تصویر 1: گیاهان گلخانه ای نیاز به نور مصنوعی زیادی دارند

اگر شما هنگام شب به فرودگاه شیپول آمستردام وارد شوید، از فراز تابش صورتی روشن حاصل از گلخانه های تولید سبزیجات، عبور خواهید کرد. هلند کشوری است که کشاورزی در محیط کنترل شده مانند گلخانه ها را به سرعت پذیرفته است و به این ترتیب محصولات با ارزشی مانند گیاهان دارویی، انواع مدل های کاهوها و گوجه ها در گلخانه هایی که در تمام طول سال روشن هستند، تولید می کند. طرفداران این روش پیشنهاد می کنند که این ساختمان های کاملاً محصور یا کارخانه های گیاهان می توانند راهی برای استفاده ی دوباره و بیشتر از فضای شهری باشد و به این ترتیب با استفاده از فراهم نمودن محصولات محلی برای ساکنین شهر، مسافت حمل مواد غذایی از محل تولید تا مصرف کاهش می یابد.

یکی از مشکلات اصلی این روش هزینه ی بالای فراهم کردن نور مصنوعی است که به این منظور نیاز به ترکیبی از دیودهای قرمز و آبی وجود دارد. هزینه ی تأمین انرژی گاهی بیشتر از 25 درصد هزینه ی کلی پروژه است. به این ترتیب پرورش دهندگان محصولات گیاهی به خصوص در کشورهای در حال توسعه، چگونه می توانند با کشاورزی سنتی در حالی که نور خورشید رایگان است رقابت کنند. مصرف بالاتر انرژی به معنی انتشار بیشتر کربن است در حالی که گیاهان بومی پایدار باعث کاهش کربن در هوا می گردند.

گیاهان به طور معمول در یک چرخه ی تکراری نور روز را دریافت می کنند و سپس یک شب را در تاریکی سپری می کنند، چه می شود اگر نور روز را به چند پالس نوری تبدیل کنیم که هر کدام در حد چند ساعت، دقیقه یا ثانیه طول بکشد.

دوره های کوتاه روشنایی و تاریکی

پژوهشگران در آزمایشی همان مقدار طبیعی نور روزانه را به چند قسمت در ساعات مختلف در روز تقسیم کردند.

گیاهان برای فتوسنتز نیاز به نور دارند و در این فرآیند از انرژی خورشید برای ادغام کربن دی اکسید و آب استفاده و قندی تولید می کنند که در سوخت و ساز گیاه به کار می رود. نور خورشید همچنین با استفاده از پیام هایی که در روز و شب به گیاه می رساند هدایت رشد گیاه را به عهده دارد و دستکاری این جریان انتقال اطلاعات ممکن است نتایج فاجعه باری در بر داشته باشد. زیرا شکستن و تقسیم کردن این نور مفید به قسمت های کوچکتر گاهی مشکلات جدیدی ایجاد می کند. محققان احتمال داده اند که هنگامی که نور به چند قسمت کوچکتر تقسیم شود، ساعت داخلی گیاه جریان نور همیشگی را احساس و دریافت نخواهد کرد.

به همین دلیل آن ها در آزمایش خود این مسأله را بررسی کردند. نهال های کلم، شلغم و چغندر بعد از قرار گرفتن در معرض دوره های 12 ساعت نور و 12 ساعت تاریکی به مدت 4 روز، به طور طبیعی رشد کردند، رنگدانه های آن ها افزوده و گیاهان بزرگ تر شدند. هنگامی که طول این دوره ها کوتاه تر شد و تبدیل به 6، 3، 1 ساعت یا 30 دقیقه شدند، پاسخ گیاهان خوب نبود. در حقیقت مقدار کلی نور دریافتی آن ها تغییری نکرده بود، اما نور را در چند قسمت روز دریافت کردند و جوانه های گیاهان پاسخ خوبی به این روش ندادند.

