Valon pulssit, joita seuraa pitkät pimeät jaksot, saattavat auttaa tekemään maatalouden sisäistä tuotantoa kestävämmäksi. DutchScenery / Shutterstock.com

Yö saapuminen Amsterdamin Schipholin lentokentälle lentää sinut vihreän vihreän kasvihuonekasvihuoneen läpi. Viljelykasvien viljely keinotekoisessa valossa on vauhtia, erityisesti alueilla, joilla tuottajahinnat voivat olla korkeita kauden aikana, jolloin auringonvalo on harvinaista.

Alankomaat on vain yksi maa, joka on hyväksynyt nopeasti valvotun ympäristön maatalous, jossa arvokkaita erikoisviljelyjä kuten yrttejä, hienoja salaatteja ja tomaatteja tuotetaan ympäri vuoden valaistuissa kasvihuoneissa. Asianajajat ehdottavat nämä täysin suljetut rakennukset - tai kasvien tehtaat - voisi olla keino uudistaa kaupunkitilaa, vähentää ruokamailia ja tarjota paikallisia tuotteita kaupunkilaisille.

Yksi tämän prosessin keskeisistä ongelmista on keinotekoisen valon tarjoamisesta aiheutuvat korkeat rahalliset kustannukset, yleensä punaisen ja sinisen valoa lähettävän diodin yhdistelmän kautta. Energiakustannukset joskus ylittää 25% operatiivisista menoista. Miten viljelijät voivat erityisesti kehitysmaissa kilpailla, kun aurinko on vapaa? Korkeampi energiankulutus merkitsee myös enemmän hiilidioksidipäästöjä, eikä hiilijalanjäljen kestävästi viljellyt viljellyt kasvit voimistuneet.

Olen tutki, miten valo vaikuttaa kasvien kasvuun ja kehitykseen yli 30-vuotta. Löysin itseni äskettäin miettimään: Entä kuin kasvit kasvavat toistuvasti yhden päivän valon ja yhden pimeyden yön aikana, mitä jos sama päivänvalo jaettaisiin vain tunteina, minuutteina tai sekunteina kestäviin pulsseihin?

Sisäiset kasvit tarvitsevat runsaasti keinotekoista valoa. josefkubes / Shutterstock.com

Lyhyt valo ja pimeä

Joten kollegani ja minä suunniteltu kokeilu. Käytämme normaalia valon määrää yhteensä, vain rikkomalla se eri aikakaudella.

Tietenkin kasvit riippuvat valosta fotosynteesissä, prosessi, joka luonnossa käyttää auringon energiaa hiilidioksidin ja veden yhdistämiseksi sokereihin, jotka polttoaineenvaihduntaa. Valo ohjaa myös kasvua ja kehitystä signaaleillaan päivällä ja yöllä, ja monkey-toiminnolla voi olla tuhoisia tuloksia.

Tämä johtuu siitä, että jotain hyvää rikkomalla pienemmiksi bitteiksi syntyy joskus uusia ongelmia. Kuvittele, kuinka onnellinen olisit saada Yhdysvaltain dollarin 100-lasku - mutta ei yhtä innostunut vastaavista 10,000-penneistä. Epäiltiin, että laitoksen sisäinen kello ei hyväksy samaa valoa, kun se murtuu pienempiin nimikkeisiin.

Ja juuri sitä me kokeissa. Kaleiden, nauris- tai juurikkaiden taimet, jotka ovat alttiina 12-valotuntiaksille, 12-tunteja pimeässä neljän päivän ajan kasvoivat normaalisti, kerääntyvät pigmentit ja kasvoivat suuremmiksi. Kun vähennimme vaalean tummien syklien taajuutta 6-tunteihin, 3-tunteihin, 1-tuntiin tai 30-minuutteihin, kasvit murtivat. Toimitimme saman määrän valoa, joka oli juuri levitetty eri kokoisissa paloissa, ja taimet eivät arvostaneet hoitoa.

Sama määrä valoa, jota levitettiin lyhyempinä päivinä, aiheutti kasvien kasvavan enemmän kuin pimeydessä. Epäilemme, että valopulssit ovat ristiriidassa a laitoksen sisäinen kello, ja taimet eivät tienneet, mikä kellonaika se oli. Varret venytettiin pitemmälle, kun yritettiin löytää lisää valoa, ja prosessit, kuten pigmentin tuotanto, asetettiin pitoon.

