Forskning om effekten av LED-tilläggsljus på den skördeökande effekten av hydroponisk sallad och Pakchoi i växthus på vintern
[Abstrakt] Vintern i Shanghai möter ofta låg temperatur och lågt solsken, och tillväxten av hydroponiska bladgrönsaker i växthuset är långsam och produktionscykeln är lång, vilket inte kan möta efterfrågan på marknadens utbud. Under de senaste åren har LED-växttillskottslampor börjat användas i växthusodling och produktion, i viss utsträckning, för att kompensera för defekten att det dagliga ackumulerade ljuset i växthuset inte kan möta behoven av växtodling när det naturliga ljuset är otillräcklig. I experimentet installerades två sorters LED-tilläggslampor med olika ljuskvalitet i växthuset för att genomföra prospekteringsexperimentet att öka produktionen av hydroponisk sallad och grönstam på vintern. Resultaten visade att de två typerna av LED-lampor avsevärt kan öka färskvikten per planta av pakchoi och sallad. Den skördehöjande effekten av pakchoi återspeglas främst i förbättringen av den övergripande sensoriska kvaliteten såsom bladförstoring och förtjockning, och den skördehöjande effekten av sallad återspeglas främst i ökningen av antalet löv och torrsubstanshalten.

Ljus är en oumbärlig del av växternas tillväxt. Under de senaste åren har LED-lampor använts i stor utsträckning i odling och produktion i en växthusmiljö på grund av deras höga fotoelektriska omvandlingshastighet, anpassningsbara spektrum och långa livslängd [1]. I främmande länder, på grund av den tidiga starten av relaterad forskning och det mogna stödsystemet, har många storskaliga blom-, frukt- och grönsaksproduktioner relativt kompletta strategier för ljustillskott. Ackumuleringen av en stor mängd faktiska produktionsdata gör det också möjligt för producenterna att tydligt förutsäga effekten av att öka produktionen. Samtidigt utvärderas avkastningen efter användning av LED-tilläggsljussystemet [2]. Det mesta av den nuvarande inhemska forskningen om kompletterande ljus är dock inriktad på småskalig ljuskvalitet och spektral optimering, och saknar kompletterande ljusstrategier som kan användas i faktisk produktion[3]. Många inhemska producenter kommer direkt att använda befintliga utländska kompletterande belysningslösningar när de tillämpar kompletterande belysningsteknik i produktionen, oavsett produktionsområdets klimatförhållanden, de grönsakstyper som produceras och förhållandena för anläggningar och utrustning. De höga kostnaderna för extra lättutrustning och hög energiförbrukning resulterar dessutom ofta i ett stort gap mellan den faktiska skörden och den ekonomiska avkastningen och den förväntade effekten. En sådan nuvarande situation är inte gynnsam för utveckling och främjande av tekniken för att komplettera ljus och öka produktionen i landet. Därför är det ett brådskande behov att på ett rimligt sätt sätta mogna LED kompletterande ljusprodukter i faktiska inhemska produktionsmiljöer, optimera användningsstrategier och ackumulera relevant data.

Vintern är säsongen då färska bladgrönsaker är mycket efterfrågade. Växthus kan ge en mer lämplig miljö för tillväxt av bladgrönsaker på vintern än utomhusjordbruk. En artikel påpekade dock att vissa åldrande eller dåligt rena växthus har en ljusgenomsläpplighet på mindre än 50% på vintern.. Dessutom är långvarigt regnigt väder också benäget att uppstå på vintern, vilket gör att växthuset i en låg- temperatur och miljö med svagt ljus, vilket påverkar växternas normala tillväxt. Ljus har blivit en begränsande faktor för tillväxten av grönsaker på vintern [4]. Den gröna kuben som har satts i faktisk produktion används i experimentet. Det grunda vätskeflödet för planteringssystemet för bladgrönsaker matchas med Signify (China) Investment Co., Ltd:s två LED-topljusmoduler med olika blått ljusförhållanden. Att plantera sallad och pakchoi, som är två bladgrönsaker med större efterfrågan på marknaden, syftar till att studera den faktiska ökningen av produktionen av hydroponiska bladgrönsaker genom LED-belysning i vinterväxthuset.