بار دیگر مقدار نور برابر را در فواصل کوتاه تر در طول روز دریافت کردند و این بار رشد گیاهان شبیه وضعیت تاریکی بود. محققان احتمال دادند که پالس های نور با ساعت داخلی گیاه تداخل دارد و در نتیجه گیاهان متوجه نمی شدند چه ساعتی از روز است. ساقه های گیاهان برای دسترسی به نور بیشتر رشد بیشتری کردند و فرآیندهایی مانند تولید رنگدانه متوقف شدند.

اما هنگامی که پژوهشگران نور را به صورت پالس های بسیار کوتاهی تبدیل کردند، اتفاق جالبی افتاد. گیاهانی که در چرخه های 5 ثانیه ای روشنایی / خاموشی رشد کردند، رشدشان مشابه رشد گیاهان در چرخه ی نور طبیعی بود. به نظر می رسد دریافت پالس نور در هر 5 ثانیه مانع از شروع به کار مناسب ساعت داخلی گیاه می گردد و در نتیجه گیاه حتی در طول شب نیز به رشد خود مانند روز ادامه می دهد. اما استفاده از پالس های نور در مصرف انرژی تغییری ایجاد نمی کند.

تصویر 2: مطالعه ی سال 1931 توسط گارنر و الارد، بررسی رشد گل های کیهانی زرد در زیر پالس های نور با مدت زمانی های متغیر

نتایج این تحقیق مشابه مطالعه ی دانشمندان در بخش کشاورزی آمریکا در سال 1930 است که رشد گیاه را تحت پالس های نور با مدت زمانی های مختلف بررسی کردند. اما دانشمندان آمریکایی تأثیر افزایش مدت زمان دوره ی تاریکی بر رشد گیاه را بررسی نکردند.

در این پژوهش گیاهان بعد از دریافت نور به مدت 5 ثانیه، فتوسنتز و سایر فرآیندهای زیستی خود مانند تجمع رنگدانه ها را آغاز کردند و سپس تحت دوره تاریکی به مدت 10 و گاهی 20 ثانیه قرار گرفتند. رشد گیاهان تحت شرایطی که دوره های خاموشی طولانی تر شده بودند، به خوبی رشد آن ها در زمانی بود که دوره های روشنایی و خاموشی طول مدت برابری داشتند. گیاهانی که در چرخه های 5 ثانیه ای روشنایی/خاموشی رشد کردند، رشدشان مشابه رشد گیاهان در چرخه ی نور طبیعی بود. اگر بتوان از این روش در مقیاس گلخانه استفاده کرد، به معنی ذخیره ی انرژی در حد 30 درصد یا حتی بیشتر است.

در آزمایش انجام شده بر روی برگ های کاهو، گیاهان با افزایش زمان دوره ی تاریکی مشکلی نداشتند. در برخی موارد، کاهوها به جای بنفش، سبز بودند و برگ های بزرگتری داشتند. و این به معنی این است که پرورش دهنده ی آن می تواند محصولات متنوعی تولید کند و با خاموش کردن نور، وزن محصولات قابل فروش خود را افزایش دهد.

تصویر 3: یک نوع از کاهو که با دریافت دوره ی تاریکی به مدت 10 ثانیه بنفش رنگ شده است و مشابه گیاهانی هستند که با دوره ی تاریکی 5 ثانیه رشد کردند در حالی که 30 درصد انرژی کمتری مصرف شده است. افزایش دوره ی تاریکی به 20 ثانیه حتی باعث رشد بیشتر محصولات می شود.

با توجه به این نکته که گیاهان تحت پالس های نور رشد می کنند، می توانیم هزینه ی بالای انرژی مصرفی در کشاورزی گلخانه ای را کاهش دهیم و با صرف انرژی کمتر گیاهان تازه تری پرورش دهیم. با کمک این نوآوری سرانجام قادر خواهیم بود با تأثیر کمتر بر محیط زیست مشاغل جدید ایجاد و برای افراد بیشتری غذا تهیه کنیم.

منبع: کِوین ام فولتا - University of Florida