Истражување за ефектот на дополнителната LED светлина врз ефектот на зголемување на приносот на хидропонска зелена салата и пакчои во стаклена градина во зима
[Апстракт] Зимата во Шангај често се соочува со ниски температури и слаба сончева светлина, а растот на хидропонскиот лиснат зеленчук во стаклена градина е бавен, а производствениот циклус е долг, што не може да ја задоволи побарувачката на пазарот. Во последниве години, LED дополнителните светла за растенија почнаа да се користат во одгледувањето и производството во стаклена градина, до одреден степен, за да се надомести недостатокот што дневно акумулираната светлина во стаклена градина не може да ги задоволи потребите за раст на културите кога природната светлина е недоволна. Во експериментот, во стаклена градина беа инсталирани два вида LED дополнителни светла со различен квалитет на светлина за да се спроведе истражувачки експеримент за зголемување на производството на хидропонска зелена салата и зелени стебла во зима. Резултатите покажаа дека двата вида LED светла можат значително да ја зголемат свежата тежина по растение пакчои и зелена салата. Ефектот на зголемување на приносот на пакчои главно се рефлектира во подобрувањето на целокупниот сензорен квалитет, како што се 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 неопходен дел од растот на растенијата. Во последниве години, LED светлата се широко користени во одгледувањето и производството во стаклена градина поради нивната висока стапка на фотоелектрична конверзија, прилагодлив спектар и долг век на траење [1]. Во странски земји, поради раниот почеток на поврзаните истражувања и зрелиот систем за поддршка, многу големи производи на цвеќиња, овошје и зеленчук имаат релативно комплетни стратегии за дополнување на светлината. Акумулацијата на голема количина на податоци за реално производство им овозможува на производителите јасно да го предвидат ефектот од зголемувањето на производството. Во исто време, се оценува приносот по користењето на системот за дополнително LED осветлување [2]. Сепак, поголемиот дел од тековните домашни истражувања за дополнителното светло се пристрасни кон квалитетот на светлината во мал обем и спектралната оптимизација и им недостасуваат стратегии за дополнително светло што можат да се користат во реалното производство [3]. Многу домашни производители директно ќе ги користат постојните странски решенија за дополнително осветлување при примена на технологија за дополнително осветлување во производството, без оглед на климатските услови на производствената област, видовите произведени зеленчуци и условите на објектите и опремата. Покрај тоа, високата цена на дополнителната опрема за осветлување и високата потрошувачка на енергија честопати резултираат со огромен јаз помеѓу реалниот принос на земјоделските култури и економскиот поврат и очекуваниот ефект. Ваквата моментална ситуација не е погодна за развој и промоција на технологијата за дополнителна светлина и зголемување на производството во земјата. Затоа, итна потреба е разумно да се стават зрели LED производи за дополнителна светлина во реални домашни производствени средини, да се оптимизираат стратегиите за употреба и да се акумулираат релевантни податоци.

Зимата е сезона кога свежиот лиснат зеленчук е во голема побарувачка. Оранжериите можат да обезбедат посоодветна средина за раст на лиснат зеленчук во зима отколку земјоделските полиња на отворено. Сепак, во една статија се истакнува дека некои стари или лошо чисти оранжерии имаат пропустливост на светлина помала од 50% во зима. Покрај тоа, долготрајното дождливо време е исто така склоно кон појава во зима, што ја прави оранжеријата во средина со ниска температура и слаба светлина, што влијае на нормалниот раст на растенијата. Светлината стана ограничувачки фактор за растот на зеленчукот во зима [4]. Во експериментот се користи Зелената коцка што е ставена во вистинско производство. Системот за садење лиснат зеленчук со плиток течен проток е усогласен со двата LED модули за горно светло 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 оранжерија.

Материјали и методи
Материјали што се користат за тестирање

Материјалите за тестирање што се користеа во експериментот беа зелена салата и зеленчук пакчои. Сортата зелена салата, Green Leaf Leattuce, доаѓа од Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., а сортата пакчои, Brilliant Green, доаѓа од Институтот за хортикултура при Шангајската академија за земјоделски науки.