Material och metoder
Material som används för test

Testmaterialen som användes i experimentet var sallad och packchoi-grönsaker. Salladssort, Green Leaf Lettuce, kommer från Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., och pakchoi-sorten, Brilliant Green, kommer från Horticulture Institute of Shanghai Academy of Agricultural Sciences.

Experimentell metod

Experimentet genomfördes i glasväxthuset av Wenluo-typ i Sunqiao-basen i Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd. från november 2019 till februari 2020. Totalt genomfördes två omgångar med upprepade experiment. Första omgången av försöket var i slutet av 2019 och andra omgången var i början av 2020. Efter sådd placerades försöksmaterialen i det konstgjorda ljusa klimatrummet för plantuppfödning och tidvattenbevattningen användes. Under plantornas odlingsperiod användes den allmänna näringslösningen av hydroponiska grönsaker med EC på 1,5 och pH på 5,5 för bevattning. Efter att plantorna växt till 3 löv och 1 hjärtstadium, planterades de på den gröna kubbanan med grunt flöde av bladgrönsaksplanteringsbädd. Efter plantering använde cirkulationssystemet för grunt flöde av näringslösningar EC 2 och pH 6 näringslösning för daglig bevattning. Bevattningsfrekvensen var 10 min med vattentillförsel och 20 min med stoppad vattentillförsel. Kontrollgruppen (inget ljustillskott) och behandlingsgruppen (LED-ljustillägg) sattes i experimentet. CK planterades i glasväxthus utan ljustillskott. LB: drw-lb Ho (200W) användes för att komplettera ljus efter plantering i glasväxthus. Ljusflödestätheten (PPFD) på ytan av hydroponiskt grönsakstak var cirka 140 μmol/(㎡·S). MB: efter plantering i glasväxthuset användes drw-lb (200W) för att komplettera ljuset, och PPFD var cirka 140 μmol/(㎡·S).

Första omgången av experimentplanteringsdatum är 8 november 2019 och planteringsdatum 25 november 2019. Testgruppens ljustillskottstid är 6:30-17:00; den andra omgången av experimentell planteringsdatum är den 30 december 2019, planteringsdatumet är den 17 januari 2020 och tilläggstiden för experimentgruppen är 4:00-17:00
I det soliga vädret på vintern kommer växthuset att öppna taklucka, sidofilm och fläkt för daglig ventilation från 6:00-17:00. När temperaturen är låg på natten kommer växthuset att stänga takfönster, sidorullfilm och fläkt kl. 17:00-6:00 (nästa dag), och öppna värmeisoleringsridån i växthuset för nattvärmebevarande.

Datainsamling

Växtens höjd, antal blad och färskvikt per planta erhölls efter skörd av de ovanjordiska delarna av Qingjingcai och sallad. Efter att ha mätt färskvikten placerades den i en ugn och torkades vid 75 ℃ i 72 timmar. Efter slutet bestämdes torrvikten. Temperaturen i växthuset och Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) samlas in och registreras var 5:e minut av temperatursensorn (RS-GZ-N01-2) och den fotosyntetiskt aktiva strålningssensorn (GLZ-CG).

Dataanalys

Beräkna ljusanvändningseffektiviteten (LUE, Light Use Efficiency) enligt följande formel:
LUE (g/mol) = grönsaksutbyte per ytenhet/den totala kumulativa mängden ljus som erhålls av grönsaker per ytenhet från plantering till skörd
Beräkna torrsubstanshalten enligt följande formel:
Torrsubstanshalt (%) = torrvikt per planta/färsk vikt per planta x 100%
Använd Excel2016 och IBM SPSS Statistics 20 för att analysera data i experimentet och analysera betydelsen av skillnaden.

Material och metoder
Ljus och temperatur

Den första omgången av experiment tog 46 dagar från plantering till skörd, och den andra omgången tog 42 dagar från plantering till skörd. Under den första omgången av experimentet var den dagliga medeltemperaturen i växthuset mestadels i intervallet 10-18 ℃; under den andra omgången av experimentet var fluktuationen av den dagliga medeltemperaturen i växthuset allvarligare än den under den första omgången av experimentet, med den lägsta dagliga medeltemperaturen på 8,39 ℃ och den högsta dagliga medeltemperaturen på 20,23 ℃. Dygnsmedeltemperaturen visade en övergripande uppåtgående trend under tillväxtprocessen (Fig. 1).

