Mipira ya nuru ikifuatiwa na vipindi virefu vya giza inaweza kusaidia kufanya uzalishaji wa ndani wa kilimo uwe endelevu zaidi. DutchScenery / Shutterstock.com

Kuwasili wakati wa usiku katika Uwanja wa Ndege wa Schiphol wa Amsterdam hukurukia juu ya mwangaza mkali wa rangi ya waridi ya greenhouses za uzalishaji wa mboga. Kupanda mazao chini ya taa bandia ni kupata kasi, haswa katika mikoa ambayo bei ya mazao inaweza kuwa juu wakati wa msimu wakati jua ni chache.

Uholanzi ni nchi moja tu ambayo imepitisha haraka kilimo-mazingira ya kudhibitiwa, ambapo mazao ya utaalam wa bei ya juu kama mimea, lettuce za kupendeza na nyanya huzalishwa katika nyumba za kijani kibichi za mwaka mzima. Mawakili wanapendekeza majengo haya yaliyofungwa kabisa - au viwanda vya mimea - inaweza kuwa njia ya kurudisha nafasi ya mijini, kupunguza maili ya chakula na kutoa mazao ya ndani kwa wakaazi wa miji.

Moja ya shida kuu ya mchakato huu ni gharama kubwa ya fedha ya kutoa taa bandia, kawaida kupitia mchanganyiko wa diode nyekundu na bluu zinazotoa mwanga. Gharama za nishati wakati mwingine huzidi 25% ya gharama ya utendaji. Wakulima wanawezaje, haswa katika nchi zinazoendelea, shindana wakati jua liko bure? Matumizi ya nishati ya juu pia hutafsiri uzalishaji zaidi wa kaboni, badala ya kupungua kwa nyayo za kaboni mimea inayolimwa endelevu inaweza kutoa.

Nimepata alisoma jinsi mwanga huathiri ukuaji na ukuaji wa mimea kwa zaidi ya miaka 30. Hivi majuzi nilijikuta nikijiuliza: Badala ya kupanda mimea chini ya mzunguko unaorudiwa wa siku moja ya nuru na usiku mmoja wa giza, vipi ikiwa nuru hiyo ya mchana iligawanywa katika kunde za kudumu kwa masaa, dakika au sekunde tu?

Mimea ya ndani inahitaji mwanga mwingi wa bandia. josefkubes / Shutterstock.com

Kupasuka kwa mwanga na giza

Kwa hivyo wenzangu na mimi iliyoundwa jaribio. Tunataka kutumia kiwango cha kawaida cha nuru kwa jumla, tu kuivunja kwa vipande kadhaa vya wakati.

Kwa kweli mimea hutegemea nuru kwa usanidinolojia, mchakato ambao kwa maumbile hutumia nguvu ya jua kuunganisha dioksidi kaboni na maji kuwa sukari ambayo huchochea kimetaboliki ya mmea. Nuru pia inaelekeza ukuaji na maendeleo kupitia ishara zake juu ya mchana na usiku, na kujishughulisha na mkondo huo wa habari kunaweza kuwa na matokeo mabaya.

Hiyo ni kwa sababu kuvunja kitu kizuri kwenye vipande vidogo wakati mwingine husababisha shida mpya. Fikiria jinsi utakavyofurahi kupokea bili ya dola 100 za Amerika - lakini sio kufurahishwa na senti sawa 10,000. Tulishuku saa ya ndani ya mmea haikukubali sarafu ile ile yenye mwangaza wakati imevunjwa katika madhehebu madogo.

Na hiyo ndio hasa sisi imeonyeshwa katika majaribio yetu. Kale, miche ya turnip au beet iliyo wazi kwa mizunguko ya masaa 12 ya mwanga, masaa 12 giza kwa siku nne ilikua kawaida, ikikusanya rangi na ikakua kubwa. Wakati tulipopunguza mzunguko wa mizunguko nyepesi-giza hadi masaa 6, masaa 3, saa 1 au dakika 30, mimea iliasi. Tulipeleka mwangaza sawa, uliowekwa tu kwa vipande vya ukubwa tofauti, na miche haikuthamini matibabu.

Kiasi sawa cha nuru inayotumiwa kwa vipindi vifupi kwa siku ilisababisha mimea kukua zaidi kama ilivyokuwa gizani. Tunashuku mapigo nyepesi yalipingana na a saa ya ndani ya mmea, na miche hawakujua ni saa ngapi ya siku. Shina zilinyooshwa kwa urefu ili kujaribu kupata mwangaza zaidi, na michakato kama uzalishaji wa rangi ilisimamishwa.

