Οι παλμοί του φωτός που ακολουθούνται από εκτεταμένες σκοτεινές περιόδους μπορεί να βοηθήσουν να καταστεί η εσωτερική γεωργική παραγωγή πιο βιώσιμη. DutchScenery / Shutterstock.com

Μια νυχτερινή άφιξη στο αεροδρόμιο Schiphol του Άμστερνταμ σας πετάει πάνω από τη φωτεινή ροζ λάμψη των θερμοκηπίων παραγωγής λαχανικών. Η καλλιέργεια καλλιεργειών υπό τεχνητό φως είναι κερδίζει έδαφος, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου οι τιμές παραγωγής μπορεί να είναι υψηλές κατά τη διάρκεια εποχών όταν το φως του ήλιου είναι αραιό.

Ολλανδία είναι μόνο μια χώρα που έχει υιοθετήσει γρήγορα ελεγχόμενη-περιβαλλοντική γεωργία, όπου υψηλής ποιότητας καλλιέργειες όπως βότανα, φανταχτερά μαρούλια και ντομάτες παράγονται σε φωτιζόμενα θερμοκήπια όλο το χρόνο. Οι συνήγοροι προτείνουν αυτά τα εντελώς κλειστά κτίρια - ή εργοστάσια εργοστασίων - θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος επαναχρησιμοποίησης του αστικού χώρου, μείωση των μιλίων τροφίμων και παροχή τοπικών προϊόντων στους κατοίκους της πόλης.

Ένα από τα κεντρικά προβλήματα αυτής της διαδικασίας είναι το υψηλό χρηματικό κόστος παροχής τεχνητού φωτός, συνήθως μέσω ενός συνδυασμού κόκκινων και μπλε διόδων εκπομπής φωτός. Ενεργειακό κόστος μερικές φορές υπερβαίνει το 25% της λειτουργικής δαπάνης. Πώς μπορούν οι καλλιεργητές, ιδίως στον αναπτυσσόμενο κόσμο, ανταγωνιστείτε όταν ο ήλιος είναι ελεύθερος; Η υψηλότερη χρήση ενέργειας μεταφράζεται επίσης σε περισσότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, παρά στο μειωμένο αποτύπωμα άνθρακα που μπορούν να παρέχουν οι βιώσιμες καλλιέργειες.

Έχω μελέτησε πώς το φως επηρεάζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών για πάνω από 30 χρόνια. Πρόσφατα αναρωτήθηκα: Αντί να καλλιεργώ φυτά κάτω από έναν επαναλαμβανόμενο κύκλο μιας ημέρας φωτός και μιας νύχτας σκοταδιού, τι γίνεται αν το ίδιο φως της ημέρας χωριστεί σε παλμούς που διαρκούν μόνο ώρες, λεπτά ή δευτερόλεπτα;

Τα φυτά εσωτερικού χώρου χρειάζονται άφθονο τεχνητό φως. josefkubes / Shutterstock.com

Σύντομες εκρήξεις φωτός και σκοτάδι

Έτσι, οι συνάδελφοί μου και εγώ σχεδίασε ένα πείραμα. Θα χρησιμοποιούσαμε την κανονική ποσότητα φωτός συνολικά, απλώς θα χωρίσουμε σε διαφορετικά κομμάτια του χρόνου.

Φυσικά τα φυτά εξαρτώνται από το φως για τη φωτοσύνθεση, η διαδικασία που στη φύση χρησιμοποιεί την ενέργεια του ήλιου για να συγχωνεύσει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε σάκχαρα που τροφοδοτούν το μεταβολισμό των φυτών. Το φως κατευθύνει επίσης την ανάπτυξη και την ανάπτυξη μέσω των σημάτων του σχετικά με την ημέρα και τη νύχτα, και η μαϊμού με αυτήν τη ροή πληροφοριών μπορεί να έχει καταστροφικά αποτελέσματα.

