Istraživanje o učinku dodatnog LED svjetla na učinak povećanja prinosa hidroponske salate i pakchoija u stakleniku zimi
[Sažetak] Zima u Šangaju često se susreće s niskom temperaturom i slabom sunčevom svjetlošću, a rast hidroponskog lisnatog povrća u stakleniku je spor, a proizvodni ciklus je dug, što ne može zadovoljiti potražnju na tržištu. Posljednjih godina, LED dodatna svjetla za biljke počela su se koristiti u uzgoju i proizvodnji u staklenicima, u određenoj mjeri, kako bi se nadoknadio nedostatak da dnevna akumulirana svjetlost u stakleniku ne može zadovoljiti potrebe rasta usjeva kada je prirodno svjetlo nedovoljna. U eksperimentu su u stakleniku postavljene dvije vrste LED dodatnih svjetala s različitom kvalitetom svjetla kako bi se proveo eksperiment istraživanja povećanja proizvodnje hidroponske salate i zelene stabljike zimi. Rezultati su pokazali da dvije vrste LED svjetala mogu značajno povećati svježu težinu po biljci pakchoija i salate. Učinak pakchoija na povećanje prinosa uglavnom se ogleda u poboljšanju ukupne senzorske kvalitete kao što je povećanje i zadebljanje listova, a učinak povećanja prinosa salate uglavnom se ogleda u povećanju broja listova i sadržaja suhe tvari.

Svjetlost je neizostavan dio rasta biljaka. Posljednjih godina LED svjetla naširoko se koriste u uzgoju i proizvodnji u stakleničkom okruženju zbog svoje visoke stope fotoelektrične konverzije, prilagodljivog spektra i dugog vijeka trajanja [1]. U stranim zemljama, zbog ranog početka srodnih istraživanja i zrelog sustava podrške, mnoge velike proizvodnje cvijeća, voća i povrća imaju relativno potpune strategije dodavanja svjetlosti. Akumulacija velike količine stvarnih podataka o proizvodnji također omogućuje proizvođačima jasno predviđanje učinka povećanja proizvodnje. Istodobno se ocjenjuje povrat nakon korištenja sustava LED dodatnog svjetla [2]. Međutim, većina sadašnjih domaćih istraživanja o dodatnom svjetlu pristrana je prema kvaliteti svjetla u malim razmjerima i spektralnoj optimizaciji, te nedostaju strategije dodatnog svjetla koje bi se mogle koristiti u stvarnoj proizvodnji[3]. Mnogi domaći proizvođači će pri primjeni tehnologije dopunske rasvjete u proizvodnji izravno koristiti postojeća inozemna rješenja dopunske rasvjete, neovisno o klimatskim uvjetima proizvodnog područja, vrsti povrća koje se proizvodi te stanju objekata i opreme. Osim toga, visoka cijena dodatne rasvjetne opreme i velika potrošnja energije često rezultiraju velikim jazom između stvarnog prinosa usjeva i ekonomskog povrata te očekivanog učinka. Takvo trenutno stanje ne pogoduje razvoju i promicanju tehnologije dopune svjetla i povećanja proizvodnje u zemlji. Stoga je hitno potrebno razumno staviti zrele LED dodatne rasvjetne proizvode u stvarna domaća proizvodna okruženja, optimizirati strategije korištenja i prikupiti relevantne podatke.

Zima je sezona kada je svježe lisnato povrće vrlo traženo. Staklenici mogu pružiti prikladnije okruženje za rast lisnatog povrća zimi od vanjskih poljoprivrednih polja. Međutim, članak je istaknuo da neki stari ili loše čisti staklenici imaju propusnost svjetla zimi manju od 50%. Osim toga, dugotrajno kišovito vrijeme također je sklono zimi, što staklenik čini niskim temperatura i slabo osvijetljeno okruženje, što utječe na normalan rast biljaka. Svjetlost je postala ograničavajući faktor za rast povrća zimi [4]. U eksperimentu se koristi Zelena kocka koja je puštena u stvarnu proizvodnju. Sustav sadnje lisnatog povrća s plitkim protokom tekućine usklađen je s dva gornja LED modula svjetla Signify (China) Investment Co., Ltd. s različitim omjerima plave svjetlosti. Sadnja salate i pakchoija, dva lisnata povrća s većom potražnjom na tržištu, ima za cilj proučavanje stvarnog porasta 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. Raznolikost zelene salate, Green Leaf Lettuce, dolazi iz Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., a sorta pakchoi, Brilliant Green, dolazi iz Instituta za hortikulturu Šangajske akademije poljoprivrednih znanosti.

