פעימות אור ואחריהן תקופות חשוכות ממושכות עשויות לסייע בהפיכת הייצור החקלאי בתוך הבית. DutchScenery / Shutterstock.com
הגעה לילית לשדה התעופה סכיפהול באמסטרדם מטיסה אתכם מעל הזוהר הוורוד הבהיר של חממות לייצור ירקות. גידול יבולים באור מלאכותי הוא צובר תאוצהבמיוחד באזורים בהם מחירי התוצרת יכולים להיות גבוהים בעונות בהן אור השמש דליל.
הולנד היא רק מדינה אחת שאימצה במהירות חקלאות עם סביבה מבוקרת, שם מייצרים גידולים מיוחדים בעלי ערך רב כמו עשבי תיבול, חסה מהודרת ועגבניות בחממות מוארות לאורך כל השנה. טוענים טוענים בניינים סגורים לחלוטין - או מפעלים צמחיים - יכולה להיות דרך להכניס מחדש את המרחב העירוני, להקטין את קילומטרי המזון ולספק תוצרת מקומית לתושבי העיר.
אחת הבעיות המרכזיות בתהליך זה היא עלות כספית גבוהה של מתן אור מלאכותי, בדרך כלל באמצעות שילוב של דיודות פולטות אור אדום וכחול. עלויות אנרגיה לעיתים עולה על 25% מההוצאה התפעולית. כיצד יכולים מגדלים, במיוחד בעולם המתפתח, להתחרות כשהשמש חופשית? שימוש גבוה יותר באנרגיה מתורגם גם לפליטת פחמן רבה יותר, ולא לירידה בטביעת הרגל הפחמנית שמספקים צמחים מעובדים בר קיימא.
אני חקר כיצד אור משפיע על צמיחתם והתפתחותם למעלה מ -30 שנה. לאחרונה מצאתי את עצמי תוהה: במקום לגדל צמחים במעגל חוזר של יום אור אחד ולילה של חושך, מה אם אותו אור יום יתחלק לפולסים שנמשכו שעות, דקות או שניות בלבד?
צמחים מקורה זקוקים לשפע אור מלאכותי. josefkubes / Shutterstock.com
פרצי אור וחושך קצרים
אז הקולגות שלי ואני תכנן ניסוי. היינו מיישמים את כמות האור הרגילה בסך הכל, פשוט מפרקים אותה על נתחי זמן שונים.
כמובן שצמחים תלויים באור לצורך פוטוסינתזה, התהליך שבטבע משתמש באנרגיית השמש כדי למזג פחמן דו חמצני ומים לסוכרים המניעים את חילוף החומרים בצמחים. האור גם מכוון את הצמיחה וההתפתחות באמצעות האותות שלו על היום והלילה, ולקופים עם זרם המידע הזה עשויים להיות תוצאות הרות אסון.
הסיבה לכך היא שפריצת משהו טוב לחתיכות קטנות יותר יוצרת לפעמים בעיות חדשות. תארו לעצמכם כמה הייתם שמחים לקבל שטר של 100 דולר ארה"ב - אך לא נרגש מ -10,000 אגורות שוות ערך. חשדנו שהשעון הפנימי של המפעל לא יקבל את אותו מטבע זוהר כשהוא מחולק לעדות קטנות יותר.
וזה בדיוק מה שאנחנו הוכיח בניסויים שלנו. שתילי קייל, לפת או סלק שנחשפו למחזורים של 12 שעות אור, 12 שעות כהים במשך ארבעה ימים גדלו כרגיל, צברו פיגמנטים וגדלו. כאשר הורדנו את תדירות המחזורים הבהירים-כהים ל -6 שעות, 3 שעות, שעה או 1 דקות, הצמחים מרדו. העברנו את אותה כמות אור, פשוט מרחנו על נתחים בגודל שונה, והשתילים לא העריכו את הטיפול.
אותה כמות אור שהופעלה במרווחים קצרים יותר במשך היום גרמה לצמחים לצמוח יותר כמו בחושך. אנו חושדים שדופקי האור התנגשו עם א השעון הפנימי של המפעל, ולשתילים לא היה מושג באיזו שעה ביום זה. גבעולים נמתחו גבוה יותר בניסיון למצוא אור נוסף, ותהליכים כמו ייצור פיגמנט הוקפאו.
