Гидропонные фермы позволяют выращивать растения в относительно ограниченном пространстве, однако они были бы ещё более эффективной и выгодной альтернативой традиционным фермам, если бы они приносили урожай быстрее. Шведские учёные разработали «инструмент», который может сделать это реальностью – биоэлектронную почву eSoil.
Обычно на гидропонных фермах не используют традиционные грунтовые смеси, но заменяют их специальным субстратом, в котором могут развиваться корни растений. Одним из самых популярных типов субстрата является минеральная вата и её подвиды, однако производство этого материала требует достаточно высоких энергетических затрат, а сам он не является биоразлагаемым. Ранее учёные обнаружили, что корни растений хорошо реагируют на электрическую стимуляцию. Теперь же их коллеги из Линчёпингского университета решили использовать этот факт для создания альтернативного субстрата, который был бы одновременно экологичным и токопроводящим.
В итоге они разработали eSoil – пористый материал, который состоит из смеси нановолокон растительной целлюлозы с PEDOT:PSS. Это инновационный материал с высокой электропроводностью, который представляет собой смесь двух иономеров: PEDOT – поли(3,4- этилендиокситиофена) и PSS – полистирола сульфоната. В ходе лабораторных испытаний материала учёные на протяжении 15 дней выращивали ячмень в двух группах – на eSoil и на привычной минеральной вате. Экспериментальная партия ячменя росла без стимуляции на протяжении первых 5 дней, затем на протяжении ещё 5 дней исследователи стимулировали корни растения лёгкими электрическими импульсами, и наконец, дали растению «отдохнуть» последние 5 дней испытания. При сборке урожая оказалось, что ячмень, развивавшийся на субстрате eSoil, вырос в среднем на 50% больше. Повышенный рост растения наблюдался как в корневой системе, так и в самих побегах.
По словам исследователей, отличие eSoil от прошлых экспериментов с токопроводящими субстратами заключается в том, что в прежних исследованиях учёные стимулировали рост растения высоковольтными импульсами, в то время как их изобретение позволяет использовать гораздо более безопасные и экономичные токи низкого напряжения. Доцент лаборатории органической электроники и ведущий исследователь команды Элени Ставриниду пояснила, что данный материал в роли субстрата позволяет ускорять рост и созревание рассады при существенных меньших затратах ресурсов. Пока что учёные лишь исследуют биологические механизмы этого феномена, однако на текущем этапе развития биоэлектронного грунта известно, что с ним растения более эффективно усваивают азот.
В ближайшем будущем биологи рассчитывают раскрыть детали этого процесса и изучить, как подобное воздействие влияет на растения в долгосрочной перспективе. По мнению Ставриниду, развитие eSoil чрезвычайно актуально в контексте совершенствования гидропонных ферм, которые могут сделать свежие овощные культуры, ягоды и даже некоторые фрукты более доступными в регионах с неподходящими для традиционного фермерства условиями.