Under den första omgången av experimentet fluktuerade den dagliga ljusintegralen (DLI) i växthus mindre än 14 mol/(㎡·D). Under den andra experimentomgången visade den dagliga kumulativa mängden naturligt ljus i växthus en övergripande uppåtgående trend, som var högre än 8 mol/(㎡·D), och det maximala värdet dök upp den 27 februari 2020, vilket var 26,1 mol /(㎡·D). Förändringen av den dagliga kumulativa mängden naturligt ljus i växthuset under den andra omgången av experimentet var större än den under den första omgången av experimentet (Fig. 2). Under den första experimentomgången var den totala dagliga kumulativa ljusmängden (summan av naturligt ljus DLI och led kompletterande ljus DLI) för den kompletterande ljusgruppen högre än 8 mol/(㎡·D) för det mesta. Under den andra omgången av experimentet var den totala dagliga ackumulerade ljusmängden för den kompletterande ljusgruppen mer än 10 mol/(㎡·D) för det mesta. Den totala ackumulerade mängden extra ljus i den andra omgången var 31,75 mol/㎡ mer än den i den första omgången.

Bladgrönsaksutbyte och lätt energianvändningseffektivitet

●Första omgången av testresultat
Det kan ses av fig. 3 att den LED-kompletterade pakchoi växer bättre, växtformen är mer kompakt och bladen är större och tjockare än den icke-tillsatta CK. LB och MB pakchoi bladen är ljusare och mörkare gröna än CK. Det framgår av fig. 4 att sallad med LED-tillskottsljus växer bättre än CK utan tillskottsljus, antalet blad är högre och växtformen fylligare.

Av tabell 1 framgår att det inte finns någon signifikant skillnad i växthöjd, bladantal, torrsubstanshalt och lättenergiutnyttjandeeffektivitet för pakchoi behandlad med CK, LB och MB, men färskvikten för pakchoi behandlad med LB och MB är betydligt högre än den för CK; Det fanns ingen signifikant skillnad i färskvikt per planta mellan de två LED-odlingslamporna med olika blåljusförhållanden vid behandlingen av LB och MB.

Det framgår av tabell 2 att växthöjden på sallat vid LB-behandling var signifikant högre än vid CK-behandling, men det fanns ingen signifikant skillnad mellan LB-behandling och MB-behandling. Det fanns signifikanta skillnader i antalet löv mellan de tre behandlingarna och antalet löv i MB-behandling var högst, vilket var 27. Färskvikten per planta av LB-behandling var högst, vilket var 101g. Det fanns också signifikanta skillnader mellan de två grupperna. Det fanns ingen signifikant skillnad i torrsubstanshalt mellan CK- och LB-behandlingar. Innehållet av MB var 4,24 % högre än CK- och LB-behandlingar. Det fanns signifikanta skillnader i ljusanvändningseffektiviteten mellan de tre behandlingarna. Den högsta ljusanvändningseffektiviteten var vid LB-behandling, som var 13,23 g/mol, och den lägsta var vid CK-behandling, som var 10,72 g/mol.

●Andra omgången av testresultat

Det kan ses från tabell 3 att växthöjden för Pakchoi behandlad med MB var signifikant högre än den för CK, och det fanns ingen signifikant skillnad mellan den och LB-behandling. Antalet blad av Pakchoi som behandlats med LB och MB var signifikant högre än det med CK, men det fanns ingen signifikant skillnad mellan de två grupperna av kompletterande ljusbehandlingar. Det fanns signifikanta skillnader i färskvikten per planta bland de tre behandlingarna. Färskvikten per planta i CK var lägst vid 47 g, och MB-behandlingen var högst vid 116 g. Det fanns ingen signifikant skillnad i torrsubstanshalten mellan de tre behandlingarna. Det finns betydande skillnader i effektiviteten i ljusenergianvändning. CK är lågt vid 8,74 g/mol, och MB-behandlingen är högst vid 13,64 g/mol.

