InVigor_Promo

Изкуственото управление на фотосинтезата е бъдещето на селското стопанство

0

Новите технологии променят лицето на земеделието – вертикалните ферми, роботизираните косачки, сензорите, които следят състоянието на растенията, вече са реалност. Непосредствената цел е да се разкрият тайните на фотосинтезата – ако тя се управлява изкуствено, бъдещето на селското стопанство ще е светло.

Ще се получи ли?

Малък робот се движи около храстите с домати – този неуморим стопанин може да обработва около сто реда на ден, което е около два пъти повече, отколкото може човек. Използвайки лазерни сензори, роботът приема сигнали от растенията и “вижда” вредители, болести, измерва температура, ниво на светлина и много други параметри. Роботът IRIS! е пример за това как бъдещето в селското стопанство вече е станало настояще – наскоро той спечели престижните награди GreenTech Innovation.

Но не само роботите изненадват фермерите днес. Ами експериментите с добавена реалност, проведени в Университета във Вагенинген и изследователския му център (WUR, Холандия)? И дроновете вече се използват за борба със сушата или като разпръсквачки на торове (проучванията показват, че скоростта на пръскане от дронове е пет пъти по-висока от обичайната). Експертите са сигурни: новите технологии променят лицето на селското стопанство в момента. Лесно е да се убедите в това – просто посетете Холандия, считана за втори световен износител на селскостопански продукти след САЩ, пише руският в. “Коммерсант”.

Холандското чудо

Парадоксът е в това, че тази малка страна, известна с лалетата си, днес е един от водещите производители и износители на домати, лук и картофи на планетата, а местните фермери успяха да намалят водната зависимост с 90 процента и да намалят употребата на антибиотици в животновъдството с 60 процента. Наскоро страната отбеляза и съвсем неочаквано постижение: експертите от същия Университета във Вагенинген получиха първата реколта от банани, отглеждани върху специален субстрат.

Оранжерия вертикална ферма фотосинтеза

Фото: Signify

“Днес глобалното производство на банани е заплашено от болести, предавани чрез почвата, а целта на изследванията ни е да се развият устойчиви растения. Но отглеждането на тези растения върху субстрат (например минерална вата или почвени смеси) също може да намали рисковете. Така че бананите с високо качество, без болести и химикали, наистина са получени в нашите изследователски оранжерии”, казва професор Лео Марселис от WUR.

Какви технологии експертът счита за напреднали? Например асимилационното LED осветление, или автономните оранжерии, където хората скоро ще отстъпят на всякакви сензори и системи за събиране и анализ на големи баззи данни (здравей, изкуствен интелект!). Друга напреднала технология за отглеждане, вече добре позната и в Русия, са вертикалните ферми.

Това са ферми, които могат да бъдат изградени във всяка сграда (външно такава ферма наподобява осветени рафтове с определена култура) и не зависят от времето на улицата или от вида на почвата. Те са истинска находка за ресторанти: от градината – право на масата. Освен това, както отбелязва професор Марселис, качеството и количеството на продуктите могат да бъдат предвидени с абсолютна точност. Сред минусите са голямото потребление на електроенергия и сравнително високата себестойност на такива продукти, но и технологичният прогрес напредва, така че те ще поевтинеят.

Светлината е във фокуса

Представете си идиличен холандски пейзаж: ниски тухлени къщи с керемиден покрив, пасящи коне… Тук, под Айндховен в община Сомерен е фермата на известния фермер Вим Питърс. Той е представител на цяла династия на земеделието – също като дядо си отглежда домати и ще предаде щафетата на своя син. Преди няколко години стопанството му е унищожено от силна градушка, но Вим обновява фермата и успява да си върне предишната производителност – благодарение на “правилната” светлина.

Той използва най-новото LED осветление, което му позволява да получи по-добра реколта. Това веднага се отразява както на качеството, така и на количеството. Но как светлината е свързана с качеството? Тя е един от основните стимулиращи фактори за растежа на растенията. Оказва се обаче, че те имат нужда не просто от светлина, а от правилна светлина. След дълги експерименти специалистите успяват да създадат идеалната рецепта за осветление на оранжерии.

“Трябва да разберете какъв светлинен спектър е необходим за тази или онази култура, с каква интензивност и колко часа, къде точно да поставите лампата”, изброява Вим Стилгс от Signify (известен още като Philips Lighting), световен лидер в асимилационното осветление. “Когато завърших университет преди 30 години, моят професор ме увери, че отглеждането на растения при изкуствено осветление в оранжерии е невъзможно. Въпреки това, всяка година ефективността на такова осветление нараства и оттогава се е удвоила, а с появата на светодиодите процесът се разви още по-бързо. През 2012 г. успяхме да отгледаме първите домати при изкуствено осветление, през 2015 г. към тях бяха добавени рози, маруля…”.