Експериментален метод

Експериментот беше спроведен во стаклена стаклена градина од типот Венлуо на базата Сункиао на „Шангај грин куб агрикултурен развој ко., лтд.“ од ноември 2019 до февруари 2020 година. Вкупно беа спроведени два круга повторени експерименти. Првиот круг од експериментот беше кон крајот на 2019 година, а вториот круг беше на почетокот на 2020 година. По сеидбата, експерименталните материјали беа поставени во просторија со вештачка светлосна клима за одгледување садници, а беше користено и наводнување со плима и осека. За време на периодот на одгледување садници, за наводнување беше користен општ хранлив раствор од хидропонски зеленчук со EC од 1,5 и pH од 5,5. Откако садниците пораснаа до 3 листа и 1 срцева фаза, тие беа засадени на леа за садење лиснат зеленчук од типот „зелен куб“ со плиток проток. По садењето, системот за циркулација на хранлив раствор со плиток проток користеше хранлив раствор EC 2 и pH 6 за дневно наводнување. Фреквенцијата на наводнување беше 10 минути со довод на вода и 20 минути со прекинат довод на вода. Во експериментот беа поставени контролната група (без додаток на светлина) и групата за третман (додаток на LED светлина). CK беше засаден во стаклена стаклена градина без додаток на светлина. LB: drw-lb Ho (200W) беше употребен за дополнување на светлината по садењето во стаклена стаклена градина. Густината на светлосниот флукс (PPFD) на површината на хидропониската крошна на зеленчук беше околу 140 μmol/(㎡·S). MB: по садењето во стаклената стаклена градина, drw-lb (200W) беше употребен за дополнување на светлината, а PPFD беше околу 140 μmol/(㎡·S).

Датумот на првата рунда на експериментално садење е 8 ноември 2019 година, а датумот на садење е 25 ноември 2019 година. Времето за светлосно дополнување на тест групата е 6:30-17:00 часот; датумот на втората рунда на експериментално 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.
Во сончево време во зима, стаклена градина ќе го отвори подвижниот покрив, страничната фолија и вентилаторот за дневна вентилација од 6:00 до 17:00 часот. Кога температурата е ниска ноќе, стаклена градина ќе го затвори светларникот, страничната ролна фолија и вентилаторот од 17:00 до 6:00 часот (следниот ден) и ќе ја отвори термоизолациската завеса во стаклена градина за зачувување на ноќната топлина.

Собирање податоци

Висината на растението, бројот на листови и свежата тежина по растение беа добиени по бербата на надземните делови од Ќинѓингкаи и зелена салата. По мерењето на свежата тежина, таа беше ставена во рерна и сушена на 75℃ во тек на 72 часа. По завршувањето, беше одредена сувата тежина. Температурата во стаклена градина и густината на фотосинтетскиот фотонски флукс (PPFD, густина на фотосинтетскиот фотонски флукс) се собираат и снимаат на секои 5 минути со помош на сензорот за температура (RS-GZ-N01-2) и сензорот за фотосинтетски активно 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 ги 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

Првата рунда од експериментот траеше 46 дена од садењето до бербата, а втората рунда траеше 42 дена од садењето до бербата. За време на првата рунда од експериментот, просечната дневна температура во стаклена градина беше претежно во опсег од 10-18 ℃; за време на втората рунда од експериментот, флуктуацијата на просечната дневна температура во стаклена градина беше посилна отколку во текот на првата рунда од експериментот, со најниска просечна дневна температура од 8,39 ℃ и највисока просечна дневна температура од 20,23 ℃. Просечната дневна температура покажа целокупен тренд на зголемување за време на процесот на раст (Сл. 1).

