قيلولة صغيرة للنباتات: إن عبث الأنوار وإيقافها يمكن أن يوفر الطاقة دون الإضرار بمكاسب الزراعة الداخلية

قيلولة صغيرة للنباتات: إن عبث الأنوار وإيقافها يمكن أن يوفر الطاقة دون الإضرار بمكاسب الزراعة الداخلية
قد تساعد نبضات الضوء التي تليها فترات مظلمة ممتدة في جعل الإنتاج الزراعي الداخلي أكثر استدامة. DutchScenery / Shutterstock.com

عند وصولك ليلا في مطار سخيبول بأمستردام ، ينقلك فوق التوهج الوردي المشرق لظواهر إنتاج الخضروات. زراعة المحاصيل تحت الضوء الاصطناعي هو تكتسب زخما، خاصة في المناطق التي يمكن أن ترتفع فيها أسعار المنتجات خلال المواسم التي تكون فيها أشعة الشمس قليلة.

هولندا هي مجرد دولة واحدة اعتمدت بسرعة الزراعة التي تسيطر عليها البيئةحيث يتم إنتاج محاصيل تخصصية عالية القيمة مثل الأعشاب والخس والجبن الطازج في دفيئات مضيئة على مدار العام. دعاة توحي هذه المباني المغلقة بالكامل - أو مصانع المصانع - يمكن أن يكون وسيلة لإعادة استخدام المساحات الحضرية وتقليل الأميال الغذائية وتوفير المنتجات المحلية لسكان المدن.

واحدة من المشاكل الرئيسية لهذه العملية هو التكلفة النقدية العالية لتوفير الضوء الاصطناعي، عادة عن طريق مزيج من الثنائيات الباعثة للضوء الأحمر والأزرق. تكاليف الطاقة في بعض الأحيان يتجاوز 25٪ من نفقات التشغيل. كيف يمكن للمزارعين ، وخاصة في العالم النامي ، تنافس عندما تكون الشمس حرة؟ يترجم الاستخدام العالي للطاقة أيضًا إلى مزيد من انبعاثات الكربون ، بدلاً من انخفاض انبعاثات الكربون التي يمكن أن توفرها النباتات المستزرعة بشكل مستدام.

لقد درس كيف يؤثر الضوء على نمو النبات وتطوره لأكثر من سنوات 30. وجدت نفسي أتساءل مؤخرًا: بدلاً من زراعة النباتات في ظل دورة متكررة من يوم واحد من النور وليلة من الظلام ، ماذا لو تم تقسيم ضوء النهار نفسه إلى نبضات تستمر لساعات أو دقائق أو ثوانٍ فقط؟

قيلولة صغيرة للنباتات: إن عبث الأنوار وإيقافها يمكن أن يوفر الطاقة دون الإضرار بمكاسب الزراعة الداخلية
النباتات الداخلية تحتاج إلى الكثير من الضوء الاصطناعي. josefkubes / Shutterstock.com

رشقات نارية قصيرة من الضوء والظلام

لذلك أنا وزملائي تصميم تجربة. لقد طبقنا كمية الضوء العادية إجمالًا ، ما عليك سوى تقسيمها على أجزاء مختلفة من الوقت.

بالطبع تعتمد النباتات على الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تستخدم في الطبيعة طاقة الشمس لدمج ثاني أكسيد الكربون والماء في السكريات التي تغذي عملية الأيض النباتية. يعمل الضوء أيضًا على توجيه النمو والتطور من خلال إشاراته حول الليل والنهار ، وقد تؤدي النتائج المترتبة على القرود باستخدام دفق المعلومات إلى نتائج كارثية.


الحصول على أحدث من InnerSelf


ذلك لأن تقسيم شيء جيد إلى أجزاء أصغر يخلق أحيانًا مشاكل جديدة. تخيل مدى سعادتك لتلقي فاتورة 100 دولار أمريكي - ولكن ليس بسعادة غامرة مع بنسات 10,000 المكافئة. كنا نشك في أن الساعة الداخلية للمصنع لن تقبل نفس العملة المضيئة عند تقسيمها إلى فئات أصغر.