Αυτό συμβαίνει επειδή το να σπάσεις κάτι καλό σε μικρότερα κομμάτια δημιουργεί μερικές φορές νέα προβλήματα. Φανταστείτε πόσο χαρούμενος θα λάβατε ένα λογαριασμό 100 $ - αλλά όχι τόσο ενθουσιασμένος με τα αντίστοιχα 10,000 πένες. Υποψιάστηκα ότι το εσωτερικό ρολόι ενός εργοστασίου δεν θα δεχόταν το ίδιο φωτεινό νόμισμα όταν σπάστηκε σε μικρότερες ονομαστικές αξίες.

Και αυτό ακριβώς είμαστε εμείς αποδείχθηκε στα πειράματά μας. Τα σπορόφυτα λάχανο, γογγύλια ή τεύτλα που εκτέθηκαν σε κύκλους 12 ωρών φωτός, 12 ωρών σκοτάδι για τέσσερις ημέρες αυξήθηκαν κανονικά, συσσωρεύοντας χρωστικές ουσίες και μεγαλώνουν μεγαλύτερα. Όταν μειώσαμε τη συχνότητα των κύκλων φωτός-σκοτάδι σε 6 ώρες, 3 ώρες, 1 ώρα ή 30 λεπτά, τα φυτά εξεγέρθηκαν. Παραδώσαμε την ίδια ποσότητα φωτός, απλώς εφαρμόστηκε σε κομμάτια διαφορετικού μεγέθους και τα φυτά δεν εκτιμούσαν τη θεραπεία.

Η ίδια ποσότητα φωτός που εφαρμόζεται σε μικρότερα διαστήματα κατά τη διάρκεια της ημέρας προκάλεσε τα φυτά να μεγαλώνουν περισσότερο όπως ήταν στο σκοτάδι. Υποψιαζόμαστε ότι οι παλμοί φωτός έρχονται σε σύγκρουση με ένα εσωτερικό ρολόι του φυτού, και τα φυτά δεν είχαν ιδέα τι ώρα της ημέρας ήταν. Τα στελέχη τεντώθηκαν ψηλότερα σε μια προσπάθεια να βρουν περισσότερο φως και τέθηκαν σε αναμονή διαδικασίες όπως η παραγωγή χρωστικών.

Αλλά όταν εφαρμόσαμε φως σε πολύ, πολύ μικρότερες εκρήξεις, συνέβη κάτι αξιοσημείωτο. Τα φυτά που αναπτύχθηκαν κάτω από κύκλους ενεργοποίησης / απενεργοποίησης πέντε δευτερολέπτων φάνηκαν να είναι σχεδόν πανομοιότυπα με εκείνα που καλλιεργούνται υπό την κανονική περίοδο φωτός / σκοτεινού. Είναι σχεδόν σαν το εσωτερικό ρολόι να μην μπορεί να ξεκινήσει σωστά όταν η ανατολή του ηλίου έρχεται κάθε πέντε δευτερόλεπτα, οπότε τα φυτά δεν θυμούνται μια μέρα που έχει λίγα δευτερόλεπτα.

Όπως προετοιμάσαμε να δημοσιεύσουμε, ο προπτυχιακός συνεργάτης Paul Kusuma διαπίστωσε ότι η ανακάλυψή μας δεν ήταν τόσο νέα. Σύντομα συνειδητοποιήσαμε ότι ανακαλύψαμε κάτι ήδη γνωστό εδώ και 88 χρόνια. Επιστήμονες στο Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ είδα το ίδιο φαινόμενο το 1931 όταν μεγάλωσαν φυτά κάτω από ελαφρούς παλμούς διαφόρων χρόνων. Η δουλειά τους σε ώριμα φυτά ταιριάζει με αυτά που παρατηρήσαμε στα φυτά με αξιοσημείωτη ομοιότητα.

Μια μελέτη του 1931 από τους Garner και Allard παρακολούθησε την ανάπτυξη των λουλουδιών Yellow Cosmos κάτω από ελαφρούς παλμούς διαφόρων χρόνων. Τζ. Αγρί. Res. 42: Εθνική Γεωργική Βιβλιοθήκη, Υπηρεσία Γεωργικής Έρευνας, Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ., CC BY-ND

Όχι μόνο όλα αυτά ήταν μια αναγόμωση μιας παλιάς ιδέας, αλλά οι παλμοί του φωτός δεν εξοικονομούν ενέργεια. Πέντε δευτερόλεπτα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης χρησιμοποιεί την ίδια ποσότητα ενέργειας με τα φώτα που ανάβουν για 12 ώρες. τα φώτα παραμένουν αναμμένα για μισή μέρα.

