Ligpulse gevolg deur lang donker periodes kan daartoe bydra dat binnenshuise landbouproduksie meer volhoubaar is. DutchScenery / Shutterstock.com

'N Nagmaal se aankoms op die Schiphol-lughawe in Amsterdam vlieg jou oor die helder pienk gloed van groenteproduksie-kweekhuise. Kweek gewasse onder kunsmatige lig besig om momentum, veral in streke waar die prys van produkte hoog kan wees gedurende seisoene wanneer die sonlig yl is.

Nederland is slegs een land wat vinnig aangeneem het beheerde omgewing landbouwaar hoogwaardige spesialiteitsgewasse soos kruie, fyn blaarslaai en tamaties in die hele jaar deur verligte kweekhuise geproduseer word. Advokate stel voor hierdie volledig omheinde geboue - of plant fabrieke - kan 'n manier wees om die stedelike ruimte te hergebruik, voedselmyl te verminder en plaaslike produkte aan stadsbewoners te lewer.

Een van die sentrale probleme van hierdie proses is die hoë monetêre koste om kunsmatige lig te lewer, gewoonlik via 'n kombinasie van rooi en blou liguitstralende diodes. Energiekoste soms meer as 25% van die operasionele uitleg oorskry. Hoe kan produsente, veral in die ontwikkelende wêreld, kompeteer as die son vry is? Hoër energieverbruik beteken ook meer koolstofvrystellings, eerder as die afname in koolstofvoetspoor wat volhoubare boerderye kan lewer.

Ek het bestudeer hoe lig plantgroei en ontwikkeling beïnvloed vir meer as 30 jaar. Ek het myself onlangs gewonder: eerder as om plante te groei onder 'n herhalende siklus van een dag van lig en een nag van duisternis, wat as dieselfde daglig verdeel word in pulse wat slegs ure, minute of sekondes duur?

Binnenshuise plante het baie kunsmatige lig nodig. josefkubes / Shutterstock.com

Kort bars van lig en donker

So ek en my kollegas 'n eksperiment ontwerp. Ons sal die normale hoeveelheid lig in totaal toepas, maar dit oor verskillende tydjies breek.

Natuurlik is plante afhanklik van lig vir fotosintese, wat in die natuur die son se energie gebruik om koolstofdioksied en water in suikers saam te voeg wat die metabolisme van plante plant. Lig rig ook groei en ontwikkeling deur sy seine oor dag en nag, en die aap van die inligtingstroom kan rampspoedige resultate hê.

Dit is omdat die breek van iets goeds in kleiner stukkies soms nuwe probleme skep. Stel jou voor hoe gelukkig jy sou wees om 'n US $ 100-rekening te ontvang - maar nie so opgewonde met die gelykstaande 10,000-pennies nie. Ons het vermoed dat die interne horlosie van 'n fabriek nie dieselfde liggeldeenheid sou aanvaar as dit in kleiner denominasies ingebreek word nie.

En dit is presies wat ons gedemonstreer in ons eksperimente. Boerenkool-, raap- of beetsaailinge wat blootgestel is aan siklusse van 12 uur lig, 12 uur vir vier dae donker, het normaal gegroei, pigmente versamel en groter geword. Toe ons die frekwensie van ligte-donker siklusse tot 6 uur, 3 uur, 1 uur of 30 minute verminder, het die plante in opstand gekom. Ons het dieselfde hoeveelheid lig gelewer, net in stukke van verskillende groottes toegedien, en die saailinge het nie die behandeling waardeer nie.

Dieselfde hoeveelheid lig wat gedurende korter tussenposes gedurende die dag toegedien word, het veroorsaak dat plante meer groei soos in die duisternis. Ons vermoed dat die ligpulse bots met 'n plant se interne horlosie, en die saailinge het geen idee gehad watter tyd van die dag dit was nie. Stingels het langer gestrek in 'n poging om meer lig te vind, en prosesse soos pigmentproduksie is op die spel geplaas.

