Исследование влияния дополнительного светодиодного освещения на эффект увеличения урожайности гидропонного салата и пакхой в теплице зимой
[Аннотация] Зимой в Шанхае часто бывает низкая температура и мало солнечного света, а рост гидропонных листовых овощей в теплице происходит медленно, а производственный цикл является длительным, что не может удовлетворить рыночный спрос.В последние годы при выращивании и производстве теплиц начали использовать светодиодные досветки растений, чтобы в определенной степени компенсировать тот недостаток, что дневной свет, накапливаемый в теплице, не может удовлетворить потребности роста сельскохозяйственных культур, когда естественное освещение ограничено. недостаточный.В ходе эксперимента в теплице были установлены два вида дополнительных светодиодных светильников с разным качеством света для проведения исследовательского эксперимента по увеличению производства гидропонного салата и зеленого стебля зимой.Результаты показали, что два вида светодиодных ламп могут значительно увеличить сырой вес растения пакхой и салата.Эффект повышения урожайности пакхои в основном отражается в улучшении общего органолептического качества, такого как увеличение и утолщение листьев, а эффект повышения урожайности салата-латука в основном отражается в увеличении количества листьев и содержания сухого вещества.

Свет является неотъемлемой частью роста растений.В последние годы светодиодные лампы широко используются при выращивании и производстве в теплицах благодаря их высокой скорости фотоэлектрического преобразования, настраиваемому спектру и длительному сроку службы [1].В зарубежных странах, благодаря раннему началу соответствующих исследований и зрелой системе поддержки, многие крупномасштабные производители цветов, фруктов и овощей имеют относительно полные стратегии легких добавок.Накопление большого количества фактических данных о производстве также позволяет производителям четко прогнозировать эффект от увеличения производства.При этом оценивается отдача после использования системы дополнительного светодиодного освещения [2].Тем не менее, большая часть текущих отечественных исследований по дополнительному свету смещена в сторону мелкомасштабного качества света и спектральной оптимизации, и в них отсутствуют стратегии дополнительного освещения, которые можно было бы использовать в реальном производстве[3].Многие отечественные производители будут напрямую использовать существующие зарубежные решения досветки при внедрении технологии досветки в производство, независимо от климатических условий производственной зоны, видов выращиваемых овощей, состояния помещений и оборудования.Кроме того, высокая стоимость дополнительного осветительного оборудования и высокое потребление энергии часто приводят к огромному разрыву между фактической урожайностью и экономической отдачей от ожидаемого эффекта.Такая текущая ситуация не способствует развитию и продвижению технологии дополнительного освещения и увеличения производства в стране.Таким образом, настоятельно необходимо разумно внедрять зрелые светодиодные продукты дополнительного освещения в реальную производственную среду, оптимизировать стратегии использования и накапливать соответствующие данные.

Зима – сезон, когда свежие листовые овощи пользуются большим спросом.Теплицы могут обеспечить более подходящую среду для выращивания листовых овощей зимой, чем открытые сельскохозяйственные поля.Тем не менее, в статье указывалось, что некоторые стареющие или плохо чистые теплицы имеют светопропускание менее 50% зимой. температура и малоосвещенная среда, что влияет на нормальный рост растений.Свет стал лимитирующим фактором для роста овощей зимой [4].В эксперименте используется Зеленый куб, запущенный в серийное производство.Система посадки листовых овощей с неглубоким потоком жидкости сочетается с двумя верхними светодиодными модулями Signify (China) Investment Co., Ltd. с различным коэффициентом синего света.Посадка салата и пакчои, двух листовых овощей, пользующихся большим спросом на рынке, направлена ​​на изучение фактического увеличения производства гидропонных листовых овощей с помощью светодиодного освещения в зимней теплице.

Материалы и методы
Материалы, используемые для теста

Испытуемыми материалами, использованными в эксперименте, были салат и овощи пакчой.Сорт салата «Зеленый лист салата» поступает из Пекинской компании по развитию современного сельского хозяйства Dingfeng Co., Ltd., а сорт пакчой «Бриллиант Грин» поступает из Института садоводства Шанхайской академии сельскохозяйственных наук.

