Дослідження впливу додаткового світлодіодного освітлення на ефект підвищення врожайності гідропонного салату та пакчої в теплиці взимку
[Анотація] Зима в Шанхаї часто супроводжується низькою температурою та низьким сонячним світлом, а ріст гідропонних листових овочів у теплиці відбувається повільно, а цикл виробництва довгий, що не може задовольнити попит на ринку.Останніми роками світлодіодні додаткові освітлювальні прилади для рослин почали використовуватися у тепличному вирощуванні та виробництві, до певної міри, щоб компенсувати недолік, що щоденне накопичене освітлення в теплиці не може задовольнити потреби росту культур, коли природне освітлення недостатній.Під час експерименту в теплиці було встановлено два типи додаткових світлодіодних ліхтарів з різною якістю світла для проведення дослідницького експерименту щодо збільшення виробництва гідропонного салату та зеленого стебла взимку.Результати показали, що два види світлодіодних ліхтарів можуть значно збільшити свіжу вагу рослини пакчой і салату.Ефект збільшення врожайності пакчої в основному відображається в покращенні загальної сенсорної якості, наприклад збільшення та потовщення листя, а ефект збільшення врожайності салату в основному відображається у збільшенні кількості листя та вмісту сухої речовини.

Світло є невід'ємною частиною росту рослин.Останніми роками світлодіодні ліхтарі широко використовуються у вирощуванні та виробництві в тепличних умовах завдяки їх високому коефіцієнту фотоелектричного перетворення, настроюваному спектру та тривалому терміну служби [1].У зарубіжних країнах, завдяки ранньому початку відповідних досліджень і зрілій системі підтримки, багато великомасштабного виробництва квітів, фруктів і овочів мають відносно повні стратегії світлових добавок.Накопичення великої кількості фактичних даних про виробництво також дозволяє виробникам чітко прогнозувати ефект збільшення виробництва.Одночасно оцінюється віддача після використання світлодіодної системи додаткового освітлення [2].Однак більшість поточних вітчизняних досліджень додаткового світла спрямовані на дрібномасштабну якість світла та спектральну оптимізацію, і їм бракує стратегій додаткового світла, які можна було б використовувати в реальному виробництві[3].Багато вітчизняних виробників будуть безпосередньо використовувати існуючі зарубіжні рішення додаткового освітлення при застосуванні технології додаткового освітлення на виробництві, незалежно від кліматичних умов виробничої зони, видів овочів, що виробляються, а також стану приміщень і обладнання.Крім того, висока вартість додаткового освітлювального обладнання та високе споживання енергії часто призводять до величезного розриву між фактичною врожайністю та економічною окупністю та очікуваним ефектом.Така нинішня ситуація не сприяє розвитку та просуванню технології доповнення світла та збільшення виробництва в країні.Таким чином, існує нагальна потреба розумно розмістити зрілі додаткові світлодіодні освітлювальні продукти в реальних внутрішніх виробничих середовищах, оптимізувати стратегії використання та накопичити відповідні дані.

Зима – сезон, коли свіжі листові овочі користуються великим попитом.Теплиці можуть забезпечити більш придатне середовище для росту листових овочів взимку, ніж поля для вирощування на відкритому повітрі.Однак у статті вказано, що деякі старі або погано чисті теплиці мають пропускну здатність світла взимку менше ніж 50%. Крім того, взимку також може виникнути довгострокова дощова погода, що робить теплицю з низьким рівнем освітленості. температура і недостатня освітленість середовища, що впливає на нормальний ріст рослин.Світло стало обмежуючим фактором для росту овочів взимку [4].В експерименті використовується Зелений куб, який був запущений у фактичне виробництво.Система посадки листових овочів з неглибоким потоком рідини поєднується з двома світлодіодними верхніми світловими модулями Signify (China) Investment Co., Ltd. з різними співвідношеннями синього світла.Посадка салату та пакчої, двох листових овочів, що користуються більшим попитом на ринку, має на меті вивчити фактичне збільшення виробництва гідропонних листових овочів за допомогою світлодіодного освітлення в зимовій теплиці.