Maar toe ons lig in baie, baie korter sarsies toepas, het iets merkwaardigs gebeur. Plante wat onder vyf sekondes aan / uit siklusse gegroei het, het byna identies gelyk aan dié wat onder die normale lig / donker periode gekweek is. Dit is amper asof die interne horlosie nie behoorlik kan begin as die sonop elke vyf sekondes aanbreek nie, en dit lyk dus asof die plante 'n paar sekondes lank omgee.

Net soos ons bereid was om te publiseer, het die voorgraadse medewerker Paul Kusuma gevind dat ons ontdekking nie so nuut was nie. Ons het gou besef dat ons iets wat alreeds bekend was vir 88 jaar, herontdek het. Wetenskaplikes by die Amerikaanse departement van landbou het dieselfde verskynsel in 1931 gesien toe hulle plante groei onder ligte pulse van verskillende tydsduur. Hul werk in volwasse plante stem ooreen met wat ons by saailinge opgemerk het met 'n merkwaardige ooreenkoms.

'N 1931-studie deur Garner en Allard het die groei van Yellow Cosmos-blomme onder verskillende pulse van verskillende tydsduur opgespoor. J. Agri. Res. 42: Nasionale Landboubiblioteek, Landbounavorsingsdiens, Amerikaanse Departement van Landbou., CC BY-ND

Nie net was dit alles 'n herlees van 'n ou idee nie, maar polsende ligte bespaar geen energie nie. Vyf sekondes aan en uit gebruik dieselfde hoeveelheid energie as die ligte wat 12 uur aan is; die ligte is nog die helfte van die dag aan.

Maar wat sou gebeur as ons die donker periode verleng? Vyf sekondes aan. Ses sekondes af. Of 10 sekondes af. Of 20 sekondes af. Dalk 80 sekondes af? Hulle het dit nie in 1931 probeer nie.

Bou in ekstra stilstand

Dit blyk dat die plante nie 'n bietjie stilstand gee nie. Nadat ons vyf sekondes lank lig aangewend het om fotosintese en biologiese prosesse soos pigmentophoping te aktiveer, het ons die lig vir 10, of soms 20 sekondes, afgeskakel. Onder hierdie lang tydperke het die saailinge net so goed gegroei soos in die ligte en donker periodes. As dit op die skaal van 'n binnenshuise plaas gedoen kan word, kan dit tot 'n beduidende energiebesparing lei, ten minste 30% en miskien meer.

Onlangse werk wat nog in die laboratorium gepubliseer is, het getoon dat dieselfde konsep in blaarslaai werk; hulle hou ook nie van 'n lang donker tyd tussen polse nie. In sommige gevalle is die blaarslaai groen in plaas van pers en het hulle groter blare. Dit beteken dat 'n produsent 'n verskeidenheid produkte kan produseer, en met 'n hoër bemarkbare produkgewig, deur die ligte uit te skakel.

Een verskeidenheid slaaiblare word pers wanneer dit 'n donker periode van 10 sekondes gegee word. Hulle lyk soortgelyk aan dié wat met 'n donker periode van vyf sekondes gekweek is, maar gebruik tog 33% minder energie. Deur die donker periode tot 20 sekondes uit te brei, het groen plante met meer biomassa gesorg. J. Feng, K. Folta

Deur te leer dat plante onder bars van lig gekweek kan word eerder as deurlopende beligting, is dit 'n manier om die duur energiebegroting van binnenshuise landbou moontlik te snoei. Meer vars groente kan met minder energie gekweek word, wat die proses volhoubaar maak. Ek en my kollegas dink dat hierdie innovasie uiteindelik kan help om nuwe sake aan te dryf en meer mense te voed - en dit met minder omgewingsimpak te doen.

Hierdie artikel is opgedateer met 'n gekorrigeerde legende op die foto van die plante wat in 1931 gekweek is.

Oor die skrywer

Kevin M. Folta, professor in tuinboukundige wetenskappe en plantmolekulêre en sellulêre biologie, Universiteit van Florida

Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.

ing