Forskning i effekten af ​​LED supplerende lys på udbytteforøgende effekt af hydroponisk salat og Pakchoi i drivhus om vinteren
[Abstrakt] Vinteren i Shanghai møder ofte lav temperatur og lavt solskin, og væksten af ​​hydroponiske bladgrøntsager i drivhuset er langsom, og produktionscyklussen er lang, hvilket ikke kan imødekomme markedets udbudsefterspørgsel. I de senere år er LED plantesupplerende lys begyndt at blive brugt i drivhusdyrkning og produktion, til en vis grad, for at kompensere for den mangel, at det daglige akkumulerede lys i drivhuset ikke kan opfylde behovene for afgrødevækst, når det naturlige lys er utilstrækkelig. I forsøget blev der installeret to slags LED-supplerende lys med forskellig lyskvalitet i drivhuset for at udføre efterforskningsforsøget med at øge produktionen af ​​hydroponisk salat og grøn stængel om vinteren. Resultaterne viste, at de to slags LED-lys kan øge den friske vægt per plante af pakchoi og salat markant. Den udbytteforøgende effekt af pakchoi afspejles hovedsageligt i forbedringen af ​​den overordnede sensoriske kvalitet som bladforstørrelse og fortykkelse, og salatets udbytteforøgende effekt afspejles hovedsageligt i stigningen i antallet af blade og tørstofindholdet.

Lys er en uundværlig del af plantevækst. I de senere år er LED-lys blevet brugt i vid udstrækning i dyrkning og produktion i et drivhusmiljø på grund af deres høje fotoelektriske konverteringsrate, tilpasselige spektrum og lange levetid [1]. I fremmede lande har mange store blomster-, frugt- og grøntsagsproduktioner på grund af den tidlige start af relateret forskning og det modne støttesystem relativt komplette lystilskudsstrategier. Akkumuleringen af ​​en stor mængde faktiske produktionsdata giver også producenterne mulighed for klart at forudsige effekten af ​​at øge produktionen. Samtidig evalueres afkastet efter brug af LED-tilskudslyssystemet [2]. Det meste af den nuværende indenlandske forskning om supplerende lys er imidlertid orienteret mod lyskvalitet i lille målestok og spektral optimering og mangler supplerende lysstrategier, der kan bruges i den faktiske produktion[3]. Mange indenlandske producenter vil direkte bruge eksisterende udenlandske supplerende belysningsløsninger, når de anvender supplerende belysningsteknologi til produktionen, uanset produktionsområdets klimatiske forhold, de producerede grøntsager og forholdene for faciliteter og udstyr. Derudover resulterer de høje omkostninger til supplerende lysudstyr og det høje energiforbrug ofte i et stort kløft mellem det faktiske afgrødeudbytte og det økonomiske afkast og den forventede effekt. En sådan nuværende situation er ikke befordrende for udvikling og fremme af teknologien til at supplere lys og øge produktionen i landet. Derfor er det et presserende behov med rimelighed at sætte modne LED supplerende lysprodukter ind i faktiske indenlandske produktionsmiljøer, optimere brugsstrategier og akkumulere relevante data.

Vinteren er årstiden, hvor der er stor efterspørgsel efter friske bladgrøntsager. Drivhuse kan give et mere egnet miljø for vækst af bladgrøntsager om vinteren end udendørs landbrugsmarker. En artikel påpegede dog, at nogle aldrende eller dårligt rene drivhuse har en lystransmission på mindre end 50 % om vinteren.. Derudover er langsigtet regnvejr også tilbøjeligt til at opstå om vinteren, hvilket gør drivhuset i et lav- temperatur og miljø med lavt lys, hvilket påvirker planternes normale vækst. Lys er blevet en begrænsende faktor for væksten af ​​grøntsager om vinteren [4]. Den grønne terning, der er sat i egentlig produktion, bruges i forsøget. Det lavvandede flydende plantesystem for bladgrøntsager matches med Signify (China) Investment Co., Ltd.s to LED-toplysmoduler med forskellige blå lysforhold. Plantning af salat og pakchoi, som er to bladgrøntsager med større markedsefterspørgsel, har til formål at undersøge den faktiske stigning i produktionen af ​​hydroponiske bladgrøntsager ved LED-belysning i vinterdrivhuset.