Lakini tulipotumia mwanga kwa kupasuka sana, kuna kitu cha kushangaza kilitokea. Mimea iliyopandwa chini ya mzunguko wa sekunde tano juu ya / kuzima ilionekana kuwa karibu sawa na ile iliyokuzwa chini ya kipindi cha kawaida cha nuru / giza. Ni karibu kama saa ya ndani haiwezi kuanza vizuri wakati jua linakuja kila sekunde tano, kwa hivyo mimea haionekani kujali siku ambayo ni sekunde chache.

Tulipojiandaa kuchapisha, mshirika wa shahada ya kwanza Paul Kusuma aligundua kuwa ugunduzi wetu haukuwa wa riwaya sana. Tuligundua hivi karibuni tutapata tena kitu kilichojulikana kwa miaka 88. Wanasayansi katika Idara ya Kilimo ya Merika aliona jambo kama hilo mnamo 1931 wakati walipanda mimea chini ya kunde nyepesi za muda anuwai. Kazi yao katika mimea iliyokomaa inafanana na kile tulichoona kwenye miche na kufanana kwa kushangaza.

Utafiti wa 1931 na Garner na Allard ulifuatilia ukuaji wa maua ya Manjano Cosmos chini ya kunde nyepesi za muda anuwai. J. Agri. Res. 42: Maktaba ya Kitaifa ya Kilimo, Huduma ya Utafiti wa Kilimo, Idara ya Kilimo ya Merika., CC BY-ND

Sio tu kwamba haya yote yalirudiwa nyuma ya wazo la zamani, lakini kunde za nuru hazihifadhi nguvu yoyote. Sekunde tano kuwasha na kuzima hutumia nguvu sawa na taa inavyowashwa kwa masaa 12; taa bado zinawashwa kwa nusu ya siku.

Lakini ni nini kitatokea ikiwa tungeongeza kipindi cha giza? Sekunde tano kuendelea. Sekunde sita zimeisha. Au sekunde 10 mbali. Au sekunde 20 kutoka. Labda sekunde 80 mbali? Hawakujaribu hiyo mnamo 1931.

Kujenga wakati wa kupumzika zaidi

Inageuka kuwa mimea haijali wakati wa kupumzika kidogo. Baada ya kutumia taa kwa sekunde tano ili kuamsha usanisinuru na michakato ya kibaolojia kama mkusanyiko wa rangi, tulizima taa kwa sekunde 10, au wakati mwingine sekunde 20. Chini ya vipindi hivi vya giza, miche ilikua vile vile vile ilivyokuwa wakati vipindi vya mwanga na giza vilikuwa sawa. Ikiwa hii inaweza kufanywa kwa kiwango cha shamba la ndani, inaweza kutafsiri kuwa akiba kubwa ya nishati, angalau 30% na labda zaidi.

Kazi ya hivi karibuni iliyochapishwa hivi karibuni katika maabara yetu imeonyesha kuwa dhana hiyo hiyo inafanya kazi katika lettuces za majani; pia hawajali wakati wa giza ulioenea kati ya kunde. Wakati mwingine, lettuces ni kijani badala ya zambarau na zina majani makubwa. Hiyo inamaanisha mkulima anaweza kutoa bidhaa anuwai, na kwa uzani mkubwa wa bidhaa, kwa kuzima taa.

Aina moja ya saladi ilikua zambarau wakati ilipewa kipindi cha giza cha sekunde 10. Wanaonekana sawa na wale waliokua na kipindi cha giza cha sekunde tano, lakini tumia nguvu kidogo ya 33%. Kupanua kipindi cha giza hadi sekunde 20 ilitoa mimea ya kijani na majani zaidi. J. Feng, K. Folta

Kujifunza kuwa mimea inaweza kupandwa chini ya mwanga mkali badala ya mwangaza unaoendelea hutoa njia ya kupunguza bajeti ya gharama kubwa ya kilimo cha ndani. Mboga safi zaidi inaweza kupandwa na nguvu kidogo, na kufanya mchakato kuwa endelevu zaidi. Wenzangu na mimi tunadhani uvumbuzi huu mwishowe unaweza kusaidia kuendesha biashara mpya na kulisha watu zaidi - na kufanya hivyo bila athari ndogo ya mazingira.

Nakala hii ilisasishwa na hadithi iliyorekebishwa kwenye picha ya mimea iliyopandwa mnamo 1931.

Kuhusu Mwandishi

Kevin M. Folta, Profesa wa Sayansi ya Tamaduni na Bio ya Masi na ya seli, Chuo Kikuu cha Florida

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.

ing