Výskum vplyvu doplnkového svetla LED na zvýšenie výnosu hydroponického šalátu a Pakchoi v skleníku v zime
[Abstrakt] Zima v Šanghaji sa často stretáva s nízkou teplotou a nízkym slnečným žiarením a rast hydroponickej listovej zeleniny v skleníku je pomalý a výrobný cyklus je dlhý, čo nedokáže uspokojiť dopyt po ponuke trhu. V posledných rokoch sa pri pestovaní a výrobe v skleníkoch začali do určitej miery používať LED doplnkové svetlá pre rastliny, aby sa nahradila chyba, že denné akumulované svetlo v skleníku nedokáže pokryť potreby rastu plodín, keď je prirodzené svetlo. nedostatočné. V experimente boli v skleníku nainštalované dva druhy doplnkových LED svetiel s rôznou kvalitou svetla, aby sa uskutočnil prieskumný experiment na zvýšenie produkcie hydroponického šalátu a zelenej stonky v zime. Výsledky ukázali, že dva druhy LED svetiel môžu výrazne zvýšiť čerstvú hmotnosť na rastlinu pakchoi a šalátu. Úrodu zvyšujúci účinok pakchoi sa prejavuje najmä v zlepšení celkovej senzorickej kvality ako je zväčšenie a zahusťovanie listov a úrodový účinok šalátu sa prejavuje najmä zvýšením počtu listov a obsahu sušiny.

Svetlo je nevyhnutnou súčasťou rastu rastlín. V posledných rokoch sa LED svetlá široko používajú pri pestovaní a výrobe v skleníkovom prostredí kvôli ich vysokej miere fotoelektrickej konverzie, prispôsobiteľnému spektru a dlhej životnosti [1]. V zahraničí, vďaka skorému začatiu súvisiaceho výskumu a vyspelému podpornému systému, má mnoho veľkovýroby kvetov, ovocia a zeleniny relatívne kompletné stratégie doplnkového svetla. Nahromadenie veľkého množstva údajov o skutočnej produkcii tiež umožňuje výrobcom jasne predpovedať vplyv zvýšenia produkcie. Zároveň sa hodnotí návratnosť po použití systému doplnkového osvetlenia LED [2]. Väčšina súčasného domáceho výskumu doplnkového svetla je však zameraná na kvalitu svetla v malom meradle a spektrálnu optimalizáciu a chýbajú mu stratégie doplnkového osvetlenia, ktoré by sa dali použiť v skutočnej výrobe[3]. Mnohí domáci výrobcovia budú pri aplikácii doplnkovej osvetľovacej techniky do výroby priamo využívať existujúce zahraničné riešenia doplnkového osvetlenia bez ohľadu na klimatické podmienky výrobnej oblasti, druhy pestovanej zeleniny a stav objektov a zariadení. Okrem toho vysoké náklady na doplnkové svetelné zariadenia a vysoká spotreba energie často vedú k obrovskému rozdielu medzi skutočným výnosom plodín a ekonomickou návratnosťou a očakávaným účinkom. Takýto súčasný stav neprospieva rozvoju a presadzovaniu technológie dopĺňania svetla a zvyšovania produkcie v krajine. Preto je naliehavá potreba primerane zaviesť vyspelé produkty doplnkového osvetlenia LED do skutočných domácich výrobných prostredí, optimalizovať stratégie používania a zhromažďovať relevantné údaje.