За време на првата рунда од експериментот, дневниот интеграл на светлина (DLI) во стаклена градина флуктуираше помалку од 14 mol/(㎡·D). За време на втората рунда од експериментот, дневната кумулативна количина на природна светлина во стаклена градина покажа целокупен тренд на зголемување, кој беше повисок од 8 mol/(㎡·D), а максималната вредност се појави на 27 февруари 2020 година, што изнесуваше 26,1 mol/(㎡·D). Промената на дневната кумулативна количина на природна светлина во стаклена градина за време на втората рунда од експериментот беше поголема од онаа за време на првата рунда од експериментот (Сл. 2). За време на првата рунда од експериментот, вкупната дневна кумулативна количина на светлина (збирот од природната светлина DLI и дополнителната светлина LED DLI) на групата со дополнителна светлина беше поголема од 8 mol/(㎡·D) поголемиот дел од времето. За време на втората рунда од експериментот, вкупната дневна акумулирана количина на светлина на групата со дополнителна светлина беше повеќе од 10 mol/(㎡·D) поголемиот дел од времето. Вкупната акумулирана количина на дополнителна светлина во втората рунда беше 31,75 mol/㎡ повеќе од онаа во првата рунда.

Принос на лиснат зеленчук и ефикасност на искористување на светлосната енергија

● Резултати од првиот круг на тестирање
Од Сл. 3 може да се види дека пакчои со LED осветлување расте подобро, обликот на растението е покомпактен, а листовите се поголеми и подебели од CK без LED осветлување. Листовите од пакчои LB и MB се посветли и потемно зелени од CK. Од Сл. 4 може да се види дека зелената салата со LED осветлување расте подобро од CK без LED осветлување, бројот на листови 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 листови, содржината на сува материја и ефикасноста на искористување на светлосната енергија кај пакчоите третирани со CK, LB и MB, но свежата тежина на пакчоите третирани со LB и MB е значително поголема од онаа на CK; Немаше значајна разлика во свежата тежина по растение помеѓу двете LED светилки за раст со различен сооднос на сина светлина при третманот на LB и MB.

Од табела 2 може да се види дека висината на растението на зелената салата при третман со LB била значително поголема отколку при третман со CK, но немало значајна разлика помеѓу третманот со LB и третманот со MB. Имало значителни разлики во бројот на листови меѓу трите третмани, а бројот на листови при третман со MB бил највисок, кој изнесувал 27. Свежата тежина по растение при третман со LB била највисока, која изнесувала 101 g. Исто така, имало значајна разлика помеѓу двете групи. Немало значајна разлика во содржината на сува материја помеѓу третманите со CK и LB. Содржината на MB била за 4,24% повисока од третманите со CK и LB. Имало значителни разлики во ефикасноста на користење на светлина меѓу трите третмани. Највисока ефикасност на користење на светлина била при третман со LB, која била 13,23 g/mol, а најниска била при третман со CK, која била 10,72 g/mol.

● Резултати од втор круг на тестирање

Од Табела 3 може да се види дека висината на растението Pakchoi третирано со MB била значително поголема од онаа на CK, и немало значајна разлика помеѓу него и третманот со LB. Бројот на листови од Pakchoi третирани со LB и MB бил значително поголем од оној со CK, но немало значајна разлика помеѓу двете групи на дополнителни лесни третмани. Имало значајни разлики во свежата тежина по растение меѓу трите третмани. Свежата тежина по растение во CK била најниска со 47 g, а третманот со MB бил највисок со 116 g. Немало значајна разлика во содржината на сува материја помеѓу трите третмани. Постојат значајни разлики во ефикасноста на искористување на светлосната енергија. 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 немало значајна разлика во висината на растението кај зелената салата меѓу трите третмани. Бројот на листови во третманите со LB и MB бил значително поголем од оној кај CK. Меѓу нив, бројот на листови од MB бил најголем, 26. Немало значајна разлика во бројот на листови помеѓу третманите со LB и MB. Свежата тежина по растение од двете групи на дополнителни лесни третмани била значително поголема од онаа кај CK, а свежата тежина по растение била највисока во третманот со MB, која изнесувала 133 g. Исто така, постоеле значајни разлики помеѓу третманите со LB и MB. Постоеле значајни разлики во содржината на сува материја меѓу трите третмани, а содржината на сува материја во третманот со LB била највисока, која изнесувала 4,05%. Ефикасноста на искористување на светлосната енергија при третманот со MB е значително поголема од онаа кај третманот со CK и LB, која изнесува 12,67 g/mol.

