Forskning på effekten av LED-tilleggslys på den utbytteøkende effekten av hydroponisk salat og Pakchoi i drivhus om vinteren
[Abstrakt] Vinteren i Shanghai møter ofte lav temperatur og lavt solskinn, og veksten av hydroponiske bladgrønnsaker i drivhuset er langsom og produksjonssyklusen er lang, noe som ikke kan møte etterspørselen i markedet. De siste årene har LED-plantetilskuddslys begynt å bli brukt i drivhusdyrking og produksjon, til en viss grad, for å kompensere for mangelen at det daglige akkumulerte lyset i drivhuset ikke kan møte behovene til avlingsvekst når det naturlige lyset er utilstrekkelig. I eksperimentet ble det installert to typer LED-tilleggslys med forskjellig lyskvalitet i drivhuset for å utføre leteeksperimentet med å øke produksjonen av hydroponisk salat og grønn stilk om vinteren. Resultatene viste at de to typene LED-lys kan øke ferskvekten per plante av pakchoi og salat betydelig. Den avlingsøkende effekten av pakchoi gjenspeiles hovedsakelig i forbedring av den generelle sensoriske kvaliteten som bladforstørrelse og fortykning, og den avlingsøkende effekten av salat gjenspeiles hovedsakelig i økning av antall blader og tørrstoffinnhold.

Lys er en uunnværlig del av planteveksten. De siste årene har LED-lys blitt mye brukt i dyrking og produksjon i et drivhusmiljø på grunn av deres høye fotoelektriske konverteringsfrekvens, tilpassbare spektrum og lange levetid [1]. I fremmede land, på grunn av den tidlige starten av relatert forskning og det modne støttesystemet, har mange storskala blomster-, frukt- og grønnsaksproduksjoner relativt komplette strategier for lystilskudd. Akkumuleringen av en stor mengde faktiske produksjonsdata lar også produsentene tydelig forutsi effekten av å øke produksjonen. Samtidig evalueres avkastningen etter bruk av LED-supplementlyssystemet [2]. Imidlertid er mesteparten av den nåværende innenlandske forskningen på supplerende lys partisk mot småskala lyskvalitet og spektral optimalisering, og mangler supplerende lysstrategier som kan brukes i faktisk produksjon [3]. Mange innenlandske produsenter vil direkte bruke eksisterende utenlandske supplerende belysningsløsninger når de bruker supplerende belysningsteknologi til produksjon, uavhengig av de klimatiske forholdene i produksjonsområdet, hvilke typer grønnsaker som produseres og forholdene til anlegg og utstyr. I tillegg resulterer de høye kostnadene for ekstra lysutstyr og høyt energiforbruk ofte i et stort gap mellom faktisk avling og økonomisk avkastning og forventet effekt. En slik nåværende situasjon bidrar ikke til utvikling og promotering av teknologien for å supplere lys og øke produksjonen i landet. Derfor er det et presserende behov for rimelig å sette modne LED-tilleggslysprodukter inn i faktiske innenlandske produksjonsmiljøer, optimalisere bruksstrategier og akkumulere relevante data.

Vinteren er årstiden da ferske bladgrønnsaker er etterspurt. Drivhus kan gi et mer egnet miljø for vekst av bladgrønnsaker om vinteren enn utendørs jordbruksfelt. En artikkel påpekte imidlertid at enkelte aldrende eller dårlig rene drivhus har en lysgjennomgang på mindre enn 50 % om vinteren. I tillegg er langvarig regnvær også utsatt for å oppstå om vinteren, noe som gjør at drivhuset i et lav- temperatur og lite lysmiljø, noe som påvirker den normale veksten av planter. Lys har blitt en begrensende faktor for vekst av grønnsaker om vinteren [4]. Den grønne kuben som er satt i faktisk produksjon brukes i forsøket. Det grunne flytende plantesystemet for bladgrønnsaker matches med Signify (China) Investment Co., Ltd. sine to LED-toplysmoduler med forskjellige blått lysforhold. Planting av salat og pakchoi, som er to bladgrønnsaker med større markedsetterspørsel, har som mål å studere den faktiske økningen i produksjonen av hydroponiske bladgrønnsaker ved LED-belysning i vinterdrivhuset.