Zima je obdobím, kedy je po čerstvej listovej zelenine veľký dopyt. Skleníky môžu poskytnúť vhodnejšie prostredie pre rast listovej zeleniny v zime ako vonkajšie poľnohospodárske polia. Jeden článok však poukázal na to, že niektoré starnúce alebo zle čisté skleníky majú v zime priepustnosť svetla menej ako 50 %. Okrem toho je v zime náchylné aj dlhodobé daždivé počasie, čo spôsobuje, že skleník je v nízkej teplota a prostredie s nízkym osvetlením, čo ovplyvňuje normálny rast rastlín. Limitujúcim faktorom pre rast zeleniny v zime sa stalo svetlo [4]. V experimente sa používa Zelená kocka, ktorá bola uvedená do skutočnej výroby. Systém na pestovanie listovej zeleniny s plytkým prietokom tekutiny je zladený s dvoma LED hornými svetelnými modulmi spoločnosti Signify (China) Investment Co., Ltd. s rôznymi pomermi modrého svetla. Výsadba hlávkového šalátu a pakchoi, čo sú dve listové zeleniny s väčším dopytom na trhu, má za cieľ študovať skutočný nárast produkcie hydroponickej listovej zeleniny pomocou LED osvetlenia v zimnom skleníku.

Materiály a metódy
Materiály použité na testovanie

Testovacími materiálmi použitými v experimente boli šalát a zelenina packchoi. Odroda šalátu, Zelený listový šalát, pochádza od spoločnosti Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd. a odroda pakchoi, Brilliant Green, pochádza zo záhradníckeho inštitútu Šanghajskej akadémie poľnohospodárskych vied.

Experimentálna metóda

Experiment sa uskutočnil v sklenenom skleníku typu Wenluo na základni Sunqiao spoločnosti Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. od novembra 2019 do februára 2020. Celkovo sa uskutočnili dve kolá opakovaných experimentov. Prvé kolo experimentu bolo koncom roka 2019 a druhé kolo začiatkom roka 2020. Po zasiatí boli experimentálne materiály umiestnené do klimatizačnej miestnosti s umelým osvetlením na pestovanie sadeníc a bola použitá prílivová závlaha. Počas obdobia pestovania sadeníc sa na zavlažovanie používal všeobecný živný roztok hydroponickej zeleniny s EC 1,5 a pH 5,5. Potom, čo sadenice vyrástli na 3 listy a 1 štádium srdca, boli vysadené na plytkom prietokovom záhone na výsadbu listovej zeleniny typu zelenej kocky. Po výsadbe systém cirkulácie živného roztoku s plytkým prietokom používal na denné zavlažovanie živný roztok EC 2 a pH 6. Frekvencia zavlažovania bola 10 minút s prívodom vody a 20 minút so zastaveným prívodom vody. V experimente boli nastavené kontrolná skupina (bez doplnkového svetla) a liečebná skupina (doplnok svetla LED). CK bol vysadený v sklenenom skleníku bez doplnku svetla. LB: drw-lb Ho (200 W) sa použil na doplnenie svetla po výsadbe v sklenenom skleníku. Hustota svetelného toku (PPFD) na povrchu hydroponického rastlinného baldachýnu bola približne 140 μmol/(㎡·S). MB: po výsadbe v sklenenom skleníku sa na doplnenie svetla použil drw-lb (200 W) a PPFD bola približne 140 μmol/(㎡·S).

Dátum prvého kola experimentálnej výsadby je 8. novembra 2019 a dátum výsadby je 25. novembra 2019. Čas doplnenia svetla testovacej skupiny je 6:30-17:00; druhé kolo experimentálnej výsadby je deň 30. decembra 2019, dátum výsadby je 17. januára 2020 a čas doplnenia experimentálnej skupiny je 4:00-17:00
Za slnečného počasia v zime skleník otvorí strešné okno, bočnú fóliu a ventilátor pre denné vetranie od 6:00-17:00. Keď je teplota v noci nízka, skleník zatvorí strešné okno, bočnú rolovaciu fóliu a ventilátor o 17:00 - 6:00 (nasledujúci deň) a otvorí tepelnú izolačnú clonu v skleníku pre nočné uchovanie tepla.