Det kan ses från tabell 4 att det inte fanns någon signifikant skillnad i växthöjd på sallat bland de tre behandlingarna. Antalet löv i LB- och MB-behandlingar var signifikant högre än i CK. Bland dem var antalet MB-blad högst med 26. Det fanns ingen signifikant skillnad i antalet blad mellan LB- och MB-behandlingar. Färskvikten per planta av de två grupperna av kompletterande ljusbehandlingar var signifikant högre än den för CK, och färskvikten per planta var högst vid MB-behandling, som var 133g. Det fanns också signifikanta skillnader mellan LB- och MB-behandlingar. Det fanns signifikanta skillnader i torrsubstanshalten mellan de tre behandlingarna och torrsubstanshalten i LB-behandlingen var högst, som var 4,05 %. Ljusenergiutnyttjandet av MB-behandling är betydligt högre än för CK- och LB-behandling, som är 12,67 g/mol.

Under den andra experimentomgången var den totala DLI för den kompletterande ljusgruppen mycket högre än DLI under samma antal kolonisationsdagar under den första omgången av experimentet (Figur 1-2), och den kompletterande ljustiden för det kompletterande ljuset behandlingsgrupp i andra experimentomgången (4:00-00- 17:00). Jämfört med den första experimentomgången (6:30-17:00) ökade den med 2,5 timmar. Skördetiden för de två omgångarna av Pakchoi var 35 dagar efter plantering. Den färska vikten av CK individuell planta i de två omgångarna var liknande. Skillnaden i färskvikt per planta i LB- och MB-behandling jämfört med CK i den andra experimentomgången var mycket större än skillnaden i färskvikt per planta jämfört med CK i den första experimentomgången (tabell 1, tabell 3). Skördetiden för den andra omgången av försökssallat var 42 dagar efter plantering, och skördetiden för den första omgången av försökssallat var 46 dagar efter plantering. Antalet kolonisationsdagar när den andra omgången av experimentell sallad CK skördades var 4 dagar mindre än den första omgången, men färskvikten per planta är 1,57 gånger den för den första omgången av experiment (tabell 2 och tabell 4). och ljusenergiutnyttjandet är liknande. Man kan se att när temperaturen gradvis värms upp och det naturliga ljuset i växthuset gradvis ökar, förkortas produktionscykeln för sallad.

Material och metoder
De två testomgångarna omfattade i princip hela vintern i Shanghai, och kontrollgruppen (CK) kunde relativt sett återställa den faktiska produktionsstatusen för hydroponisk grönstjälk och sallad i växthuset under låg temperatur och lågt solljus på vintern. Lätttillskottsexperimentgruppen hade en signifikant främjande effekt på det mest intuitiva dataindexet (färsk vikt per planta) i de två experimentomgångarna. Bland dem återspeglades den skördeökande effekten av Pakchoi i storleken, färgen och tjockleken på bladen på samma gång. Men sallad tenderar att öka antalet blad, och växtformen ser fylligare ut. Testresultaten visar att lätttillskott kan förbättra färskvikten och produktkvaliteten vid plantering av de två grönsakskategorierna, och därigenom öka kommersiella vegetabiliska produkter. Pakchoi kompletterat med De röd-vita, lågblå och röd-vita, mellanblå LED-topljusmodulerna är mörkare gröna och glänsande till utseendet än bladen utan extra ljus, bladen är större och tjockare, och tillväxttrenden av hela växttypen är mer kompakt och kraftfull. Men "mosaiksallad" tillhör ljusgröna bladgrönsaker, och det finns ingen uppenbar färgförändringsprocess i tillväxtprocessen. Förändringen av bladfärg är inte uppenbar för mänskliga ögon. Den lämpliga andelen blått ljus kan främja bladutveckling och fotosyntetisk pigmentsyntes och hämma internodförlängning. Därför är grönsakerna i ljustillskottsgruppen mer gynnade av konsumenterna vad gäller utseendekvalitet.

