkül, hogy a beltéri mezőgazdasági betakarításokat károsítaná
A fényimpulzusok, majd a hosszabb sötét időszakok hozzájárulhatnak a beltéri mezőgazdasági termelés fenntarthatóságához. DutchScenery / Shutterstock.com

Az éjszakai érkezés az amszterdami Schiphol repülőtérre a zöldségtermelő üvegházak élénk rózsaszínű ragyogása felett repít el. A növények termesztése mesterséges fény alatt lendületet, különösen azokban a régiókban, ahol a termelés ára magas lehet a szezonban, amikor a napfény ritka.

Hollandia csak egy gyorsan elfogadott ország ellenőrzött környezetű mezőgazdaság, ahol nagy értékű speciális növényeket, például gyógynövényeket, díszes salátákat és paradicsomot állítanak elő egész évben megvilágított üvegházakban. Az ügyvédek javasolják ezek a teljesen zárt épületek - ill növénygyárak - lehetne egy módja a városi tér újrafelhasználásának, az ételmérések csökkentésének és a helyi lakosok helyi termékekkel való ellátásának.

Ennek a folyamatnak az egyik központi problémája a a mesterséges fény biztosításának magas pénzügyi költségei, általában vörös és kék fénykibocsátó diódák kombinációján keresztül. Energiaköltségek néha meghaladja az üzemeltetési ráfordítás 25% -át. Hogyan tudják a termelők, különösen a fejlődő világban, versenyezzen, amikor szabad a nap? A magasabb energiafelhasználás több szén-dioxid-kibocsátást is jelent, ahelyett, hogy a fenntarthatóan gazdálkodó üzemek képesek lennének a csökkent szénlábnyomra.

voltam tanulmányozta, hogy a fény hogyan befolyásolja a növények növekedését és fejlődését több mint 30 éve. Nemrég azon tűnődtem, hogy kíváncsi vagyok: Ahelyett, hogy egy napos fény és egy éjszakai sötétség ismétlődő ciklusa alatt növényeket termesztenék, mi lenne, ha ugyanazt a napfényt csak órák, percek vagy másodpercekig tartó impulzusokra osztanák?


belső feliratkozási grafika


Mikropattanások növények számára: A lámpák be- és kikapcsolása energiát takaríthat meg, anélkül, hogy a beltéri mezőgazdasági betakarításokat károsítaná
A szobanövényeknek rengeteg mesterséges fényre van szükségük. josefkubes / Shutterstock.com

Rövid fény- és sötéttörés

Tehát kollégáimmal és én kísérletet tervezett. Összesen a normál fénymennyiséget alkalmazzuk, csak fel kell bontanunk különböző időtartamokra.

Természetesen a növények a fotoszintézis fényétől függenek, amely folyamat a nap energiáját felhasználja a szén-dioxid és a víz cukrokká való egyesítéséhez, ami a növények anyagcseréjét táplálja. A fény nappal és éjjel is jelzésein keresztül irányítja a növekedést és a fejlődést, és az ezzel az információs áramlattal való majmolásnak katasztrofális eredményei lehetnek.

Ez azért van, mert valami jó apróbb részekre bontása néha új problémákat okoz. Képzelje el, mennyire örülne, ha 100 USD-s számlát kapna - de nem annyira izgalmas a megfelelő 10,000 XNUMX fillér. Gyanítottuk, hogy egy üzem belső órája nem fogadja el ugyanazt a világító valutát, ha kisebb címletekre bontják.

És pontosan ezt mi kimutatták kísérleteinkben. A kelkáposzta, a fehérrépa vagy a répa palántái 12 órán át tartó fény, 12 órán át sötét sötét időtartam alatt négy napig normálisan nőttek, felhalmozódtak a pigmentek és nagyobbak lettek. Amikor a világos-sötét ciklusok gyakoriságát 6 órára, 3 órára, 1 órára vagy 30 percre csökkentettük, a növények fellázadtak. Ugyanannyi fényt szolgáltattunk, csak különböző méretű darabokban, és a palánták nem értékelték a kezelést.

Ugyanaz a fénymennyiség, amelyet rövidebb időközönként alkalmaztak a nap folyamán, a növények jobban nőttek, mintha sötétségben lennének. Arra gyanakszunk, hogy a fényimpulzusok ütköznek a üzem belső órája, és a palántáknak fogalma sem volt arról, hogy melyik napszak van. A szárak magasabbra nyúltak, hogy több fényt találjanak, és olyan folyamatokat állítottak le, mint a pigmenttermelés.