Zber údajov

Výška rastliny, počet listov a čerstvá hmotnosť na rastlinu sa získali po zbere nadzemných častí Qingjingcai a šalátu. Po odmeraní čerstvej hmotnosti sa vložil do sušiarne a sušil pri 75 °C počas 72 hodín. Po skončení sa určila suchá hmotnosť. Teplota v skleníku a hustota fotosyntetického toku fotónov (PPFD, hustota toku fotosyntetických fotónov) sa zbierajú a zaznamenávajú každých 5 minút pomocou teplotného senzora (RS-GZ-N01-2) a fotosynteticky aktívneho senzora žiarenia (GLZ-CG).

Analýza údajov

Vypočítajte účinnosť využitia svetla (LUE, Light Use Efficiency) podľa nasledujúceho vzorca:
LUE (g/mol) = výnos zeleniny na jednotku plochy/celkové kumulatívne množstvo svetla získaného zeleninou na jednotku plochy od výsadby po zber
Vypočítajte obsah sušiny podľa nasledujúceho vzorca:
Obsah sušiny (%) = sušina na rastlinu/čerstvá hmotnosť na rastlinu x 100 %
Pomocou Excel2016 a IBM SPSS Statistics 20 analyzujte údaje v experimente a analyzujte významnosť rozdielu.

Materiály a metódy
Svetlo a teplota

Prvé kolo experimentu trvalo 46 dní od výsadby po zber a druhé kolo trvalo 42 dní od výsadby po zber. Počas prvého kola experimentu bola priemerná denná teplota v skleníku väčšinou v rozmedzí 10-18 ℃; počas druhého kola experimentu bolo kolísanie priemernej dennej teploty v skleníku výraznejšie ako počas prvého kola experimentu, s najnižšou dennou priemernou teplotou 8,39 ℃ a najvyššou dennou priemernou teplotou 20,23 ℃. Priemerná denná teplota vykazovala počas procesu rastu celkovo stúpajúci trend (obr. 1).

Počas prvého kola experimentu denný svetelný integrál (DLI) v skleníku kolísal menej ako 14 mol/(㎡·D). Počas druhého kola experimentu vykazovalo denné kumulatívne množstvo prirodzeného svetla v skleníku celkovo stúpajúci trend, ktorý bol vyšší ako 8 mol/(㎡·D), a maximálna hodnota sa objavila 27. februára 2020, čo bolo 26,1 mol. /(㎡·D). Zmena denného kumulatívneho množstva prirodzeného svetla v skleníku počas druhého kola experimentu bola väčšia ako počas prvého kola experimentu (obr. 2). Počas prvého kola experimentu bolo celkové denné kumulatívne množstvo svetla (súčet DLI prirodzeného svetla a LED doplnkového svetla DLI) skupiny doplnkového svetla väčšinu času vyššie ako 8 mol/(㎡·D). Počas druhého kola experimentu bolo celkové denné akumulované množstvo svetla doplnkovej svetelnej skupiny väčšinu času viac ako 10 mol/(㎡·D). Celkové akumulované množstvo doplnkového svetla v druhom kole bolo o 31,75 mol/㎡ viac ako v prvom kole.

Výnos listovej zeleniny a efektívne využitie svetelnej energie

●Prvé kolo výsledkov testov
Z obr. 3 je vidieť, že pakchoi doplnené LED rastú lepšie, tvar rastliny je kompaktnejší a listy sú väčšie a hrubšie ako nedoplnené CK. Listy LB a MB pakchoi sú svetlejšie a tmavšie zelené ako CK. Z obr. 4 je vidieť, že šalát s doplnkovým LED svetlom rastie lepšie ako CK bez doplnkového svetla, počet listov je vyšší a tvar rastliny je plnší.

Z tabuľky 1 je zrejmé, že nie je významný rozdiel vo výške rastlín, počte listov, obsahu sušiny a účinnosti využitia svetelnej energie pakchoi ošetrených CK, LB a MB, ale čerstvá hmotnosť pakchoi ošetrených LB a MB je výrazne vyššia ako u CK; Pri ošetrení LB a MB nebol žiadny významný rozdiel v čerstvej hmotnosti na rastlinu medzi dvoma pestovateľskými LED svetlami s rôznymi pomermi modrého svetla.