Каква е тайната рецепта за подходящ спектър? Необходими са 80–90 процента червено и около 10–20 процента светлина в синия спектър. Например, когато за осветяване на доматите е използван само червеният спектър, те растат в различни посоки, а листата придобиват неправилна форма. Революцията е направена от светодиодите – те позволяват да се смеси палитрата. Сега експертите са изправени пред главозамайващи перспективи за изкуствено осветление в селското стопанство.

Големият залог – фотосинтезата

Най-интригуващата посока на търсенията е свързана с друга амбициозна цел – фотосинтезата. Това е най-големият биохимичен процес на Земята, благодарение на който с помощта на слънчевата светлина въглеродният диоксид се преобразува в органични съединения и растенията получават органични вещества (като захар и нишесте), необходими за растежа. Самите тези вещества се произвеждат в клетки, съдържащи хлоропласти. Сега учените искат да открият как да контролират фотосинтезата.

“Всички имаме нужда от някаква форма на енергия и тя трябва да идва отнякъде. За биосферата на Земята основният източник на енергия е Слънцето, а фотосинтезата е единственият процес, който преобразува тази енергия, обяснява директорът на Ботаническата градина на Московския държавен университет Владимир Чуб. “В процеса на фотосинтеза се образува кислородът, който използваме за дишане. Също толкова важно е кислородната атмосфера на планетата да създава определен температурен режим, благоприятен за живите организми. И накрая, не забравяйте за озоновия слой – това е нашата защита срещу космическото излъчване”.

Сега за селското стопанство. Растенията използват фотосинтезата за получаване на нещо като строителен материал: тялото на растението е изградено от целулоза, а захарозата и нишестето се съхраняват като хранителни запаси. Идеята на специалистите е да накарат растенията да улавят повече въглероден диоксид и съответно да натрупват повече нишесте и захар, както и да ускорят този процес.

Възможно ли е това?

“Въпросът е труден, тъй като фотосинтезата е многоетапен процес и не е ясно какво точно трябва да се ускори”, казва Владимир Чуб. “Грубо казано, ако при производството на конвейер ускорите всички етапи, освен най-бавния, общият ефект ще бъде едва забележим. Така че във фотосинтезата има много неясни въпроси. Вземете например процеса на фиксиране на въглероден диоксид. Специалният ензим рубиско, отговорен за това, работи със скорост три молекули в секунда (за сравнение: скоростта на ензима каталаза, с който е способен да разложи водородния пероксид, е 10 милиона молекули в секунда). Как да ускорим фиксирането на въглеродния двуокис? Все още не знаем това”.

Друг проблем, който трябва да бъде решен, е преразпределението на продуктите на фотосинтезата. Както обяснява експертът, за нас е най-полезно, че преразпределението върви в полза на това, което ядем – нишесте, захар, но самото растение може да реши нещо друго. За да се разпредели голяма част от продуктите за фотосинтеза в полза на културата (например в полза на зърното, а не на сламата в пшеница), селекционерите работят по много сортове, някои от които несполучливи. “Ако искаме да удвоим реколтата през следващите 35 години, трябва да намерим отговора на този много труден въпрос”, казва Ерик Шранц, професор по биосистематика във WUR. В този университет стартира цял проект за изучаване на фотосинтезата.

Генетиката е призована да помогне. В университета в Шефилд, Обединеното кралство, продължават да изучават структурата на протеиновия цитохром b6f комплекс, който влияе върху растежа на растенията чрез фотосинтеза. Действайки върху този комплекс, е възможно да се отглеждат повече и по-добри растения. А с това нещата вече съвсем се доближават до увеличените добиви. Друг пример е от учени от Университета във Ватерло, Канада, където е създаден изкуствени листа, имитиращи естествения процес на фотосинтеза. Пробив? Едва ли.

“Успехите на науката са все още доста скромни,” каза Владимир Чуб. “Всяка година се открива нещо ново. Обещаваща област на изследване е екологията на фотосинтезата. Днес е известно, че при определени условия растенията са в състояние да преминат към различни видове фотосинтеза, което доскоро се смяташе за невъзможно!”. Само си представете: ние се опитваме да контролираме този процес, но изведнъж растението включва механизъм, за който дори не подозираме. Така много от нашите идеи трябва да бъдат прегледани. Пъзелите, свързани с фотосинтезата, все още твърде много”.

Технологиите могат да бъдат полезни и за управление на фотосинтезата. В момента се провеждат експерименти за ефекта на светлинната пулсация върху растенията с цел стимулация на фотосинтезата. Експертите са доста предпазливи, но гледат към бъдещето с надежда – всеки вярва в силата на светлината.

loading...
Споделете.

Коментирайте

Close