Bioeletrogenesis in the root environment of leaf, fruit and root vegetable crops | Биоэлектрогенез в корнеобитаемой среде листовых, плодовых и корнеплодных овощных культур

English. Bioelectrogenic processes occurring in the root environment serve as a basis for creating alternative devices for obtaining renewable environmentally friendly resource-saving energy known as bioelectrochemical systems (BESs). The aim of the work was to measure a set of parameters including electrogenic properties of the root environment, reflectance and fluorescence spectra of leaves, morphometric indicators, biochemical composition, characterizing the efficiency of electricity generation, the ability to convert light energy, yield and quality of plant products obtained when growing various vegetable crops in BESs. The phytotest objects were variety 'Ballet' lettuce, 'Peterburgskiy fioletovyy' small radish, and 'Natasha' dwarf tomato. The plants were grown under controlled conditions of intensive light culture at the agrobiological testing plot of the Agrophysical Research Institute with adjustable microclimate. The average potential difference formed in the root environment of lettuce plants was 289±27 mV, the maximum value reached 391 mV. For small radish plants, the potential difference in the root environment averaged 394±50 mV with a maximum value of 532 mV. The average potential difference in the root environment of tomato was 257±123 mV: during the initial development of the aboveground mass and roots, a stable voltage generation of 317±17 mV was observed, but during the fruit filling phase, the potential difference dropped to 120±34 mV, and during the transition to the ripening phase, a reverse increase to 340±74 mV was observed. The overall performance of the studied crops when grown taking into account the possible number of harvest collections from one tier per year was similar, 73.5±10.3 kg/m2 for lettuce, 68.6±3.8 kg/m2 for radish and 71.2±9.2 kg/m2 for tomato. Of the studied parameters of photosynthetic activity, the light scattering index R800 and the effective quantum yield Y(II) were most closely related to the intensity of electrogenic processes.

Russian. Возникающие в корнеобитаемой среде растений биоэлектрогенные процессы служат основой для создания альтернативных устройств получения возобновляемой экологически чистой ресурсосберегающей энергии - биоэлектрохимических систем (БЭС). Цель работы - измерение совокупности параметров (электрогенных свойств корнеобитаемой среды, спектров отражения и флуоресценции листьев, морфометрических показателей, биохимического состава), характеризующих эффективность электрогенерации, способность преобразования энергии света, урожайность и качество получаемой растительной продукции при выращивании различных овощных культур в БЭС. Фитотест-объектами служили растения салата сорта Балет, редиса сорта Петербургский фиолетовый и карликового томата сорта Наташа. Растения выращивали в контролируемых условиях интенсивной светокультуры на агробиополигоне ФГБНУ АФИ с регулируемыми условиями микроклимата. Средняя разность потенциалов, формируемая в корнеобитаемой среде растений салата, составила 289±27 мВ, максимальное значение достигало 391 мВ. Для растений редиса величина разности потенциалов в корнеобитаемой среде равнялась в среднем 394±50 мВ при максимальном значении 532 мВ. Средняя разность потенциалов в корнеобитаемой среде томата составила 257±123 мВ. В процессе начального развития надземной массы и корней наблюдалась стабильная генерация напряжения 317±17 мВ, однако во время фазы налива плодов разность потенциалов падала до 120±34 мВ, а при переходе в фазу созревания наблюдалось обратное увеличение до 340±74 мВ. Общая производительность исследованных культур при выращивании с учетом возможного числа сборов урожая с одного яруса за год была схожей: 73,5±10,3 кг/м2 для салата, 68,6±3,8 кг/м2 для редиса и 71,2±9,2 кг/м2 для томата. Из исследованных параметров фотосинтетической активности наиболее близко с интенсивностью электрогенных процессов были связаны индекс рассеяния света R800 и эффективный квантовый выход Y(II).