Eksperimentalna metoda

Eksperiment je proveden u stakleniku tipa Wenluo u bazi Sunqiao tvrtke Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. od studenog 2019. do veljače 2020. Provedena su ukupno dva kruga ponovljenih eksperimenata. Prvi krug pokusa bio je krajem 2019., a drugi ciklus početkom 2020. Nakon sjetve, pokusni materijali su smješteni u prostoriju s umjetnom rasvjetom za uzgoj presadnica, te je korišteno navodnjavanje plimom. U razdoblju uzgoja rasada za navodnjavanje je korištena opća hranjiva otopina hidroponskog povrća s EC 1,5 i pH 5,5. Nakon što su sadnice narasle do 3 lista i 1 stadija srca, posađene su na gredicu za sadnju lisnatog povrća s plitkim protokom zelene kocke. Nakon sadnje, sustav cirkulacije hranjive otopine s plitkim protokom koristio je hranjivu otopinu EC 2 i pH 6 za dnevno navodnjavanje. Učestalost navodnjavanja bila je 10 minuta uz dovod vode i 20 minuta bez dovoda vode. Kontrolna skupina (bez dodatka svjetla) i grupa za liječenje (dodatak LED svjetla) bile su određene u eksperimentu. CK je posađen u stakleniku bez dodatka svjetla. LB: drw-lb Ho (200W) korišten je kao dodatak svjetlu nakon sadnje u stakleniku. Gustoća svjetlosnog toka (PPFD) na površini hidroponske krošnje povrća bila je oko 140 μmol/(㎡·S). MB: nakon sadnje u stakleniku, drw-lb (200 W) korišten je kao dodatak svjetlu, a PPFD je bio oko 140 μmol/(㎡·S).

Datum prve runde eksperimentalne sadnje je 8. studenog 2019., a datum sadnje je 25. studenog 2019. Vrijeme dodavanja svjetla testnoj skupini je 6:30-17:00; drugi krug pokusne sadnje datum je 30. prosinca 2019. dan, datum sadnje 17. siječnja 2020., a vrijeme dopune pokusne skupine je 4:00-17:00
Za sunčanog vremena zimi, staklenik će otvoriti krovni prozor, bočnu foliju i ventilator za svakodnevno prozračivanje od 6:00-17:00. Kada je temperatura noću niska, staklenik će zatvoriti krovni prozor, bočnu rolo foliju i ventilator u 17:00-6:00 (sljedećeg dana) i otvoriti termoizolacijsku zavjesu u stakleniku za noćno očuvanje topline.

Prikupljanje podataka

Visina biljke, broj listova i svježa težina po biljci dobiveni su nakon žetve nadzemnih dijelova Qingjingcaija i salate. Nakon mjerenja svježe težine, stavljen je u pećnicu i sušen na 75 ℃ 72 h. Nakon završetka je određena suha težina. Temperatura u stakleniku i gustoća fotosintetskog toka fotona (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) prikupljaju se i bilježe svakih 5 minuta senzorom temperature (RS-GZ-N01-2) i fotosintetski aktivnim senzorom zračenja (GLZ-CG).

Analiza podataka

Izračunajte učinkovitost korištenja svjetla (LUE, Light Use Efficiency) prema sljedećoj formuli:
LUE (g/mol) = prinos povrća po jedinici površine/ukupna kumulativna količina svjetlosti dobivena povrćem 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 za analizu podataka u eksperimentu i analizu značajnosti razlike.

