Ученые ЛЭТИ создали «умную» сити-ферму, которая в два раза повысила урожайность базилика

Базилик – ценная пряновкусовая культура, широко распространенная и выращиваемая в огородах и тепличных комплексах по всему миру. Среди причин такой популярности – удобность проращивания, а также активное использование в медицине и пищевой индустрии (в качестве ингредиентов для соусов и салатов). В частности, потому что базилик является дешевым источником фитонутриентов: эфирных масел и фенольных соединений, которые способствуют профилактике сердечно-сосудистых, хронических заболеваний и определенных видов рака. Кроме того, базилик содержит целый ряд физиологически активных компонентов, таких как минералы и вторичные метаболиты, которые являются ценным сырьем для фармацевтической, косметической и пищевой промышленности. 

По этим причинам в производстве и повседневном рационе потребителей в последние годы постоянно увеличивается количество продуктов из базилика и некоторых других подобных трав. В свою очередь, появляется потребность в новых более эффективных способах выращивания таких растений и повышения их урожайности.

«Наша научная группа разработала «умную» сити-ферму для более эффективного выращивания сельхозкультур. В частности, нам удалось почти в два раза повысить урожайность базилика по сравнению с обычными методами его выращивания в теплицах. Благодаря использованию оптимизированного спектрального состава светодиодного излучения мы смоли на 112% улучшить продуктивность базилика, а также в 3 раза увеличить накопление биологически активных соединений флавоноидов».

Предыдущий проект специалистов ЛЭТИ в сфере агробиофотоники был посвящен созданию программируемой фитолампы с перестраиваемыми режимами света. Тогда с ее помощью удалось повысить урожайность листового салата  (Lactuca sativa L.) почти на 60%. В новом исследовании эксперименты, занявшие 70 дней, проводились на базилике. 

Ученые существенно улучшили технологию выращивания. Так, была внедрена система гидропонного выращивания вместо классического почвенного. Она позволила улучшить и ускорить рост базилика. Для получения необходимых микро- и макроэлементов стал применяться минеральный раствор. Для модернизации системы освещения исследователи разработали специальные светодиодные лампы с разным соотношением излучения красного и синего диапазонов спектра, которое является наиболее благоприятным видом освещения для растений. Причем созданные источники излучения могут применяться как в промышленных агрокомплексах, так и в домашнем выращивании для улучшения характеристик роста базилика при остальных одинаковых условиях. 

Такие источники излучения обеспечили освещение с заданным спектральным составом и плотностью фотосинтетического фотонного потока (один из основополагающих параметров в области агробиофотоники). Это помогло отслеживать динамику развития базилика на разных этапах роста. Анализ полученных результатов дает возможность выявить наиболее эффективные световые режимы в течение полного вегетационного периода роста растений. 

«Кроме того, работа всей системы является автоматизированной: полив и освещение растений, а также внутренний климат помещения контролируются с помощью модуля автоматизации, тем самым делая технологию выращивания во многом независимой от человеческого фактора и минимизируя отклонения технологии выращивания для разных боксов в эксперименте. В ходе эксперимента необходимо было обеспечить бесперебойность источников освещения, а также бесперебойную работу гидропонной установки. Для этого в качестве резервного источника питания сити-фермы мы использовали полностью автоматизированную солнечную электростанцию, установленную на крыше университета».

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Photonics (Q2, IF=2.4).