Z tabuľky 2 je možné vidieť, že výška rastlín šalátu pri ošetrení LB bola významne vyššia ako pri ošetrení CK, ale nebol významný rozdiel medzi ošetrením LB a ošetrením MB. Medzi tromi ošetreniami boli významné rozdiely v počte listov a počet listov pri ošetrení MB bol najvyšší, čo bolo 27. Najvyššia bola čerstvá hmotnosť na rastlinu ošetrenú LB, ktorá bola 101 g. Medzi týmito dvoma skupinami bol tiež významný rozdiel. Medzi ošetreniami CK a LB nebol žiadny významný rozdiel v obsahu sušiny. Obsah MB bol o 4,24 % vyšší ako pri liečbe CK a LB. Medzi týmito tromi ošetreniami boli významné rozdiely v účinnosti použitia svetla. Najvyššia účinnosť použitia svetla bola pri liečbe LB, ktorá bola 13,23 g/mol a najnižšia bola pri liečbe CK, ktorá bola 10,72 g/mol.

●Druhé kolo výsledkov testov

Z tabuľky 3 je možné vidieť, že výška rastlín Pakchoi ošetrených MB bola významne vyššia ako výška rastlín CK a medzi ňou a ošetrením LB nebol žiadny významný rozdiel. Počet listov Pakchoi ošetrených LB a MB bol významne vyšší ako počet s CK, ale medzi týmito dvoma skupinami doplnkového ošetrenia svetlom nebol žiadny významný rozdiel. Medzi týmito tromi ošetreniami boli významné rozdiely v čerstvej hmotnosti na rastlinu. Čerstvá hmotnosť na rastlinu v CK bola najnižšia pri 47 g a ošetrenie MB bolo najvyššie pri 116 g. Medzi týmito tromi ošetreniami nebol žiadny významný rozdiel v obsahu sušiny. Existujú výrazné rozdiely v účinnosti využitia svetelnej energie. CK je nízka pri 8,74 g/mol a liečba MB je najvyššia pri 13,64 g/mol.

Z tabuľky 4 je možné vidieť, že medzi týmito tromi ošetreniami nebol žiadny významný rozdiel vo výške rastlín šalátu. Počet listov pri ošetrení LB a MB bol významne vyšší ako pri CK. Medzi nimi bol počet listov MB najvyšší, a to 26. Medzi ošetreniami LB a MB nebol žiadny významný rozdiel v počte listov. Čerstvá hmotnosť na rastlinu v dvoch skupinách doplnkového ošetrenia svetlom bola výrazne vyššia ako pri CK a čerstvá hmotnosť na rastlinu bola najvyššia pri ošetrení MB, čo bolo 133 g. Boli tiež významné rozdiely medzi liečbou LB a MB. Medzi tromi ošetreniami boli významné rozdiely v obsahu sušiny a obsah sušiny pri ošetrení LB bol najvyšší, ktorý bol 4,05 %. Účinnosť využitia svetelnej energie pri liečbe MB je výrazne vyššia ako pri liečbe CK a LB, ktorá je 12,67 g/mol.

Počas druhého kola experimentu bol celkový DLI skupiny doplnkového svetla oveľa vyšší ako DLI počas rovnakého počtu dní kolonizácie počas prvého kola experimentu (obrázok 1-2) a doba doplnkového svetla doplnkového svetla liečebnej skupine v druhom kole experimentu (4:00-00- 17:00). V porovnaní s prvým kolom experimentu (6:30-17:00) sa zvýšila o 2,5 hodiny. Čas zberu dvoch kôl Pakchoi bol 35 dní po výsadbe. Čerstvá hmotnosť jednotlivých rastlín CK v dvoch kolách bola podobná. Rozdiel v čerstvej hmotnosti na rastlinu pri ošetrení LB a MB v porovnaní s CK v druhom kole experimentov bol oveľa väčší ako rozdiel v čerstvej hmotnosti na rastlinu v porovnaní s CK v prvom kole experimentov (tabuľka 1, tabuľka 3). Čas zberu druhého kola pokusného šalátu bol 42 dní po vysadení a čas zberu prvého kola pokusného šalátu bol 46 dní po vysadení. Počet dní kolonizácie, keď sa zbieralo druhé kolo experimentálneho šalátu CK, bol o 4 dni menší ako počet dní v prvom kole, ale čerstvá hmotnosť na rastlinu je 1,57-krát vyššia ako v prvom kole experimentov (tabuľka 2 a tabuľka 4), a účinnosť využitia svetelnej energie je podobná. Je vidieť, že s postupným otepľovaním sa a postupným pribúdaním prirodzeného svetla v skleníku sa produkčný cyklus šalátu skracuje.