Матеріали та методи
Матеріали, використані для тесту

Досліджуваними матеріалами в експерименті були листя салату та овочі паччоі.Сорт салату Green Leaf Lettuce походить від Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., а сорт pakchoi Brilliant Green походить від Інституту садівництва Шанхайської академії сільськогосподарських наук.

Експериментальний метод

Експеримент проводився в теплиці типу Wenluo на базі Sunqiao Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. з листопада 2019 року по лютий 2020 року. Було проведено два раунди повторних експериментів.Перший раунд експерименту відбувся наприкінці 2019 року, а другий – на початку 2020 року. Після посіву дослідні матеріали поміщали в кімнату зі штучним освітленням для вирощування розсади та використовували припливний полив.У період вирощування розсади для зрошення використовували загальний поживний розчин гідропонних овочів з ЕЦ 1,5 і рН 5,5.Після того, як розсада виросла до 3 листків і 1 серцевої стадії, її висадили на грядку для посадки листяних овочів типу зелених кубів.Після посадки система циркуляції поживного розчину з неглибоким потоком використовувала поживний розчин EC 2 і pH 6 для щоденного зрошення.Періодичність поливу становила 10 хв при подачі води і 20 хв при припиненні подачі води.В експерименті були визначені контрольна група (без додавання світла) та група лікування (додавання світлодіодного світла).ЦК висаджували в скляну теплицю без освітлення.LB: drw-lb Ho (200 Вт) використовувався для доповнення освітлення після посадки в скляну теплицю.Щільність світлового потоку (PPFD) на поверхні гідропонного рослинного полога становила близько 140 мкмоль/(㎡·S).MB: після висадки в скляну теплицю для додаткового освітлення використовувався дрв-фунт (200 Вт), а PPFD становив близько 140 мкмоль/(㎡·S).

Дата першого раунду експериментального посіву – 8 листопада 2019 р., а дата посіву – 25 листопада 2019 р. Час освітлення дослідної групи – 6:30-17:00;дата другого раунду експериментального посіву – 30 грудня 2019 р., дата посіву – 17 січня 2020 р., час доповнення дослідної групи – 4:00-17:00
У сонячну погоду взимку теплиця відкриває люк, бічну плівку та вентилятор для щоденного провітрювання з 6:00-17:00.Коли температура вночі низька, теплиця закриє світлове вікно, бічну рулонну плівку та вентилятор о 17:00-6:00 (наступного дня) і відкриє теплоізоляційну завісу в теплиці для нічного збереження тепла.

Збір даних

Висоту рослини, кількість листя та свіжу вагу рослини було отримано після збирання надземних частин Qingjingcai та салату.Після вимірювання свіжої ваги його поміщали в духовку і сушили при 75 ℃ протягом 72 годин.Після закінчення визначали суху масу.Температуру в теплиці та щільність потоку фотосинтетичних фотонів (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) збирають і реєструють кожні 5 хвилин датчик температури (RS-GZ-N01-2) і датчик фотосинтетичної активної радіації (GLZ-CG).

Аналіз даних

Обчисліть ефективність використання світла (LUE, Light Use Efficiency) за такою формулою:
LUE (г/моль) = урожайність овочів на одиницю площі/загальна кумулятивна кількість світла, отримана овочами на одиницю площі від посадки до збору врожаю
Обчисліть вміст сухої речовини за такою формулою:
Вміст сухої речовини (%) = суха маса рослини/свіжа маса рослини x 100%
Використовуйте Excel2016 і IBM SPSS Statistics 20, щоб проаналізувати дані в експерименті та проаналізувати значущість різниці.

Матеріали та методи
Світло і температура

Перший раунд експерименту зайняв 46 днів від посадки до збирання врожаю, а другий раунд зайняв 42 дні від посадки до збору врожаю.Під час першого раунду експерименту середньодобова температура в теплиці була в основному в діапазоні 10-18 ℃;під час другого раунду експерименту коливання середньодобової температури в теплиці були сильнішими, ніж під час першого раунду експерименту, з найнижчою середньодобовою температурою 8,39 ℃ і найвищою середньодобовою температурою 20,23 ℃.Середньодобова температура показала загальну тенденцію до зростання в процесі росту (рис. 1).

