Истражување за ефектот на дополнителната LED светлина врз ефектот на зголемување на приносот на хидропонската зелена салата и пакчои во стаклена градина во зима
[Апстракт] Зимата во Шангај често наидува на ниска температура и ниско сонце, а растот на хидропонскиот лиснат зеленчук во стаклена градина е бавен, а производниот циклус е долг, што не може да ја задоволи побарувачката за понуда на пазарот. Во последниве години, ЛЕД дополнителните светла за растенијата почнаа да се користат во одгледувањето и производството на оранжерии, до одреден степен, за да се надополни дефектот што дневната акумулирана светлина во стаклена градина не може да ги задоволи потребите за раст на културите кога природната светлина е недоволно. Во експериментот, во стаклена градина беа инсталирани два вида дополнителни LED светилки со различен квалитет на светлина за да се спроведе истражувачки експеримент за зголемување на производството на хидропонска зелена салата и зелено стебло во зима. Резултатите покажаа дека двата вида LED светилки може значително да ја зголемат свежата тежина по растение од пакчои и зелена салата. Ефектот на зголемување на приносот на пакчои главно се рефлектира во подобрувањето на севкупниот сетилен квалитет како што е зголемувањето и згуснувањето на листовите, а ефектот на зголемување на приносот на зелената салата главно се рефлектира во зголемувањето на бројот на лисја и содржината на сува материја.

Светлината е незаменлив дел од растот на растенијата. Во последниве години, LED светилките се широко користени во одгледувањето и производството во стаклена градина поради нивната висока стапка на фотоелектрична конверзија, приспособлив спектар и долг работен век [1]. Во странските земји, поради раниот почеток на поврзаните истражувања и зрелиот систем за поддршка, многу големо производство на цвеќиња, овошје и зеленчук имаат релативно комплетни стратегии за лесни додатоци. Акумулацијата на голема количина фактички податоци за производство, исто така, им овозможува на производителите јасно да го предвидат ефектот од зголемувањето на производството. Во исто време, се проценува враќањето по користење на системот за дополнителен LED светлосен систем [2]. Сепак, повеќето од тековните домашни истражувања за дополнителна светлина се пристрасни кон квалитетот на светлината во мали размери и спектрална оптимизација и немаат дополнителни стратегии за светлина што можат да се користат во вистинското производство[3]. Многу домашни производители директно ќе ги користат постоечките странски решенија за дополнително осветлување при примената на дополнителна технологија за осветлување во производството, без оглед на климатските услови на производната област, видовите на зеленчук што се произведува и условите на капацитетите и опремата. Покрај тоа, високата цена на дополнителната лесна опрема и високата потрошувачка на енергија често резултираат со огромен јаз помеѓу реалниот принос на културите и економскиот принос и очекуваниот ефект. Ваквата моментална состојба не е погодна за развој и промоција на технологијата на дополнување на светлината и зголемување на производството во земјава. Затоа, итна потреба е разумно да се стават зрели LED дополнителни светлосни производи во реалните домашни производствени средини, да се оптимизираат стратегиите за употреба и да се акумулираат релевантни податоци.

Зимата е сезона кога свежиот лиснат зеленчук е многу баран. Оранжериите можат да обезбедат посоодветно опкружување за раст на лиснат зеленчук во зима отколку земјоделските полиња на отворено. Сепак, една статија посочи дека некои застарени или слабо чисти оранжерии имаат светлосна пропустливост помала од 50% во зима. Покрај тоа, долгорочно дождливо време е исто така склоно да се појави во зима, што ја прави стаклена градина во ниска температура и слаба осветлена средина, што влијае на нормалниот раст на растенијата. Светлината стана ограничувачки фактор за растот на зеленчукот во зима [4]. Зелената коцка која е пуштена во реално производство се користи во експериментот. Системот за садење лиснат зеленчук со плитко проток на течност е усогласен со двата LED врвни светлосни модули на Signify (China) Investment Co., Ltd. со различни соодноси на сина светлина. Садењето зелена салата и пакчои, кои се два лиснати зеленчуци со поголема побарувачка на пазарот, има за цел да го проучи вистинското зголемување на производството на хидропонски лиснат зеленчук со LED осветлување во зимската стаклена градина.

Материјали и методи
Материјали што се користат за тестирање

Материјалите за тестирање користени во експериментот беа зелена салата и зеленчук од пакување. Сортата зелена салата, зелена зелена зелена салата, доаѓа од Pekining Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., а сортата пакчои, Brilliant Green, доаѓа од Хортикултурниот институт на Шангајската академија за земјоделски науки.

