Teadusuuringud LED-lisavalguse mõju kohta hüdropoonilise salati ja pakchoi saagikust suurendavale mõjule kasvuhoones talvel
[Abstract] Talv Shanghais kohtab sageli madalat temperatuuri ja vähest päikesepaistet ning hüdropooniliste lehtköögiviljade kasv kasvuhoones on aeglane ja tootmistsükkel pikk, mis ei suuda rahuldada turu pakkumise nõudlust.Viimastel aastatel on kasvuhoonekasvatuses ja -tootmises hakatud teatud määral kasutama LED-taimede lisavalgusteid, et korvata puudust, et kasvuhoonesse päevane kogunev valgus ei suuda loomuliku valguse korral katta saagi kasvuvajadusi. ebapiisav.Katses paigaldati kasvuhoonesse kahte tüüpi erineva valguse kvaliteediga LED-lisavalgustit, et viia läbi uuringukatse hüdropoonilise salati ja rohelise varre toodangu suurendamiseks talvel.Tulemused näitasid, et kahte tüüpi LED-tuled võivad märkimisväärselt suurendada pakchoi ja salati taime värske kaalu.Pakchoi saagikust suurendav toime väljendub peamiselt üldise sensoorse kvaliteedi paranemises nagu lehtede suurenemine ja paksenemine ning salati saaki suurendav toime avaldub peamiselt lehtede arvu ja kuivainesisalduse suurenemises.

Valgus on taimede kasvu asendamatu osa.Viimastel aastatel on LED-tulesid laialdaselt kasutatud kasvuhoonekeskkonnas kasvatamisel ja tootmisel tänu nende kõrgele fotoelektrilisele konversioonimäärale, kohandatavale spektrile ja pikale kasutuseale [1].Välisriikides on seotud uuringute varajase alguse ja küpse tugisüsteemi tõttu paljudel suuremahulistel lille-, puu- ja köögiviljatootmisel suhteliselt täielikud kerge toidulisandi strateegiad.Suure hulga tegelike tootmisandmete kogumine võimaldab tootjatel ka selgelt prognoosida toodangu suurendamise mõju.Samal ajal hinnatakse tulu pärast LED-lisavalgustite süsteemi kasutamist [2].Enamik praegustest kodumaistest täiendava valguse uuringutest on aga kallutatud väikesemahulise valguse kvaliteedi ja spektri optimeerimise poole ning puuduvad täiendavad valgusstrateegiad, mida saaks tegelikus tootmises kasutada[3].Paljud kodumaised tootjad hakkavad tootmises lisavalgustustehnoloogia rakendamisel kasutama vahetult olemasolevaid välismaiseid lisavalgustuslahendusi, sõltumata tootmispiirkonna kliimatingimustest, toodetavatest köögiviljaliikidest ning ruumide ja seadmete tingimustest.Lisaks põhjustavad lisavalgustite kõrge hind ja suur energiatarbimine sageli tohutu lõhe tegeliku saagikuse ja majandusliku tulu ning oodatava mõju vahel.Selline praegune olukord ei soosi valguse täiendamise ja tootmise suurendamise tehnoloogia arendamist ja edendamist riigis.Seetõttu on tungiv vajadus mõistlikult viia küpsed LED-lisavalgustid tegelikesse kodumaistesse tootmiskeskkondadesse, optimeerida kasutusstrateegiaid ja koguda asjakohaseid andmeid.

Talv on hooaeg, mil värskete lehtköögiviljade järele on suur nõudlus.Kasvuhooned võivad pakkuda talvel lehtköögiviljade kasvatamiseks sobivamat keskkonda kui välipõllud.Ühes artiklis toodi aga välja, et mõnel vananeval või halvasti puhtal kasvuhoonel on talvel valgusläbivus alla 50%. Lisaks on talvel altid esinema ka pikaajalisi vihmaseid ilmasid, mistõttu on kasvuhoone madalam. temperatuur ja vähese valgusega keskkond, mis mõjutab taimede normaalset kasvu.Valgus on muutunud köögiviljade talvel kasvu piiravaks teguriks [4].Katses kasutatakse reaalsesse tootmisse pandud rohelist kuubikut.Madala vedelikuvooluga lehtköögiviljade istutussüsteem on sobitatud Signify (China) Investment Co., Ltd. kahe erineva sinise valguse suhtega LED-pealse valgusmooduliga.Kahe suurema turunõudlusega lehtköögiviljade salati ja pakchoi istutamise eesmärk on uurida hüdropooniliste lehtköögiviljade tootmise tegelikku kasvu talvises kasvuhoones LED-valgustuse abil.