Під час першого раунду експерименту добовий світловий інтеграл (DLI) у теплиці коливався менше ніж 14 моль/(㎡·D).Під час другого раунду експерименту добова кумулятивна кількість природного освітлення в теплиці показала загальну тенденцію до зростання, яка була вищою за 8 моль/(㎡·D), а максимальне значення з’явилося 27 лютого 2020 року, яке становило 26,1 моль. /(㎡·D).Зміна добової кумулятивної кількості природного освітлення в теплиці під час другого раунду експерименту була більшою, ніж під час першого раунду експерименту (рис. 2).Під час першого раунду експерименту загальна добова кумулятивна кількість світла (сума DLI природного освітлення та DLI додаткового світлодіодного освітлення) групи додаткового освітлення була більшою за 8 моль/(㎡·D) більшу частину часу.Під час другого раунду експерименту загальна добова накопичена кількість світла групи додаткового світла була більшою за 10 моль/(㎡·D) більшу частину часу.Загальна накопичена кількість додаткового світла у другому раунді була на 31,75 моль/㎡ більше, ніж у першому раунді.

Урожайність листових овочів та ефективність використання світлової енергії

●Перший раунд результатів тестування
З рис. 3 видно, що пакчой з добавками LED краще росте, форма рослини більш компактна, а листя більші та товщі, ніж у CK без добавок.Листя пакчой LB і MB яскравіше і темніше зелені, ніж CK.З рис. 4 видно, що салат із світлодіодним освітленням росте краще, ніж CK без додаткового світла, кількість листя вища, а форма рослини повніша.

З таблиці 1 видно, що немає істотної різниці у висоті рослин, кількості листя, вмісті сухої речовини та ефективності використання світлової енергії пакчої, обробленого CK, LB і MB, але свіжа вага пакчої, обробленого LB і MB, становить значно вище, ніж у КК;Не було істотної різниці у свіжій вазі на рослину між двома світлодіодними лампами для вирощування з різними співвідношеннями синього світла при обробці LB та MB.

З таблиці 2 видно, що висота рослини салату при обробці LB була значно вищою, ніж при обробці CK, але не було істотної різниці між обробкою LB та обробкою MB.Були значні відмінності в кількості листя між трьома обробками, і кількість листків при обробці MB була найвищою, яка становила 27. Свіжа вага на рослину при обробці LB була найвищою, яка становила 101 г.Існувала також значна різниця між двома групами.Не було значної різниці у вмісті сухої речовини між обробками CK та LB.Вміст MB був на 4,24% вищим, ніж у обробках CK та LB.Існували значні відмінності в ефективності використання світла між трьома методами лікування.Найвища ефективність використання світла була при лікуванні LB, яка становила 13,23 г/моль, а найнижча – при лікуванні CK, яка становила 10,72 г/моль.

●Другий тур результатів тестування

З таблиці 3 видно, що висота рослин Pakchoi, оброблених MB, була значно вищою, ніж висота CK, і не було істотної різниці між ним і обробкою LB.Кількість листя Pakchoi, оброблених LB і MB, була значно вищою, ніж кількість CK, але не було істотної різниці між двома групами додаткової обробки світлом.Були значні відмінності у свіжій вазі рослини між трьома обробками.Свіжа вага рослини в CK була найнижчою – 47 г, а обробка MB – найвищою – 116 г.Не було істотної різниці у вмісті сухої речовини між трьома обробками.Існують значні відмінності в ефективності використання світлової енергії.КК низький — 8,74 г/моль, а при обробці MB — найвищий — 13,64 г/моль.