Експериментален метод

Експериментот беше спроведен во стаклена градина од типот Венлуо во базата Sunqiao на Шангај зелена коцка Agricultural Development Co., Ltd. од ноември 2019 до февруари 2020 година. Беа спроведени вкупно два круга повторени експерименти. Првиот круг на експериментот беше на крајот на 2019 година, а вториот круг беше на почетокот на 2020 година. По сеидбата, експерименталните материјали беа ставени во просторијата за вештачко светло климатска просторија за одгледување садници, а беше искористена плимата и осеката. За време на периодот на одгледување на расад, за наводнување се користеше општиот хранлив раствор на хидропонски зеленчук со EC од 1,5 и pH од 5,5. Откако садниците пораснаа до 3 лисја и 1 срцева фаза, тие беа засадени на коритото за садење со зелена коцка од типот плиток проток на лиснато зеленчук. По садењето, системот за циркулација на хранлив раствор со плиток проток користеше хранлив раствор EC 2 и pH 6 за секојдневно наводнување. Фреквенцијата на наводнување беше 10 мин со водоснабдување и 20 мин со прекин на водоснабдувањето. Контролната група (без додаток на светлина) и групата за третман (ЛЕД-светло додаток) беа поставени во експериментот. ЦК беше засадена во стаклена градина без светлосен додаток. LB: drw-lb Ho (200W) се користеше за дополнување на светлината по садењето во стаклена градина. Густината на светлосниот флукс (PPFD) на површината на хидропоничната крошна од зеленчук беше околу 140 μmol/(㎡·S). MB: по садењето во стаклена градина, drw-lb (200W) се користеше за дополнување на светлината, а PPFD беше околу 140 μmol/(㎡·S).

Првиот круг на експерименталниот датум на садење е 8 ноември 2019 година, а датумот на садење е 25 ноември 2019 година. Времето на дополнување на светлината на тест групата е 6:30-17:00 часот; вториот круг од експерименталниот датум на садење е 30 декември 2019 година, датумот на садење е 17 јануари 2020 година, а времето за дополнување на експерименталната група е 4:00-17:00 часот
На сончево време во зима, стаклена градина ќе ги отвори подвижниот покрив, страничниот филм и вентилаторот за секојдневно проветрување од 6:00-17:00 часот. Кога температурата е ниска ноќе, стаклена градина ќе ги затвори светларникот, страничниот филм и вентилаторот во 17:00-6:00 часот (следниот ден) и ќе ја отвори термоизолационата завеса во стаклена градина за зачувување на ноќната топлина.

Собирање податоци

Висината на растението, бројот на листовите и свежата тежина по растение се добиени по бербата на надземните делови на Qingjingcai и зелената салата. По мерењето на свежата тежина се става во рерна и се суши на 75℃ 72 часа. По завршувањето беше одредена сувата тежина. Температурата во стаклена градина и фотосинтетичкиот фотонски флукс густина (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) се собираат и се снимаат на секои 5 минути од температурниот сензор (RS-GZ-N01-2) и фотосинтетички активниот сензор за зрачење (GLZ-CG).

Анализа на податоци

Пресметајте ја ефикасноста на користење на светлината (LUE, Light Use Efficiency) според следната формула:
LUE (g/mol) = принос на зеленчук по единица површина/вкупна кумулативна количина на светлина добиена од зеленчук по единица површина од садење до берба
Пресметајте ја содржината на сува материја според следната формула:
Содржина на сува материја (%) = сува тежина по растение/свежа тежина по растение x 100%
Користете Excel2016 и IBM SPSS Statistics 20 за да ги анализирате податоците во експериментот и да ја анализирате значајноста на разликата.

Материјали и методи
Светлина и температура

Првиот круг на експериментот траеше 46 дена од садење до жетва, а вториот круг траеше 42 дена од садење до жетва. Во текот на првиот круг на експериментот, просечната дневна температура во стаклена градина беше главно во опсег од 10-18 ℃; за време на вториот круг на експериментот, флуктуацијата на дневната просечна температура во стаклена градина беше посилна од онаа за време на првиот круг на експериментот, со најниска дневна просечна температура од 8,39 ℃ и највисока дневна просечна температура од 20,23 ℃. Дневната просечна температура покажа севкупен нагорен тренд во текот на процесот на растење (сл. 1).

