Istraživanje o utjecaju LED dodatnog svjetla na povećanje prinosa hidroponske salate i Pakchoia u staklenicima zimi
[Sažetak] Zima u Šangaju često se susreće sa niskim temperaturama i malim sunčevim zrakama, a rast hidroponskog lisnatog povrća u stakleniku je spor, a ciklus proizvodnje je dug, što ne može zadovoljiti potražnju na tržištu. Posljednjih godina, LED dopunska svjetla za biljke su se u određenoj mjeri počela koristiti u uzgoju i proizvodnji u staklenicima, kako bi se nadoknadio nedostatak da dnevno akumulirano svjetlo u stakleniku ne može zadovoljiti potrebe rasta usjeva kada je prirodno svjetlo nedovoljno. U eksperimentu su u stakleniku ugrađene dvije vrste LED dopunskih svjetala različitog kvaliteta svjetlosti kako bi se izveo istražni eksperiment povećanja proizvodnje hidroponske salate i zelene stabljike zimi. Rezultati su pokazali da dvije vrste LED svjetala mogu značajno povećati svježu težinu po biljci pakčoja i zelene salate. Učinak pakčoja na povećanje prinosa uglavnom se ogleda u poboljšanju ukupnog senzornog kvaliteta kao što je povećanje i zadebljanje listova, a učinak povećanja prinosa zelene salate uglavnom se ogleda u povećanju broja listova i sadržaja suhe tvari.

Svetlost je neizostavan deo rasta biljaka. Posljednjih godina, LED svjetla su se naširoko koristila u uzgoju i proizvodnji u staklenicima zbog svoje visoke fotoelektrične konverzije, prilagodljivog spektra i dugog vijeka trajanja [1]. U stranim zemljama, zbog ranog početka srodnih istraživanja i zrelog sistema podrške, mnoge velike proizvodnje cvijeća, voća i povrća imaju relativno potpune strategije laganih dodataka. Akumulacija velike količine stvarnih podataka o proizvodnji takođe omogućava proizvođačima da jasno predvide efekat povećanja proizvodnje. Istovremeno se procjenjuje povrat nakon korištenja LED dopunskog svjetlosnog sistema [2]. Međutim, većina sadašnjih domaćih istraživanja o dodatnoj svjetlosti pristrasna je prema kvaliteti svjetlosti malog obima i spektralnoj optimizaciji, te nedostaju dodatne svjetlosne strategije koje se mogu koristiti u stvarnoj proizvodnji[3]. Mnogi domaći proizvođači će prilikom primjene tehnologije dopunske rasvjete u proizvodnji direktno koristiti postojeća strana rješenja dopunske rasvjete, bez obzira na klimatske uslove proizvodnog područja, vrste povrća koje se proizvodi, te uslove objekata i opreme. Osim toga, visoka cijena dodatne svjetlosne opreme i visoka potrošnja energije često rezultiraju ogromnim jazom između stvarnog prinosa usjeva i ekonomskog povrata i očekivanog efekta. Ovakva trenutna situacija ne pogoduje razvoju i promociji tehnologije dopune svjetlosti i povećanja proizvodnje u zemlji. Stoga je hitna potreba razumno staviti zrele LED dodatne svjetlosne proizvode u stvarna domaća proizvodna okruženja, optimizirati strategije upotrebe i akumulirati relevantne podatke.

Zima je sezona kada je sveže lisnato povrće veoma traženo. Staklenici mogu pružiti pogodnije okruženje za rast lisnatog povrća zimi nego polja za poljoprivredu na otvorenom. Međutim, u članku je istaknuto da neki zastarjeli ili loše čisti staklenici imaju propusnost svjetlosti manju od 50% zimi. Osim toga, dugotrajno kišno vrijeme je sklono i zimi, što staklenik čini niskim. temperatura i slabo osvetljeno okruženje, što utiče na normalan rast biljaka. Svetlost je postala ograničavajući faktor za rast povrća zimi [4]. U eksperimentu se koristi zelena kocka koja je puštena u proizvodnju. Sistem za sadnju lisnatog povrća plitkog protoka tečnosti uparen je sa Signify (China) Investment Co., Ltd. dva LED gornja svetlosna modula sa različitim omjerima plave svetlosti. Sadnja zelene salate i pakčoja, dva lisnato povrće sa većom potražnjom na tržištu, ima za cilj proučavanje stvarnog povećanja proizvodnje hidroponskog lisnatog povrća LED rasvjetom u zimskom stakleniku.

