Mikro-naps for planter: Å knipse lysene av og på kan spare energi uten å skade innendørs jordbruk Høst

Mikro-naps for planter: Å knipse lysene av og på kan spare energi uten å skade innendørs jordbruk Høst
Lyspulser fulgt av lengre mørke perioder kan bidra til å gjøre innendørs landbruksproduksjon mer bærekraftig. DutchScenery / Shutterstock.com

En natt til ankomst Schiphol lufthavn i Amsterdam flyr deg over den knallrosa gløden av grønnsaksproduksjonshus. Å dyrke avlinger under kunstig lys er får fart, spesielt i regioner hvor produsentprisene kan være høye i årstider når sollyset er sparsomt.

Nederland er bare ett land som raskt har adoptert kontrollert miljø landbruk, der høykvalitets spesialavlinger som urter, fancy salater og tomater produseres i opplyste drivhus året rundt. Advokater foreslår disse helt lukkede bygningene - eller plantefabrikker - kan være en måte å gjenbruke byrommene, redusere matmiljøene og skaffe lokale innbyggere til lokale innbyggere.

Et av de sentrale problemene i denne prosessen er høye monetære kostnader for å gi kunstig lys, vanligvis via en kombinasjon av røde og blå lysemitterende dioder. Energikostnader noen ganger overstige 25% av driftsutgiftene. Hvordan kan dyrkere, spesielt i utviklingsland, konkurrere når solen er fri? Høyere energibruk betyr også mer karbonutslipp, snarere enn det reduserte karbonavtrykket som bærekraftige oppdrettsanlegg kan gi.

Jeg har studerte hvordan lys påvirker plantevekst og utvikling i over 30 år. Jeg fant meg nylig lurt på: Heller enn å dyrke planter under en repeterende syklus av en dag med lys og en natt med mørke, hva om det samme dagslyset ble delt opp i pulser som bare varte timer, minutter eller sekunder?

Mikro-naps for planter: Å knipse lysene av og på kan spare energi uten å skade innendørs jordbruk Høst
Innendørs planter trenger mye kunstig lys. josefkubes / Shutterstock.com

Korte bursts av lys og mørke

Så kollegene og jeg designet et eksperiment. Vi vil bruke den normale mengden lys totalt, bare bryte den opp over forskjellige biter av tid.

Naturligvis er planter avhengige av lys for fotosyntesen, prosessen som i naturen bruker solens energi til å slå sammen karbondioksid og vann til sukkerarter som gir drivstoff til metabolismen. Lys retter også vekst og utvikling gjennom signalene om dag og natt, og monkeying med den informasjonsstrømmen kan ha katastrofale resultater.

Det er fordi det å bryte noe bra i mindre biter noen ganger skaper nye problemer. Se for deg hvor lykkelig du ville være med å motta en regning på $ 100 - men ikke så begeistret for de tilsvarende 10,000-øre. Vi mistenkte at en anleggs interne klokke ikke ville akseptere den samme lysende valutaen da den ble brutt i mindre kirkesamfunn.

Og det er akkurat det vi demonstrert i våre eksperimenter. Grønnkål, kålrot eller rødbetsplanter utsatt for sykluser med 12 timer lys, 12 timer mørke i fire dager vokste normalt, akkumulerte pigmenter og ble større. Da vi reduserte frekvensen av lysmørke sykluser til 6 timer, 3 timer, 1 time eller 30 minutter, gjorde opprørene opprør. Vi leverte den samme mengden lys, bare påført i biter av forskjellig størrelse, og frøplantene set ikke pris på behandlingen.

Den samme mengden lys som ble påført i kortere intervaller over dagen fikk plantene til å vokse mer som de var i mørket. Vi mistenker at lyspulsene er i konflikt med a anleggets interne klokke, og frøplantene ante ikke hvilken tid på døgnet det var. Stengler strakte seg høyere i et forsøk på å finne mer lys, og prosesser som pigmentproduksjon ble satt på vent.