Materjalid ja meetodid
Katsetamisel kasutatud materjalid

Katses kasutatud katsematerjalideks olid salat ja paksoi köögiviljad.Salatisort Green Leaf Salat pärineb ettevõttelt Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd. ja pakchoi sort Brilliant Green pärineb Shanghai Põllumajandusteaduste Akadeemia Aiandusinstituudist.

Eksperimentaalne meetod

Katse viidi läbi Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. Sunqiao baasi Wenluo tüüpi klaasist kasvuhoones novembrist 2019 kuni veebruarini 2020. Kokku viidi läbi kaks korduskatset.Katse esimene voor oli 2019. aasta lõpus ja teine ​​voor 2020. aasta alguses. Pärast külvi paigutati katsematerjalid istikute kasvatamiseks tehisvalguskliima ruumi ja kasutati tõusuvee kastmist.Seemikute kasvatamise perioodil kasutati kastmiseks hüdropooniliste köögiviljade üldist toitelahust, mille EC oli 1,5 ja pH 5,5.Pärast seda, kui seemikud kasvasid 3 lehe ja 1 südamefaasini, istutati nad rohelise kuubiku raja tüüpi madala vooluga lehtköögiviljade istutuspeenrale.Pärast istutamist kasutas madala vooluga toitelahuse tsirkulatsioonisüsteem igapäevaseks niisutamiseks EC 2 ja pH 6 toitelahust.Kastmissagedus oli 10 min veevarustusega ja 20 min veevarustuse katkestamisel.Kontrollrühm (ilma valguslisandita) ja ravirühm (LED-valguslisand) määrati katses.CK istutati klaaskasvuhoonesse ilma valguslisandita.LB: drw-lb Ho (200 W) kasutati valguse lisamiseks pärast klaaskasvuhoonesse istutamist.Valgusvoo tihedus (PPFD) hüdropoonilise köögiviljakatte pinnal oli umbes 140 μmol/(㎡·S).MB: pärast klaasist kasvuhoonesse istutamist kasutati valguse lisamiseks drw-lb (200 W) ja PPFD oli umbes 140 μmol/(㎡·S).

Esimese ringi katselise istutamise kuupäev on 8. november 2019 ja istutuskuupäev 25. november 2019. Katserühma valguslisandi aeg on 6.30-17.00;teise ringi katseistutuse kuupäev on 30. detsember 2019 päev, istutuskuupäev on 17. jaanuar 2020 ja katserühma täiendusaeg on 4.00-17.00
Talvel päikesepaistelise ilmaga avab kasvuhoone katuseluugi, küljekile ja ventilaatori igapäevaseks ventilatsiooniks kell 6:00-17:00.Kui öine temperatuur on madal, sulgeb kasvuhoone kell 17:00-6:00 (järgmisel päeval) katuseakna, külgrulli kile ja ventilaatori ning avab öise soojuse säilitamiseks kasvuhoones soojusisolatsioonikardina.

Andmete kogumine

Taime kõrgus, lehtede arv ja värske kaal taime kohta saadi pärast Qingjingcai maapealsete osade ja salati koristamist.Pärast värske massi mõõtmist pandi see ahju ja kuivatati 75 ℃ juures 72 tundi.Pärast lõppu määrati kuivkaal.Temperatuuriandur (RS-GZ-N01-2) ja fotosünteetiliselt aktiivse kiirguse andur (GLZ-CG) koguvad kasvuhoone temperatuuri ja fotosünteetiliste fotonivoo tihedust (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) ja registreerivad need iga 5 minuti järel.

Andmete analüüs

Arvutage valguskasutuse efektiivsus (LUE, Light Use Efficiency) järgmise valemi järgi:
LUE (g/mol) = köögiviljade saagikus pindalaühiku kohta/köögiviljade poolt pindalaühiku kohta saadud kumulatiivne valguse kogus istutamisest saagikoristuseni
Kuivainesisaldus arvutatakse järgmise valemi järgi:
Kuivainesisaldus (%) = taime kuivmass / taime värske kaal x 100%
Katse andmete analüüsimiseks ja erinevuse olulisuse analüüsimiseks kasutage Excel2016 ja IBM SPSS Statistics 20.

Materjalid ja meetodid
Valgus ja temperatuur

Esimeses katsevoorus kulus istutamisest saagikoristuseni 46 päeva ja teises voorus istutamisest saagikoristuseni 42 päeva.Esimesel katsevoorul jäi ööpäeva keskmine temperatuur kasvuhoones valdavalt vahemikku 10-18 ℃;Teises katsevoorus oli kasvuhoone ööpäevase keskmise temperatuuri kõikumine tugevam kui esimeses katsevoorus, madalaim ööpäeva keskmine temperatuur oli 8,39 ℃ ja kõrgeim ööpäeva keskmine temperatuur 20,23 ℃.Ööpäeva keskmine temperatuur näitas kasvuprotsessi ajal üldist tõusutrendi (joonis 1).