Materijali i metode
Svjetlost i temperatura

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

Tijekom prvog kruga eksperimenta, dnevni svjetlosni integral (DLI) u stakleniku fluktuirao je manje od 14 mol/(㎡·D). Tijekom 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 pojavila se 27. veljače 2020., koja je iznosila 26,1 mol /(㎡·D). Promjena dnevne kumulativne količine prirodnog svjetla u stakleniku tijekom drugog kruga pokusa bila je veća nego tijekom prvog kruga pokusa (slika 2). Tijekom prvog kruga eksperimenta, ukupna dnevna kumulativna količina svjetla (zbroj prirodnog svjetla DLI i led dodatnog svjetla DLI) grupe dodatnog svjetla bila je veća od 8 mol/(㎡·D) većinu vremena. Tijekom drugog kruga eksperimenta, ukupna dnevna akumulirana količina svjetlosti grupe s dodatnom svjetlošću bila je veća od 10 mol/(㎡·D) većinu vremena. Ukupna akumulirana količina dodatne svjetlosti u drugoj rundi bila je 31,75 mol/㎡ veća od one u prvoj rundi.

Prinos lisnatog povrća i učinkovitost iskorištenja svjetlosne energije

●Prva runda rezultata testa
Iz slike 3 vidljivo je da pakchoi s dodatkom LED-a bolje raste, oblik biljke je kompaktniji, a listovi su veći i deblji od CK bez dodatka. Listovi LB i MB pakchoi svjetlije su i tamnije zeleni od listova CK. Iz slike 4 vidljivo je da salata s LED dopunskim svjetlom bolje raste nego CK bez dopunskog svjetla, broj listova je veći, a oblik biljke puniji.

Iz tablice 1. vidljivo je da nema značajne razlike u visini biljke, broju listova, sadržaju suhe tvari i učinkovitosti iskorištavanja svjetlosne energije pakchoija tretiranog s CK, LB i MB, ali je svježa težina pakchoija tretiranog s LB i MB jednaka. značajno viši 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 tablice 2. može se vidjeti da je visina biljke salate u LB tretmanu bila značajno viša nego u CK tretmanu, ali nije bilo značajne razlike između LB tretmana i MB tretmana. Postojale su značajne razlike u broju listova između tri tretmana, a broj listova kod MB tretmana bio je najveći i iznosio je 27. Svježa masa po biljci kod LB tretmana bila je najveća i iznosila je 101 g. Također je postojala značajna razlika između dvije skupine. Nije bilo značajne razlike u sadržaju suhe tvari između tretmana CK i LB. Sadržaj MB bio je 4,24% veći od tretmana CK i LB. Postojale su značajne razlike u učinkovitosti korištenja svjetla između tri tretmana. Najveća učinkovitost korištenja svjetla bila je kod tretmana LB, koja je iznosila 13,23 g/mol, a najmanja je bila kod tretmana CK, koja je iznosila 10,72 g/mol.

●Drugi krug rezultata testa

Iz tablice 3 može se vidjeti da je visina biljke Pakchoija tretiranog s MB bila značajno viša od visine biljke CK, te nije bilo značajne razlike između njega i tretmana LB-om. Broj listova Pakchoija tretiranih s LB i MB bio je značajno veći od onog s CK, ali nije bilo značajne razlike između dvije skupine tretmana dodatnim svjetlom. Postojale su značajne razlike u svježoj težini po biljci između tri tretmana. Svježa masa po biljci bila je najmanja u CK 47 g, a najveća u MB tretmanu 116 g. Nije bilo značajne razlike u sadržaju suhe tvari između tri tretmana. Postoje značajne razlike u učinkovitosti iskorištenja svjetlosne energije. CK je nizak i iznosi 8,74 g/mol, a tretman MB je najviši sa 13,64 g/mol.

Iz tablice 4. može se vidjeti da nije bilo značajne razlike u visini biljke salate između tri tretmana. Broj listova kod LB i MB tretmana bio je značajno veći nego kod CK. Među njima, broj listova MB bio je najveći i iznosio je 26. Nije bilo značajne razlike u broju listova između tretmana LB i MB. Svježa masa po biljci u dvije skupine dopunskih svjetlosnih tretmana bila je značajno veća od CK, a svježa masa po biljci bila je najveća u MB tretmanu i iznosila je 133 g. Također je bilo značajnih razlika između liječenja LB-a i MB-a. Postojale su značajne razlike u udjelu suhe tvari između tri tretmana, a udio suhe tvari u LB tretmanu bio je najveći i iznosio je 4,05%. Učinkovitost iskorištenja svjetlosne energije tretmana MB značajno je veća od učinkovitosti tretmana CK i LB, koja iznosi 12,67 g/mol.

