식물을위한 마이크로 - 낮잠 : 조명을 켜고 끄는 것은 실내 농업 수확을 해치지 않고 에너지를 절약 할 수 있습니다

식물을위한 마이크로 - 낮잠 : 조명을 켜고 끄는 것은 실내 농업 수확을 해치지 않고 에너지를 절약 할 수 있습니다
어두운 기간이 길어지는 빛의 흐름은 실내 농업 생산을보다 지속 가능하게 만들 수 있습니다. DutchScenery / Shutterstock.com

암스테르담의 스키폴 공항 (Schiphol Airport)에 야간에 도착하면 채소 생산 온실의 밝은 분홍색 빛을 발할 수 있습니다. 인공 조명 아래서 작물을 재배하는 것은 추진력을 얻기특히 햇빛이 드문 계절의 생산 가격이 높은 지역에서는 특히 그렇습니다.

네덜란드 신속하게 채택한 국가 중 하나입니다. 통제 된 환경 농업일년 내내 밝게 빛난 온실에서 허브, 고급 양상추 및 토마토와 같은 고 부가가치 작물이 생산됩니다. 옹호자 제안 이 완전히 밀폐 된 건물들 - 또는 공장 공장 - 도시 공간을 용도 변경하고, 음식 마일을 줄이고, 도시 거주자에게 지역 농산물을 제공하는 방법이 될 수 있습니다.

이 프로세스의 핵심 문제 중 하나는 인공 조명을 제공하는 높은 화폐 비용일반적으로 적색과 청색 발광 다이오드의 조합을 통해 이루어집니다. 에너지 비용 때때로 운영 경비의 25 %를 초과합니다. 재배자, 특히 개발 도상국의 재배자는 어떻게하면, 태양이 자유 롭다 할 때 경쟁하다? 더 높은 에너지 사용은 또한 탄소 발자국이 지속 가능하게 양식 된 식물이 제공 할 수있는 것보다 더 많은 탄소 배출량을 의미합니다.

내가했습니다 빛이 식물 성장 및 발달에 어떻게 영향을 미치는지 연구 30 년 넘게. 나는 최근에 나 자신이 궁금해하는 것을 발견했다. 빛의 하루와 어둠의 밤의 반복 주기로 식물을 재배하는 것이 아니라, 같은 주간이 몇 시간, 몇 분 또는 몇 초만 지속되는 펄스로 분리된다면 어떨까요?

식물을위한 마이크로 - 낮잠 : 조명을 켜고 끄는 것은 실내 농업 수확을 해치지 않고 에너지를 절약 할 수 있습니다
실내 식물에는 인공 조명이 많이 필요합니다. josefkubes / Shutterstock.com

빛과 어둠의 짧은 파열

그래서 제 동료들과 저는 실험을 디자인하다. 우리는 정상적인 양의 빛을 전체적으로 적용 할 수 있습니다. 단지 시간을 다르게 나누면됩니다.

물론 식물은 광합성을위한 빛에 의존합니다. 자연에서 태양의 에너지를 사용하여 이산화탄소와 물을 식물의 신진 대사를 촉진시키는 당류로 병합하는 과정입니다. 빛은 또한 주야간 신호를 통해 성장과 발전을 지시하며, 정보 스트림으로 원숭이가되면 비참한 결과를 초래할 수 있습니다.

좋은 것을 작은 조각으로 나누는 것은 때로는 새로운 문제를 야기하기 때문입니다. US $ 100 청구서를받는 것이 얼마나 행복 할 지 상상해보십시오. 그러나 10,000 페니와 동등한 가치가있는 것은 아닙니다. 우리는 공장의 내부 시계가 더 작은 단위로 부서 질 때 동일한 발광 통화를 받아들이지 않을 것이라고 의심했습니다.

그리고 그것이 바로 우리가하는 것입니다. 실험에서 증명 된. 12 시간의 빛에 노출 된 케일 (Cale), 순무 (circip) 또는 사탕무의 묘목은 4 일 동안 어두운 12 시간이 정상적으로 성장하여 색소를 축적하고 커짐에 따라 커졌습니다. 명암주기의 빈도를 6 시간, 3 시간, 1 시간 또는 30 분으로 줄이면 식물은 반발했습니다. 우리는 똑같은 양의 빛을 다른 크기의 덩어리에 적용했는데, 묘목은 치료에 감사하지 않았습니다.

더 짧은 간격으로 적용된 동일한 양의 빛이 하루 동안 식물을 어둡게하는 것처럼 더 자랐습니다. 우리는 빛의 펄스가 공장 내부 시계, 묘목은 그것이 어느 날 이었는지 전혀 몰랐다. 줄기는 더 많은 빛을 찾기 위해 키가 늘어나고 색소 생산과 같은 과정이 보류되었습니다.