Under den andra omgången av testet var den totala dagliga kumulativa ljusmängden för den kompletterande ljusgruppen mycket högre än DLI under samma antal kolonisationsdagar under den första omgången av experimentet (Figur 1-2), och det kompletterande ljuset tiden för den andra omgången av den kompletterande ljusbehandlingsgruppen (4:00-17:00), jämfört med den första experimentomgången (6:30-17:00), ökade den med 2,5 timmar. Skördetiden för de två omgångarna av Pakchoi var 35 dagar efter plantering. Den färska vikten av CK i de två omgångarna var liknande. Skillnaden i färskvikt per planta mellan LB- och MB-behandling och CK i den andra experimentomgången var mycket större än skillnaden i färskvikt per planta med CK i den första experimentomgången (tabell 1 och tabell 3). Därför kan en förlängning av ljustillskottstiden främja ökningen av produktionen av hydroponiska Pakchoi som odlas inomhus på vintern. Skördetiden för den andra omgången av försökssallat var 42 dagar efter plantering, och skördetiden för den första omgången av försökssallat var 46 dagar efter plantering. När den andra omgången av experimentell sallad skördades, var antalet kolonisationsdagar för CK-gruppen 4 dagar mindre än det för den första omgången. Emellertid var färskvikten för en enda planta 1,57 gånger den för den första omgången av experiment (tabell 2 och tabell 4). Ljusenergiutnyttjandet var liknande. Man kan se att när temperaturen långsamt stiger och det naturliga ljuset i växthuset gradvis ökar (Figur 1-2) kan salladsproduktionscykeln förkortas i motsvarande mån. Att lägga till extra ljusutrustning till växthuset på vintern med låg temperatur och lågt solljus kan därför effektivt förbättra produktionseffektiviteten för sallad och sedan öka produktionen. I den första experimentomgången var den lövmenyanläggningens kompletterade ljusströmförbrukningen 0,95 kw-h, och i den andra experimentomgången var lövmenyanläggningens kompletterade ljusströmförbrukning 1,15 kw-h. Jämfört mellan de två experimentomgångarna, ljusförbrukningen för de tre behandlingarna av Pakchoi, var energianvändningseffektiviteten i det andra experimentet lägre än i det första experimentet. Effektiviteten för utnyttjandet av ljusenergi för de kompletterande ljusbehandlingsgrupperna för sallad CK och LB i det andra experimentet var något lägre än i det första experimentet. Man drar slutsatsen att den möjliga orsaken är att den låga dagliga medeltemperaturen inom en vecka efter plantering gör den långsamma planteringsperioden längre, och även om temperaturen återhämtade sig något under experimentet, var intervallet begränsat, och den totala dygnsmedeltemperaturen var fortfarande på en låg nivå, vilket begränsade ljusenergiutnyttjandets effektivitet under den övergripande tillväxtcykeln för hydroponics av ​​bladgrönsaker. (Figur 1).

Under experimentet var näringslösningspoolen inte utrustad med uppvärmningsutrustning, så att rotmiljön för hydroponiska bladgrönsaker alltid låg på en låg temperaturnivå, och den dagliga medeltemperaturen var begränsad, vilket gjorde att grönsakerna inte kunde utnyttjas fullt ut. av det dagliga kumulativa ljuset ökat genom att utöka LED-tilläggsljuset. Därför, när man kompletterar ljus i växthuset på vintern, är det nödvändigt att överväga lämpliga värmebevarande och uppvärmningsåtgärder för att säkerställa effekten av att komplettera ljus för att öka produktionen. Därför är det nödvändigt att överväga lämpliga åtgärder för värmebevarande och temperaturökning för att säkerställa effekten av ljustillskott och avkastningsökning i vinterväxthus. Användningen av LED-tilläggsljus kommer att öka produktionskostnaden i viss utsträckning, och jordbruksproduktionen i sig är inte en högavkastande industri. Därför, angående hur man optimerar den kompletterande ljusstrategin och samarbetar med andra åtgärder i själva produktionen av hydroponiska bladgrönsaker i vinterväxthus, och hur man använder den kompletterande ljusutrustningen för att uppnå effektiv produktion och förbättra effektiviteten av ljusenergiutnyttjandet och ekonomiska fördelar , det behöver fortfarande ytterligare produktionsexperiment.

Författare: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai grön kub Agricultural Development Co., Ltd.).
Artikelkälla: Agricultural Engineering Technology (Greenhouse Horticulture).

Referenser:
[1] Jianfeng Dai, Philips trädgårdsodling av LED-applikationer i växthusproduktion [J]. Lantbruksteknisk teknik, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Applikationsstatus och Prospect of light supplement technology för skyddade frukter och grönsaker [J]. Norra trädgårdsodlingen, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Forsknings- och tillämpningsstatus och utvecklingsstrategi för växtbelysning [J]. Journal of lighting engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Tillämpning av ljuskälla och ljuskvalitetskontroll i växthusgrönsaksproduktion [J]. Kinesisk grönsak, 2012 (2): 1-7