Materialer og metoder
Materialer brukt til test

Testmaterialene som ble brukt i forsøket var salat og packchoi-grønnsaker. Salatsorten, Green Leaf Lettuce, kommer fra Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., og pakchoi-sorten, Brilliant Green, kommer fra Horticulture Institute of Shanghai Academy of Agricultural Sciences.

Eksperimentell metode

Eksperimentet ble utført i glassdrivhuset av Wenluo-typen til Sunqiao-basen til Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. fra november 2019 til februar 2020. Totalt ble det utført to runder med gjentatte eksperimenter. Første runde av forsøket var i slutten av 2019, og andre runde var i begynnelsen av 2020. Etter såing ble forsøksmaterialene plassert i det kunstige lyse klimarommet for frøplanteoppdrett, og tidevannsvanning ble tatt i bruk. Under frøplantedyrkingsperioden ble den generelle næringsløsningen av hydroponiske grønnsaker med EC på 1,5 og pH på 5,5 brukt til vanning. Etter at frøplantene vokste til 3 blader og 1 hjertestadium, ble de plantet på det grønne terningsporet med grunt flytende bladgrønnsaksplantebed. Etter planting brukte sirkulasjonssystemet med grunn strømning EC 2 og pH 6 næringsløsning for daglig vanning. Vanningsfrekvensen var 10 min med vanntilførsel og 20 min med stanset vanntilførsel. Kontrollgruppen (ingen lystilskudd) og behandlingsgruppen (LED lystilskudd) ble satt i forsøket. CK ble plantet i glassdrivhus uten lystilskudd. LB: drw-lb Ho (200W) ble brukt til å supplere lys etter planting i glassdrivhus. Lysflukstettheten (PPFD) på overflaten av hydroponisk grønnsakstak var omtrent 140 μmol/(㎡·S). MB: etter planting i drivhuset i glass ble drw-lb (200W) brukt for å supplere lyset, og PPFD var omtrent 140 μmol/(㎡·S).

Første runde med eksperimentell plantedato er 8. november 2019, og plantedato er 25. november 2019. Testgruppens lystilskuddstid er 6:30-17:00; den andre runden med eksperimentell plantedato er 30. desember 2019-dagen, plantedatoen er 17. januar 2020, og tilskuddstiden for forsøksgruppen er 04.00-17.00
I solskinnsværet om vinteren vil drivhuset åpne soltak, sidefilm og vifte for daglig ventilasjon fra 6:00-17:00. Når temperaturen er lav om natten, vil drivhuset stenge takvindu, siderullfilm og vifte kl 17:00-6:00 (dagen etter), og åpne varmeisolasjonsgardinen i drivhuset for nattvarmekonservering.

Datainnsamling

Plantehøyden, antall blader og frisk vekt per plante ble oppnådd etter høsting av de overjordiske delene av Qingjingcai og salat. Etter å ha målt ferskvekten ble den plassert i en ovn og tørket ved 75 ℃ i 72 timer. Etter endt ble tørrvekten bestemt. Temperaturen i drivhuset og Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) samles inn og registreres hvert 5. minutt av temperatursensoren (RS-GZ-N01-2) og den fotosyntetisk aktive strålingssensoren (GLZ-CG).

Dataanalyse

Beregn lysbrukseffektiviteten (LUE, Light Use Efficiency) i henhold til følgende formel:
LUE (g/mol) = grønnsaksutbytte per arealenhet/den totale kumulative mengden lys oppnådd av grønnsaker per arealenhet fra planting til høsting
Beregn tørrstoffinnholdet i henhold til følgende formel:
Tørrstoffinnhold (%) = tørrvekt per plante/ferskvekt per plante x 100 %
Bruk Excel2016 og IBM SPSS Statistics 20 for å analysere dataene i eksperimentet og analysere betydningen av forskjellen.

Materialer og metoder
Lys og temperatur

Den første forsøksrunden tok 46 dager fra planting til høsting, og andre runde tok 42 dager fra planting til høsting. I løpet av den første runden med eksperimentet var den daglige gjennomsnittstemperaturen i drivhuset stort sett i området 10-18 ℃; i løpet av den andre forsøksrunden var svingningene i den daglige gjennomsnittstemperaturen i drivhuset mer alvorlig enn i den første runden av eksperimentet, med den laveste daglige gjennomsnittstemperaturen på 8,39 ℃ og den høyeste daglige gjennomsnittstemperaturen på 20,23 ℃. Dagsmiddeltemperaturen viste en samlet stigende trend under vekstprosessen (fig. 1).