Materijali i metode
Materijali korišteni za ispitivanje

Ispitni materijali korišteni u eksperimentu bili su zelena salata i packchoi povrće. Sorta zelene salate, Green Leaf Lettuce, dolazi iz Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., a sorta pakchoi, Brilliant Green, dolazi sa Instituta za hortikulturu Šangajske akademije poljoprivrednih nauka.

Eksperimentalna metoda

Eksperiment je sproveden u staklenom stakleniku tipa Wenluo baze Sunqiao kompanije Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. od novembra 2019. do februara 2020. Provedena su ukupno dva kruga ponovljenih eksperimenata. Prvi krug pokusa bio je krajem 2019. godine, a drugi krug početkom 2020. godine. Nakon sjetve, ogledni materijali su smješteni u prostoriju s umjetnom rasvjetom za uzgoj rasada, a korišteno je navodnjavanje plimom. U periodu podizanja rasada za navodnjavanje je korišćen opšti hranljivi rastvor hidroponskog povrća sa EC 1,5 i pH 5,5. Nakon što su sadnice narasle do 3 lista i 1 srčani stadijum, posađene su na zelenu kockastu stazu tipa plitkog toka lisnatog povrća. Nakon sadnje, sistem za cirkulaciju rastvora hranljivih materija plitkog protoka koristio je hranljivi rastvor EC 2 i pH 6 za svakodnevno navodnjavanje. Učestalost navodnjavanja bila je 10 min sa dovodom vode i 20 min sa zaustavljenim dovodom vode. U eksperiment su postavljene kontrolna grupa (bez svjetlosnog dodatka) i tretirana grupa (dodatak LED svjetlu). CK je zasađen u stakleniku bez svjetlosnog dodatka. LB: drw-lb Ho (200W) je korišten za dopunu svjetlosti nakon sadnje u stakleniku. Gustina svjetlosnog fluksa (PPFD) na površini hidroponske krošnje povrća bila je oko 140 μmol/(㎡·S). MB: nakon sadnje u stakleniku, drw-lb (200W) je korišten za dopunu svjetlosti, a PPFD je bio oko 140 μmol/(㎡·S).

Prvi krug eksperimentalne sadnje je 8. novembar 2019., a datum sadnje 25. novembar 2019. Vrijeme za dopunu svjetlosne grupe je 6:30-17:00; drugi krug ogledne sadnje je 30.12.2019. godine, datum sadnje 17.01.2020. godine, a vrijeme dopune ogledne grupe je 4:00-17:00
Po sunčanom vremenu zimi, staklenik će otvoriti šiber, bočnu foliju i ventilator za svakodnevnu ventilaciju od 6:00-17:00. Kada je temperatura niska noću, staklenik će u 17:00-6:00 (sljedećeg dana) zatvoriti krovni prozor, bočnu rolo foliju i ventilator i otvoriti termoizolacionu zavjesu u stakleniku radi očuvanja topline noću.

Prikupljanje podataka

Visina biljke, broj listova i svježa težina po biljci dobijeni su nakon berbe nadzemnih dijelova Qingjingcaija i zelene salate. Nakon mjerenja svježe mase, stavljen je u pećnicu i sušen na 75 ℃ 72 h. Nakon završetka je određena suha težina. Temperatura u stakleniku i gustina fotosintetskog fotonskog fluksa (PPFD, gustina fotosintetskog fotonskog fluksa) se prikupljaju i bilježe svakih 5 minuta pomoću temperaturnog senzora (RS-GZ-N01-2) i fotosintetski aktivnog senzora zračenja (GLZ-CG).

Analiza podataka

Izračunajte efikasnost korištenja svjetla (LUE, Light Use Efficiency) prema sljedećoj formuli:
LUE (g/mol) = prinos povrća po jedinici površine/ukupna kumulativna količina svjetlosti koju dobiva povrće po jedinici površine od sadnje do žetve
Izračunajte sadržaj suhe tvari prema sljedećoj formuli:
Sadržaj suhe tvari (%) = suha težina po biljci/svježa težina po biljci x 100%
Koristite Excel2016 i IBM SPSS Statistics 20 da analizirate podatke u eksperimentu i analizirate značaj razlike.

Materijali i metode
Svetlost i temperatura

Prvi krug eksperimenta trajao je 46 dana od sadnje do žetve, a drugi krug od sadnje do berbe 42 dana. Tokom prvog kruga eksperimenta, dnevna prosječna temperatura u stakleniku je uglavnom bila u rasponu od 10-18 ℃; tokom drugog kruga eksperimenta, fluktuacija prosječne dnevne temperature u stakleniku bila je jača od one u prvom krugu eksperimenta, sa najnižom dnevnom prosječnom temperaturom od 8,39 ℃ i najvišom dnevnom prosječnom temperaturom od 20,23 ℃. Dnevna prosječna temperatura pokazala je ukupan trend rasta tokom procesa rasta (slika 1).