Tijekom drugog kruga eksperimenta, ukupni DLI grupe s dodatnim svjetlom bio je puno veći od DLI-a tijekom istog broja dana kolonizacije tijekom prvog kruga eksperimenta (Slika 1-2), a vrijeme dodatnog svjetla za dodatno svjetlo terapijsku skupinu u drugom krugu eksperimenta (4:00-00-17:00). U usporedbi s prvim krugom eksperimenta (6:30-17:00), povećao se za 2,5 sata. Vrijeme berbe dva kruga Pakchoija bilo je 35 dana nakon sadnje. Svježa težina CK pojedinačne biljke u dvije runde bila je slična. Razlika u svježoj težini po biljci u tretmanima LB i MB u usporedbi s CK u drugom krugu pokusa bila je puno veća od razlike u svježoj težini po biljci u usporedbi s CK u prvom krugu pokusa (Tablica 1, Tablica 3). Vrijeme berbe druge ture pokusne salate bilo je 42 dana nakon sadnje, a vrijeme berbe prve ture pokusne salate 46 dana nakon sadnje. Broj dana kolonizacije kada je ubrana druga runda pokusne salate CK bila je 4 dana manja nego u prvoj rundi, ali je svježa težina po biljci 1,57 puta veća od one u prvoj rundi pokusa (Tablica 2 i Tablica 4), a slična je i učinkovitost iskorištenja svjetlosne energije. Može se vidjeti da kako se temperatura postupno zagrijava i prirodno svjetlo u stakleniku postupno raste, proizvodni ciklus salate se skraćuje.

Materijali i metode
Dvije runde testiranja u osnovi su pokrile cijelu zimu u Šangaju, a kontrolna skupina (CK) uspjela je relativno obnoviti stvarni status proizvodnje hidroponske zelene stabljike i salate u stakleniku pod niskom temperaturom i slabom sunčevom svjetlošću zimi. Eksperimentalna skupina s laganim dodatkom imala je značajan učinak promocije na indeks najintuitivnijih podataka (svježa težina po biljci) u dva kruga eksperimenata. Među njima, učinak povećanja prinosa Pakchoija ogledao se u veličini, boji i debljini lišća u isto vrijeme. Ali salata ima tendenciju povećanja broja listova, a oblik biljke izgleda punije. Rezultati ispitivanja pokazuju da lagani dodatak može poboljšati svježu težinu i kvalitetu proizvoda u sadnji dviju kategorija povrća, čime se povećava komercijalnost proizvoda od povrća. Pakchoi dopunjen Crveno-bijelim, nisko-plavim i crveno-bijelim, srednje plavim LED gornjim svjetlosnim modulima tamnije su zeleni i sjajni u izgledu nego lišće bez dodatnog svjetla, lišće je veće i deblje, a trend rasta cijeli tip biljke je kompaktniji i snažniji. Međutim, "mozaična salata" pripada svijetlozelenom lisnatom povrću, te nema očigledne promjene boje u procesu rasta. Promjena boje lista nije vidljiva ljudskim očima. Odgovarajući udio plavog svjetla može pospješiti razvoj lišća i fotosintetsku sintezu pigmenta, te spriječiti produljenje internodija. Stoga potrošači više preferiraju povrće u skupini laganih dodataka u pogledu kvalitete izgleda.