I løpet av den første runden av eksperimentet svingte det daglige lysintegralet (DLI) i drivhuset mindre enn 14 mol/(㎡·D). I løpet av den andre forsøksrunden viste den daglige kumulative mengden naturlig lys i drivhuset en generell oppadgående trend, som var høyere enn 8 mol/(㎡·D), og maksimumsverdien dukket opp 27. februar 2020, som var 26,1 mol /(㎡·D). Endringen av den daglige kumulative mengden naturlig lys i drivhuset under andre forsøksrunde var større enn under den første forsøksrunden (fig. 2). I løpet av den første runden med eksperimentet var den totale daglige kumulative lysmengden (summen av naturlig lys DLI og led supplerende lys DLI) for den supplerende lysgruppen høyere enn 8 mol/(㎡·D) mesteparten av tiden. I løpet av den andre runden av eksperimentet var den totale daglige akkumulerte lysmengden av den supplerende lysgruppen mer enn 10 mol/(㎡·D) mesteparten av tiden. Den totale akkumulerte mengden ekstra lys i andre runde var 31,75 mol/㎡ mer enn i første runde.

Bladgrønnsaksutbytte og lett energiutnyttelseseffektivitet

●Første runde med testresultater
Det kan ses av fig. 3 at den LED-supplerte pakchoien vokser bedre, planteformen er mer kompakt, og bladene er større og tykkere enn den ikke-supplerte CK. LB- og MB-pakchoi-bladene er lysere og mørkere grønne enn CK. Det kan ses av fig. 4 at salaten med LED tilskuddslys vokser bedre enn CK uten tilskuddslys, antall blader er høyere, og planteformen er fyldigere.

Det kan ses av tabell 1 at det ikke er noen signifikant forskjell i plantehøyde, bladantall, tørrstoffinnhold og lysenergiutnyttelseseffektivitet for pakchoi behandlet med CK, LB og MB, men ferskvekten av pakchoi behandlet med LB og MB er betydelig høyere enn for CK; Det var ingen signifikant forskjell i ferskvekt per plante mellom de to LED-vekstlysene med forskjellige blålysforhold i behandlingen av LB og MB.

Det kan ses av tabell 2 at plantehøyden på salat i LB-behandling var signifikant høyere enn ved CK-behandling, men det var ingen signifikant forskjell mellom LB-behandling og MB-behandling. Det var signifikante forskjeller i antall blader mellom de tre behandlingene, og antall blader i MB-behandling var høyest, som var 27. Ferskvekten per plante av LB-behandling var høyest, som var 101g. Det var også signifikant forskjell mellom de to gruppene. Det var ingen signifikant forskjell i tørrstoffinnhold mellom CK- og LB-behandlinger. Innholdet av MB var 4,24 % høyere enn CK- og LB-behandlinger. Det var signifikante forskjeller i lysbrukseffektiviteten mellom de tre behandlingene. Den høyeste lysbrukseffektiviteten var i LB-behandling, som var 13,23 g/mol, og den laveste var i CK-behandling, som var 10,72 g/mol.

●Andre runde med testresultater

Det kan ses av tabell 3 at plantehøyden til Pakchoi behandlet med MB var signifikant høyere enn for CK, og det var ingen signifikant forskjell mellom den og LB-behandling. Antall blader av Pakchoi behandlet med LB og MB var signifikant høyere enn det med CK, men det var ingen signifikant forskjell mellom de to gruppene av supplerende lysbehandlinger. Det var signifikante forskjeller i ferskvekt per plante blant de tre behandlingene. Ferskvekten per plante i CK var lavest ved 47 g, og MB-behandlingen var høyest med 116 g. Det var ingen signifikant forskjell i tørrstoffinnholdet mellom de tre behandlingene. Det er betydelige forskjeller i lysenergiutnyttelseseffektiviteten. CK er lav ved 8,74 g/mol, og MB-behandling er høyest ved 13,64 g/mol.