З таблиці 4 видно, що не було значної різниці у висоті рослин салату між трьома обробками.Кількість листків у обробках LB та MB була значно вищою, ніж у CK.Серед них кількість листків MB була найвищою – 26. Не було істотної різниці в кількості листків між обробками LB та MB.Свіжа вага на рослину у двох групах додаткової обробки світлом була значно вищою, ніж CK, а свіжа вага на рослину була найвищою при обробці MB, яка становила 133 г.Також були значні відмінності між лікуванням LB та MB.Існували значні відмінності у вмісті сухої речовини між трьома обробками, і вміст сухої речовини в обробці LB був найвищим, який становив 4,05%.Ефективність використання світлової енергії при обробці MB значно вища, ніж при обробці CK і LB, яка становить 12,67 г/моль.

Під час другого раунду експерименту загальний DLI групи додаткового світла був набагато вищим, ніж DLI протягом тієї ж кількості днів колонізації під час першого раунду експерименту (рис. 1-2), а час додаткового освітлення додаткового світла групи лікування у другому раунді експерименту (4:00-00-17:00).Порівняно з першим раундом експерименту (6:30-17:00) він збільшився на 2,5 години.Час збору врожаю двох раундів Pakchoi становив 35 днів після посадки.Свіжа вага окремої рослини CK у двох циклах була подібною.Різниця у свіжій вазі на рослину при обробці LB і MB порівняно з CK у другому раунді експериментів була набагато більшою, ніж різниця у свіжій вазі на рослину порівняно з CK у першому раунді експериментів (таблиця 1, таблиця 3).Час збору врожаю другого раунду експериментального салату становив 42 дні після посадки, а час збору врожаю першого раунду експериментального салату – 46 днів після посадки.Кількість днів колонізації, коли був зібраний другий раунд експериментального салату CK, була на 4 дні меншою, ніж у першому раунді, але свіжа вага рослини в 1,57 рази більша, ніж у першому раунді експериментів (таблиця 2 і таблиця 4), і ефективність використання світлової енергії подібна.Можна помітити, що з поступовим підвищенням температури і поступовим збільшенням природного освітлення в теплиці виробничий цикл салату скорочується.

Матеріали та методи
Два раунди тестування в основному охоплювали всю зиму в Шанхаї, і контрольна група (CK) змогла відносно відновити фактичний статус виробництва гідропонних зелених стебел і салату в теплиці за низької температури та слабкого сонячного світла взимку.Експериментальна група, яка отримувала легку добавку, мала значний ефект просування на найбільш інтуїтивно зрозумілий індекс даних (свіжа вага рослини) у двох раундах експериментів.Серед них ефект збільшення врожайності Pakchoi відобразився на розмірі, кольорі та товщині листя одночасно.Але салат має тенденцію до збільшення кількості листя, і форма рослини виглядає повніше.Результати випробувань показують, що легка добавка може покращити свіжу вагу та якість продукту в посівах двох категорій овочів, тим самим підвищуючи товарний вигляд овочевих продуктів.Pakchoi, доповнений Червоно-білими, темно-синіми та червоно-білими, середньо-синіми світлодіодними модулями верхнього освітлення темніше зелені та блискучі на вигляд, ніж листя без додаткового освітлення, листя більші та товстіші, а тенденція росту весь тип рослин більш компактний і потужний.Однак «мозаїчний салат» відноситься до світло-зелених листових овочів, і в процесі росту немає явного процесу зміни кольору.Зміна кольору листя не помітна для людського ока.Відповідна пропорція синього світла може сприяти розвитку листя та синтезу фотосинтетичного пігменту, а також гальмувати подовження міжвузлів.Тому споживачі більше віддають перевагу овочам із групи легких добавок за зовнішнім виглядом.