Tokom prvog kruga eksperimenta, dnevni svjetlosni integral (DLI) u stakleniku fluktuirao je manje od 14 mol/(㎡·D). Tokom drugog kruga eksperimenta, dnevna kumulativna količina prirodnog svjetla u stakleniku pokazala je ukupni uzlazni trend, koji je bio veći od 8 mol/(㎡·D), a maksimalna vrijednost se pojavila 27. februara 2020. godine, koja je iznosila 26,1 mol. /(㎡·D). Promjena dnevne kumulativne količine prirodnog svjetla u stakleniku tokom drugog kruga eksperimenta bila je veća od one u prvom krugu eksperimenta (slika 2). Tokom prvog kruga eksperimenta, ukupna dnevna kumulativna količina svjetlosti (zbir prirodnog svjetla DLI i led dodatnog svjetla DLI) grupe dodatnog svjetla bila je veća od 8 mol/(㎡·D) većinu vremena. Tokom drugog kruga eksperimenta, ukupna dnevna akumulirana svjetlosna količina dodatne svjetlosne grupe bila je veća od 10 mol/(㎡·D) većinu vremena. Ukupna akumulirana količina dodatnog svjetla u drugom krugu bila je 31,75 mol/㎡ više od one u prvom krugu.

Prinos lisnatog povrća i efikasnost korištenja svjetlosne energije

●Prvi krug rezultata testa
Na slici 3 se može vidjeti da pakchoi sa LED-om raste bolje, oblik biljke je kompaktniji, a listovi su veći i deblji od CK bez dodataka. LB i MB pakchoi listovi su svjetliji i tamnije zeleni od CK. Sa slike 4 može se vidjeti da salata sa LED dopunskim svjetlom raste bolje od CK bez dopunskog svjetla, broj listova je veći, a oblik biljke puniji.

Iz tabele 1 se može videti da nema značajne razlike u visini biljke, broju listova, sadržaju suhe materije i efikasnosti korišćenja svetlosne energije kod pakčoja tretiranih CK, LB i MB, ali je sveža težina pakčoja tretiranih LB i MB znatno veći od CK; Nije bilo značajne razlike u svježoj težini po biljci između dva LED svjetla za uzgoj s različitim omjerima plave svjetlosti u tretmanu LB i MB.

Iz tabele 2 se može vidjeti da je visina biljke salate u tretmanu LB bila značajno veća od one u tretmanu CK, ali nije bilo značajne razlike između tretmana LB i tretmana MB. Među tri tretmana uočene su značajne razlike u broju listova, a najveći broj listova u MB tretmanu iznosio je 27. Najveća je svježa masa po biljci tretirane LB i iznosila je 101g. Postojala je i značajna razlika između ove dvije grupe. Nije bilo značajne razlike u sadržaju suhe materije između tretmana CK i LB. Sadržaj MB bio je 4,24% veći od tretmana CK i LB. Postojale su značajne razlike u efikasnosti korištenja svjetla između tri tretmana. Najveća efikasnost upotrebe svetlosti bila je u tretmanu LB, koja je iznosila 13,23 g/mol, a najniža u tretmanu CK, koja je iznosila 10,72 g/mol.

●Drugi krug rezultata testa

Iz Tabele 3 se može vidjeti da je visina biljke Pakchoi tretirane MB bila značajno veća od visine CK i nije bilo značajne razlike između njega i tretmana LB. Broj listova Pakchoia tretiranih LB i MB bio je značajno veći od broja sa CK, ali nije bilo značajne razlike između dvije grupe dopunskih svjetlosnih tretmana. Postojale su značajne razlike u svježoj težini po biljci između tri tretmana. Svježa masa po biljci u CK je bila najmanja sa 47 g, a tretman MB bio je najveći sa 116 g. Nije bilo značajne razlike u sadržaju suhe materije između tri tretmana. Postoje značajne razlike u efikasnosti korišćenja svetlosne energije. CK je nizak na 8,74 g/mol, a tretman MB je najviši sa 13,64 g/mol.