Det kan ses av tabell 4 at det ikke var noen signifikant forskjell i plantehøyde på salat blant de tre behandlingene. Antall blader i LB- og MB-behandlinger var signifikant høyere enn i CK. Blant dem var antallet MB-blader høyest med 26. Det var ingen signifikant forskjell i antall blader mellom LB- og MB-behandlinger. Ferskvekten per plante av de to gruppene av supplerende lysbehandlinger var signifikant høyere enn for CK, og ferskvekten per plante var høyest i MB-behandling, som var 133g. Det var også signifikante forskjeller mellom LB- og MB-behandlinger. Det var signifikante forskjeller i tørrstoffinnholdet mellom de tre behandlingene, og tørrstoffinnholdet i LB-behandlingen var høyest, som var 4,05 %. Lysenergiutnyttelseseffektiviteten til MB-behandling er betydelig høyere enn for CK- og LB-behandling, som er 12,67 g/mol.

I løpet av den andre eksperimentetsrunden var den totale DLI for den supplerende lysgruppen mye høyere enn DLI i løpet av det samme antall koloniseringsdager under den første runden av eksperimentet (Figur 1-2), og den supplerende lystiden til det supplerende lyset behandlingsgruppe i andre forsøksrunde (4:00-00- 17:00). Sammenlignet med den første forsøksrunden (6:30-17:00), økte den med 2,5 timer. Høstetiden for de to rundene med Pakchoi var 35 dager etter planting. Den ferske vekten av CK enkeltplante i de to omgangene var lik. Forskjellen i ferskvekt per plante i LB- og MB-behandling sammenlignet med CK i andre forsøksrunde var mye større enn forskjellen i ferskvekt per plante sammenlignet med CK i første forsøksrunde (tabell 1, tabell 3). Høstetiden for andre runde med forsøkssalat var 42 dager etter planting, og høstetiden for første runde med forsøkssalat var 46 dager etter planting. Antall koloniseringsdager da den andre runden med eksperimentell salat CK ble høstet var 4 dager mindre enn den første runden, men ferskvekten per plante er 1,57 ganger den for den første runden med eksperimenter (tabell 2 og tabell 4). og lysenergiutnyttelseseffektiviteten er lik. Man kan se at når temperaturen gradvis varmes opp og det naturlige lyset i drivhuset gradvis øker, forkortes produksjonssyklusen til salat.

Materialer og metoder
De to testrundene dekket stort sett hele vinteren i Shanghai, og kontrollgruppen (CK) var i stand til å relativt gjenopprette den faktiske produksjonsstatusen til hydroponisk grønnstilk og salat i drivhuset under lav temperatur og lite sollys om vinteren. Eksperimentgruppen for lystilskudd hadde en betydelig promoteringseffekt på den mest intuitive dataindeksen (ferskvekt per plante) i de to forsøksrundene. Blant dem ble avkastningsøkningen til Pakchoi reflektert i størrelsen, fargen og tykkelsen på bladene på samme tid. Men salat har en tendens til å øke antall blader, og planteformen ser fyldigere ut. Testresultatene viser at lett tilskudd kan forbedre ferskvekten og produktkvaliteten i plantingen av de to grønnsakskategoriene, og dermed øke kommersialiteten til vegetabilske produkter. Pakchoi supplert med De rød-hvite, lav-blå og rød-hvite, mellomblå LED-toplysmodulene er mørkere grønne og skinnende i utseende enn bladene uten tilleggslys, bladene er større og tykkere, og veksttrenden på hele plantetypen er mer kompakt og kraftig. Imidlertid tilhører "mosaikksalat" lysegrønne bladgrønnsaker, og det er ingen åpenbar fargeendringsprosess i vekstprosessen. Endringen av bladfarge er ikke åpenbar for menneskelige øyne. Den passende andelen av blått lys kan fremme bladutvikling og fotosyntetisk pigmentsyntese, og hemme internodeforlengelse. Derfor er grønnsakene i lystilskuddsgruppen mer foretrukket av forbrukerne i utseendekvalitet.

