Плёнки, преобразующие УФ-свет в красный, ускоряют рост растений и могут помочь решить проблемы с продовольствием

Междисциплинарная группа из инженерного и сельскохозяйственного факультетов Университета Хоккайдо и Института проектирования и открытия химических реакций (WPI-ICReDD) разработала тонкоплёночное покрытие на основе европия, которое, как показали испытания, ускоряет рост как овощных растений, так и деревьев. Эта технология может повысить скорость производства растений и имеет потенциал для решения глобальных проблем с продовольственным снабжением.

Помимо видимого света, солнечный свет содержит ультрафиолетовое (УФ) излучение. Целью исследования было обеспечить растения дополнительным видимым светом для фотосинтеза, используя материал, преобразующий длину волны (WCM), который может конвертировать УФ-свет в красный.

Исследователи создали WCM на основе комплекса европия и изготовили тонкоплёночное покрытие, которое можно наносить на коммерчески доступные пластиковые листы. Они показали, что плёнка не только преобразует УФ-свет в красный, но и не блокирует полезный видимый свет от солнца.

Испытания проводились на листовой свёкле (мангольде) и лиственнице японской.

• Результаты для мангольда: Летом, при длинном световом дне и сильном солнечном излучении, значительной разницы при использовании WCM-плёнок не наблюдалось. Однако зимой, когда дни короче, растения, выращенные с WCM-плёнками, через 63 дня показали рост в 1.2 раза больше и биомассу в 1.4 раза больше. Ускоренный рост связали с увеличенным supply красного света от плёнок.
• Результаты для лиственницы: Сеянцы показали более высокую относительную скорость роста в первые 4 месяца. В результате диаметр ствола был в 1.2 раза больше, а общая биомасса — в 1.4 раза больше, чем у деревьев, выращенных без покрытия. Это позволило сеянцам достичь стандартного для лесного хозяйства Хоккайдо размера для высадки всего за один год. Использование WCM-плёнок может сократить период роста сеянцев с двух лет до одного, сделав производство растений более рентабельным.

Технология также может помочь с продовольственной безопасностью в холодном климате и не требует электричества для работы.

"Используя покрытие из материала, изменяющего длину волны, мы смогли создать прозрачную плёнку и продемонстрировать её способность ускорять рост растений", — сказал Сунао Сёдзи, ведущий автор исследования, опубликованного в Scientific Reports.

"Рационально проектируя светоизлучающий ион, мы можем контролировать цвет испускаемого света, создавая, например, зелёный или жёлтый. Мы ожидаем, что сможем создавать преобразующие плёнки, оптимизированные для разных типов растений. Это открывает широкие возможности для развития сельскохозяйственной и лесной инженерии следующего поколения".