Экспериментальный метод

Эксперимент проводился в стеклянной теплице типа Wenluo на базе Sunqiao Shanghai Green Cube Agriculture Development Co., Ltd. с ноября 2019 года по февраль 2020 года. Всего было проведено два раунда повторных экспериментов.Первый тур опыта был проведен в конце 2019 г., а второй - в начале 2020 г. После посева опытные материалы были помещены в помещение искусственного светового климата для выращивания рассады, применялся отливной полив.В период выращивания рассады для полива использовали общий питательный раствор гидропонных овощей с ЕС 1,5 и рН 5,5.После того, как сеянцы выросли до стадии 3 листьев и 1 сердцевины, их высаживали на грядку для посадки листовых овощей с мелким потоком зеленого кубического типа.После посадки в системе циркуляции питательного раствора с мелким потоком для ежедневного орошения использовался питательный раствор EC 2 и pH 6.Частота орошения составляла 10 мин при подаче воды и 20 мин при прекращении подачи воды.В эксперименте были установлены контрольная группа (без световой добавки) и лечебная группа (светодиодная добавка).ЦК высаживали в стеклянную теплицу без легкой подкормки.LB: drw-lb Ho (200 Вт) использовали для дополнительного освещения после посадки в стеклянной теплице.Плотность светового потока (PPFD) на поверхности гидропонного растительного покрова составляла около 140 мкмоль/(мкм·с).MB: после посадки в стеклянной теплице для дополнительного освещения использовали drw-lb (200 Вт), а PPFD составляла около 140 мкмоль/(мкм·с).

Дата первого раунда экспериментальной посадки - 8 ноября 2019 г., дата посадки - 25 ноября 2019 г. Время световой добавки тестовой группы - 6:30-17:00;дата второго раунда экспериментальной посадки - 30 декабря 2019 г., дата посадки - 17 января 2020 г., а время посадки экспериментальной группы - 4:00-17:00.
Зимой в солнечную погоду в теплице открывается люк, боковая пленка и вентилятор для ежедневного проветривания с 6:00 до 17:00.Когда температура ночью низкая, теплица закрывает световой люк, боковую рулонную пленку и вентилятор в 17:00-6:00 (на следующий день) и открывает теплоизоляционную завесу в теплице для сохранения ночного тепла.

Сбор данных

Высоту растений, количество листьев и сырой вес с растения получали после уборки надземных частей Цинцзинцай и салата.После измерения сырого веса его помещали в печь и сушили при 75℃ в течение 72 часов.После окончания определяли сухую массу.Температура в теплице и плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD, плотность потока фотосинтетических фотонов) собираются и регистрируются каждые 5 минут датчиком температуры (RS-GZ-N01-2) и датчиком фотосинтетически активного излучения (GLZ-CG).

Анализ данных

Рассчитайте эффективность использования света (LUE, Light Use Efficiency) по следующей формуле:
ЛУЭ (г/моль) = урожай овощей с единицы площади/общее кумулятивное количество света, получаемого овощами на единицу площади от посадки до сбора урожая
Рассчитайте содержание сухого вещества по следующей формуле:
Содержание сухого вещества (%) = сухая масса растения/свежая масса растения x 100 %
Используйте Excel2016 и IBM SPSS Statistics 20, чтобы проанализировать данные эксперимента и проанализировать значимость различий.

Материалы и методы
Свет и температура

Первый этап эксперимента занял 46 дней от посадки до сбора урожая, а второй этап — 42 дня от посева до сбора урожая.Во время первого раунда эксперимента среднесуточная температура в теплице в основном находилась в диапазоне 10-18 ℃;во втором раунде эксперимента колебания среднесуточной температуры в теплице были более резкими, чем во время первого раунда эксперимента, с самой низкой среднесуточной температурой 8,39 ℃ и самой высокой среднесуточной температурой 20,23 ℃.Среднесуточная температура в процессе роста имела общую тенденцию к повышению (рис. 1).