Katse esimese vooru ajal kõikus päevane valgusintegraal (DLI) kasvuhoones alla 14 mol/(㎡·D).Teises katsevoorus näitas päevane kumulatiivne loomuliku valguse kogus kasvuhoones üldist tõusutrendi, mis oli suurem kui 8 mol/(㎡·D), ja maksimaalne väärtus ilmnes 27. veebruaril 2020, mis oli 26,1 mol. /(㎡·D).Päevase kumulatiivse loomuliku valguse hulga muutus kasvuhoones teise katsevooru ajal oli suurem kui esimese katsevooru ajal (joonis 2).Katse esimese vooru ajal oli täiendava valguse rühma päevane kumulatiivne valguskogus (loomuliku valguse DLI ja led-lisavalguse DLI summa) suurema osa ajast suurem kui 8 mol/(㎡·D).Katse teise vooru ajal oli täiendava valguse rühma päevane kogunenud valguse kogus suurema osa ajast üle 10 mol/(㎡·D).Täiendava valguse koguhulk teises voorus oli 31,75 mol/㎡ rohkem kui esimeses voorus.

Leheköögiviljade saagikus ja valgusenergia kasutamise tõhusus

● Testitulemuste esimene voor
Jooniselt 3 on näha, et LED-lisandiga pakchoi kasvab paremini, taime kuju on kompaktsem ja lehed on suuremad ja paksemad kui täiendamata CK-l.LB ja MB pakchoi lehed on heledamad ja tumedamad rohelised kui CK.Jooniselt 4 on näha, et LED lisavalgustusega salat kasvab paremini kui ilma lisavalgustita CK, lehtede arv on suurem ja taime kuju on täidlasem.

Tabelist 1 on näha, et CK, LB ja MB-ga töödeldud pakchoi taimede kõrguses, lehtede arvus, kuivainesisalduses ja valgusenergia kasutamise efektiivsuses olulist erinevust ei ole, kuid LB ja MB-ga töödeldud pakchoi värske mass on oluliselt kõrgem kui CK;LB ja MB ravimisel ei olnud kahe erineva sinise valguse suhtega LED-kasvuvalgusti vahel taime värske kaalus olulist erinevust.

Tabelist 2 on näha, et LB-ga töötlemisel oli salati taimekõrgus oluliselt kõrgem kui CK-ga töötlemisel, kuid LB-ravi ja MB-ravi vahel olulist erinevust ei olnud.Lehtede arvus oli kolme töötluse vahel olulisi erinevusi ning MB-ga töötlemisel oli lehtede arv suurim, mis oli 27. Suurim oli LB-töötluse taime värske kaal, mis oli 101 g.Samuti oli kahe rühma vahel märkimisväärne erinevus.CK ja LB töötluste vahel kuivainesisalduses olulist erinevust ei olnud.MB sisaldus oli 4,24% kõrgem kui CK ja LB ravis.Valguskasutuse efektiivsuses oli kolme ravi puhul olulisi erinevusi.Suurim valguskasutuse efektiivsus oli LB-ravis, mis oli 13,23 g/mol, ja madalaim CK-ravis, mis oli 10,72 g/mol.

● Testitulemuste teine ​​voor

Tabelist 3 on näha, et MB-ga töödeldud Pakchoi taimekõrgus oli oluliselt kõrgem kui CK oma ning selle ja LB-ga töötlemise vahel ei olnud olulist erinevust.LB ja MB-ga töödeldud Pakchoi lehtede arv oli oluliselt suurem kui CK-ga, kuid kahe täiendava valgusravi rühma vahel ei olnud olulist erinevust.Kolme töötluse vahel esines olulisi erinevusi värske massis taime kohta.Värske kaal taime kohta CK-s oli madalaim 47 g ja MB-ga töötlemine oli kõrgeim 116 g.Kolme töötluse vahel kuivainesisalduses olulist erinevust ei olnud.Valgusenergia kasutamise efektiivsuses on olulisi erinevusi.CK on madal – 8,74 g/mol ja MB-ravi on kõrgeim – 13,64 g/mol.