Materialer og metoder
Materialer brugt til test

Testmaterialerne anvendt i forsøget var salat og packchoi-grøntsager. Salatsort, Green Leaf Salat, kommer fra Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., og pakchoi-sorten, Brilliant Green, kommer fra Horticulture Institute of Shanghai Academy of Agricultural Sciences.

Eksperimentel metode

Eksperimentet blev udført i Wenluo-typens glasdrivhus i Sunqiao-basen i Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. fra november 2019 til februar 2020. Der blev udført i alt to runder med gentagne eksperimenter. Første runde af forsøget var i slutningen af ​​2019, og anden runde var i begyndelsen af ​​2020. Efter såning blev forsøgsmaterialerne placeret i det kunstige lyse klimarum til kimplanteopdræt, og tidevandsvandingen blev brugt. Under kimplantedyrkningsperioden blev den generelle næringsopløsning af hydroponiske grøntsager med EC på 1,5 og pH på 5,5 brugt til kunstvanding. Efter at frøplanterne voksede til 3 blade og 1 hjertestadie, blev de plantet på det grønne terningsportype med lavt flydende bladrigt plantebed. Efter plantning brugte cirkulationssystemet for lavvandet næringsstofopløsning EC 2 og pH 6 næringsstofopløsning til daglig kunstvanding. Vandingsfrekvensen var 10 min med vandtilførsel og 20 min med stoppet vandtilførsel. Kontrolgruppen (ingen lystilskud) og behandlingsgruppen (LED lystilskud) blev sat i forsøget. CK blev plantet i glasdrivhus uden lystilskud. LB: drw-lb Ho (200W) blev brugt til at supplere lys efter plantning i glasdrivhus. Lysfluxtætheden (PPFD) på overfladen af ​​hydroponisk grøntsagsbaldakin var omkring 140 μmol/(㎡·S). MB: efter plantning i glasdrivhuset blev drw-lb (200W) brugt til at supplere lyset, og PPFD var omkring 140 μmol/(㎡·S).

Første runde af forsøgsplantedato er 8. november 2019, og plantedato er 25. november 2019. Testgruppens lystilskudstid er 6:30-17:00; anden runde af forsøgsplantedatoen er den 30. december 2019 Dag, plantedatoen er den 17. januar 2020, og tillægstiden for forsøgsgruppen er 4:00-17:00
I det solrige vejr om vinteren åbner drivhuset soltag, sidefilm og blæser for daglig ventilation fra 6:00-17:00. Når temperaturen er lav om natten, lukker drivhuset ovenlys, siderullefilm og blæser kl. 17.00-6.00 (næste dag), og åbner varmeisoleringsgardinet i drivhuset for natvarmebevarelse.

Dataindsamling

Plantehøjden, antallet af blade og frisk vægt pr. plante blev opnået efter høst af de overjordiske dele af Qingjingcai og salat. Efter måling af friskvægten blev den anbragt i en ovn og tørret ved 75 ℃ i 72 timer. Efter afslutningen blev tørvægten bestemt. Temperaturen i drivhuset og Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) opsamles og registreres hvert 5. minut af temperatursensoren (RS-GZ-N01-2) og den fotosyntetisk aktive strålingssensor (GLZ-CG).

Dataanalyse

Beregn lysforbrugseffektiviteten (LUE, Light Use Efficiency) i henhold til følgende formel:
LUE (g/mol) = vegetabilsk udbytte pr. arealenhed/den samlede kumulative mængde lys opnået af grøntsager pr. arealenhed fra plantning til høst
Beregn tørstofindholdet efter følgende formel:
Tørstofindhold (%) = tørvægt pr. plante/friskvægt pr. plante x 100 %
Brug Excel2016 og IBM SPSS Statistics 20 til at analysere dataene i eksperimentet og analysere betydningen af ​​forskellen.

