Импульсы света, сопровождаемые продолжительными темными периодами, могут помочь сделать сельскохозяйственное производство в помещении более устойчивым. DutchScenery / Shutterstock.com

Вечернее прибытие в амстердамский аэропорт Схипхол пролетит над ярко-розовым светом теплиц овощеводства. Выращивание сельскохозяйственных культур в условиях искусственного освещения набирает оборотыособенно в регионах, где цены на продукцию могут быть высокими в течение сезонов, когда солнечного света мало.

Нидерланды это только одна страна, которая быстро приняла сельское хозяйство с контролируемой средойгде в круглогодичных освещенных теплицах выращиваются дорогостоящие специальные культуры, такие как травы, необычные салаты и помидоры. Адвокаты предлагают эти полностью закрытые здания - или заводские заводы - может стать способом перепрофилирования городского пространства, уменьшения количества продовольственных миль и обеспечения местных жителей горожанами.

Одной из центральных проблем этого процесса является высокая денежная стоимость обеспечения искусственного освещенияобычно через комбинацию красного и синего светодиодов. Стоимость энергии иногда превышать 25% эксплуатационных расходов. Как могут производители, особенно в развивающихся странах, соревноваться, когда солнце свободно? Более высокое энергопотребление также приводит к увеличению выбросов углерода, а не к сокращению выбросов углекислого газа, которое могут обеспечить устойчиво выращиваемые растения.

У меня есть изучал, как свет влияет на рост и развитие растений на протяжении более 30 лет. Недавно я обнаружил, что задаюсь вопросом: вместо того, чтобы выращивать растения под повторяющимся циклом одного дня света и одной ночи темноты, что, если один и тот же дневной свет был разделен на импульсы продолжительностью всего несколько часов, минут или секунд?

Комнатные растения нуждаются в большом количестве искусственного света. josefkubes / Shutterstock.com

Короткие вспышки света и тьмы

Так что я и мои коллеги разработал эксперимент, Мы применили бы нормальное количество света в целом, просто разбили его на разные отрезки времени.

Конечно, растения зависят от света для фотосинтеза, процесса, который в природе использует солнечную энергию для слияния углекислого газа и воды в сахара, которые стимулируют метаболизм растений. Свет также направляет рост и развитие через свои сигналы о дне и ночи, и обезьяна с этим потоком информации может иметь катастрофические результаты.

Это потому, что разбиение чего-то хорошего на мелкие кусочки иногда создает новые проблемы. Представьте, как вы были бы счастливы получить счет 100 в долларах США - но не так, как в восторге от эквивалентных копеек 10,000. Мы подозревали, что внутренние часы завода не будут принимать ту же самую светящуюся валюту, когда разбиты на меньшие деноминации.

И это именно то, что мы продемонстрировано в наших экспериментах, Рассада капусты, репы или свеклы подвергалась воздействию циклов световых часов 12, а темновые часы 12 в течение четырех дней росли нормально, накапливая пигменты и увеличиваясь в размерах. Когда мы уменьшили частоту циклов свет-темнота до часов 6, часов 3, часов 1 или минут 30, растения восстали. Мы поставили такое же количество света, только что примененное в кусках разных размеров, и саженцы не оценили обработку.

Одинаковое количество света, подаваемого через короткие промежутки времени в течение дня, приводило к тому, что растения становились больше, как в темноте. Мы подозреваем, что световые импульсы конфликтуют с внутренние часы заводаи саженцы понятия не имели, в какое время суток это было. Стебли растягивались выше в попытке найти больше света, и такие процессы, как производство пигмента, были приостановлены.

Но когда мы применили свет намного, намного короче, произошло нечто замечательное. Растения, выращенные в течение пятисекундных циклов включения / выключения, оказались почти идентичными растениям, выращенным в нормальный период свет / темнота. Это похоже на то, что внутренние часы не могут запуститься должным образом, когда восход солнца наступает каждые пять секунд, поэтому растения, похоже, не возражают против дня, который длится несколько секунд.

Так же, как мы готовились к публикации, сотрудник бакалавриата Пол Кусума обнаружил, что наше открытие не было таким уж новым. Вскоре мы поняли, что на самом деле заново открыли нечто, известное уже в 88. Ученые из Министерства сельского хозяйства США видел это же явление в 1931 когда они выращивали растения под световыми импульсами различной длительности. Их работа на зрелых растениях совпадает с тем, что мы наблюдали на саженцах, с удивительным сходством.

Исследование 1931, проведенное Гарнером и Аллардом, отслеживало рост цветов Желтого космоса под световыми импульсами различной длительности. J. Agri. Местожительство 42: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США., CC BY-ND

Мало того, что все это было повторением старой идеи, но импульсы света не экономят энергию. Пять секунд для включения и выключения используется то же количество энергии, что и для ламп 12; огни все еще включены в течение половины дня.

Но что произойдет, если мы продлим темный период? Пять секунд. Шесть секунд. Или 10 секунд. Или 20 секунд. Может быть, 80 секунд? Они не пробовали это в 1931.

Строительство в дополнительное время простоя

Оказывается, растения не против небольшого простоя. После применения света в течение пяти секунд для активации фотосинтеза и биологических процессов, таких как накопление пигмента, мы выключили свет на 10, а иногда и на 20 секунд. В эти продолжительные темные периоды сеянцы росли так же хорошо, как и в те времена, когда светлые и темные периоды были равны. Если это можно сделать в масштабах внутренней фермы, это может привести к значительной экономии энергии, по крайней мере, 30% и, возможно, больше.

Недавние, еще не опубликованные работы в нашей лаборатории показали, что та же самая концепция работает в листьях салата; они также не против длительного темного времени между импульсами. В некоторых случаях салаты зеленые, а не фиолетовые и имеют более крупные листья. Это означает, что производитель может производить разнообразные продукты с более высоким товарным весом, выключая свет.

Один сорт салата становился пурпурным, когда давал 10-второй темный период. Они похожи на те, которые выращиваются с пятисекундным темным периодом, но используют на 33% меньше энергии. Расширение темного периода до 20 секунд позволило получить зеленые растения с большей биомассой. Дж. Фенг, К. Фолта

Знание того, что растения могут быть выращены под вспышками света, а не при непрерывном освещении, дает возможность потенциально сократить дорогостоящий энергетический бюджет внутреннего сельского хозяйства. Больше свежих овощей можно выращивать с меньшими затратами энергии, что делает процесс более устойчивым. Я и мои коллеги полагаем, что это нововведение может в конечном итоге помочь вести новый бизнес и накормить больше людей - и сделать это с меньшим воздействием на окружающую среду.

Эта статья была обновлена ​​исправленной легендой на фотографии растений, выращенных в 1931.

Об авторе

Кевин М. Фольта, профессор садоводческих наук и молекулярной и клеточной биологии растений, Университет Флориды

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

ИНГ