В течение первого цикла эксперимента интеграл суточной освещенности (DLI) в теплице колебался менее 14 моль/(м²·D).Во втором раунде эксперимента суточное кумулятивное количество естественного света в теплице имело общую тенденцию к увеличению, превышая 8 моль/(мк·D), а максимальное значение появилось 27 февраля 2020 г. и составило 26,1 моль. /(㎡·D).Изменение суточного кумулятивного количества естественного света в теплице во второй серии эксперимента было больше, чем в первой серии эксперимента (рис. 2).Во время первого раунда эксперимента общее ежедневное кумулятивное количество света (сумма DLI естественного света и DLI дополнительного светодиодного освещения) в группе с дополнительным освещением большую часть времени превышало 8 моль/(мкм·D).Во время второго раунда эксперимента общее ежедневное накопленное количество света в группе дополнительного света большую часть времени превышало 10 моль/(мкм·D).Общее накопленное количество дополнительного света во втором раунде было на 31,75 моль/м² больше, чем в первом раунде.

Урожай листовых овощей и эффективность использования световой энергии

● Результаты первого раунда испытаний
Из рис. 3 видно, что пакхой с добавлением светодиодов растет лучше, форма растения более компактная, а листья крупнее и толще, чем у растений без добавок ЦК.Листья LB и MB pakchoi ярче и темнее зеленого цвета, чем у CK.Из рис. 4 видно, что салат со светодиодной подсветкой растет лучше, чем ЦК без дополнительной подсветки, количество листьев выше, а форма растения полнее.

Из таблицы 1 видно, что нет существенной разницы в высоте растений, числе листьев, содержании сухого вещества и эффективности использования световой энергии у пакхои, обработанных ЦК, ЛБ и МБ, но сырая масса пакхои, обработанных ЛБ и МБ, составляет значительно выше, чем у КК;Не было существенной разницы в свежем весе растения между двумя светодиодными лампами для выращивания с разным соотношением синего света при обработке LB и MB.

Из таблицы 2 видно, что высота растений салата при обработке LB была значительно выше, чем при обработке CK, но не было существенной разницы между обработкой LB и обработкой MB.Существовали значительные различия в количестве листьев между тремя вариантами обработки, и количество листьев при обработке MB было самым высоким, которое составляло 27. Свежая масса растения при обработке LB была самой высокой и составляла 101 г.Между двумя группами также была существенная разница.Не было существенной разницы в содержании сухого вещества между обработками CK и LB.Содержание MB было на 4,24% выше, чем при обработке CK и LB.Между тремя вариантами лечения наблюдались значительные различия в эффективности использования света.Самая высокая эффективность использования света была при обработке ЛБ, которая составила 13,23 г/моль, а самая низкая – при обработке ЦК, которая составила 10,72 г/моль.

●Второй раунд результатов испытаний

Из табл. 3 видно, что высота растений пакхоя, обработанного МБ, была значительно выше, чем у ЦК, и достоверной разницы между ним и ЛБ не было.Количество листьев пакхоя, обработанного ЛБ и МБ, было значительно выше, чем у СК, но существенной разницы между двумя группами дополнительных световых обработок не было.Между тремя вариантами обработки наблюдались значительные различия в сыром весе на одно растение.Свежая масса растения в ЦК была самой низкой — 47 г, а при обработке МБ — 116 г.Не было существенной разницы в содержании сухого вещества между тремя обработками.Существуют значительные различия в эффективности использования световой энергии.CK является низким – 8,74 г/моль, а обработка MB является самой высокой – 13,64 г/моль.

Из таблицы 4 видно, что не было существенной разницы в высоте растений салата среди трех вариантов обработки.Количество листьев при ЛБ и МБ было значительно выше, чем при ЦК.Среди них количество листьев MB было самым высоким - 26. Не было существенной разницы в количестве листьев между обработками LB и MB.Свежий вес растения в двух группах с дополнительной обработкой светом был значительно выше, чем у CK, а сырой вес растения был самым высоким при обработке МС и составлял 133 г.Были также значительные различия между обработками LB и MB.Были значительные различия в содержании сухого вещества между тремя обработками, и содержание сухого вещества при обработке LB было самым высоким и составляло 4,05%.Эффективность использования световой энергии при обработке МБ значительно выше, чем при обработке ЦК и ЛБ, и составляет 12,67 г/моль.

