Wprowadzanie innowacji w rolnictwie jest nam dzisiaj niezbędne. Utrzymywanie go dalej, w obecnej formie, zagraża zarówno bioróżnorodności na Ziemi, jak i – w efekcie – nam samym. Oczywiście nie istnieje jedno, doskonałe rozwiązanie na problemy uprawy i dystrybucji żywności (a zacząć zawsze należy od ograniczenia bezrefleksyjnego konsumpcjonizmu), ale technologia może przyjść nam z pomocą. Jednym z pomysłów, które ostatnio dochodzą do głosu, jest elektrostymulacja roślin. Co to jest i jak wpływa na uprawę roślin?
Elektrokomunikacja, a elektrostymulacja roślin
Dla nikogo chyba nie jest już dzisiaj tajemnicą, że rośliny, do pewnego stopnia, komunikują się między sobą [1]. Pośród sygnałów chemicznych (jak np. lotne związki organiczne – VOC) i akustycznych, które rośliny wykorzystują do wysyłania informacji, ważną rolę pełnią też impulsy elektryczne. Badania na przykładzie aloesu [1] sugerują, że rośliny mogą przekazywać takie sygnały za pośrednictwem gleby innym roślinom. Sygnały te są także wykorzystywane w obrębie pojedynczego osobnika, do optymalizacji wewnętrznych procesów.
Stymulacja elektryczna może z kolei wzmagać generowanie i odbieranie takich sygnałów elektrotonicznych (na podobieństwo impulsów nerwowych). Dlaczego jest to ważne? Jak twierdzą badacze, elektrostymulacja roślin, czyli dostarczanie im delikatnych impulsów elektrycznych, może indukować aktywację kanałów jonowych i transportu jonów, ekspresję genów, aktywację układów enzymatycznych, przyspieszać naprawę uszkodzonych komórek, wzmagać ruch roślin i wpływać na ich wzrost [1].
W praktyce oznacza to, że wykorzystując, a właściwie wzmacniając naturalne właściwości roślin, możemy znacznie zwiększyć wydajność procesów w nich zachodzących. Może to mieć szerokie zastosowanie w nowoczesnym, bardziej zrównoważonym rolnictwie.
Zalety stymulacji sygnałami elektrycznymi
Stymulacja elektryczna może zatem wyzwolić aktywność biologiczną roślin i zwiększyć ich wydajność. Już w 1971 roku kanadyjscy naukowcy dowiedli [2], że dostarczanie impulsów o wielkości od kilku do kilkunastu mikroamperów, zwiększa tempo wzrostu rośliny nawet do 30%. Co więcej, te pionierskie badania pokazały też, że elektrostymulacja intensyfikuje pobór pierwiastków takich jak potas, wapń czy fosfor (w przypadku pomidorów). Autorzy badania doszli do wniosku, że takie, dość spektakularne, efekty pojawiają się, ponieważ impulsy elektryczne zmieniają rozkład wewnętrzny związków regulujących wzrost.
Manipulacja impulsami, a raczej polem elektrycznym, jak się okazuje, może mieć także zastosowanie w przypadku nasion [3]. Dzięki niemu rośliny kiełkują po prostu szybciej. Podczas takiej uprawy roślin – czasami nazywanej elektrokulturą – jony glebowe ulegają elektro-migracji, ułatwiając przenikanie składników odżywczych do nasion. Dzieje się to znacznie szybciej, niż gdyby proces odbywał się bez obecności pola elektrycznego.
Dużego potencjału w wykorzystaniu impulsów elektrycznych na skalę przemysłową upatruje się także w przypadku uprawy grzybów [4]. Mimo, że jest to obszar znacznie słabiej zbadany, wyniki badań są obiecujące dla takich grzybów jak shitake czy nameko.