За време на првиот круг на експериментот, дневниот светлосен интеграл (DLI) во стаклена градина флуктуираше помалку од 14 mol/(㎡·D). За време на вториот круг на експериментот, дневната кумулативна количина на природна светлина во стаклена градина покажа севкупен нагорен тренд, кој беше поголем од 8 mol/(㎡·D), а максималната вредност се појави на 27 февруари 2020 година, која беше 26,1 mol /(㎡·D). Промената на дневната кумулативна количина на природна светлина во стаклена градина за време на вториот круг на експериментот беше поголема од онаа за време на првиот круг на експериментот (сл. 2). Во текот на првиот круг на експериментот, вкупната дневна кумулативна количина на светлина (збирот на природната светлина DLI и led дополнителната светлина DLI) на дополнителната светлосна група беше поголема од 8 mol/(㎡·D) поголемиот дел од времето. Во текот на вториот круг од експериментот, вкупната дневна акумулирана количина на светлина од дополнителната светлосна група беше повеќе од 10 mol/(㎡·D) поголемиот дел од времето. Вкупната акумулирана количина на дополнителна светлина во вториот круг беше 31,75 mol/㎡ повеќе од онаа во првиот круг.

Принос на лиснат зеленчук и ефикасност на искористување на лесната енергија

lПрва рунда на резултатите од тестот
Од сл. 3 може да се види дека ЛЕД-дополнетиот пакчои расте подобро, обликот на растението е покомпактен, а листовите се поголеми и подебели од не-дополнетиот ЦК. Листовите LB и MB pakchoi се посветли и потемни зелени од CK. Од Сл. 4 може да се види дека зелената салата со LED додатно светло расте подобро од CK без дополнителна светлина, бројот на листовите е поголем, а обликот на растението е пополн.

Од Табела 1 може да се види дека нема значајна разлика во висината на растението, бројот на листовите, содржината на сува материја и ефикасноста на искористување на светлината на пакчоите третирани со CK, LB и MB, но свежата тежина на пакчоите третирани со LB и MB е значително повисока од онаа на CK; Немаше значајна разлика во свежата тежина по растение помеѓу двете LED светла за растење со различни соодноси на сина светлина во третманот на LB и MB.

Од табела 2 може да се види дека висината на растението на зелената салата при третман со ЛБ беше значително повисока од онаа во третманот со ЦК, но немаше значајна разлика помеѓу третманот со ЛБ и третманот со МБ. Имаше значајни разлики во бројот на листовите меѓу трите третмани, а бројот на листови во третманот со МБ беше највисок, кој изнесуваше 27. Свежата тежина по растение од третманот со ЛБ беше најголема, која изнесуваше 101 g. Имаше и значајна разлика помеѓу двете групи. Немаше значајна разлика во содржината на сува материја помеѓу третманите со CK и LB. Содржината на МБ беше за 4,24% повисока од третманите со ЦК и ЛБ. Имаше значителни разлики во ефикасноста на користењето на светлината меѓу трите третмани. Највисоката ефикасност на користењето на светлината беше во третманот со LB, која беше 13,23 g/mol, а најниска беше во третманот со CK, која беше 10,72 g/mol.

lВтор круг резултати од тестот

Од Табела 3 може да се види дека висината на растението на Pakchoi третирана со MB била значително повисока од онаа на CK и немало значителна разлика помеѓу него и LB третманот. Бројот на листовите на Pakchoi третирани со LB и MB беше значително поголем од оној со CK, но немаше значителна разлика помеѓу двете групи на дополнителни третмани со светлина. Имаше значителни разлики во свежата тежина по растение меѓу трите третмани. Свежата тежина по растение во CK беше најниска од 47 g, а третманот со MB беше највисок со 116 g. Немаше значајна разлика во содржината на сува материја помеѓу трите третмани. Постојат значителни разлики во ефикасноста на искористувањето на светлината. CK е низок со 8,74 g/mol, а третманот со MB е највисок со 13,64 g/mol.

Од Табела 4 може да се види дека нема значајна разлика во висината на растението на зелената салата меѓу трите третмани. Бројот на листови во третманите со LB и MB беше значително поголем од оној во CK. Меѓу нив, бројот на листовите MB беше највисок со 26. Немаше значајна разлика во бројот на листови помеѓу третманите со LB и MB. Свежата тежина по растение од двете групи на дополнителни третмани со светлина беше значително повисока од онаа на CK, а свежата тежина по растение беше највисока во третманот со MB, која беше 133 g. Исто така, имаше значителни разлики помеѓу третманите со LB и MB. Имаше значителни разлики во содржината на сува материја меѓу трите третмани, а содржината на сува материја во третманот LB беше највисока, која изнесуваше 4,05%. Ефикасноста на искористување на светлосната енергија на третманот со MB е значително повисока од онаа на третманот со CK и LB, што е 12,67 g/mol.

