Pulser af lys efterfulgt af længere mørke perioder kan hjælpe med at gøre indendørs landbrugsproduktion mere bæredygtig. DutchScenery / Shutterstock.com

En ankomst om natten til Amsterdams Schiphol lufthavn flyver dig over den lyserøde lys af grøntsagsproduktion drivhuse. Dyrkning af afgrøder under kunstigt lys er vinde momentum, især i regioner, hvor producentpriserne kan være høje i sæsoner, hvor sollyset er sparsomt.

Nederlandene er kun et land, der hurtigt har vedtaget landbrug med kontrolleret miljø, hvor højværdige specialafgrøder som urter, smarte salater og tomater produceres i oplyste drivhuse året rundt. Fortalere foreslår disse helt lukkede bygninger - eller plantefabrikker - kunne være en måde at genbruge byrummet på, reducere madmiljøet og levere lokale råvarer til byboere.

Et af de centrale problemer i denne proces er høje monetære omkostninger ved at give kunstigt lys, normalt via en kombination af røde og blå lysdioder. Energiomkostninger undertiden overstiger 25% af det operationelle udlæg. Hvordan kan avlere, især i udviklingslandene, konkurrere, når solen er fri? Højere energiforbrug oversættes også til mere kulstofemissioner snarere end det reducerede COXNUMX-fodaftryk, som bæredygtigt opdrættede planter kan give.

Jeg har studeret hvordan lys påvirker plantevækst og udvikling i over 30 år. Jeg befandt mig for nylig med at undre mig over: I stedet for at dyrke planter under en gentagelsescyklus med en dag med lys og en nat i mørke, hvad hvis det samme dagslys blev delt i pulser, der kun varede timer, minutter eller sekunder?

Indendørs planter har brug for masser af kunstigt lys. josefkubes / Shutterstock.com

Korte udbrud af lys og mørk

Så mine kolleger og jeg designet et eksperiment. Vi anvender den normale mængde lys i alt, bare bryder den op over forskellige klumper af tid.

Naturligvis er planter afhængige af lys til fotosyntese, den proces, der i naturen bruger solens energi til at fusionere kuldioxid og vand til sukkerarter, der brænder plantens stofskifte. Lys styrer også vækst og udvikling gennem sine signaler om dag og nat, og abe med denne informationsstrøm kan have katastrofale resultater.

Det skyldes, at bryde noget godt i mindre bits undertiden skaber nye problemer. Forestil dig, hvor glad du ville være at modtage en US $ 100-regning - men ikke så begejstret for de tilsvarende 10,000 øre. Vi mistænkte, at et anlægs interne ur ikke ville acceptere den samme lysvaluta, når den blev opdelt i mindre valører.

Og det er præcis, hvad vi demonstreret i vores eksperimenter. Kale-, majroe- eller roeplanter udsat for cyklusser på 12 timers lys, 12 timer mørke i fire dage voksede normalt, akkumulerede pigmenter og voksede større. Da vi sænkede frekvensen af ​​lys-mørke cyklusser til 6 timer, 3 timer, 1 time eller 30 minutter, gjorde planterne oprør. Vi leverede den samme mængde lys, bare påført i forskellige størrelser, og kimplanterne værdsatte ikke behandlingen.

Den samme mængde lys, der blev påført i kortere intervaller i løbet af dagen, fik planter til at vokse mere som om de var i mørke. Vi formoder, at lysimpulserne er i konflikt med en anlæggets interne urog kimplanterne havde ingen idé om, hvad tid på dagen det var. Stængler strakte sig højere i et forsøg på at finde mere lys, og processer som pigmentproduktion blev sat på vent.

Men da vi anvendte lys i meget, meget kortere udbrud, skete der noget bemærkelsesværdigt. Planter dyrket under fem sekunders tænd / sluk-cykler syntes at være næsten identiske med dem, der blev dyrket under den normale lys / mørke periode. Det er næsten som om det interne ur ikke kan komme i gang ordentligt, når solopgang kommer hvert femte sekund, så planterne synes ikke at have noget imod en dag, der er et par sekunder lang.

Ligesom vi forberedte os på at offentliggøre, fandt bachelor-samarbejdspartner Paul Kusuma, at vores opdagelse ikke var så ny. Vi indså snart, at vi faktisk havde genopdaget noget, der allerede var kendt i 88 år. Forskere ved det amerikanske landbrugsministerium så det samme fænomen i 1931 når de dyrkede planter under lysimpulser af forskellige varigheder. Deres arbejde i modne planter matcher det, vi observerede hos kimplanter med bemærkelsesværdig lighed.

En undersøgelse fra 1931 af Garner og Allard spores væksten af ​​gule kosmosblomster under lysimpulser af forskellige varigheder. J. Agri. Res. 42: National Agricultural Library, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture., CC BY-ND

Ikke alene var alt dette en regummiering af en gammel idé, men lysimpulser sparer ikke energi. Fem sekunder til og fra bruger den samme mængde energi som lysene lyser i 12 timer; lysene er stadig tændt halvdelen af ​​dagen.

Men hvad ville der ske, hvis vi forlængede den mørke periode? Fem sekunder på. Seks sekunder væk. Eller 10 sekunder fri. Eller 20 sekunder fri. Måske 80 sekunder fri? De prøvede det ikke i 1931.

Bygning i ekstra nedetid

Det viser sig, at planterne ikke har noget imod lidt nedetid. Efter at have påført lys i fem sekunder for at aktivere fotosyntese og biologiske processer som pigmentakkumulering slukkede vi lyset i 10 eller nogle gange 20 sekunder. Under disse forlængede mørke perioder voksede kimplanterne lige så godt som de havde, når de lyse og mørke perioder var ens. Hvis dette kunne gøres på skalaen fra en indendørs gård, kan det betyde en betydelig energibesparelse, mindst 30% og måske mere.

Nyligt endnu ikke offentliggjort arbejde i vores laboratorium har vist, at det samme koncept fungerer i bladsalat; de har heller ikke noget imod en længere mørk tid mellem impulser. I nogle tilfælde er salatene grønne i stedet for lilla og har større blade. Det betyder, at en producent kan producere en mangfoldighed af produkter og med en højere markedsvægt, ved at slukke lyset.

En række salater blev lilla, når de fik en mørk periode på 10 sekunder. De ligner dem, der dyrkes med en mørke periode på fem sekunder, men bruger alligevel 33% mindre energi. Forlængelse af den mørke periode til 20 sekunder gav grønne planter med mere biomasse. J. Feng, K. Folta

At lære, at planter kan dyrkes under lysstråler snarere end kontinuerlig belysning, giver en måde at trimme det dyre energibudget inden for indendørs landbrug. Flere friske grøntsager kunne dyrkes med mindre energi, hvilket gør processen mere bæredygtig. Mine kolleger og jeg tror, ​​at denne innovation i sidste ende kan hjælpe med at drive nye forretninger og give flere mennesker mad - og gøre det med mindre miljøpåvirkning.

Denne artikel blev opdateret med en korrigeret forklaring på fotografiet af planterne dyrket i 1931.

Om forfatteren

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

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

ING