На протяжении тысячелетий люди выращивали урожай одним и тем же способом: вы сажаете семена в почву, выращиваете их и собираете урожай в подходящее время. Но все более популярным становится гидропонный подход.

Гидропонное сельское хозяйство включает в себя метод выращивания растений без почвы, обычно с использованием растворов минеральных питательных веществ в водном растворителе. В этой системе растения можно выращивать только с корнями в питательном растворе. Этот метод позволяет точно контролировать окружающую среду растения, что приводит к более быстрому росту, более высокой урожайности и меньшему расходу воды по сравнению с традиционным почвенным сельским хозяйством.

Это особенно полезно в районах с неподходящими почвенными условиями или ограниченным пространством, например, в городских условиях. Этот метод снижает потребность в пестицидах и гербицидах, минимизирует воздействие на окружающую среду и позволяет осуществлять круглогодичное выращивание в контролируемых условиях.

Но гидропонное сельское хозяйство также имеет свою долю проблем.

Например, питательный раствор, используемый для подкормки растений, может легко заразиться такими патогенами, как кишечная палочка . Чтобы этого не произошло, производители могут использовать химикаты или просто заменить загрязненный раствор — но это расточительно и непрактично. В новом исследовании исследователи обратились к неожиданному союзнику, который поможет продезинфицировать посевы: плазме.

«Наши результаты предполагают совершенно новый способ дезинфекции», — сказал автор, профессор Масафуми Ито из Университета Мэйдзё. «Наша технология потенциально может сократить производство пестицидов, в которых используется ископаемое топливо, загрязнение окружающей среды и отходы».

Плазма против патогенов

Плазма — это, по сути, горячий газ с ионами и электронами, которые производят небольшие электрические заряды. Вопреки обычному ожидаемому нами сильному нагреву, температура плазмы на самом деле может сильно различаться. Для своих исследований команда создала низкотемпературную плазму, используя обычный генератор плазмы.

Идея состоит в том, чтобы воспользоваться способностью растений использовать химические вещества (которая отличается от способности патогенов). По сути, методы нацелены на аминокислоту под названием триптофан, обычно используемую в удобрениях. Триптофан очень полезен для развития растений и регулярно используется в удобрениях для улучшения роста растений и повышения устойчивости к стрессам. Он также используется в качестве прекурсора при производстве натуральных соединений с противомикробными свойствами, предлагая устойчивый подход к управлению здоровьем растений и урожайностью.

Когда аминокислота подвергается облучению, электроны плазмы генерируют нестабильные частицы кислорода. Они продолжают производить нестабильные частицы триптофана. Растения все еще могут использовать эти частицы, а патогены – нет. По сути, это голодает кишечная палочка при этом не влияя на растения.

«Мы разработали технологию стерилизации с использованием кислородных радикалов, которая перспективна в качестве технологии гигиенического контроля питательных растворов при современном гидропонном выращивании», — сказал ведущий автор, профессор Кенджи Исикава из Центра наук о низкотемпературной плазме Университета Нагои.

«Поскольку использование химических пестицидов ограничено Целями устойчивого развития и Зеленой стратегией, нашу инновационную технологию можно использовать для стерилизации, просто преобразуя атмосферу, содержащую азот, кислород и водяной пар, в низкотемпературную плазму на основе получаемой электрической энергии. из природной энергии. Ожидается, что эта технология будет способствовать технологическому развитию, направленному на отказ от ископаемого топлива и сокращение выбросов парниковых газов».

Новый способ выращивания овощей

Подобные инновации могут во многом помочь сделать гидропонное сельское хозяйство более практичным. Несмотря на свой огромный потенциал, гидропоника еще не зарекомендовала себя как по-настоящему массовое направление. В первую очередь это связано с более высокими затратами на первоначальную настройку и эксплуатацию по сравнению с традиционным земледелием. Инвестиции в оборудование, технологии и опыт, необходимые для создания гидропонных систем, могут быть значительными. Помимо этого, управление гидропонной системой также может быть сложной задачей.

Исследование бактерицидного действия триптофана посредством облучения кислородными радикалами может значительно повысить надежность гидропонного сельского хозяйства, предоставляя относительно дешевый и экологически чистый метод контроля бактериального загрязнения питательных растворов. Интегрируя этот подход, гидропонные системы могут поддерживать более здоровую среду для роста растений, что делает гидропонику более привлекательным и жизнеспособным вариантом для фермеров, ищущих эффективные и экологически чистые методы выращивания.