За време на вториот круг на експериментот, вкупниот DLI на дополнителната светлосна група беше многу поголем од DLI за време на истиот број денови на колонизација во текот на првиот круг на експериментот (слика 1-2), и дополнителното време на осветлување на дополнителната светлина третман група во вториот круг на експериментот (4:00-00-17:00). Во споредба со првиот круг на експериментот (6:30-17:00 часот), тој се зголеми за 2,5 часа. Времето на берба на двата круга на Пакчои беше 35 дена по садењето. Свежата тежина на поединечното растение CK во двата круга беше слична. Разликата во свежата тежина по растение во третманот LB и MB во споредба со CK во вториот круг на експерименти беше многу поголема од разликата во свежата тежина по растение во споредба со CK во првиот круг на експерименти (Табела 1, Табела 3). Времето на берба на вториот круг на експериментална зелена салата беше 42 дена по садењето, а времето на берба на првиот круг на експерименталната зелена салата беше 46 дена по садењето. Бројот на денови на колонизација кога беше собран вториот круг на експериментална зелена салата CK беше 4 дена помал од оној на првиот круг, но свежата тежина по растение е 1,57 пати поголема од онаа од првиот круг на експерименти (Табела 2 и Табела 4). а слична е и ефикасноста на искористувањето на светлината. Може да се види дека како што температурата постепено се загрева и природната светлина во стаклена градина постепено се зголемува, циклусот на производство на зелена салата се скратува.

Материјали и методи
Двата рунди на тестирање во основа ја опфатија целата зима во Шангај, а контролната група (CK) беше во можност релативно да го врати вистинскиот статус на производство на хидропониско зелено стебленце и зелена салата во стаклена градина при ниски температури и ниска сончева светлина во зима. Експерименталната група за лесен додаток имаше значителен ефект на промоција на најинтуитивниот индекс на податоци (свежа тежина по растение) во двата круга на експерименти. Меѓу нив, ефектот на зголемување на приносот на Пакчои се рефлектираше во големината, бојата и дебелината на листовите во исто време. Но, зелената салата има тенденција да го зголеми бројот на листовите, а обликот на растението изгледа поцелосен. Резултатите од тестот покажуваат дека суплементот со светлина може да ја подобри свежата тежина и квалитетот на производот во садењето на двете категории зеленчук, а со тоа да ја зголеми комерцијалноста на растителните производи. Pakchoi дополнет со Црвено-белите, ниско-сините и црвено-белите, средно-сините LED модули со врвна светлина се потемно зелени и сјаен по изглед од листовите без дополнителна светлина, листовите се поголеми и подебели, а трендот на раст на целиот растителен тип е покомпактен и поенергичен. Сепак, „мозаичната зелена салата“ припаѓа на светло зелен лиснат зеленчук и не постои очигледен процес на промена на бојата во процесот на растење. Промената на бојата на листовите не е очигледна за човечките очи. Соодветниот дел од сината светлина може да го промовира развојот на листовите и синтезата на фотосинтетички пигменти и да го инхибира издолжувањето на меѓујазлите. Затоа, зеленчукот во групата на лесни суплементи е повеќе фаворизиран од потрошувачите во квалитетот на изгледот.