Tijekom drugog kruga testa, ukupna dnevna kumulativna količina svjetla grupe s dodatnim svjetlom bila je mnogo veća od DLI-a tijekom istog broja dana kolonizacije tijekom prvog kruga eksperimenta (Slika 1-2), a dodatno svjetlo vrijeme drugog kruga dopunske skupine tretmana svjetlom (4:00-17:00), u usporedbi s prvim krugom eksperimenta (6:30-17:00), povećalo se za 2,5 sata. Vrijeme berbe dva kruga Pakchoija bilo je 35 dana nakon sadnje. Svježa težina CK-a u dvije runde bila je slična. Razlika u svježoj težini po biljci između tretmana LB i MB i CK u drugom krugu pokusa bila je puno veća od razlike u svježoj težini po biljci s CK u prvom krugu pokusa (Tablica 1 i Tablica 3). Stoga produljenje vremena dodavanja svjetla može pospješiti povećanje proizvodnje hidroponskog Pakchoija koji se zimi uzgaja u zatvorenom prostoru. Vrijeme berbe druge ture pokusne salate bilo je 42 dana nakon sadnje, a vrijeme berbe prve ture pokusne salate 46 dana nakon sadnje. Kada je ubrana druga runda pokusne salate, broj dana kolonizacije CK skupine bio je 4 dana manji nego u prvoj rundi. Međutim, svježa težina pojedine biljke bila je 1,57 puta veća od one u prvom krugu pokusa (Tablica 2 i Tablica 4). Učinkovitost iskorištenja svjetlosne energije bila je slična. Može se vidjeti da kako temperatura polako raste i prirodno svjetlo u stakleniku postupno raste (Slika 1-2), proizvodni ciklus salate može se skratiti u skladu s tim. Stoga dodavanje dodatne rasvjetne opreme u staklenik zimi s niskom temperaturom i slabom sunčevom svjetlošću može učinkovito poboljšati učinkovitost proizvodnje salate, a zatim i povećati proizvodnju. U prvom krugu pokusa, potrošnja energije osvjetljenja s dopunom lišća biljke jelovnika iznosila je 0,95 kw-h, au drugom krugu eksperimenta potrošnja energije osvjetljenja s dopunom lišća jelovnika bila je 1,15 kw-h. U usporedbi između dva kruga eksperimenata, potrošnja svjetla u tri tretmana Pakchoija, učinkovitost iskorištenja energije u drugom eksperimentu bila je niža od one u prvom eksperimentu. Učinkovitost iskorištenja svjetlosne energije grupa salata CK i LB koje su dodatno tretirane svjetlom u drugom eksperimentu bila je nešto niža od one u prvom eksperimentu. Pretpostavlja se da je mogući razlog to što niska dnevna prosječna temperatura unutar tjedan dana nakon sadnje produljuje sporo razdoblje sadnice, i iako se temperatura malo oporavila tijekom eksperimenta, raspon je bio ograničen, a ukupna dnevna prosječna temperatura bila je i dalje na niskoj razini, što je ograničilo učinkovitost iskorištavanja svjetlosne energije tijekom cjelokupnog ciklusa rasta za hidroponiku lisnatog povrća. (Slika 1).

Tijekom eksperimenta, bazen s hranjivom otopinom nije bio opremljen opremom za zagrijavanje, tako da je okolina korijena hidroponskog lisnatog povrća uvijek bila na niskoj razini temperature, a prosječna dnevna temperatura bila je ograničena, što je uzrokovalo da povrće ne iskoristi u potpunosti dnevnog kumulativnog svjetla povećano produljenjem dopunskog LED svjetla. Stoga, kada se zimi dopunjava svjetlom u stakleniku, potrebno je razmotriti odgovarajuće mjere očuvanja topline i grijanja kako bi se osigurao učinak dopune svjetla za povećanje proizvodnje. Stoga je potrebno razmotriti odgovarajuće mjere očuvanja topline i povećanja temperature kako bi se osigurao učinak dodatka svjetla i povećanja prinosa u zimskom stakleniku. Korištenje LED dopunskog svjetla donekle će povećati troškove proizvodnje, a sama poljoprivredna proizvodnja nije grana s visokim prinosom. Stoga, u vezi s time kako optimizirati strategiju dodatnog svjetla i surađivati ​​s drugim mjerama u stvarnoj proizvodnji hidroponskog lisnatog povrća u zimskim staklenicima, te kako koristiti opremu za dodatno osvjetljenje za postizanje učinkovite proizvodnje i poboljšanje učinkovitosti korištenja svjetlosne energije i ekonomske koristi , još su potrebni daljnji proizvodni eksperimenti.

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

Reference:
[1] Jianfeng Dai, Philips hortikulturna LED praksa primjene u stakleničkoj proizvodnji [J]. Tehnologija poljoprivrede, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Status primjene i perspektiva tehnologije laganih 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 te strategija razvoja rasvjete postrojenja [J]. Časopis za rasvjetnu tehniku, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Primjena izvora svjetlosti i kontrola kvalitete svjetlosti u plasteničkoj proizvodnji povrća [J]. Kinesko povrće, 2012. (2): 1-7