그러나 우리가 훨씬 더 짧은 파열로 빛을 적용했을 때 놀라운 일이있었습니다. 5 초 켜기 / 끄기 사이클에서 재배 된 식물은 정상적인 명암 기간 동안 성장한 식물과 거의 동일하게 보였다. 일출이 매 5 초마다 내부 시계가 제대로 시작될 수 없기 때문에 식물은 몇 초 정도 긴 하루를 염두에 두지 않는 것처럼 보입니다.

우리가 출판 할 준비가되었을 때, 학부 공동 연구원 Paul Kusuma는 우리의 발견이 그리 참신하지 않다는 것을 발견했습니다. 우리는 곧 우리가 실제로 88 년 동안 이미 알려진 것을 재발견한다는 것을 깨달았습니다. 미 농무부 과학자 1931에서 이와 똑같은 현상을 보았습니다. 그들이 다양한 기간의 빛의 펄스 아래에서 식물을 키울 때. 성숙한 식물에서의 그들의 작업은 우리가 현저한 유사성으로 묘목에서 관찰 한 것과 일치합니다.

식물을위한 마이크로 - 낮잠 : 조명을 켜고 끄는 것은 실내 농업 수확을 해치지 않고 에너지를 절약 할 수 있습니다
Garner와 Allard의 1931 연구는 다양한 기간의 광 펄스 하에서 Yellow Cosmos 꽃의 성장을 추적했습니다.
J. Agri. Res. 42 : 미국 농무부 농업 연구청 국립 농업 도서관., CC의 BY-ND

이 모든 것이 오래된 아이디어를 되 살렸을뿐 아니라 빛의 펄스가 에너지를 절약하지 못합니다. 5 초 동안 켜고 끄는 것은 12 시간 동안 조명이 켜지는 것과 같은 양의 에너지를 사용합니다. 불빛은 여전히 ​​반나절 동안 켜져 있습니다.

그러나 어두운 기간을 연장한다면 어떻게 될까요? 5 초 남았 어. 6 초 남았 어. 또는 10 초 꺼져 있습니다. 또는 20 초 꺼져 있습니다. 어쩌면 80 초 꺼져 있니? 그들은 1931에서 그것을 시도하지 않았습니다.

추가 가동 중지 시간에 구축

식물이 약간의 중단 시간에는 신경 쓰지 않는다는 것이 밝혀졌습니다. 5 초 동안 빛을 가하여 안료 축적과 같은 광합성과 생물학적 과정을 활성화시킨 후 우리는 10 또는 때때로 20 초의 표시등을 끕니다. 이 연장 된 암흑기에, 묘목은 밝음과 어두움의 기간이 같았을 때처럼 성장했습니다. 이것이 실내 농장의 규모에서 수행 될 수 있다면, 최소한 30 % 이상의 에너지 절감 효과가있을 것입니다.

우리 연구실에서 최근에 발표 될 연구 결과에 따르면 동일한 개념이 잎 상추에서 효과가 있음을 보여주었습니다. 그들은 또한 펄스 사이의 연장 된 어두운 시간을 신경 쓰지 않습니다. 경우에 따라 양상추는 자주색 대신 초록색으로 잎이 더 큽니다. 이는 재배자가 불을 끄면 제품의 다양성을 높일 수 있고 상품성이 높은 제품을 생산할 수 있음을 의미합니다.

식물을위한 마이크로 - 낮잠 : 조명을 켜고 끄는 것은 실내 농업 수확을 해치지 않고 에너지를 절약 할 수 있습니다
양상추의 한 가지 품종은 10 초의 어두운 기간이 주어 졌을 때 보라색으로 자랐습니다. 그들은 5 초 어두운 기간으로 성장한 것과 비슷하지만 33 %의 에너지를 덜 사용합니다. 어두운 기간을 20 초로 늘리면 녹색 식물에 더 많은 바이오 매스가 생성됩니다. J. Feng, K. Folta

지속적인 조명보다는 빛의 폭발로 식물을 재배 할 수 있다는 것을 배우면 실내 농업의 비싼 에너지 예산을 잠재적으로 조정할 수 있습니다. 더 많은 신선한 채소를 더 적은 에너지로 재배 할 수있어 공정을보다 지속 가능하게 만듭니다. 저의 동료들과 저는이 혁신이 궁극적으로 새로운 사업을 추진하고 더 많은 사람들을 먹여 살릴 수 있다고 생각합니다.

이 기사는 1931에서 재배 된 식물 사진의 수정 된 전설로 업데이트되었습니다.대화

저자에 관하여

Kevin M. Folta, 원예학 및 식물 분자 및 세포 생물학 교수, 플로리다 대학

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.

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