Во втором раунде эксперимента общий DLI группы с дополнительным светом был намного выше, чем DLI за то же количество дней колонизации в первом раунде эксперимента (рис. лечебная группа во втором туре эксперимента (4:00-00-17:00).По сравнению с первым туром эксперимента (6:30-17:00) он увеличился на 2,5 часа.Время сбора урожая двух раундов Пакчоя составило 35 дней после посадки.Свежий вес отдельных растений ЦК в двух раундах был одинаковым.Разница в сырой массе растения при обработке ЛБ и МБ по сравнению с ЦК во втором цикле экспериментов была намного больше, чем разница в сырой массе растения по сравнению с ЦК в первой серии экспериментов (табл. 1, табл. 3).Время сбора урожая второго ряда экспериментального салата составляло 42 дня после посева, а время сбора урожая первого ряда экспериментального салата составляло 46 дней после посева.Количество дней колонизации при втором раунде сбора экспериментального салата СК было на 4 дня меньше, чем в первом раунде, но сырая масса растения в 1,57 раза больше, чем в первом раунде экспериментов (таблица 2 и таблица 4). и эффективность использования световой энергии аналогична.Видно, что по мере постепенного повышения температуры и постепенного увеличения естественного освещения в теплице производственный цикл салата сокращается.

Материалы и методы
Два раунда испытаний в основном охватывали всю зиму в Шанхае, и контрольная группа (CK) смогла относительно восстановить фактическое состояние производства гидропонных зеленых стеблей и салата в теплице при низкой температуре и слабом солнечном свете зимой.Экспериментальная группа с легкой добавкой оказала значительное стимулирующее влияние на индекс наиболее интуитивно понятных данных (сырая масса растения) в двух раундах экспериментов.Среди них эффект повышения урожайности сорта Пакхой отразился одновременно на размере, цвете и толщине листьев.Но салат имеет тенденцию к увеличению количества листьев, и форма растения выглядит более полной.Результаты испытаний показывают, что легкие добавки могут улучшить сырой вес и качество продукции при посадке двух категорий овощей, тем самым повышая товарность овощной продукции.Pakchoi, дополненный красно-белыми, низко-синими и красно-белыми, средне-синими светодиодными модулями верхнего света, имеет более темно-зеленый и блестящий вид, чем листья без дополнительного освещения, листья крупнее и толще, а тенденция роста весь тип растения более компактный и энергичный.Однако «мозаичный салат» относится к светло-зеленым листовым овощам, и в процессе роста не наблюдается явного процесса изменения цвета.Изменение окраски листьев незаметно для человеческого глаза.Соответствующая пропорция синего света может способствовать развитию листьев и синтезу фотосинтетического пигмента, а также препятствовать удлинению междоузлий.Таким образом, овощи в группе легких добавок больше нравятся потребителям по внешнему виду.

