Mikro-Tidur Siang Untuk Tanaman: Menyalakan dan Mematikan Lampu Dapat Menghemat Energi Tanpa Menyakiti Panen Pertanian Dalam Ruangan

Mikro-Tidur Siang Untuk Tanaman: Menyalakan dan Mematikan Lampu Dapat Menghemat Energi Tanpa Menyakiti Panen Pertanian Dalam Ruangan
Denyut cahaya diikuti oleh periode gelap yang diperpanjang dapat membantu membuat produksi pertanian dalam ruangan lebih berkelanjutan. DutchScenery / Shutterstock.com

Kedatangan malam hari di Bandara Schiphol Amsterdam menerbangkan Anda di atas cahaya merah muda terang dari rumah kaca produksi sayuran. Menanam tanaman di bawah cahaya buatan adalah mendapatkan momentum, khususnya di daerah di mana harga produksi bisa tinggi selama musim ketika sinar matahari jarang.

Belanda hanyalah salah satu negara yang dengan cepat diadopsi pertanian lingkungan terkendali, di mana tanaman khusus bernilai tinggi seperti rempah-rempah, selada mewah, dan tomat diproduksi di rumah kaca yang disinari sepanjang tahun. Saran para advokat bangunan yang sepenuhnya tertutup ini - atau pabrik pabrik - bisa menjadi cara untuk mengubah ruang kota, mengurangi mil makanan dan menyediakan produk lokal untuk penduduk kota.

Salah satu masalah utama dari proses ini adalah biaya moneter yang tinggi untuk menyediakan lampu buatan, biasanya melalui kombinasi dioda pemancar cahaya merah dan biru. Biaya energi terkadang melebihi 25% dari pengeluaran operasional. Bagaimana petani, khususnya di negara berkembang, bersaing ketika matahari bebas? Penggunaan energi yang lebih tinggi juga berarti lebih banyak emisi karbon, daripada penurunan jejak karbon yang dapat disediakan oleh tanaman pertanian berkelanjutan.

Aku sudah mempelajari bagaimana cahaya mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman selama lebih dari 30 tahun. Baru-baru ini saya mendapati diri saya bertanya-tanya: Daripada menanam tanaman di bawah siklus berulang satu hari cahaya dan satu malam kegelapan, bagaimana jika siang hari yang sama terpecah menjadi pulsa yang hanya berlangsung berjam-jam, menit atau detik?

Mikro-Tidur Siang Untuk Tanaman: Menyalakan dan Mematikan Lampu Dapat Menghemat Energi Tanpa Menyakiti Panen Pertanian Dalam Ruangan
Tanaman indoor membutuhkan banyak cahaya buatan. josefkubes / Shutterstock.com

Semburan pendek cahaya dan gelap

Jadi, kolega saya dan saya merancang eksperimen. Kami akan menerapkan jumlah cahaya normal secara total, hanya memecahnya atas potongan waktu yang berbeda.

Tentu saja tanaman bergantung pada cahaya untuk fotosintesis, proses yang di alam menggunakan energi matahari untuk menggabungkan karbon dioksida dan air menjadi gula yang memicu metabolisme tanaman. Cahaya juga mengarahkan pertumbuhan dan perkembangan melalui isyarat-isyaratnya tentang siang dan malam, dan mengingat dengan arus informasi itu mungkin memiliki hasil yang menghancurkan.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


Itu karena memecah sesuatu yang baik menjadi potongan-potongan kecil terkadang menciptakan masalah baru. Bayangkan betapa bahagianya Anda akan menerima tagihan US $ 100 - tetapi tidak senang dengan uang 10,000 yang setara. Kami menduga jam internal pabrik tidak akan menerima mata uang bercahaya yang sama ketika dipecah menjadi denominasi yang lebih kecil.

Dan itulah tepatnya yang kami ditunjukkan dalam percobaan kami. Bibit kale, lobak atau bit terkena siklus 12 jam cahaya, 12 jam gelap selama empat hari tumbuh secara normal, mengumpulkan pigmen dan tumbuh lebih besar. Ketika kami mengurangi frekuensi siklus gelap-terang menjadi 6 jam, 3 jam, 1 jam atau 30 menit, pabrik memberontak. Kami memberikan jumlah cahaya yang sama, hanya diaplikasikan pada potongan-potongan yang berbeda ukuran, dan bibit tidak menghargai perawatan.

Jumlah cahaya yang sama diterapkan dalam interval yang lebih pendek sepanjang hari menyebabkan tanaman tumbuh lebih seperti mereka berada dalam kegelapan. Kami menduga pulsa cahaya bertentangan dengan a jam internal pabrik, dan bibit tidak tahu jam berapa hari itu. Batang membentang lebih tinggi dalam upaya untuk menemukan lebih banyak cahaya, dan proses seperti produksi pigmen ditahan.