Iz tabele 4 može se vidjeti da nije bilo značajne razlike u visini biljke salate između tri tretmana. Broj listova u tretmanima LB i MB bio je značajno veći nego u CK. Među njima, broj listova MB bio je najveći sa 26. Nije bilo značajne razlike u broju listova između tretmana LB i MB. Svježa masa po biljci u dvije grupe dopunskih svjetlosnih tretmana bila je značajno veća od one CK, a svježa masa po biljci najveća je u MB tretmanu, koja je iznosila 133 g. Postojale su i značajne razlike između tretmana LB i MB. Postojale su značajne razlike u sadržaju suhe materije između tri tretmana, a sadržaj suve materije u LB tretmanu bio je najveći i iznosio je 4,05%. Efikasnost iskorišćenja svetlosne energije tretmana MB je značajno veća od one kod tretmana CK i LB, koja iznosi 12,67 g/mol.

Tokom drugog kruga eksperimenta, ukupni DLI grupe dopunskog svjetla bio je mnogo veći od DLI tokom istog broja dana kolonizacije tokom prvog kruga eksperimenta (slika 1-2), a vrijeme dodatnog svjetla dodatnog svjetla tretman grupa u drugom krugu eksperimenta (4:00-00-17:00). U poređenju sa prvom rundom eksperimenta (6:30-17:00), povećao se za 2,5 sata. Vrijeme berbe za dva kruga Pakchoia bilo je 35 dana nakon sadnje. Svježa težina pojedinačne biljke CK u dva kruga bila je slična. Razlika u svježoj težini po biljci u tretmanu LB i MB u odnosu na CK u drugom krugu eksperimenata bila je mnogo veća od razlike u svježoj težini po biljci u odnosu na CK u prvom krugu eksperimenata (Tabela 1, Tabela 3). Vrijeme berbe druge runde ogledne salate bilo je 42 dana nakon sadnje, a vrijeme berbe prve runde ogledne salate 46 dana nakon sadnje. Broj dana kolonizacije kada je ubrana druga runda eksperimentalne salate CK bio je 4 dana manji od onog u prvoj rundi, ali je svježa masa po biljci 1,57 puta veća od prve runde eksperimenata (Tabela 2 i Tabela 4), a efikasnost korišćenja svetlosne energije je slična. Može se vidjeti da kako se temperatura postepeno zagrijava i prirodna svjetlost u stakleniku postepeno povećava, ciklus proizvodnje zelene salate se skraćuje.

Materijali i metode
Dva kruga testiranja u osnovi su obuhvatila cijelu zimu u Šangaju, a kontrolna grupa (CK) je uspjela relativno vratiti stvarni proizvodni status hidroponske zelene stabljike i salate u stakleniku pod niskom temperaturom i slabom sunčevom svjetlošću zimi. Eksperimentalna grupa sa lakim dodatkom imala je značajan promotivni efekat na najintuitivniji indeks podataka (sveža težina po biljci) u dva kruga eksperimenata. Među njima, efekat povećanja prinosa Pakchoi-a se istovremeno ogleda u veličini, boji i debljini listova. Ali zelena salata ima tendenciju da poveća broj listova, a oblik biljke izgleda punije. Rezultati ispitivanja pokazuju da lagana suplementacija može poboljšati svježu masu i kvalitetu proizvoda u sadnji dvije kategorije povrća, čime se povećava komercijalnost proizvoda od povrća. Pakchoi dopunjen sa Crveno-bijeli, nisko-plavi i crveno-bijeli, srednje-plavi LED moduli gornjeg svjetla su tamnije zelene i sjajnije izgleda od listova bez dodatnog svjetla, listovi su veći i deblji, a trend rasta cijeli tip biljke je kompaktniji i snažniji. Međutim, „mozaik salata“ spada u svijetlozeleno lisnato povrće i nema očitog procesa promjene boje u procesu rasta. Promjena boje lišća nije očigledna za ljudske oči. Odgovarajući udio plave svjetlosti može potaknuti razvoj listova i fotosintetsku sintezu pigmenta i inhibirati produljenje internodija. Stoga je povrće iz grupe lakih dodataka potrošačima favorizovanije po kvaliteti izgleda.