وهذا بالضبط ما نحن عليه أظهر في تجاربنا. تنمو شتلات اللفت أو اللفت أو البنجر التي تتعرض لدورات 12 من الضوء ، وتظل ساعات 12 مظلمة لمدة أربعة أيام بشكل طبيعي ، وتتراكم الأصباغ وتنمو أكبر. عندما قللنا عدد مرات تكرار دورات الإضاءة المظلمة إلى ساعات 6 أو ساعات 3 أو 1 ساعة أو 30 دقيقة ، كانت النباتات تدور. لقد قدمنا ​​نفس كمية الضوء ، تم تطبيقه للتو في قطع مختلفة الحجم ، ولم تقدر الشتلات على العلاج.

تسببت نفس كمية الضوء المطبقة على فترات زمنية قصيرة خلال اليوم في نمو النباتات أكثر مما كانت عليه في الظلام. نشك في أن البقول الخفيفة تتعارض مع الساعة الداخلية للمصنع، ولم يكن لدى الشتلات أي فكرة عن وقت اليوم. امتدت السيقان أطول في محاولة للعثور على مزيد من الضوء ، وتم تعليق عمليات مثل إنتاج الصباغ.

لكن عندما استخدمنا الضوء في رشقات نارية أقصر بكثير ، حدث شيء رائع. بدا أن النباتات التي تزرع تحت دورات تشغيل / إيقاف تشغيل لمدة خمس ثوانٍ مماثلة لتلك التي تزرع في ظل فترة الضوء / الظلام المعتادة. يبدو الأمر كما لو أن الساعة الداخلية لا يمكن أن تبدأ بشكل صحيح عندما يأتي شروق الشمس كل خمس ثوانٍ ، لذلك لا يبدو أن النباتات تهتم بيوم يبلغ طوله بضع ثوانٍ.

تمامًا كما استعدنا للنشر ، وجد المتعاون الجامعي بول كوسوما أن اكتشافنا لم يكن جديدًا. سرعان ما أدركنا أننا اكتشفنا بالفعل شيئًا معروفًا بالفعل لسنوات 88. العلماء في وزارة الزراعة الأمريكية رأيت هذه الظاهرة نفسها في 1931 عندما نمت النباتات تحت نبضات خفيفة من فترات مختلفة. عملهم في النباتات الناضجة يطابق ما لاحظناه في الشتلات مع تشابه ملحوظ.

قيلولة صغيرة للنباتات: إن عبث الأنوار وإيقافها يمكن أن يوفر الطاقة دون الإضرار بمكاسب الزراعة الداخلية
تتبعت دراسة أجرتها 1931 قام بها جارنر وألارد نمو زهور الكوزموس الصفراء تحت نبضات خفيفة من فترات مختلفة.
جي. احتياط 42: المكتبة الزراعية الوطنية ، دائرة البحوث الزراعية ، وزارة الزراعة الأمريكية., CC BY-ND

لم يكن كل هذا مجرد تجديد لفكرة قديمة ، ولكن نبضات الضوء لا توفر أي طاقة. تستخدم خمس ثوانٍ وإيقاف تشغيلها نفس كمية الطاقة التي تستخدمها المصابيح لمدة ساعات 12 ؛ الأنوار لا تزال مضاءة لمدة نصف يوم.

ولكن ماذا سيحدث إذا مددنا الفترة المظلمة؟ خمس ثواني على. ست ثوان قبالة. أو 10 ثانية إيقاف. أو 20 ثانية إيقاف. ربما 80 ثانية قبالة؟ لم يحاولوا ذلك في 1931.

بناء في توقف إضافي

اتضح أن النباتات لا تمانع في التوقف قليلاً. بعد تطبيق الضوء لمدة خمس ثوان لتنشيط التمثيل الضوئي والعمليات البيولوجية مثل تراكم الأصباغ ، أطفأنا الضوء لمدة 10 ، أو في بعض الأحيان 20 ثانية. تحت هذه الفترات المظلمة الممتدة ، نمت الشتلات بنفس القدر الذي كانت عليه عندما كانت فترات النور والظلام متساوية. إذا كان يمكن القيام بذلك على نطاق مزرعة داخلية ، فقد يترجم ذلك إلى توفير كبير في الطاقة ، على الأقل 30٪ وربما أكثر.