За време на втората рунда од експериментот, вкупниот DLI на групата со дополнителна светлина беше многу повисок од DLI за време на истиот број денови на колонизација за време на првата рунда од експериментот (Слика 1-2), како и времето на дополнителна светлина на групата со дополнителен третман со светлина во втората рунда од експериментот (4:00-00-17:00). Во споредба со првата рунда од експериментот (6:30-17:00), се зголеми за 2,5 часа. Времето на берба во двете рунди на Pakchoi беше 35 дена по садењето. Свежата тежина на поединечното растение CK во двете рунди беше слична. Разликата во свежата тежина по растение при третманот со LB и MB во споредба со CK во втората рунда од експериментите беше многу поголема од разликата во свежата тежина по растение во споредба со CK во првата рунда од експериментите (Табела 1, Табела 3). Времето на берба во втората рунда на експериментална зелена салата беше 42 дена по садењето, а времето на берба во првата рунда на експериментална зелена салата беше 46 дена по садењето. Бројот на денови на колонизација кога беше собран вториот циклус на експериментална зелена салата CK беше 4 дена помал од оној во првиот циклус, но свежата тежина по растение е 1,57 пати поголема од првата циклус на експерименти (Табела 2 и Табела 4), а ефикасноста на искористување на светлосната енергија е слична. Може да се види дека како што температурата постепено се затоплува и природната светлина во стаклена градина постепено се зголемува, циклусот на производство на зелена салата се скратува.

Материјали и методи
Двата круга на тестирање во основа ја опфатија целата зима во Шангај, а контролната група (CK) беше во можност релативно да го врати вистинскиот производствен статус на хидропонски зелени стебла и зелена салата во стаклена градина при ниска температура и ниска сончева светлина во зима. Експерименталната група со додаток на светлина имаше значаен ефект на промоција врз најинтуитивниот индекс на податоци (свежа тежина по растение) во двата круга на експерименти. Меѓу нив, ефектот на зголемување на приносот на Pakchoi се одрази во големината, бојата и дебелината на листовите во исто време. Но, зелената салата има тенденција да го зголеми бројот на листови, а обликот на растението изгледа пополн. Резултатите од тестот покажуваат дека додатокот на светлина може да ја подобри свежата тежина и квалитетот на производот при садењето на двете категории зеленчук, со што се зголемува комерцијалноста на растителните производи. Pakchoi дополнет со црвено-бели, ниско-сини и црвено-бели, средно-сини LED модули за горно светло се потемно зелени и сјајни по изглед од листовите без дополнителна светлина, листовите се поголеми и подебели, а трендот на раст на целиот тип на растение е покомпактен и енергичен. Сепак, „мозаичната зелена салата“ припаѓа на светлозелениот лиснат зеленчук и нема очигледен процес на промена на бојата во процесот на раст. Промената на бојата на листот не е очигледна за човечкото око. Соодветниот сооднос на сина светлина може да го поттикне развојот на листот и синтезата на фотосинтетски пигменти и да го инхибира издолжувањето на меѓуножните јазли. Затоа, зеленчукот во групата додатоци на светлина е повеќе фаворизиран од потрошувачите поради квалитетот на изгледот.