Tabelist 4 on näha, et kolme töötluse vahel ei olnud salati kõrguses olulist erinevust.Lehtede arv LB ja MB ravis oli oluliselt suurem kui CK puhul.Nende hulgas oli MB lehtede arv suurim – 26. Lehtede arvus LB- ja MB-ravi vahel olulist erinevust ei olnud.Kahe täiendava valgustöötluse rühma värske kaal taime kohta oli oluliselt kõrgem kui CK oma ja värske kaal taime kohta oli kõrgeim MB töötlemisel, mis oli 133 g.LB- ja MB-ravi vahel oli ka olulisi erinevusi.Kolme töötluse puhul esines olulisi erinevusi kuivainesisalduses ning kõige suurem oli LB-töötluse kuivainesisaldus, mis oli 4,05%.MB-ravi valgusenergia kasutamise efektiivsus on oluliselt kõrgem kui CK- ja LB-töötlusel, mis on 12,67 g/mol.

Teise katsevooru ajal oli täiendava valguse rühma kogu DLI palju kõrgem kui DLI sama arvu koloniseerimispäevade ajal esimese katsevooru ajal (joonis 1-2) ja lisavalguse täiendava valguse aeg. ravirühma katse teises voorus (4:00-00-17:00).Võrreldes esimese katsevooruga (6:30-17:00) suurenes see 2,5 tunni võrra.Pakchoi kahe vooru koristusaeg oli 35 päeva pärast istutamist.CK üksiku taime värske kaal kahes voorus oli sarnane.Taime värske massi erinevus LB ja MB töötlemisel võrreldes CK-ga teises katsevoorus oli palju suurem kui erinevus taime värske massis võrreldes CK-ga esimeses katsevoorus (tabel 1, tabel 3).Teise ringi katsesalati koristusaeg oli 42 päeva pärast istutamist ja esimese katsesalati koristusaeg 46 päeva pärast istutamist.Koloniseerimispäevade arv, mil katsesalati CK koristati teise ringi, oli 4 päeva võrra väiksem kui esimeses voorus, kuid taime värske mass on 1,57 korda suurem kui esimeses katsevoorus (tabel 2 ja tabel 4). ja valguse energia kasutamise efektiivsus on sarnane.On näha, et kui temperatuur järk-järgult soojeneb ja loomulik valgus kasvuhoones järk-järgult suureneb, lüheneb salati tootmistsükkel.

Materjalid ja meetodid
Kaks testimisvooru hõlmasid põhimõtteliselt tervet talve Shanghais ning kontrollrühm (CK) suutis suhteliselt taastada hüdropoonilise rohelise varre ja salati tegeliku tootmisstaatuse kasvuhoones madala temperatuuri ja vähese päikesevalguse all talvel.Kerge toidulisandi katserühmal oli kahes katsevoorus oluline edendav mõju kõige intuitiivsemale andmeindeksile (taime värske kaal).Nende hulgas kajastus Pakchoi saagikust suurendav toime samaaegselt lehtede suuruses, värvis ja paksuses.Kuid salat kipub lehtede arvu suurendama ja taime kuju näeb välja täidlasem.Katsetulemused näitavad, et kerge lisamine võib parandada värske kaalu ja toote kvaliteeti kahe köögiviljakategooria istutamisel, suurendades seeläbi köögiviljatoodete kaubanduslikkust.Pakchoi on täiendatud Punase-valge, madala sinise ja punase-valge, kesksinise LED ülavalgustuse moodulid on välimuselt tumedamad rohelised ja läikivad kui ilma lisavalgustuseta lehed, lehed on suuremad ja paksemad ning kasvutrend kogu taimetüüp on kompaktsem ja jõulisem.“Mosaiiksalat” kuulub aga heleroheliste lehtköögiviljade hulka ning kasvuprotsessis ei toimu selget värvimuutuse protsessi.Lehtede värvimuutus pole inimese silmadele ilmne.Sinise valguse sobiv osa võib soodustada lehtede arengut ja fotosünteesi pigmendi sünteesi ning pärssida sõlmedevahelist pikenemist.Seetõttu on kerge toidulisandi rühma köögiviljad tarbijate poolt välimuse kvaliteedi poolest rohkem eelistatud.

