Denyutan cahaya yang diikuti dengan tempoh gelap yang panjang mungkin membantu membuat pengeluaran pertanian dalam negeri lebih mampan. DutchScenery / Shutterstock.com

Ketibaan malam di Lapangan Terbang Schiphol Amsterdam mengalir ke arah cahaya merah jambu hijau rumah hijau. Menanam tanaman di bawah cahaya tiruan ialah mendapat momentum, terutamanya di kawasan di mana menghasilkan harga boleh tinggi semasa musim apabila cahaya matahari adalah jarang.

Belanda hanya satu negara yang telah diterima pakai dengan pantas pertanian persekitaran terkawal, di mana tanaman khusus yang bernilai tinggi seperti herba, lettuces mewah dan tomato dihasilkan di rumah hijau yang diterangi sepanjang tahun. Penasihat mencadangkan bangunan-bangunan ini sepenuhnya tertutup - atau kilang tumbuhan - boleh menjadi cara untuk menaksir ruang bandar, menurunkan batu makanan dan menyediakan hasil tempatan kepada penghuni kota.

Salah satu masalah utama proses ini ialah kos kewangan yang tinggi untuk menyediakan cahaya tiruan, biasanya melalui kombinasi diod pemancar cahaya merah dan biru. Kos tenaga kadang-kadang melebihi 25% dari pengeluaran operasi. Bagaimanakah penanam, terutamanya di negara membangun, bersaing apabila matahari adalah percuma? Penggunaan tenaga yang lebih tinggi juga diterjemahkan kepada lebih banyak pelepasan karbon, dan bukannya jejak karbon yang menurun secara berterusan.

Saya telah mengkaji bagaimana cahaya memberi kesan kepada pertumbuhan tumbuhan dan pembangunan selama lebih dari 30. Saya baru-baru ini mendapati diri saya tertanya-tanya: Daripada tumbuh tumbuh-tumbuhan di bawah kitaran yang berulang satu hari cahaya dan satu malam kegelapan, bagaimana jika hari yang sama dipecahkan kepada pulsa yang hanya berlangsung jam, minit atau saat?

Tumbuh-tumbuhan dalaman memerlukan banyak cahaya buatan. josefkubes / Shutterstock.com

Puncak cahaya yang terang dan gelap

Jadi rakan-rakan saya dan saya merancang eksperimen. Kami akan menggunakan jumlah cahaya secara normal, hanya memecahkannya dengan lebih banyak masa.

Sudah tentu tumbuhan bergantung kepada cahaya untuk fotosintesis, proses yang secara semula jadi menggunakan tenaga matahari untuk menggabungkan karbon dioksida dan air menjadi gula yang metabolisme tumbuhan bahan api. Cahaya juga mengarahkan pertumbuhan dan pembangunan melalui isyaratnya tentang siang dan malam, dan monkeying dengan aliran maklumat itu mungkin membawa kesan buruk.

Itu kerana memecahkan sesuatu yang baik ke dalam bit yang lebih kecil kadang-kadang mencetuskan masalah baru. Bayangkan betapa gembiranya anda menerima bil AS $ 100 - tetapi tidak gembira dengan wang 10,000 bersamaan. Kami mengesyaki jam dalaman tumbuhan tidak akan menerima mata wang bercahaya yang sama apabila dipecahkan kepada denominasi yang lebih kecil.

Dan itulah yang kita lakukan ditunjukkan dalam eksperimen kami. Kale, lobak atau benih bit yang terdedah kepada kitaran jam 12, jam gelap 12 selama empat hari meningkat secara normal, terkumpul pigmen dan semakin besar. Apabila kita menurunkan kekerapan kitaran cahaya yang gelap kepada jam 6, jam 3, jam 1 atau 30, tumbuhan itu memberontak. Kami menyampaikan jumlah cahaya yang sama, hanya digunakan dalam potongan bersaiz yang berbeza, dan anak benih tidak menghargai rawatan.

Jumlah cahaya yang sama yang digunakan dalam jarak yang lebih pendek sepanjang hari menyebabkan tumbuh-tumbuhan berkembang seperti mereka berada dalam kegelapan. Kami mengesyaki denyutan cahaya yang bertentangan dengan a Jam dalaman loji, dan anak benih tidak tahu apa masa hari itu. Batang semakin tinggi di dalam usaha untuk mencari lebih banyak cahaya, dan proses seperti pengeluaran pigmen ditunda.