Tetapi ketika kami menerapkan cahaya dalam ledakan yang jauh, jauh lebih pendek, sesuatu yang luar biasa terjadi. Tanaman yang tumbuh pada siklus hidup / mati lima detik tampaknya hampir identik dengan yang tumbuh di bawah periode terang / gelap normal. Ini hampir seperti jam internal tidak dapat dimulai dengan benar ketika matahari terbit datang setiap lima detik, sehingga tanaman tampaknya tidak keberatan hari yang panjangnya beberapa detik.

Sama seperti kami bersiap untuk menerbitkan, kolaborator sarjana Paul Kusuma menemukan bahwa penemuan kami tidak begitu novel. Kami segera menyadari bahwa kami telah menemukan kembali sesuatu yang sudah dikenal selama 88 tahun. Ilmuwan di Departemen Pertanian AS melihat fenomena yang sama di 1931 ini ketika mereka menanam tanaman di bawah cahaya pulsa berbagai durasi. Pekerjaan mereka pada tanaman dewasa cocok dengan apa yang kami amati pada bibit dengan kesamaan luar biasa.

Mikro-Tidur Siang Untuk Tanaman: Menyalakan dan Mematikan Lampu Dapat Menghemat Energi Tanpa Menyakiti Panen Pertanian Dalam Ruangan
Sebuah studi 1931 oleh Garner dan Allard melacak pertumbuhan bunga Yellow Cosmos di bawah gelombang cahaya dari berbagai durasi.
J. Agri. Res. 42: Perpustakaan Pertanian Nasional, Layanan Penelitian Pertanian, Departemen Pertanian AS., CC BY-ND

Tidak hanya semua ini adalah vulkanisir dari ide lama, tetapi gelombang cahaya tidak menghemat energi. Lima detik hidup dan mati menggunakan jumlah energi yang sama seperti lampu menyala selama 12 jam; lampu masih menyala selama setengah hari.

Tapi apa yang akan terjadi jika kita memperpanjang periode gelap? Lima detik berlalu. Enam detik lagi. Atau 10 detik mati. Atau 20 detik mati. Mungkin 80 detik off? Mereka tidak mencobanya di 1931.

Membangun downtime ekstra

Ternyata tanaman tidak keberatan sedikit waktu henti. Setelah menerapkan cahaya selama lima detik untuk mengaktifkan proses fotosintesis dan biologis seperti akumulasi pigmen, kami mematikan lampu untuk 10, atau terkadang 20 detik. Di bawah periode gelap yang diperpanjang ini, bibit tumbuh sama baiknya dengan ketika periode terang dan gelap sama. Jika ini bisa dilakukan pada skala pertanian dalam ruangan, itu mungkin berarti penghematan energi yang signifikan, setidaknya 30% dan mungkin lebih.

Karya terbaru yang belum diterbitkan di lab kami telah menunjukkan bahwa konsep yang sama bekerja pada daun selada; mereka juga tidak keberatan waktu gelap yang diperpanjang antara pulsa. Dalam beberapa kasus, selada berwarna hijau, bukan ungu dan memiliki daun lebih besar. Itu artinya penanam dapat menghasilkan beragam produk, dan dengan bobot produk yang lebih tinggi, dengan mematikan lampu.

Mikro-Tidur Siang Untuk Tanaman: Menyalakan dan Mematikan Lampu Dapat Menghemat Energi Tanpa Menyakiti Panen Pertanian Dalam Ruangan
Satu varietas selada tumbuh ungu ketika diberi periode gelap 10-detik. Mereka terlihat mirip dengan yang tumbuh dengan periode gelap lima detik, namun menggunakan energi 33% lebih sedikit. Memperpanjang periode gelap menjadi 20 detik menghasilkan tanaman hijau dengan lebih banyak biomassa. J. Feng, K. Folta

Belajar bahwa tanaman dapat ditanam di bawah semburan cahaya daripada penerangan terus menerus memberikan cara untuk berpotensi memangkas anggaran energi yang mahal dari pertanian dalam ruangan. Lebih banyak sayuran segar dapat ditanam dengan lebih sedikit energi, membuat prosesnya lebih berkelanjutan. Rekan-rekan saya dan saya pikir inovasi ini pada akhirnya dapat mendorong bisnis baru dan memberi makan lebih banyak orang - dan melakukannya dengan dampak lingkungan yang lebih sedikit.

Artikel ini diperbarui dengan legenda yang diperbaiki pada foto tanaman yang ditanam di 1931.Percakapan

tentang Penulis

Kevin M. Folta, Profesor Ilmu Hortikultura dan Biologi Molekul dan Seluler Tumbuhan, University of Florida

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

ing

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}