Materiály a metódy
Dve kolá testovania v podstate pokrývali celú zimu v Šanghaji a kontrolnej skupine (CK) sa podarilo relatívne obnoviť skutočný stav produkcie hydroponickej zelenej stonky a šalátu v skleníku pri nízkej teplote a slabom slnečnom svetle v zime. Experimentálna skupina s doplnkom svetla mala významný propagačný účinok na najintuitívnejší dátový index (čerstvá hmotnosť na rastlinu) v dvoch kolách experimentov. Medzi nimi sa účinok Pakchoi na zvýšenie výnosu prejavil vo veľkosti, farbe a hrúbke listov súčasne. Ale šalát má tendenciu zvyšovať počet listov a tvar rastliny vyzerá plnšie. Výsledky testov ukazujú, že suplementácia svetlom môže zlepšiť čerstvú hmotnosť a kvalitu produktu pri výsadbe dvoch kategórií zeleniny, čím sa zvýši komerčnosť rastlinných produktov. Pakchoi doplnené o Červeno-biele, nízko-modré a červeno-biele, stredne modré LED moduly horného osvetlenia sú tmavšie zelené a lesklé ako listy bez doplnkového svetla, listy sú väčšie a hrubšie a rastový trend celý typ rastliny je kompaktnejší a mohutnejší. Avšak „mozaikový šalát“ patrí medzi svetlozelenú listovú zeleninu a v procese rastu nie je zjavný proces zmeny farby. Zmena farby listov nie je pre ľudské oči zrejmá. Vhodný podiel modrého svetla môže podporovať vývoj listov a syntézu fotosyntetického pigmentu a inhibovať predlžovanie internodov. Zelenina v skupine ľahkých doplnkov je preto spotrebiteľmi viac uprednostňovaná v kvalite vzhľadu.

