植物微小的小灯:打开和关闭灯可以节省能源而不会伤害室内农业收获

植物微小的小灯:打开和关闭灯可以节省能源而不会伤害室内农业收获
光脉冲随后延长的黑暗时期可能有助于使室内农业生产更具可持续性。 DutchScenery / Shutterstock.com

晚上抵达阿姆斯特丹的史基浦机场,将您带到明亮的粉红色蔬菜生产温室。 在人造光下种植作物是 获得动力特别是在阳光稀少的季节,产品价格可能很高的地区。

荷兰 只是一个迅速采用的国家 控制环境农业在全年照明的温室中生产高价值的特产,如草药,花式莴苣和西红柿。 倡导者建议 这些完全封闭的建筑物 - 或 工厂 - 可以成为重新利用城市空间,减少食物里程并为城市居民提供当地农产品的一种方式。

这个过程的核心问题之一是 提供人造光的高额货币成本,通常通过红色和蓝色发光二极管的组合。 能源成本 有时超过运营支出的25%。 种植者如何,特别是在发展中国家, 在太阳自由的时候竞争? 更高的能源消耗也转化为更多的碳排放,而不是可持续养殖的植物所能提供的碳足迹减少。

我有 研究光如何影响植物的生长和发育 超过30年。 我最近发现自己想知道:如果在一天光照和一夜黑暗的重复周期下种植植物,如果同一日光被分成仅持续数小时,数分钟或数秒的脉冲,该怎么办呢?


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植物微小的小灯:打开和关闭灯可以节省能源而不会伤害室内农业收获
室内植物需要充足的人造光。 josefkubes / Shutterstock.com

短暂的光明和黑暗的阵阵

所以我的同事和我 设计了一个实验。 我们总共应用正常光量,只需在不同的时间段内进行分解即可。

当然,植物依靠光进行光合作用,这种过程本质上利用太阳的能量将二氧化碳和水合并成糖,从而促进植物新陈代谢。 Light还通过其日夜信号指导增长和发展,并且利用该信息流进行整理可能会带来灾难性的后果。

那是因为将好东西分成小块有时会产生新的问题。 想象一下,收到美元100账单会有多高兴 - 但并不像同等的10,000便士那么激动。 我们怀疑工厂的内部时钟在分成较小面额时不会接受相同的发光货币。

而这正是我们的意思 在我们的实验中证明。 羽衣甘蓝,萝卜或甜菜幼苗暴露于12小时光周期,12小时黑暗持续4天正常生长,积累颜料并且变大。 当我们将光暗周期的频率降低到6小时,3小时,1小时或30分钟时,植物起了反抗。 我们提供相同数量的光,仅适用于不同大小的块,幼苗不喜欢这种处理。

在一天中以较短的间隔施加相同量的光使植物生长得更像在黑暗中。 我们怀疑光脉冲与a冲突 工厂的内部时钟,幼苗不知道它是什么时候。 茎伸得更高,试图找到更多的光,像色素生产的过程被搁置。

但是,当我们在更短,更短的时间内施加光线时,发生了一些非同寻常的事情。 在5秒开/关循环下生长的植物似乎与在正常光/暗期下生长的植物几乎相同。 这几乎就像内部时钟无法在每五秒钟出现一次时正常启动,因此植物似乎并不介意一天只有几秒钟。

正如我们准备出版一样,本科合作者Paul Kusuma发现我们的发现并不那么新颖。 我们很快意识到我们实际上已经重新发现了88年代已知的东西。 美国农业部科学家 在1931中看到了同样的现象 当他们在不同持续时间的光脉冲下种植植物时。 他们在成熟植物中的工作与我们在幼苗中观察到的具有显着相似性。

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Garner和Allard的1931研究在不同持续时间的光脉冲下跟踪黄色波斯菊花的生长。
J. Agri。 RES。 42:国家农业图书馆,农业研究服务,美国农业部。, CC BY-ND

不仅所有这一切都是旧观念的翻新,而且光脉冲不会节省任何能量。 打开和关闭五秒钟使用与12小时开启的灯相同的能量; 半天的灯仍然亮着。

但如果我们延长黑暗时期会发生什么呢? 五秒钟。 六秒钟。 或10秒休息。 或20秒休息。 也许80秒休息? 他们没有在1931中尝试过。

建立额外的停机时间

事实证明,植物并不介意停机时间。 在光照五秒钟以激活光合作用和生物过程如色素积累后,我们关灯为10,有时甚至是20秒。 在这些延长的黑暗时期,幼苗的生长与光明和黑暗时期相同时的生长一样好。 如果这可以在室内农场的规模上完成,它可能转化为显着的节能,至少30%甚至更多。

我们实验室最近尚未发表的工作表明,同样的概念适用于叶子生菜; 他们也不介意在脉冲之间延长黑暗时间。 在某些情况下,生菜是绿色而不是紫色,叶子较大。 这意味着种植者可以通过关闭灯来生产多种产品,并且具有更高的市场产品重量。

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在10秒的黑暗时期,一种莴苣变成紫色。 它们看起来与那些在5秒黑暗时期生长的相似,但使用33%的能量更少。 将黑暗时期延长至20秒,产生了具有更多生物量的绿色植物。 J. Feng,K。Folta

了解植物可以在光线下生长而不是连续照明,这提供了一种可能削减室内农业昂贵的能源预算的方法。 可以用更少的能量种植更多的新鲜蔬菜,使这一过程更具可持续性。 我和我的同事们认为,这项创新最终可以帮助推动新业务并为更多人提供食物 - 而且这样做对环境影响较小。

本文更新了1931中植物照片的修正图例。谈话

关于作者

Kevin M. Folta,园艺科学与植物分子与细胞生物学教授, 佛罗里达大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

博士开发的技术萃取的

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