Tokom drugog kruga testa, ukupna dnevna kumulativna količina svjetlosti dodatne svjetlosne grupe bila je mnogo veća od DLI tokom istog broja dana kolonizacije tokom prvog kruga eksperimenta (Slika 1-2), a dopunskog svjetla vrijeme drugog kruga grupe dopunskog svjetlosnog tretmana (4:00-17:00), u odnosu na prvi krug eksperimenta (6:30-17:00), poraslo je za 2,5 sata. Vrijeme berbe za dva kruga Pakchoia bilo je 35 dana nakon sadnje. Svježa težina CK u dvije runde bila je slična. Razlika u svježoj težini po biljci između tretmana LB i MB i CK u drugom krugu eksperimenata bila je mnogo veća od razlike u svježoj težini po biljci sa CK u prvom krugu eksperimenata (Tablica 1 i Tabela 3). Stoga, produženje vremena dodavanja svjetlosti može promovirati povećanje proizvodnje hidroponskog Pakchoija koji se uzgaja u zatvorenom prostoru zimi. Vrijeme berbe druge runde ogledne salate bilo je 42 dana nakon sadnje, a vrijeme berbe prve runde ogledne salate 46 dana nakon sadnje. Kada je ubrana druga runda eksperimentalne salate, broj dana kolonizacije grupe CK bio je 4 dana manji od broja dana prve runde. Međutim, svježa težina jedne biljke bila je 1,57 puta veća od prve runde eksperimenata (Tablica 2 i Tabela 4). Efikasnost korištenja svjetlosne energije bila je slična. Može se vidjeti da kako temperatura polako raste i prirodna svjetlost u stakleniku postepeno raste (slika 1-2), ciklus proizvodnje zelene salate može se shodno tome skratiti. Stoga, dodavanje dodatne svjetlosne opreme u staklenik zimi sa niskom temperaturom i malom sunčevom svjetlošću može efikasno poboljšati efikasnost proizvodnje zelene salate, a zatim i povećati proizvodnju. U prvom krugu eksperimenta, potrošnja svjetlosne energije dopunjene svjetlosnom postrojenjem za lišće menija iznosila je 0,95 kw-h, au drugom krugu eksperimenta, potrošnja svjetlosne energije dopunjene svjetlosnom postavom za list menija iznosila je 1,15 kw-h. U poređenju između dva kruga eksperimenata, potrošnja svjetla u tri tretmana Pakchoi-a, efikasnost korištenja energije u drugom eksperimentu bila je niža od one u prvom eksperimentu. Efikasnost iskorištavanja svjetlosne energije u grupama za dopunski tretman svjetlom salate CK i LB u drugom eksperimentu bila je nešto niža od one u prvom eksperimentu. Zaključuje se da je mogući razlog to što niska dnevna srednja temperatura u roku od nedelju dana nakon sadnje produžava period spore sadnje, a iako se temperatura tokom eksperimenta malo popravljala, raspon je bio ograničen, a ukupna dnevna prosečna temperatura i dalje na niskom nivou, što je ograničilo efikasnost korišćenja svetlosne energije tokom ukupnog ciklusa rasta hidroponike lisnatog povrća. (Slika 1).

Tokom eksperimenta, bazen sa hranljivim rastvorom nije bio opremljen opremom za zagrevanje, tako da je korensko okruženje hidroponskog lisnatog povrća uvek bilo na niskom temperaturnom nivou, a dnevna prosečna temperatura bila ograničena, zbog čega povrće nije u potpunosti iskoristilo. dnevnog kumulativnog svjetla povećano produženjem dodatnog LED svjetla. Stoga je prilikom dopune svjetlosti u stakleniku zimi potrebno razmotriti odgovarajuće mjere očuvanja topline i grijanja kako bi se osigurao efekat dopune svjetlosti za povećanje proizvodnje. Stoga je potrebno razmotriti odgovarajuće mjere očuvanja topline i povećanja temperature kako bi se osigurao efekat dodavanja svjetlosti i povećanje prinosa u zimskom stakleniku. Upotreba LED dopunskog svjetla će u određenoj mjeri povećati troškove proizvodnje, a sama poljoprivredna proizvodnja nije visokoprinosna industrija. Dakle, o tome kako optimizirati strategiju dopunskog svjetla i sarađivati ​​s drugim mjerama u stvarnoj proizvodnji hidroponskog lisnatog povrća u zimskom stakleniku, te kako koristiti dopunsku svjetlosnu opremu za postizanje efikasne proizvodnje i poboljšanje efikasnosti korištenja svjetlosne energije i ekonomske koristi , još uvijek trebaju daljnji proizvodni eksperimenti.

Autori: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Izvor članka: Tehnologija poljoprivrednog inženjerstva (hortikultura staklenika).

Reference:
[1] Jianfeng Dai, Philipsova praksa primjene LED dioda u hortikulturi u proizvodnji staklenika [J]. Tehnologija poljoprivrede, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Status primjene i perspektiva tehnologije lakih dodataka za zaštićeno voće i povrće [J]. Sjeverna hortikultura, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Status istraživanja i primjene i strategija razvoja biljne rasvjete [J]. Časopis za rasvjetu, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Primena izvora svetlosti i kontrole kvaliteta svetlosti u proizvodnji povrća u stakleniku [J]. Kinesko povrće, 2012 (2): 1-7