Under den andre runden av testen var den totale daglige kumulative lysmengden for den supplerende lysgruppen mye høyere enn DLI under det samme antall koloniseringsdager under den første runden av eksperimentet (Figur 1-2), og det supplerende lyset tidspunktet for andre runde av den supplerende lysbehandlingsgruppen (4: 00-17: 00), sammenlignet med den første runden av eksperimentet (6:30-17: 00), økte den med 2,5 timer. Høstetiden for de to rundene med Pakchoi var 35 dager etter planting. Friskvekten til CK i de to rundene var lik. Forskjellen i ferskvekt per plante mellom LB- og MB-behandling og CK i andre forsøksrunde var mye større enn forskjellen i ferskvekt per plante med CK i første forsøksrunde (tabell 1 og tabell 3). Derfor kan utvidelse av lystilskuddstiden fremme økningen i produksjonen av hydroponisk Pakchoi dyrket innendørs om vinteren. Høstetiden for andre runde med forsøkssalat var 42 dager etter planting, og høstetiden for første runde med forsøkssalat var 46 dager etter planting. Da den andre runden med eksperimentell salat ble høstet, var antall koloniseringsdager for CK-gruppen 4 dager mindre enn for den første runden. Imidlertid var ferskvekten til en enkelt plante 1,57 ganger den i den første runden med eksperimenter (tabell 2 og tabell 4). Effektiviteten av lysenergiutnyttelsen var lik. Man kan se at når temperaturen sakte stiger og det naturlige lyset i drivhuset gradvis øker (Figur 1-2), kan produksjonssyklusen til salat forkortes tilsvarende. Derfor kan å legge til ekstra lysutstyr til drivhuset om vinteren med lav temperatur og lavt sollys effektivt forbedre produksjonseffektiviteten til salat, og deretter øke produksjonen. I første forsøksrunde var bladmenyanlegget supplert lysstrømforbruk 0,95 kw-h, og i andre forsøksrunde var bladmenyanlegget supplert lysstrømforbruk 1,15 kw-h. Sammenlignet mellom de to forsøksrundene, lysforbruket til de tre behandlingene av Pakchoi, var energiutnyttelseseffektiviteten i det andre eksperimentet lavere enn i det første eksperimentet. Effektiviteten av lysenergiutnyttelsen til salat CK og LB supplerende lysbehandlingsgruppene i det andre forsøket var litt lavere enn i det første forsøket. Det utledes at den mulige årsaken er at den lave daglige gjennomsnittstemperaturen i løpet av en uke etter planting gjør den langsomme frøplanteperioden lengre, og selv om temperaturen gikk litt tilbake under forsøket, var intervallet begrenset, og den generelle daglige gjennomsnittstemperaturen var fortsatt på et lavt nivå, noe som begrenset effektiviteten av lysenergiutnyttelsen under den totale vekstsyklusen for hydroponics av ​​bladgrønnsaker. (Figur 1).

Under forsøket ble ikke næringsoppløsningsbassenget utstyrt med oppvarmingsutstyr, slik at rotmiljøet til hydroponiske bladgrønnsaker alltid var på et lavt temperaturnivå, og den daglige gjennomsnittstemperaturen var begrenset, noe som førte til at grønnsakene ikke ble utnyttet fullt ut. av det daglige kumulative lyset økt ved å utvide LED-tilleggslyset. Ved tilskudd av lys i drivhuset om vinteren er det derfor nødvendig å vurdere hensiktsmessige varmekonserverings- og oppvarmingstiltak for å sikre effekten av å supplere lys for å øke produksjonen. Derfor er det nødvendig å vurdere hensiktsmessige tiltak for varmekonservering og temperaturøkning for å sikre effekten av lystilskudd og avlingsøkning i vinterdrivhus. Bruk av LED-tilleggslys vil øke produksjonskostnadene til en viss grad, og landbruksproduksjon i seg selv er ikke en høyytelsesnæring. Derfor om hvordan man kan optimalisere den supplerende lysstrategien og samarbeide med andre tiltak i selve produksjonen av hydroponiske bladgrønnsaker i vinterdrivhus, og hvordan man kan bruke det supplerende lysutstyret for å oppnå effektiv produksjon og forbedre effektiviteten av lysenergiutnyttelsen og økonomiske fordeler , trenger den fortsatt ytterligere produksjonseksperimenter.

Forfattere: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Artikkelkilde: Agricultural Engineering Technology (Greenhouse Horticulture).

Referanser:
[1] Jianfeng Dai, Philips hagebruks LED-applikasjonspraksis i drivhusproduksjon [J]. Landbruksteknisk teknologi, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Søknadsstatus og prospekt for lystilskuddsteknologi for beskyttet frukt og grønnsaker [J]. Nordlig hagebruk, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Forsknings- og bruksstatus og utviklingsstrategi for plantebelysning [J]. Tidsskrift for lysteknikk, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Anvendelse av lyskilde og lyskvalitetskontroll i drivhusproduksjon av grønnsaker [J]. Kinesisk grønnsak, 2012 (2): 1-7