За време на втората рунда од тестот, вкупната дневна кумулативна количина на светлина на групата со дополнителна светлина беше многу поголема од DLI за време на истиот број денови на колонизација за време на првата рунда од експериментот (Слика 1-2), а времето на дополнителна светлина на втората рунда од групата со дополнителен третман со светлина (4:00-17:00), во споредба со првата рунда од експериментот (6:30-17:00), се зголеми за 2,5 часа. Времето на берба на двете рунди на Pakchoi беше 35 дена по садењето. Свежата тежина на CK во двете рунди беше слична. Разликата во свежата тежина по растение помеѓу третманот со LB и MB и CK во втората рунда од експериментите беше многу поголема од разликата во свежата тежина по растение со CK во првата рунда од експериментите (Табела 1 и Табела 3). Затоа, продолжувањето на времето на додаток на светлина може да го поттикне зголемувањето на производството на хидропонски Pakchoi одгледуван во затворен простор во зима. Времето на берба на втората рунда експериментална зелена салата беше 42 дена по садењето, а времето на берба на првата рунда експериментална зелена салата беше 46 дена по садењето. Кога беше собрана втората рунда експериментална зелена салата, бројот на денови на колонизација на CK групата беше 4 дена помал од оној на првата рунда. Сепак, свежата тежина на едно растение беше 1,57 пати поголема од првата рунда експерименти (Табела 2 и Табела 4). Ефикасноста на искористување на светлосната енергија беше слична. Може да се види дека со бавното зголемување на температурата и постепеното зголемување на природната светлина во стаклена градина (Слика 1-2), циклусот на производство на зелена салата може соодветно да се скрати. Затоа, додавањето дополнителна опрема за осветлување во стаклена градина во зима со ниска температура и мала сончева светлина може ефикасно да ја подобри ефикасноста на производството на зелена салата, а потоа да го зголеми производството. Во првата рунда од експериментот, потрошувачката на енергија од дополнително светло на растението со лисја беше 0,95 kW-h, а во втората рунда од експериментот, потрошувачката на енергија од дополнително светло на растението со лисја беше 1,15 kW-h. Во споредба помеѓу двата круга на експерименти, потрошувачката на светлина на трите третмани со Pakchoi, ефикасноста на искористување на енергијата во вториот експеримент беше помала од онаа во првиот експеримент. Ефикасноста на искористување на светлосната енергија на групите за третман со дополнителна светлина на зелена салата CK и LB во вториот експеримент беше малку пониска од онаа во првиот експеримент. Се заклучува дека можната причина е тоа што ниската просечна дневна температура во рок од една недела по садењето го продолжува периодот на бавно садење, и иако температурата малку се покачи за време на експериментот, опсегот беше ограничен, а вкупната просечна дневна температура сè уште беше на ниско ниво, што ја ограничи ефикасноста на искористување на светлосната енергија 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 кореновата средина на хидропонскиот лиснат зеленчук секогаш беше на ниско ниво на температура, а дневната просечна температура беше ограничена, што предизвика зеленчукот да не може целосно да ја искористи дневната кумулативна светлина зголемена со продолжување на дополнителната LED светлина. Затоа, при дополнување на светлината во стаклена градина во зима, потребно е да се земат предвид соодветни мерки за зачувување на топлината и загревање за да се обезбеди ефектот на дополнителната светлина за зголемување на производството. Затоа, потребно е да се земат предвид соодветни мерки за зачувување на топлината и зголемување на температурата за да се обезбеди ефектот на дополнувањето на светлината и зголемувањето на приносот во зимската стаклена градина. Употребата на дополнителна LED светлина ќе ги зголеми трошоците за производство до одреден степен, 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 самото производство на хидропонски лиснат зеленчук во зимската стаклена градина, и како да се користи дополнителната опрема за осветлување за да се постигне ефикасно производство и да се подобри ефикасноста на користењето на светлината и економските придобивки, сè уште се потребни понатамошни експерименти за производство.

Автори: Јиминг Џи, Канг Лиу, Ксијанпинг Жанг, Хонгли Мао (Шангај зелена коцка Агрикултурен развој Ко., ООД).
Извор на статијата: Технологија за земјоделско инженерство (стакленички хортикултура).

Референци:
[1] Џианфенг Даи, практика на примена на хортикултурни LED светилки од Philips во стаклена градинарско производство [J]. Технологија на земјоделско инженерство, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Ксиаолинг Јанг, Ланфанг Сонг, Женгли Џин и др. Статус на примена и перспектива на технологијата за светлосни додатоци за заштитено овошје и зеленчук [J]. Северна хортикултура, 2018 (17): 166-170
[3] Сјаојинг Лиу, Жиганг Сју, Сјуелеи Џиао и др. Истражување и примена на статус и стратегија за развој на осветлување на постројки [J]. Весник за инженерство на осветлување, 013, 24 (4): 1-7
[4] Џинг Сие, Хоу Ченг Лиу, Веи Сонг Ши и др. Примена на изворот на светлина и контрола на квалитетот на светлината во производството на зеленчук во стаклена градина [J]. Кинески зеленчук, 2012 (2): 1-7