Как UV радиацията във вертикалните оранжерии може да реши проблемите с урбанизацията, недостига на храна и CO₂?

Вертикалното земеделие е една от концепциите за постигане на устойчиво бъдеще. То е базирано на авангардни LED технологии и хидропоника (технология за отглеждане на растения в изкуствена среда без почва), като решение за намаляване на въглеродните емисии, следствие от ръста на населението и тенденциозната урбанизация. Инженерите са разработили вертикални оранжерии, които позволяват културите да се отглеждат на закрито и по-близо до градските райони. Те често са ограничени от пространството, но именно това им позволява да се възползват от минималното излъчване на топлина и възможността за прецизен контрол на лъчението посредством светодиоди. Контролираната среда води до ефективно използване на ресурсите, по-малко отпадъчни води и намалено използване на пестициди. Освен това тази технология позволява локализирано земеделие в градските райони, насърчавайки устойчивостта и намалявайки емисиите от транспорта. За реализацията на тази концепция се използват ползите от ултравиолетовото (UV) лъчение, за които ще научите повече в следващите редове.

Най-голямото предимство на LED осветлението във вертикалното земеделие е, че позволява целогодишен растеж на културите, независимо от външния климат. Светодиодите могат да възпроизвеждат сезони и климат, което позволява, освен производство, и целогодишно провеждане на селскостопански изследвания с ускорено събиране на данни. Благодарение на възможността за персонализиране на спектъра и интензитета на светлината, учените могат да създадат контролирана среда, която имитира различни условия за растеж на растенията. Енергийната ефективност на светодиодите значително намалява оперативните разходи и минимизира отпечатъка върху околната среда. Това улеснява разбирането как различните дължини на светлинните вълни влияят върху растежа, развитието и добива на растенията. Светодиодите се използват в градското земеделие за подпомагане на местното и устойчиво производство на храни. Също така те могат да се използват за системи за хидропоника и аквапоника за производство на органична храна без почва.

Наука за живота: UV лъчение и положителното му въздействие върху земеделието

Ултравиолетовото лъчение е в невидимата част на електромагнитния спектър. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-вредно може да бъде лъчението. Има три различни вида UV лъчение, класифицирани въз основа на дължината на вълната:

• UV-A лъчението е с дължина на вълната от 315 до 380 nm и има най-дългата дължина на вълната от трите вида, респективно най-малко вредно въздействие върху човешкото око. По-голямата част от UV-A радиацията, излъчвана от Слънцето, преминава през озоновия слой, което прави този вид лъчение най-разпространената форма на UV;
• UV-B радиацията е с дължина на вълната от 280 до 315 nm. Те се използват предимно при стерилизация и обеззаразяване на вода, като се гарантира, че мухълът и спорите не растат върху растенията. Това се постига чрез ограничаване на бактериите във водата, към които плесените и спорите обикновено се придържат и от които се развиват;
• UV-C радиацията е с дължина на вълната под 280 nm. Тези дължини на вълните обикновено се филтрират през озоновия слой и не присъстват в слънчевата светлина. Въпреки това, с правилните дози, UV-C всъщност може да увеличи растежа на растенията. Тази дължина на вълната гарантира, че пестицидите и плесените, които могат да бъдат открити по време на растежа на растението, са ограничени/унищожени, което позволява на растението да цъфти при оптимални условия на отглеждане.

Ползи от облъчването с ултравиолетово лъчение

Ултравиолетовото лъчение е изключително важно за растежа на растенията. В безопасни дози то им помага да произвеждат етерични растителни масла, които не само подобряват вкуса и аромата на плодовете, но също така помага на растенията да се предпазят от прекомерно излагане на ултравиолетови лъчи, действайки като техен собствен естествен „слънцезащитен крем“. Тази естествена защита гарантира, че вътрешните процеси на растението са защитени и осигурява оптимални условия за отглеждане. Растенията са способни да абсорбират само необходимото количество ултравиолетова светлина за стартиране процеса на самозащита и не повече.

Ултравиолетовото лъчение е извън фотосинтетично активния вълнов диапазон (PAR – Общата енергия, от която се нуждае растението, с дължина на вълната 400 – 700 nm), но е биологично активна и регулира растежа на растенията. Някои общи положителни ефекти на UV лъчението върху растителните култури включват:

• Инхибиране на удължения растеж (по-къси стъбла и по-малки листа);
• Увеличаване на дебелината на листата и восъчността;
• По-голямо оцветяване на листата (особено за растения с лилави листа).

Изследванията показват също, че растенията, които са подложени на ултравиолетова радиация, обикновено имат по-малко вредители, които се хранят с тях, показват още повишено опрашване и общо увеличение на добива. Включването на UV-C в градинарските LED светлини за отглеждане ще позволи на растенията да увеличат височината си. Разбира се, облъчването трябва да е внимателно дозирано, тъй като прекомерното излагане на UV-C радиация може да доведе до забавяне на растежа. Препоръчително е да се прилага доза не по-висока от 15 минути седмично, включително и за дървета.

Облъчването с UV-А повишава ефективността на фотосинтезата на растението. Това се прави чрез таргетирано лъчение към регионите на хлорофил A и B в растението, които абсорбират най-голямо количество светлина в диапазона 400 – 460 nm. Когато се използва в комбинация с инфрачервени (IR) лъчи с дължини на вълните 720 – 740 nm, това значително ще увеличи абсорбцията на светлина, необходима за фотосинтезата. Друга полза от използването на UV-A при растежа на растенията е свързана с опрашването и по-конкретно – по-добрата ориентация на пчелите, следствие от разликата в начина, по който възприемат светлина в сравнение с човешкото око.

Любопитно: Ефектът на UV върху пчелите

Интересно е откритието, че ултравиолетовата светлина всъщност е от съществено значение за пчелите и процеса на опрашване. В скорошно проучване, проведено от USDA (Министерството на земеделието на САЩ), е било установено, че пчелите са отговорни за около 80% от опрашването и без ултравиолетова светлина срещат трудности при откриването на растенията за опрашване и умират, преди да успеят. Начинът, по който работят рецепторите на пчелите, е много различен от този, по който функционира човешкото око. Докато човешкото око е най-чувствително към зелената част на видимия спектър, пчелите са по-чувствителни към невидимата UV част на спектъра. Ултравиолетовите лъчи подобряват видимостта на прашеца за пчелните рецептори, което допринася за ориентацията на пчелите.

UV-C и по-рядко UV-B се използват за обеззаразяване на вода и повърхности, тъй като убиват почти всички микроорганизми, когато са концентрирани. Тези високоенергийни дължини на вълните потенциално биха могли да бъдат доставени на растенията, за да убият патогени, които могат да се намират и върху листата им.

Въпреки ползите за растенията и насекомите, UV лъчението има вредно въздействие върху хората и трябва да се вземат необходимите предпазни мерки, при работа в среда с такова лъчение. Работниците не трябва да гледат директно към светлината и трябва да се използва правилната оптична система, препоръчително е носенето на защитни очила през цялото време на работа.

Източник на информация: knowhow.distrelec.com

Източник на снимковия материал: knowhow.distrelec.com, canva.com