De amikor sokkal, de sokkal rövidebb sorozatban alkalmaztuk a fényt, valami figyelemre méltó történt. Az öt másodperces be- és kikapcsolási ciklus alatt növesztett növények majdnem azonosak voltak a normál világos / sötét időszakban növesztett növényekkel. Ez majdnem olyan, mintha a belső óra nem tudna megfelelően elindulni, amikor öt másodpercenként napkelte jön, így a növények nem úgy tűnik, hogy egy pár másodperces napot is bánnának.

Éppen amikor publikálásra készültünk, Paul Kusuma egyetemi hallgató úgy találta, hogy felfedezésünk nem volt olyan újszerű. Hamarosan rájöttünk, hogy valóban felfedeztünk valamit, ami már 88 éve ismert. Az amerikai Mezőgazdasági Minisztérium tudósai ugyanezt a jelenséget látta 1931-ben amikor különféle időtartamú fényimpulzusok alatt növelték a növényeket. Érett növényekben végzett munkájuk figyelemre méltó hasonlósággal egyezik meg a palántákon megfigyeltekkel.

Mikropattanások növények számára: A lámpák be- és kikapcsolása energiát takaríthat meg, anélkül, hogy a beltéri mezőgazdasági betakarításokat károsítaná
Garner és Allard 1931-ben végzett tanulmánya különböző időtartamú fényimpulzusok alatt követte a sárga kozmosz virágainak növekedését.
J. Agri. Res. 42 .: Nemzeti Mezőgazdasági Könyvtár, Agrárkutatási Szolgálat, Amerikai Mezőgazdasági Minisztérium., CC BY-ND

Mindez nemcsak egy régi ötlet újrafutózása volt, de a fényimpulzusok sem spórolnak meg energiát. Öt másodperc be- és kikapcsolása ugyanazt az energiát használja fel, mint a 12 órán át tartó világítás; a fények a nap fél felében még mindig világítanak.

De mi történne, ha meghosszabbítanánk a sötét időszakot? Öt másodperc. Hat másodperc szabadság. Vagy 10 másodperc szabadidő. Vagy 20 másodperc szabadidő. Talán 80 másodperc szabadság? 1931-ben nem próbálták meg.

Építés extra állásidőben

Kiderült, hogy a növények nem bánják egy kis leállást. Miután öt másodpercig fényt alkalmaztunk a fotoszintézis és az olyan biológiai folyamatok aktiválása érdekében, mint a pigment felhalmozódása, 10, vagy néha 20 másodpercre kikapcsoltuk a fényt. E meghosszabbított sötét periódusok alatt a palánták ugyanolyan mértékben nőttek, mint akkor, amikor a világos és a sötét időszak egyenlő volt. Ha ezt egy fedett gazdaság méretével lehetne megtenni, az jelentős energiamegtakarítást eredményezhet, legalább 30% -ot és talán többet is.

Laboratóriumunkban a közelmúltban még nem publikált munka kimutatta, hogy ugyanez a koncepció működik a levélsalátákban is; ők sem bánják az impulzusok közötti hosszabb sötét időt. Bizonyos esetekben a saláták lila helyett zöldek és nagyobb levelűek. Ez azt jelenti, hogy a termelő sokféle terméket és nagyobb piacképes terméktömeget tud előállítani a lámpák kikapcsolásával.

Mikropattanások növények számára: A lámpák be- és kikapcsolása energiát takaríthat meg, anélkül, hogy a beltéri mezőgazdasági betakarításokat károsítaná
Az egyik salátafajta lila lett, amikor 10 másodperces sötét periódust kapott. Hasonlítanak az öt másodperces sötét periódusúakra, mégis 33% -kal kevesebb energiát fogyasztanak. A sötét periódus 20 másodpercre történő meghosszabbítása zöld növényeket eredményezett, több biomasszával. J. Feng, K. Folta

Megtanulva, hogy a növényeket folyamatos megvilágítás helyett fénysugarak alatt lehet termeszteni, mód nyílik a beltéri mezőgazdaság drága energiaköltségvetésének csökkentésére. Több friss zöldséget lehet termelni kevesebb energiával, ami fenntarthatóbbá teszi a folyamatot. Kollégáimmal és úgy gondolom, hogy ez az újítás végső soron elősegítheti az új üzleti élet ösztönzését és több ember táplálását - és ezt kisebb környezeti hatással is megteheti.

Ezt a cikket javított jelmondattal frissítették az 1931-ben termesztett növények fényképéről.A beszélgetés

A szerzőről

Kevin M. Folta, a kertészettudomány, valamint a növényi molekuláris és sejtbiológia professzora, University of Florida

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

ING