Tetapi apabila kita menerapkan cahaya dalam banyak, banyak lebih pendek pecah, sesuatu yang luar biasa berlaku. Tumbuh-tumbuhan yang ditanam di bawah kitaran hidup / mati lima saat kelihatan hampir sama dengan yang ditanam di bawah cahaya biasa / tempoh gelap. Ia hampir seperti jam dalaman tidak dapat dimulakan dengan baik apabila matahari terbit datang setiap lima saat, jadi tanaman tidak sepatutnya memikirkan hari yang beberapa saat panjang.

Sama seperti kami bersedia untuk menerbitkan, kolaborator sarjana muda Paul Kusuma mendapati bahawa penemuan kami tidak begitu baru. Kami tidak lama lagi menyedari bahawa kami benar-benar akan menemui semula sesuatu yang telah diketahui sejak tahun 88. Para saintis di Jabatan Pertanian Amerika Syarikat melihat fenomena yang sama di 1931 apabila mereka tumbuh tumbuhan di bawah denyutan cahaya pelbagai tempoh. Kerja mereka dalam tumbuh-tumbuhan matang sepadan dengan apa yang kita perhatikan dalam benih dengan persamaan yang luar biasa.

Kajian 1931 oleh Garner dan Allard menjejaki pertumbuhan bunga-bunga Kuning Cosmos di bawah denyutan cahaya dari berbagai tempoh. J. Agri. Res. 42: Perpustakaan Pertanian Kebangsaan, Perkhidmatan Penyelidikan Pertanian, Jabatan Pertanian Amerika Syarikat., CC BY-ND

Bukan sahaja semua ini adalah retread idea lama, tetapi denyutan cahaya tidak menjimatkan apa-apa tenaga. Menghidupkan dan mematikan selama lima saat menggunakan jumlah tenaga yang sama apabila lampu berada pada jam 12; lampu masih berlangsung selama setengah hari.

Tetapi apa yang akan berlaku jika kita memperluaskan tempoh gelap? Lima saat. Enam saat. Atau saat 10 mati. Atau saat 20 mati. Mungkin 80 saat off? Mereka tidak mencuba itu di 1931.

Bangunan dalam masa tambahan

Ternyata tanaman tidak keberatan sedikit masa. Selepas menggunakan cahaya selama lima saat untuk mengaktifkan proses fotosintesis dan biologi seperti pengumpulan pigmen, kami mematikan cahaya untuk 10, atau kadang-kadang 20 saat. Di bawah tempoh gelap yang dilanjutkan ini, anak benih tumbuh sama seperti ketika cahaya dan tempoh gelap sama. Jika ini boleh dilakukan pada skala ladang tertutup, ia mungkin diterjemahkan kepada penjimatan tenaga yang ketara, sekurang-kurangnya 30% dan mungkin lebih.

Kerja terbaharu yang telah diterbitkan dalam makmal kami menunjukkan bahawa konsep yang sama berfungsi dalam daun daun; mereka juga tidak keberatan masa gelap dilanjutkan antara denyutan. Dalam sesetengah kes, lettuce berwarna hijau bukan ungu dan mempunyai daun lebih besar. Ini bermakna penanam boleh menghasilkan kepelbagaian produk, dan dengan berat produk yang boleh dipasarkan, dengan mematikan lampu.

Satu jenis salad berkembang ungu apabila diberi tempoh gelap 10 kedua. Mereka kelihatan sama dengan yang ditanam dengan tempoh gelap lima saat, namun menggunakan 33 kurang tenaga. Melanjutkan tempoh gelap hingga saat 20 menghasilkan tumbuhan hijau dengan lebih banyak biomassa. J. Feng, K. Folta

Mempelajari bahawa tumbuh-tumbuhan boleh ditanam di bawah pecahan cahaya dan bukan pencahayaan yang berterusan menyediakan cara untuk memotong anggaran bajet tenaga pertanian yang berpotensi. Lebih banyak sayur-sayuran segar boleh ditanam dengan tenaga yang kurang, menjadikan proses itu lebih mampan. Rakan-rakan saya dan saya fikir inovasi ini akhirnya boleh membantu memacu perniagaan baru dan memberi makan kepada lebih ramai orang - dan berbuat demikian dengan impak alam sekitar yang kurang.

Artikel ini dikemaskinikan dengan legenda diperbetulkan pada gambar tumbuhan yang ditanam di 1931.

Mengenai Penulis

Kevin M. Folta, Profesor Sains Hortikultur dan Biologi Molekul dan Sel Loji, Universiti Florida

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

ing