Цифровизация теплиц продолжается. В новой предложенной технологии томаты поливают себя сами и увеличивают урожайность без микрострессов.
Современное высокотехнологичное тепличное производство опирается на внешние параметры среды при расчете стратегии орошения. Традиционные компьютерные системы управления микроклиматом принимают решения о начале и объеме полива, анализируя показатели датчиков освещенности, влажности субстрата, температуры воздуха и дефицита давления водяного пара.
Однако этот подход имеет фундаментальный недостаток, поскольку он оценивает условия вокруг растения, но не само растение. В результате возникает временной промежуток между моментом, когда культура начинает испытывать реальную потребность в воде, и моментом, когда внешние датчики фиксируют изменения в субстрате или воздухе.
Революционным сдвигом в этой сфере стало совместное исследование швейцарско-голландской компании Vivent Biosignals и инновационного центра Tomatoworld, доказавшее высокую эффективность полива, управляемого непосредственно внутренними импульсами самих растений.
В основе новой технологии лежит концепция электрофизиологии растений. Как и у млекопитающих, у высших растений существует сложная внутренняя система сигнализации, использующая слабые электрические токи для передачи информации между органами.
Когда томат сталкивается со стрессом, будь то резкое усиление солнечной радиации, падение влажности или начало дефицита воды в прикорневой зоне, его клетки генерируют электрические потенциалы действия и вариабельные потенциалы. Эти сигналы распространяются по сосудистой системе растения со скоростью до нескольких сантиметров в минуту.
Датчики, разработанные швейцарскими инженерами, представляют собой тончайшие электроды, которые внедряются непосредственно в стебель томата. Они фиксируют эти микровольтные колебания в режиме реального времени, а встроенные алгоритмы искусственного интеллекта расшифровывают полученную информацию, отделяя фоновые шумы от специфических сигналов водного стресса.
Практический эксперимент, проведенный на базе демонстрационных теплиц Tomatoworld в Нидерландах, наглядно продемонстрировал превосходство «растительного» контроля над климатическим.
Ученые разделили площади на несколько зон, где в контрольном секторе полив осуществлялся по классическому голландскому протоколу, основанному на сумме солнечной радиации и контроле дренажа, а в опытных зонах подача питательного раствора регулировалась автоматически по команде от биосенсоров.
Искусственный интеллект непрерывно считывал внутреннее состояние томатов и давал команду на включение капельниц именно в те минуты, когда растение сигнализировало о начале клеточного обезвоживания, но внешне еще выглядело абсолютно здоровым и с хорошим тургором.
Результаты двух вегетационных сезонов подряд зафиксировали устойчивый прирост урожайности в группах с сенсорным управлением в диапазоне от 2,4% до 15,2%.
Оптимизация времени полива позволила исключить скрытые периоды стресса.
При традиционном поливе растение неизбежно проходит через короткие, но частые фазы дефицита влаги, во время которых оно вынуждено закрывать устьица на листьях для экономии воды.
Закрытие устьиц останавливает процесс фотосинтеза, замедляет усвоение углекислого газа и прекращает доставку питательных веществ к плодам. Биосенсорный полив позволил полностью ликвидировать эти микрострессы.
Получая воду ровно в момент зарождения потребности, томаты не закрывали устьица в течение всего светового дня, сохраняя максимальную интенсивность фотосинтеза. Это привело к формированию более тяжелых, однородных и выполненных плодов средней фракции, что и обеспечило общую прибавку к массе сбора.
Помимо чистого увеличения тоннажа, технология открывает перспективы для повышения экологической и экономической устойчивости тепличных комбинатов. Точная подача воды по требованию минимизирует объем дренажных стоков, что снижает расход дорогостоящих комплексных удобрений и уменьшает нагрузку на системы очистки и рециркуляции воды.
Растения, развивающиеся без циклических водных стрессов, обладают более крепким иммунитетом, что снижает их восприимчивость к вершинной гнили плодов и поражению паутинным клещом. Для крупных промышленных комбинатов, где маржинальность бизнеса сильно зависит от стоимости энергоносителей и удобрений, переход на управление по биосигналам означает переход от интуитивного или среднестатистического агрономического планирования к абсолютно точному, персонализированному производству, где каждый куст томата сам определяет график своей жизни.