أظهر العمل الذي تم نشره مؤخرًا في مختبرنا أن نفس المفهوم يعمل في أوراق الخس ؛ هم أيضا لا تمانع في وجود وقت مظلم ممتد بين البقول. في بعض الحالات ، تكون الخس باللون الأخضر بدلاً من اللون الأرجواني وله أوراق أكبر. هذا يعني أن المزارع يمكنه إنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات ، مع زيادة وزن المنتج القابل للتسويق ، وذلك بإطفاء الأنوار.

قيلولة صغيرة للنباتات: إن عبث الأنوار وإيقافها يمكن أن يوفر الطاقة دون الإضرار بمكاسب الزراعة الداخلية
نمت مجموعة واحدة من الخس الأرجواني عندما تعطى فترة مظلمة 10 الثانية. تبدو مشابهة لتلك التي تزرع مع فترة مظلمة مدتها خمس ثوان ، ومع ذلك تستخدم طاقة أقل بنسبة 33. تمديد فترة الظلام إلى 20 ثانية أعطت النباتات الخضراء مع المزيد من الكتلة الحيوية. جيه فنغ ، ك. فولتا

تعلم أن النباتات يمكن أن تنمو تحت رشقات نارية من الضوء بدلا من الإضاءة المستمرة يوفر وسيلة لتقليص ميزانية الطاقة الباهظة للطاقة في الزراعة الداخلية. يمكن زراعة المزيد من الخضروات الطازجة بأقل طاقة ، مما يجعل العملية أكثر استدامة أعتقد أنا وزملائي أن هذا الابتكار يمكن أن يساعد في نهاية المطاف في دفع أعمال جديدة وإطعام المزيد من الناس - ويفعل ذلك بتأثير أقل على البيئة.

تم تحديث هذه المقالة بأسطورة تصحيح على صورة النباتات التي نمت في 1931.المحادثة

عن المؤلف

كيفن فولتا ، أستاذ العلوم البستانية والبيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية ، جامعة فلوريدا

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

جي

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة

من المحررين

لقد حان يوم الحساب لل GOP
by روبرت جينينغز ، InnerSelf.com
لم يعد الحزب الجمهوري حزبا سياسيا مواليا لأمريكا. إنه حزب سياسي زائف غير شرعي ومليء بالراديكاليين والرجعيين هدفه المعلن هو زعزعة الاستقرار وزعزعة الاستقرار و ...
لماذا يمكن أن يكون دونالد ترامب أكبر الخاسرين في التاريخ
by روبرت جينينغز ، InnerSelf.com
تحديث 2 يوليو ، 20020 - يكلف جائحة فيروس كورونا هذا ثروة ، ربما 2 أو 3 أو 4 ثروات ، كلها ذات حجم غير معروف. أوه نعم ، ومئات الآلاف ، وربما مليون شخص سيموتون ...
Blue-Eyes vs Brown Eyes: كيف يتم تدريس العنصرية
by ماري ت. راسل ، إنيرسيلف
في حلقة أوبرا شو عام 1992 ، علّمت الناشطة والمناهضة للعنصرية جين إيليوت الحائزة على جوائز الجمهور درساً قاسياً حول العنصرية من خلال إظهار مدى سهولة تعلم التحيز.
تغير سوف يأتي...
by ماري ت. راسل ، إنيرسيلف
(30 مايو 2020) بينما أشاهد الأخبار عن الأحداث في فيلادلفيا والمدن الأخرى في البلاد ، فإن قلبي يتألم لما يحدث. أعلم أن هذا جزء من التغيير الأكبر الذي يحدث ...
أغنية يمكن أن ترفع القلب والروح
by ماري ت. راسل ، إنيرسيلف
لدي العديد من الطرق التي أستخدمها لمسح الظلام من ذهني عندما أجد أنه تسلل إلى الداخل. أحدهما هو البستنة ، أو قضاء الوقت في الطبيعة. والآخر هو الصمت. طريقة أخرى هي القراءة. وواحد ...