Počas druhého kola testu bolo celkové denné kumulatívne množstvo svetla v skupine s doplnkovým svetlom oveľa vyššie ako DLI počas rovnakého počtu dní kolonizácie počas prvého kola experimentu (obrázok 1-2) a doplnkové svetlo čas druhého kola skupiny s doplnkovým svetlom (4:00-17:00) v porovnaní s prvým kolom experimentu (6:30-17:00) sa zvýšil o 2,5 hodiny. Čas zberu dvoch kôl Pakchoi bol 35 dní po výsadbe. Čerstvá váha CK v dvoch kolách bola podobná. Rozdiel v čerstvej hmotnosti na rastlinu medzi ošetrením LB a MB a CK v druhom kole experimentov bol oveľa väčší ako rozdiel v čerstvej hmotnosti na rastlinu s CK v prvom kole experimentov (tabuľka 1 a tabuľka 3). Preto predĺženie doby doplnenia svetla môže podporiť zvýšenie produkcie hydroponického Pakchoi pestovaného v zime v interiéri. Čas zberu druhého kola pokusného šalátu bol 42 dní po vysadení a čas zberu prvého kola pokusného šalátu bol 46 dní po vysadení. Keď sa zozbieralo druhé kolo experimentálneho šalátu, počet dní kolonizácie skupiny CK bol o 4 dni nižší ako počet dní v prvom kole. Avšak čerstvá hmotnosť jednej rastliny bola 1,57-násobkom hmotnosti prvého kola experimentov (tabuľka 2 a tabuľka 4). Účinnosť využitia svetelnej energie bola podobná. Je vidieť, že ako teplota pomaly stúpa a prirodzené svetlo v skleníku sa postupne zvyšuje (obrázok 1-2), výrobný cyklus šalátu sa môže primerane skrátiť. Preto pridanie doplnkového svetelného zariadenia do skleníka v zime s nízkou teplotou a nízkym slnečným žiarením môže účinne zlepšiť efektivitu výroby šalátu a potom zvýšiť produkciu. V prvom kole experimentu bola spotreba energie doplnenej osvetľovacím zariadením s listovým menu 0,95 kw-h a v druhom kole experimentu bola spotreba energie s doplnkom svetla pre listové menu 1,15 kw-h. V porovnaní medzi dvoma kolami experimentov bola spotreba svetla pri troch ošetreniach Pakchoi, účinnosť využitia energie v druhom experimente nižšia ako v prvom experimente. Účinnosť využitia svetelnej energie v skupinách s doplnkovým svetlom s šalátom CK a LB v druhom experimente bola o niečo nižšia ako v prvom experimente. Možno usúdiť, že možným dôvodom je, že nízka denná priemerná teplota do týždňa po výsadbe predlžuje pomalú periódu sadeníc, a hoci sa teplota počas experimentu trochu odrazila, rozsah bol obmedzený a celková denná priemerná teplota bola stále na nízkej úrovni, čo obmedzovalo efektivitu využitia svetelnej energie počas celkového rastového cyklu pre hydropóniu listovej zeleniny. (Obrázok 1).

Počas experimentu nebol bazén so živným roztokom vybavený ohrievacím zariadením, takže koreňové prostredie hydroponickej listovej zeleniny bolo vždy na nízkej teplotnej úrovni a priemerná denná teplota bola obmedzená, čo spôsobilo, že zelenina sa plne nevyužívala. denného kumulatívneho svetla sa zvýšilo rozšírením doplnkového LED svetla. Pri dopĺňaní svetla v skleníku v zime je preto potrebné zvážiť vhodné opatrenia na uchovanie tepla a vykurovanie, aby sa zabezpečil efekt doplnenia svetla na zvýšenie produkcie. Preto je potrebné zvážiť vhodné opatrenia na uchovanie tepla a zvýšenie teploty, aby sa zabezpečil efekt doplnenia svetla a zvýšenie úrody v zimnom skleníku. Použitie doplnkového LED svetla do určitej miery zvýši výrobné náklady a samotná poľnohospodárska výroba nie je odvetvím s vysokými výnosmi. Preto o tom, ako optimalizovať stratégiu doplnkového osvetlenia a spolupracovať s ďalšími opatreniami pri samotnej produkcii hydroponickej listovej zeleniny v zimnom skleníku a ako pomocou doplnkového osvetlenia dosiahnuť efektívnu produkciu a zlepšiť efektívnosť využitia svetelnej energie a ekonomické výhody , potrebuje ešte ďalšie výrobné experimenty.

Autori: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Zdroj článku: Technológia poľnohospodárskej techniky (Skleníkové záhradníctvo).

Referencie:
[1] Jianfeng Dai, prax aplikácie LED v záhradníctve spoločnosti Philips pri výrobe skleníkov [J]. Technológia poľnohospodárskej techniky, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin a kol. Stav aplikácie a perspektíva technológie doplnku svetla pre chránené ovocie a zeleninu [J]. Severské záhradníctvo, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao a kol. Výskumný a aplikačný stav a stratégia vývoja osvetlenia rastlín [J]. Časopis osvetľovacej techniky, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi a kol. Aplikácia svetelného zdroja a kontroly kvality svetla v skleníkovej produkcii zeleniny [J]. Čínska zelenina, 2012 (2): 1-7