За време на вториот круг од тестот, вкупната дневна кумулативна количина на светлина на дополнителната светлосна група беше многу повисока од DLI за време на истиот број денови на колонизација во текот на првиот круг од експериментот (слика 1-2), и дополнителната светлина времето на вториот круг од групата за дополнителен третман со светлина (4: 00-17: 00), во споредба со првиот круг на експериментот (6:30-17: 00), се зголеми за 2,5 часа. Времето на берба на двата круга на Пакчои беше 35 дена по садењето. Свежата тежина на ЦК во двете рунди беше слична. Разликата во свежата тежина по растение помеѓу третманот LB и MB и CK во вториот круг на експерименти беше многу поголема од разликата во свежата тежина по растение со CK во првиот круг на експерименти (Табела 1 и Табела 3). Затоа, продолжувањето на времето за додаток на светлина може да го поттикне зголемувањето на производството на хидропони Пакчои одгледувани во затворени простории во зима. Времето на берба на вториот круг на експериментална зелена салата беше 42 дена по садењето, а времето на берба на првиот круг на експерименталната зелена салата беше 46 дена по садењето. Кога беше собрана втората рунда експериментална зелена салата, бројот на денови на колонизација на групата ЦК беше 4 дена помал од оној на првиот круг. Сепак, свежата тежина на едно растение беше 1,57 пати поголема од онаа од првиот круг на експерименти (Табела 2 и Табела 4). Слична беше и ефикасноста на искористувањето на светлината. Може да се види дека како што температурата полека се зголемува и природната светлина во стаклена градина постепено се зголемува (слика 1-2), циклусот на производство на зелена салата може соодветно да се скрати. Затоа, додавањето дополнителна лесна опрема во стаклена градина во зима со ниска температура и ниска сончева светлина може ефикасно да ја подобри ефикасноста на производството на зелена салата, а потоа да го зголеми производството. Во првиот круг на експериментот, постројката од менито со листови ја дополни потрошувачката на светлина беше 0,95 kw-h, а во вториот круг на експериментот, постројката од менито со листови ја дополни потрошувачката на светлина беше 1,15 kw-h. Во споредба помеѓу двата круга на експерименти, потрошувачката на светлина од трите третмани на Пакчои, ефикасноста на искористување на енергијата во вториот експеримент беше помала од онаа во првиот експеримент. Ефикасноста на искористување на светлосната енергија на групите за дополнителен третман со светлина CK и LB на зелена салата во вториот експеримент беше малку помала од онаа во првиот експеримент. Се заклучува дека можната причина е тоа што ниската дневна просечна температура во рок од една недела по садењето го прави бавниот период на расад подолг, и иако температурата малку се врати во текот на експериментот, опсегот беше ограничен, а вкупната дневна просечна температура беше сè уште на ниско ниво, што ја ограничи ефикасноста на искористувањето на светлината за време на целокупниот циклус на раст за хидропоника на лиснат зеленчук. (Слика 1).

За време на експериментот, базенот со хранлив раствор не беше опремен со опрема за затоплување, така што коренската средина на хидропонскиот лиснат зеленчук беше секогаш на ниско ниво на температура, а просечната дневна температура беше ограничена, што предизвика зеленчукот да не го искористи целосно. на дневната кумулативна светлина се зголеми со проширување на дополнителната LED светилка. Затоа, при дополнување на светлината во стаклена градина во зима, неопходно е да се земат предвид соодветни мерки за зачувување и загревање на топлината за да се обезбеди ефектот на дополнителна светлина за да се зголеми производството. Затоа, неопходно е да се земат предвид соодветни мерки за зачувување на топлината и зголемување на температурата за да се обезбеди ефект на светлосен додаток и зголемување на приносот во зимската стаклена градина. Употребата на дополнителна ЛЕД светлина до одреден степен ќе ги зголеми трошоците за производство, а самото земјоделско производство не е индустрија со висок принос. Затоа, во врска со тоа како да се оптимизира стратегијата за дополнителна светлина и да се соработува со други мерки во вистинското производство на хидропонски лиснат зеленчук во зимска стаклена градина и како да се користи дополнителната лесна опрема за да се постигне ефикасно производство и да се подобри ефикасноста на искористувањето на лесната енергија и економските придобивки , сè уште има потреба од дополнителни производствени експерименти.

Автори: Јиминг Џи, Канг Лиу, Ксијанпинг Џанг, Хонглеи Мао (Шангај зелена коцка Агрикултурен развој Ко., ООД).
Извор на статијата: Земјоделска инженерска технологија (Greenhouse Horticulture).

Референци:
[1] Jianfeng Dai, Philips хортикултурно LED примена практика во производството на оранжерии [J]. Земјоделска инженерска технологија, 2017 година, 37 (13): 28-32
[2] Ксијаолинг Јанг, Ланфанг Сонг, Женгли Џин и др. Статус на апликација и изгледи за технологија за лесни додатоци за заштитено овошје и зеленчук [J]. Северна хортикултура, 2018 (17): 166-170
[3] Ксијаојинг Лиу, Жиганг Ксу, Ксуелеи Џиао и др. Статус на истражување и примена и развојна стратегија за осветлување на растенијата [J]. Весник за инженерство за осветлување, 013, 24 (4): 1-7
[4] Џинг Кси, Хоу Ченг Лиу, Веи Сонг Ши и др. Примена на извор на светлина и контрола на квалитетот на светлината во производството на стакленички зеленчук [J]. Кинески зеленчук, 2012 (2): 1-7