Αλλά τι θα συνέβαινε εάν παρατείναμε τη σκοτεινή περίοδο; Πέντε δευτερόλεπτα μετά. Έξι δευτερόλεπτα μακριά. Ή 10 δευτερόλεπτα μακριά. Ή 20 δευτερόλεπτα μακριά. Ίσως 80 δευτερόλεπτα μακριά; Δεν το δοκίμασαν το 1931.

Δημιουργία επιπλέον εκτός λειτουργίας

Αποδεικνύεται ότι τα φυτά δεν πειράζουν λίγο χρόνο διακοπής. Αφού εφαρμόσαμε φως για πέντε δευτερόλεπτα για να ενεργοποιήσουμε τη φωτοσύνθεση και τις βιολογικές διεργασίες όπως η συσσώρευση χρωστικής, απενεργοποιήσαμε το φως για 10 ή μερικές φορές 20 δευτερόλεπτα. Κάτω από αυτές τις παρατεταμένες σκοτεινές περιόδους, τα φυτά μεγάλωσαν εξίσου καλά όπως είχαν όταν οι περίοδοι φωτός και σκοτεινού ήταν ίσες. Εάν αυτό θα μπορούσε να γίνει στην κλίμακα ενός εσωτερικού αγροκτήματος, μπορεί να μεταφράζεται σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας, τουλάχιστον 30% και ίσως περισσότερο.

Πρόσφατες εργασίες που δεν έχουν ακόμη δημοσιευτεί στο εργαστήριό μας έχουν δείξει ότι η ίδια ιδέα λειτουργεί και στα φύλλα μαρουλιού. Επίσης, δεν τους πειράζει για έναν εκτεταμένο σκοτεινό χρόνο μεταξύ των παλμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα μαρούλια είναι πράσινα αντί μοβ και έχουν μεγαλύτερα φύλλα. Αυτό σημαίνει ότι ένας καλλιεργητής μπορεί να παράγει ποικιλία προϊόντων και με υψηλότερο εμπορεύσιμο βάρος προϊόντος, κλείνοντας τα φώτα.

Μία ποικιλία μαρουλιού αυξήθηκε μοβ όταν έλαβε 10 δευτερόλεπτα σκοτεινή περίοδο. Μοιάζουν με εκείνα που καλλιεργούνται με σκοτεινή περίοδο πέντε δευτερολέπτων, αλλά χρησιμοποιούν 33% λιγότερη ενέργεια. Η παράταση της σκοτεινής περιόδου στα 20 δευτερόλεπτα απέδωσε πράσινα φυτά με περισσότερη βιομάζα. J. Feng, Κ. Φόλτα

Η εκμάθηση ότι τα φυτά μπορούν να αναπτυχθούν κάτω από εκρήξεις φωτός και όχι συνεχής φωτισμός παρέχει έναν τρόπο για να μειώσει ενδεχομένως τον ακριβό ενεργειακό προϋπολογισμό της εσωτερικής γεωργίας. Περισσότερα φρέσκα λαχανικά θα μπορούσαν να καλλιεργηθούν με λιγότερη ενέργεια, καθιστώντας τη διαδικασία πιο βιώσιμη. Οι συνάδελφοί μου και νομίζω ότι αυτή η καινοτομία θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στην προώθηση νέων επιχειρήσεων και να τροφοδοτήσει περισσότερους ανθρώπους - και να το πράξει με λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Αυτό το άρθρο ενημερώθηκε με διορθωμένο μύθο στη φωτογραφία των φυτών που καλλιεργήθηκαν το 1931.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Kevin M. Folta, Καθηγητής Φυτικών Επιστημών και Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας Φυτών, Πανεπιστήμιο της Φλόριντα

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

ING