Men da vi påførte lys i mye, mye kortere utbrudd, skjedde noe bemerkelsesverdig. Planter som ble dyrket under 5 sekunders av / på-syklus, syntes å være nesten identiske med de som ble dyrket under normal lys / mørk periode. Det er nesten som den interne klokken ikke kan komme ordentlig i gang når soloppgangen kommer hvert femte sekund, så plantene ser ikke ut til å bry seg om en dag som er noen sekunder lang.

Akkurat som vi forberedte oss på å publisere, fant kollegas samarbeidspartner Paul Kusuma at oppdagelsen vår ikke var så ny. Vi innså snart at vi faktisk hadde gjenoppdaget noe som allerede var kjent i 88 år. Forskere ved det amerikanske jordbruksdepartementet så det samme fenomenet i 1931 da de vokste planter under lette pulser av forskjellige varigheter. Deres arbeid i modne planter samsvarer med det vi observerte i frøplanter med bemerkelsesverdig likhet.

Mikro-naps for planter: Å knipse lysene av og på kan spare energi uten å skade innendørs jordbruk Høst
En 1931-studie av Garner og Allard sporet veksten av gule kosmosblomster under lette pulser av forskjellige varigheter.
J. Agri. Res. 42: National Agricultural Library, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture., CC BY-ND

Ikke bare var alt dette en regummiering av en gammel idé, men lyspulser sparer ikke energi. Fem sekunder av og på bruker samme mengde energi som lysene er på i 12 timer; lysene er fortsatt på halvparten av dagen.

Men hva ville skje hvis vi forlenget den mørke perioden? Fem sekunder på. Seks sekunder av. Eller 10 sekunder av. Eller 20 sekunder av. Kanskje 80 sekunder av? Det prøvde de ikke i 1931.

Bygger i ekstra driftsstans

Det viser seg at plantene ikke har noe imot litt driftsstans. Etter å ha brukt lys i fem sekunder for å aktivere fotosyntesen og biologiske prosesser som pigmentakkumulering, slo vi lyset av i 10, eller noen ganger 20 sekunder. Under disse langvarige mørke periodene vokste frøplantene like godt som de hadde når de lyse og mørke periodene var like. Hvis dette kan gjøres på skalaen fra en innendørs gård, kan det føre til en betydelig energibesparelse, minst 30% og kanskje mer.

Nylig ennå publisert arbeid i laboratoriet vårt har vist at det samme konseptet fungerer i bladsalater; de har heller ikke noe imot en utvidet mørketid mellom pulser. I noen tilfeller er salatene grønne i stedet for lilla og har større blader. Det betyr at en produsent kan produsere et mangfold av produkter, og med høyere salgbar produktvekt, ved å slå av lysene.

Mikro-naps for planter: Å knipse lysene av og på kan spare energi uten å skade innendørs jordbruk Høst
Én rekke salater vokste lilla når de fikk en mørk periode på 10 sekunder. De ser ut som de som er dyrket med en fem sekunders mørk periode, men bruker likevel 33% mindre energi. Å utvide den mørke perioden til 20 sekunder ga grønne planter med mer biomasse. J. Feng, K. Folta

Å lære at planter kan dyrkes under sprengninger av lys i stedet for kontinuerlig belysning, gir en måte å trimme det dyre energibudsjettet til innendørs landbruk på. Flere friske grønnsaker kan dyrkes med mindre energi, noe som gjør prosessen mer bærekraftig. Kollegene mine og jeg tror denne innovasjonen til slutt kan bidra til å drive ny virksomhet og mate flere mennesker - og gjøre det med mindre miljøbelastning.

Denne artikkelen ble oppdatert med en korrigert legende på fotografiet av plantene dyrket i 1931.Den Conversation

om forfatteren

Kevin M. Folta, professor i hagebruksvitenskap og plantemolekylær og cellulær biologi, University of Florida

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

ing

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}