Testi teises voorus oli täiendava valguse rühma päevane kumulatiivne valguskogus palju suurem kui DLI sama arvu koloniseerimispäevade ajal katse esimeses voorus (joonis 1-2) ja lisavalgus. Täiendava valgusravi rühma teise ringi aeg (4:00-17:00), võrreldes esimese katsevooruga (6:30-17:00), suurenes see 2,5 tunni võrra.Pakchoi kahe vooru koristusaeg oli 35 päeva pärast istutamist.CK värske kaal kahes voorus oli sarnane.Taime värske massi erinevus LB ja MB töötlemise ja CK vahel teises katsevoorus oli palju suurem kui CK-ga taime värske massi erinevus esimeses katsevoorus (tabel 1 ja tabel 3).Seetõttu võib valguse lisamise aja pikendamine soodustada talvel siseruumides kasvatatava hüdropoonilise Pakchoi tootmise suurenemist.Teise ringi katsesalati koristusaeg oli 42 päeva pärast istutamist ja esimese katsesalati koristusaeg 46 päeva pärast istutamist.Kui katsesalati koristati teise ringi, oli CK rühma koloniseerimispäevade arv 4 päeva võrra väiksem kui esimesel ringil.Ühe taime värske kaal oli aga 1,57 korda suurem kui esimeses katsevoorus (tabel 2 ja tabel 4).Valguse energia kasutamise efektiivsus oli sarnane.On näha, et kui temperatuur aeglaselt tõuseb ja loomulik valgus kasvuhoones järk-järgult suureneb (joonis 1-2), saab salati tootmistsüklit vastavalt lühendada.Seetõttu võib madala temperatuuri ja vähese päikesevalgusega kasvuhoonesse talvel täiendavate valgustusseadmete lisamine tõhusalt parandada salati tootmise efektiivsust ja seejärel suurendada tootmist.Esimeses katsevoorus oli lehtmenüü taime täiendatud valgusenergia tarbimine 0,95 kw-h ja teises katsevoorus lehtmenüü taime täiendatud valgusenergia tarbimine 1,15 kw-h.Võrreldes kahe katsevooru vahel oli Pakchoi kolme ravi valguse tarbimine teise katse energiakasutustõhusus madalam kui esimeses katses.Salati CK ja LB täiendava valgustöötluse rühmade valgusenergia kasutamise efektiivsus teises katses oli veidi madalam kui esimeses katses.Sellest järeldatakse, et võimalik põhjus on see, et nädala jooksul pärast istutamist madal ööpäeva keskmine temperatuur muudab aeglase seemikute kasvuperioodi pikemaks ja kuigi temperatuur katse ajal veidi tõusis, oli vahemik piiratud ja ööpäevane keskmine temperatuur jäi siiski püsima. madalal tasemel, mis piiras valgusenergia kasutamise efektiivsust lehtköögiviljade hüdropoonika üldises kasvutsüklis.(Joonis 1).

Katse ajal ei olnud toitelahuse basseini varustatud soojendamisseadmetega, mistõttu hüdropooniliste lehtköögiviljade juurekeskkond oli alati madalal temperatuuril ja ööpäevane keskmine temperatuur oli piiratud, mistõttu ei saanud köögiviljad täielikult ära kasutada. päevane kumulatiivne valgustus suurenes LED-i lisavalguse laiendamisega.Seetõttu tuleb talvel kasvuhoones valguse lisamisel arvestada sobivate soojuse säilitamise ja kütmise meetmetega, et tagada valguse lisamise mõju toodangu suurendamiseks.Seetõttu on vaja kaaluda sobivaid soojuse säilitamise ja temperatuuri tõstmise meetmeid, et tagada valguse lisamise ja saagikuse suurendamine talvises kasvuhoones.LED-lisavalgustite kasutamine tõstab teatud määral tootmiskulusid ning põllumajanduslik tootmine ise ei ole kõrge tootlikkusega tööstusharu.Seetõttu, kuidas optimeerida lisavalgustuse strateegiat ja teha koostööd muude meetmetega hüdropooniliste lehtköögiviljade tegelikul tootmisel talvises kasvuhoones ning kuidas kasutada lisavalgustusseadmeid tõhusa tootmise saavutamiseks ning valgusenergia kasutamise efektiivsuse ja majandusliku kasu parandamiseks. , vajab see veel täiendavaid tootmiskatseid.

Autorid: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai roheline kuubik Agricultural Development Co., Ltd.).
Artikli allikas: Agricultural Engineering Technology (Greenhouse Horticulture).

Viited:
[1] Jianfeng Dai, Philipsi aianduse LED-i kasutuspraktika kasvuhoonetootmises [J].Põllumajandustehnika, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin jt.Kaitstud puu- ja köögiviljade valguslisanditehnoloogia rakenduse olek ja väljavaade [J].Põhja aiandus, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao jt.Taimevalgustuse uurimis- ja rakendusseisund ja arendusstrateegia [J].Journal of Lighting Engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi jt.Valgusallika ja valguse kvaliteedi kontrolli rakendamine kasvuhooneköögiviljakasvatuses [J].Hiina köögivili, 2012 (2): 1-7