Растения сообщают, какой тип света им нужен

В теплицах, где выращивают нашу пищу, огромное количество энергии тратится впустую из-за того, что растения получают слишком много и неподходящий по спектру свет. Это также может вызывать стресс и повреждения у растений. Исследователи из Технологического университета Чалмерса работают над уникальным в мире методом измерения того, сколько и какой свет нужен растениям.

Современные теплицы используют натриевые лампы высокого давления, которые по сути являются тем же типом ламп, что используются для уличного освещения. Как правило, у них есть только два положения: включено или выключено.

«В современных теплицах всё, кроме освещения, — это высокие технологии, — говорит Анна-Мария Карстенсен, аспирант по направлению «автоматическое управление» в Чалмерсе. — Температура и питание тщательно контролируются. Однако регулирование освещения сильно отстаёт».

Спектр света, обеспечиваемый натриевыми лампами высокого давления, очень плохо соответствует спектру, который растения используют при фотосинтезе. Растения не получают много синего и красного света, который им нужен больше всего. Однако они получают много инфракрасного света, вредного для некоторых культур, и желтого света, который растения не могут эффективно использовать.

Исследователи интерпретируют сигналы растений

Цель исследовательского проекта — выяснить, сколько и какой тип света требуется разным растениям в конкретные моменты времени. При разработке метода используется спектрометр для измерения того, какие длины волн отражаются растениями. Растения отражают свет двумя разными способами:

• Прямое отражение, когда свет отражается, не поглощаясь листом.
• Флуоресценция — это свет, излучаемый растениями. Этот свет создаётся в процессе фотосинтеза и состоит из длин волн, отличных от тех, что поступают от источника света.

Исследователи могут анализировать эти сигналы, чтобы определить, какой свет нужен растениям. В реальности существуют большие вариации в зависимости, например, от вида растения, стадии его развития и температуры. «Это неизведанная территория, — говорит Торстен Вик, доцент кафедры систем управления и руководитель исследовательского проекта. — Реакцию растений на свет обычно определяют, беря ручные пробы на листьях или рядом с ними с помощью специального оборудования. Мы же проводим анализ удалённо, используя возможности управления лампами. Это означает, что можно измерить всю популяцию растений, что автоматически даёт репрезентативное среднее значение для определения нужного им света».

Реакция растений будет управлять освещением

Цель проекта — создать систему, которая использует реакцию растений для автоматического регулирования освещения в теплице. Естественный солнечный свет можно будет дополнять светом от ламп, чтобы обеспечить общее освещение, необходимое растениям как по яркости, так и по спектру.

Этого можно достичь с помощью современных светодиодных (LED) ламп, состоящих из нескольких групп регулируемых по яркости светодиодов с разными цветовыми спектрами. Такой тип ламп также можно запрограммировать на обеспечение освещения, адаптированного к потребностям растений.

«Эта технология обладает огромным потенциалом для экономии энергии, — говорит Торстен Вик. — Мы рассчитываем сэкономить около 30%, перейдя с натриевых ламп на светодиодные. Кроме того, можно сэкономить 20%, регулируя интенсивность и спектр света с помощью нашего метода. Это означает, что только теплицы в Европе смогут сэкономить столько электроэнергии, сколько составляет половина потребления Швеции».

Факты: Метод предлагает несколько потенциальных экологических преимуществ

• Вдвое меньшее обычного потребление энергии. Теплицы в Европе потребляют столько же электроэнергии, сколько вся Швеция, — 160 тераватт-часов в год.
• Сокращение потребности в химикатах. Сейчас на многих растениях используют химикаты, чтобы они оставались компактными и не вырастали слишком высокими; того же эффекта можно достичь с помощью правильного светового спектра. Вкус и устойчивость урожая также можно влиять с помощью света.
• Сокращение количества отходов. В настоящее время выбрасывается около 15% продукции, поскольку иногда производство превышает объёмы продаж. Использование освещения может как замедлять, так и ускорять рост растений при необходимости.
• Отсутствие ртути. В отличие от натриевых ламп высокого давления, светодиодные лампы не содержат ртути.