Mutta kun käytimme valoa paljon, paljon lyhyemmissä purskeissa, tapahtui jotain merkittävää. Kasvit, jotka oli kasvatettu viiden sekunnin sisään / pois sykleissä, näyttivät olevan lähes identtiset normaaleissa valo / pimeässä jaksoissa kasvatettujen kasvien kanssa. Se on melkein kuin sisäinen kello ei voi aloittaa kunnolla, kun auringonnousu tulee viiden sekunnin välein, joten kasvit eivät näytä mieleen muutaman sekunnin pituisen päivän.

Aivan kuten olemme valmiita julkaisemaan, perustutkijakumppani Paul Kusuma totesi, että löytömme ei ollut niin uusi. Pian huomasimme, että olisimme todella löytäneet jotain, joka on jo tunnettu 88-vuosien ajan. Tutkijat Yhdysvaltain maatalousministeriössä näki saman ilmiön 1931issa kun ne kasvoivat eri kestoisten valopulssien alla. Niiden työ kypsissä kasveissa vastaa sitä, mitä havaitsimme taimet, joilla on huomattava samankaltaisuus.

Garnerin ja Allardin 1931-tutkimuksessa seurattiin keltaisen Cosmos-kukkien kasvua eri kestoisten valopulssien alla. J. Agri. Res. 42: Kansallinen maatalouskirjasto, maatalouden tutkimuspalvelu, Yhdysvaltain maatalousministeriö., CC BY-ND

Kaikki tämä oli vain vanha ajatus, mutta valopulssit eivät säästä energiaa. Viisi sekuntia päälle ja pois päältä käytetään samaa määrää energiaa kuin 12-tuntien päällä olevat valot; valot ovat vielä päällä puolen päivän ajan.

Mutta mitä tapahtuisi, jos jatkamme pimeää aikaa? Viisi sekuntia. Kuusi sekuntia pois. Tai 10 sekuntia pois päältä. Tai 20 sekuntia pois päältä. Ehkä 80 sekuntia pois? He eivät yrittäneet sitä 1931issa.

Rakentaminen ylimääräisiä seisokkeja

On käynyt ilmi, että kasvit eivät pidä mielessäsi vähän seisokkia. Kun valo oli valittu viiden sekunnin ajan fotosynteesin ja biologisten prosessien, kuten pigmentin kertymisen aktivoimiseksi, otimme valon pois päältä 10ille tai joskus 20 sekunnille. Näiden pitkien pimeiden jaksojen aikana taimet kasvoivat yhtä hyvin kuin he olivat, kun valo- ja pimeät jaksot olivat yhtä suuret. Jos tämä voitaisiin tehdä sisätilojen tilalla, se voi johtaa huomattavaan energiansäästöön, ainakin 30% ja ehkä enemmän.

Viime aikoina julkaistu työ laboratoriossa on osoittanut, että sama käsite toimii lehtisalaatteissa; ne eivät myöskään pidä mielessä pulssien välistä pimeää aikaa. Joissakin tapauksissa salaatit ovat vihreitä violetin sijasta ja niillä on suuremmat lehdet. Tämä tarkoittaa sitä, että viljelijä voi tuottaa erilaisia ​​tuotteita ja korkeamman myyntikelpoisen tuotteen painon kääntämällä valot pois.

Yksi lajike salaattia kasvoi violetina, kun sille annettiin 10-sekunnin pimeä jakso. Ne näyttävät samanlaisilta kuin viiden sekunnin pimeällä ajanjaksolla kasvatetut, mutta käyttävät 33%: a vähemmän energiaa. Pimeän ajan pidentäminen 20-sekunteihin tuotti vihreitä kasveja, joissa oli enemmän biomassaa. J. Feng, K. Folta

Oppiminen, että kasvit voidaan kasvattaa valon heikkenemisen sijasta jatkuvan valaistuksen avulla, tarjoaa mahdollisuuden leikata kalliita energian budjetteja sisämaataloudessa. Lisää tuoreita vihanneksia voitaisiin kasvattaa vähemmän energiaa käyttämällä prosessia kestävämmäksi. Kollegani ja mielestäni tämä innovaatio voisivat viime kädessä auttaa uutta liiketoimintaa ja ruokkimaan enemmän ihmisiä - ja tehkää näin vähemmän ympäristövaikutuksia.

Tämä artikkeli päivitettiin korjatulla legendalla 1931issa kasvatettujen kasvien valokuvasta.

kirjailijasta

Kevin M. Folta, puutarhaviljelyn ja kasvimolekyylin ja solubiologian professori, University of Florida

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

ta