אבל כאשר הפעלנו אור בהתפרצויות הרבה יותר קצרות, קרה משהו מדהים. צמחים שגדלו מתחת לחמש שניות של מחזורי הפעלה / כיבוי נראו כמעט זהים לאלה שגדלו בתקופת אור / כהה רגילה. זה כמעט כמו שהשעון הפנימי לא יכול להתחיל כראוי כשזריחה מגיעה כל חמש שניות, כך שנראה כי לצמחים לא אכפת ליום שאורכו כמה שניות.
בדיוק כפי שהתכוננו לפרסם, משתף הפעולה לתואר ראשון פול קוסומה מצא שהתגלית שלנו לא כל כך חדשה. עד מהרה הבנו שלמעשה גילינו מחדש משהו שכבר ידוע כבר 88 שנה. מדענים במשרד החקלאות האמריקני ראה את אותה תופעה בשנת 1931 כאשר גידלו צמחים בפולסי אור בעלי משך זמן שונה. עבודתם בצמחים בוגרים תואמת את מה שצפינו בשתילים עם דמיון מדהים.
מחקר שערך גרנר ואלרד משנת 1931 עקב אחר צמיחתם של פרחי הקוסמוס הצהובים בפולסי אור בעלי משך זמן שונה. ג'יי אגרי. מילואים 42: הספרייה החקלאית הלאומית, שירות המחקר החקלאי, משרד החקלאות האמריקני., CC BY-ND
לא רק שכל זה היה מחדש מחדש של רעיון ישן, אלא שפעימות האור אינן חוסכות שום אנרגיה. חמש שניות לסירוגין משתמשות באותה כמות אנרגיה כמו האורות דולקים במשך 12 שעות; האורות עדיין דולקים חצי יום.
אבל מה היה קורה אם נאריך את התקופה החשוכה? חמש שניות קדימה. שש שניות מנוחה. או 10 שניות הנחה. או הנחה של 20 שניות. אולי 80 שניות מנוחה? הם לא ניסו את זה בשנת 1931.
בנייה בהשבתה נוספת
מתברר שלצמחים לא אכפת לי קצת זמן השבתה. לאחר הפעלת אור למשך חמש שניות להפעלת פוטוסינתזה ותהליכים ביולוגיים כמו הצטברות פיגמנט, כיבינו את האור למשך 10 או לפעמים 20 שניות. בתקופות כהות ממושכות אלה, השתילים גדלו באותה מידה כמו בתקופות האור והחושך היו שווים. אם זה יכול להיעשות בקנה מידה של משק מקורה, זה עשוי לתרגם לחיסכון משמעותי באנרגיה, לפחות 30% ואולי יותר.
עבודות אחרונות שטרם פורסמו במעבדה שלנו הראו שאותו מושג עובד בחסה עלים; לא אכפת להם זמן כהה ממושך בין הדופק. בחלק מהמקרים, החסה ירוקה במקום סגולה ועליה גדולים יותר. פירוש הדבר שמגדל יכול לייצר מגוון מוצרים, ובמשקל מוצר גבוה יותר לשיווק, על ידי כיבוי האורות.
מגוון אחד של חסה הפך סגול כאשר קיבלה תקופה כהה של 10 שניות. הם נראים דומים לאלה שגדלו עם תקופה חשוכה של חמש שניות, אך משתמשים באנרגיה בפחות 33%. הארכת התקופה החשוכה ל -20 שניות הניבה צמחים ירוקים עם יותר ביומסה. ג'יי פנג, ק 'פולטה
הלמידה שניתן לגדל צמחים בפרצי אור ולא בתאורה רציפה מספקת דרך לקצץ את תקציב האנרגיה היקר של החקלאות המקורה. ניתן לגדל יותר ירקות טריים בפחות אנרגיה, מה שהופך את התהליך לקיים יותר. עמיתי ואני חושבים שהחידוש הזה יכול בסופו של דבר לעזור להניע עסקים חדשים ולהאכיל יותר אנשים - ולעשות זאת עם פחות השפעה על הסביבה.
מאמר זה עודכן עם אגדה מתוקנת על תצלום הצמחים שגדלו בשנת 1931.
על המחבר
קווין מ 'פולטה, פרופסור למדעי הגננות וביולוגיה מולקולרית ותאי צמחים, אוניברסיטת פלורידה
מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.
ing