Во время второго раунда теста общее дневное кумулятивное количество света в группе с дополнительным светом было намного выше, чем DLI за то же количество дней колонизации в течение первого раунда эксперимента (рис. 1-2), а дополнительный свет время второго тура группы дополнительного светового лечения (4:00-17:00) по сравнению с первым туром опыта (6:30-17:00) увеличилось на 2,5 часа.Время сбора урожая двух раундов Пакчоя составило 35 дней после посадки.Свежий вес CK в двух раундах был одинаковым.Разница в сырой массе растения при обработке ЛБ и МБ и ЦК во втором цикле экспериментов была намного больше, чем разница в сырой массе растения с ЦК в первой серии экспериментов (табл. 1 и табл. 3).Таким образом, продление времени световой добавки может способствовать увеличению производства гидропонного пакхоя, выращиваемого в закрытом грунте зимой.Время сбора урожая второго ряда экспериментального салата составляло 42 дня после посева, а время сбора урожая первого ряда экспериментального салата составляло 46 дней после посева.Когда был собран второй ряд экспериментального салата, количество дней колонизации группы CK было на 4 дня меньше, чем в первом раунде.Однако сырой вес одного растения был в 1,57 раза больше, чем в первом цикле экспериментов (таблица 2 и таблица 4).Эффективность использования световой энергии была аналогичной.Видно, что по мере медленного повышения температуры и постепенного увеличения естественного освещения в теплице (рис. 1-2) производственный цикл салата можно соответственно сократить.Таким образом, добавление дополнительного светового оборудования в теплицу зимой при низкой температуре и слабом солнечном свете может эффективно повысить эффективность производства салата, а затем увеличить производство.В первом раунде эксперимента потребляемая мощность света с добавлением листового меню составляла 0,95 кВт-ч, а во втором раунде эксперимента потребление энергии растения с добавлением листового меню составляло 1,15 кВт-ч.По сравнению с двумя сериями экспериментов потребление света при трех обработках Pakchoi, эффективность использования энергии во втором эксперименте была ниже, чем в первом эксперименте.Эффективность использования световой энергии в группах дополнительной световой обработки салата CK и LB во втором эксперименте была немного ниже, чем в первом эксперименте.Предполагается, что возможная причина заключается в том, что низкая среднесуточная температура в течение недели после посадки продлевает период медленной всходы, и хотя температура немного подскочила во время эксперимента, диапазон был ограничен, а общая среднесуточная температура по-прежнему оставалась низкой. на низком уровне, что ограничивало эффективность использования энергии света в течение всего цикла роста для гидропоники листовых овощей.(Рисунок 1).

Во время эксперимента бассейн с питательным раствором не был оборудован нагревательным оборудованием, поэтому корневая среда гидропонных листовых овощей всегда находилась на низком уровне температуры, а среднесуточная температура была ограничена, из-за чего овощи не могли полноценно использовать свои ресурсы. ежедневного совокупного света увеличился за счет расширения дополнительного светодиодного освещения.Поэтому при дополнительном освещении в теплице зимой необходимо учитывать соответствующие меры по сохранению тепла и обогреву, чтобы обеспечить эффект дополнительного освещения для увеличения производства.Поэтому необходимо предусмотреть соответствующие меры по сохранению тепла и повышению температуры для обеспечения эффекта световой подкормки и повышения урожайности в зимней теплице.Использование дополнительного светодиодного освещения в определенной степени повысит себестоимость продукции, а само сельскохозяйственное производство не является высокодоходной отраслью.Таким образом, в отношении того, как оптимизировать стратегию дополнительного освещения и сотрудничать с другими мерами в фактическом производстве гидропонных листовых овощей в зимней теплице, а также как использовать дополнительное световое оборудование для достижения эффективного производства и повышения эффективности использования энергии света и экономических выгод. , он все еще нуждается в дальнейших производственных экспериментах.

Авторы: Имин Цзи, Кан Лю, Сяньпин Чжан, Хунлей Мао (Шанхайская компания по сельскохозяйственному развитию зеленого куба, ООО).
Источник статьи: Технология сельскохозяйственного машиностроения (Тепличное садоводство).

Использованная литература:
[1] Цзяньфэн Дай, «Практика применения светодиодов Philips для садоводства в теплицах» [J].Технология сельскохозяйственного машиностроения, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Сяолин Ян, Ланьфан Сун, Чжэнли Цзинь и др.Статус заявки и перспективы технологии легкой добавки для защищенных фруктов и овощей [J].Северное садоводство, 2018 (17): 166-170
[3] Сяоин Лю, Чжиган Сюй, Сюэлэй Цзяо и др.Статус исследования и применения и стратегия развития освещения растений [J].Журнал светотехники, 013, 24 (4): 1-7
[4] Цзин Се, Хоу Ченг Лю, Вэй Сун Ши и др.Применение источников света и контроль качества света при выращивании овощей в теплицах [J].Китайский овощ, 2012 (2): 1-7