Hydroponika jako przestrzeń innowacji
We wspomnianym wcześniej badaniu z 1971 roku [2], jednym z wniosków jest stwierdzenie, że każda roślina prawdopodobnie potrzebuje zindywidualizowanych impulsów, a stymulacja grupy roślin jest możliwa, być może, w odległej przyszłości. Cóż, wygląda na to, że udało nam się dotrzeć do “przyszłości”. Nieco nowsze badania wskazują bowiem na potencjalne korzyści z wykorzystania elektrostymulacji roślin w systemach hydroponicznych [5].
Hydroponika sama w sobie daje często większe plony przy mniejszym wykorzystaniu zasobów niż tradycyjne rolnictwo. Wdrożenie systemu elektrostymulacji roślin ten wynik nieznacznie, ale widocznie poprawia. Tym bardziej, jeśli system taki będzie częścią składową inteligentnego rolnictwa, które wykorzystuje uczenie maszynowe i sztuczną inteligencję do optymalizacji kluczowych procesów i zbierania danych o kondycji roślin. Zarówno w przypadku hydroponiki, jak i każdego innego rodzaju uprawy, należy jednak pamiętać, że zbyt duże natężenie prądu gwarantuje obumarcie roślin.
Magnetica – elektrostymulacja roślin po Polsku
Pierwszy zamysł poprawy jakości planów, którego osią była elektrostymulacja roślin, został opatentowany w Stanach Zjednoczonych w 1995 roku. Od tamtej pory, przez ponad dwadzieścia lat, pojawiło się niewiele innowacji w tym zakresie. Wygląda jednak na to, że pomysł wraca do łask.
Najlepszym na to dowodem jest, powstały zaledwie 2 lata temu, polski start-up Magnetiqa. Jego twórcy to grupa młodych entuzjastów i naukowców, którzy swoją przygodę – jak na start-up przystało – rozpoczęli w garażu. Za cel postawili sobie unowocześnienie praktyk rolniczych, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia zasobów i odciążeniu planety z efektów nadmiernego użycia pestycydów. Jak się bowiem okazuje, ich technologia nie tylko zwiększa prędkość wzrostu roślin (jak twierdzą twórcy, o 5-25%), ale także umożliwia redukcję 99% oprysków chwastobójczych. Co więcej, rośliny, które podlegają elektrostymulacji, są podobno bardziej odporne na suszę. Takie efekty udaje się uzyskać jednocześnie dzięki zastosowaniu pola elektromagnetycznego, ultradźwiękowego i elektrostatycznego.
Współczesne rolnictwo z pewnością wymaga proekologicznych innowacji. Miejmy nadzieję, że elektrostymulacja roślin jest jedną z nich. Z niecierpliwością czekamy na implementację nowych technologii na skalę przemysłową i oszacowanie jej realnych, nie tylko eksperymentalnych, skutków.
Źródła:
- [1] Volkov A. G., Shtessel Y. B., 2020: Underground electrotonic signal transmission between plants. Communicative & Integrative Biology, 13, 1, 54-58.
- [2] Black J. D., Forsyth F. R., Fensom D. S., Ross R. B., 1971: Electrical stimulation and its effects on growth and ion accumulation in tomato plants. Canadian Journal of Botany, 49, 10, 1809-1815.
- [3] Acosta-Santoyo G., Herrada R. A., De Folter S., Bustos E., 2018: Stimulation of the germination and growth of different plant species using an electric field treatment with IrO2 -Ta2 O5 |Ti electrodes. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 93, 5, 1488-1494.
- [4] Jamil N. A. B. M., Gomes C., Kuen C. P., Kadir M. Z. A. A., 2018: Electrical stimulation for the growth of plants: With special attention to the effects of nearby lightning on mushrooms. Asian Journal of Microbiology, Biotechnology and Environmental Sciences 20, 4, 1332-1343.
- [5] Kim B., Chun K., 2017: Electrical stimulation and effects on plant growth in hydroponics. Journal of Engineering and Applied Sciences, 12, 17, 4396-4399.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