Під час другого раунду тесту загальна денна кумулятивна кількість світла групи додаткового світла була набагато вищою, ніж DLI протягом тієї ж кількості днів колонізації протягом першого раунду експерименту (рис. 1-2), а додаткове світло час другого раунду групи додаткового світлолікування (4:00-17:00) порівняно з першим раундом експерименту (6:30-17:00) збільшився на 2,5 години.Час збору врожаю двох раундів Pakchoi становив 35 днів після посадки.Свіжа вага CK у двох раундах була подібною.Різниця у свіжій вазі на рослину між обробкою LB і MB і CK у другому раунді експериментів була набагато більшою, ніж різниця у свіжій вазі на рослину з CK у першому раунді експериментів (таблиця 1 і таблиця 3).Таким чином, подовження часу додавання світла може сприяти збільшенню виробництва гідропонних пакчой, які культивуються в закритих приміщеннях взимку.Час збору врожаю другого раунду експериментального салату становив 42 дні після посадки, а час збору врожаю першого раунду експериментального салату – 46 днів після посадки.Коли був зібраний другий раунд експериментального салату, кількість днів колонізації групи CK була на 4 дні меншою, ніж у першому раунді.Однак свіжа вага однієї рослини була в 1,57 рази більшою, ніж у першому раунді експериментів (табл. 2 і 4).Ефективність використання світлової енергії була подібною.Можна побачити, що, оскільки температура повільно підвищується і природне освітлення в теплиці поступово збільшується (рис. 1-2), цикл виробництва салату може бути відповідно скорочений.Таким чином, додавання додаткового освітлювального обладнання до теплиці взимку з низькою температурою та слабким сонячним світлом може ефективно підвищити ефективність виробництва салату, а потім збільшити виробництво.У першому раунді експерименту енергоспоживання світла, доповненого листковою рослиною-меню, становило 0,95 кВт-год, а в другому раунді експерименту споживання енергії світла, доповненої рослиною-меню, становило 1,15 кВт-год.У порівнянні між двома раундами експериментів, споживання світла під час трьох обробок Pakchoi, ефективність використання енергії в другому експерименті була нижчою, ніж у першому експерименті.Ефективність використання світлової енергії груп додаткового освітлення салату CK і LB у другому експерименті була трохи нижчою, ніж у першому експерименті.Існує припущення, що можливою причиною є те, що низька середньодобова температура протягом тижня після посадки робить період повільного проростання розсади довшим, і хоча температура трохи відновилася під час експерименту, діапазон був обмеженим, а загальна середньодобова температура все ще була. на низькому рівні, що обмежувало ефективність використання світлової енергії протягом загального циклу росту для гідропоніки листових овочів.(Фігура 1).

Під час експерименту басейн живильного розчину не був обладнаний обладнанням для підігріву, тому кореневище середовища гідропонних листових овочів завжди було з низьким рівнем температури, а середньодобова температура була обмеженою, що спричинило неповне використання овочів щоденного сукупного світла, збільшеного за рахунок розширення світлодіодного додаткового світла.Тому, доповнюючи освітлення в теплиці взимку, необхідно розглянути відповідні заходи збереження тепла та опалення, щоб забезпечити ефект доповнення освітлення для збільшення виробництва.Тому необхідно передбачити відповідні заходи теплозбереження та підвищення температури, щоб забезпечити ефект освітленості та підвищення врожайності в зимовій теплиці.Використання світлодіодного додаткового освітлення певною мірою збільшить собівартість продукції, а саме сільськогосподарське виробництво не є високопродуктивною галуззю.Таким чином, стосовно того, як оптимізувати стратегію додаткового освітлення та співпрацювати з іншими заходами у фактичному виробництві гідропонних листових овочів у зимовій теплиці, а також як використовувати додаткове світлове обладнання для досягнення ефективного виробництва та підвищення ефективності використання світлової енергії та економічних вигод , все ще потребує подальших виробничих експериментів.

Автори: Імін Цзі, Кан Лю, Сяньпін Чжан, Хунлей Мао (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Джерело статті: Технологія агротехніки (тепличне садівництво).

Література:
[1] Jianfeng Dai, практика застосування світлодіодів Philips у садівництві у тепличному виробництві [J].Технологія агротехніки, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Сяолін Ян, Ланьфан Сун, Чженлі Цзінь та ін.Стан застосування та перспективи технології легких добавок для захищених фруктів і овочів [J].Північне садівництво, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao та ін.Стан досліджень і застосування та стратегія розвитку освітлення рослин [J].Журнал світлотехніки, 013, 24 (4): 1-7
[4] Цзін Се, Хоу Чен Лю, Вей Сонг Ши та ін.Застосування джерела світла та контролю якості світла в тепличному овочівництві [J].Китайський овоч, 2012 (2): 1-7