Materialer og metoder
Lys og temperatur

Den første forsøgsrunde tog 46 dage fra plantning til høst, og anden runde tog 42 dage fra plantning til høst. Under den første forsøgsrunde var den daglige gennemsnitstemperatur i drivhuset for det meste i området 10-18 ℃; under anden forsøgsrunde var udsvingene i den daglige gennemsnitstemperatur i drivhuset mere alvorlige end under den første forsøgsrunde, med den laveste daglige gennemsnitstemperatur på 8,39 ℃ og den højeste daglige gennemsnitstemperatur på 20,23 ℃. Dagsmiddeltemperaturen viste en samlet opadgående tendens under vækstprocessen (fig. 1).

Under den første forsøgsrunde svingede det daglige lysintegral (DLI) i drivhus mindre end 14 mol/(㎡·D). Under anden forsøgsrunde viste den daglige kumulative mængde naturligt lys i drivhuset en samlet opadgående tendens, som var højere end 8 mol/(㎡·D), og den maksimale værdi fremkom den 27. februar 2020, som var 26,1 mol /(㎡·D). Ændringen af ​​den daglige kumulative mængde naturligt lys i drivhuset under anden forsøgsrunde var større end under den første forsøgsrunde (fig. 2). Under den første forsøgsrunde var den samlede daglige kumulative lysmængde (summen af ​​naturligt lys DLI og led supplerende lys DLI) for den supplerende lysgruppe højere end 8 mol/(㎡·D) det meste af tiden. Under anden runde af eksperimentet var den samlede daglige akkumulerede lysmængde af den supplerende lysgruppe mere end 10 mol/(㎡·D) det meste af tiden. Den samlede akkumulerede mængde supplerende lys i anden runde var 31,75 mol/㎡ mere end i første runde.

Bladgrøntsagsudbytte og let energiudnyttelseseffektivitet

●Første runde af testresultater
Det ses af fig. 3, at den LED-supplerte pakchoi vokser bedre, planteformen er mere kompakt, og bladene er større og tykkere end den ikke-supplerte CK. LB- og MB-pakchoi-bladene er lysere og mørkere grønne end CK. Det kan ses af fig. 4, at salaten med LED tilskudslys vokser bedre end CK uden tilskudslys, antallet af blade er højere, og planteformen er mere fyldig.

Det ses af tabel 1, at der ikke er signifikant forskel på plantehøjde, bladtal, tørstofindhold og lysenergiudnyttelseseffektivitet for pakchoi behandlet med CK, LB og MB, men friskvægten af ​​pakchoi behandlet med LB og MB er betydeligt højere end for CK; Der var ingen signifikant forskel i friskvægt pr. plante mellem de to LED-dyrelys med forskellige blåt lysforhold i behandlingen af ​​LB og MB.

Det kan ses af tabel 2, at plantehøjden af ​​salat i LB-behandling var signifikant højere end ved CK-behandling, men der var ingen signifikant forskel mellem LB-behandling og MB-behandling. Der var signifikante forskelle i antallet af blade blandt de tre behandlinger, og antallet af blade i MB-behandling var det højeste, som var 27. Friskvægten pr. plante af LB-behandling var højest, som var 101g. Der var også signifikant forskel mellem de to grupper. Der var ingen signifikant forskel i tørstofindhold mellem CK- og LB-behandlinger. Indholdet af MB var 4,24 % højere end CK- og LB-behandlinger. Der var signifikante forskelle i lysforbrugseffektiviteten blandt de tre behandlinger. Den højeste lysanvendelseseffektivitet var i LB-behandling, som var 13,23 g/mol, og den laveste var i CK-behandling, som var 10,72 g/mol.

●Anden runde af testresultater

Det kan ses af tabel 3, at plantehøjden af ​​Pakchoi behandlet med MB var signifikant højere end for CK, og der var ingen signifikant forskel mellem den og LB-behandling. Antallet af blade af Pakchoi behandlet med LB og MB var signifikant højere end med CK, men der var ingen signifikant forskel mellem de to grupper af supplerende lysbehandlinger. Der var signifikante forskelle i friskvægten pr. plante blandt de tre behandlinger. Friskvægten pr. plante i CK var den laveste ved 47 g, og MB-behandlingen var den højeste ved 116 g. Der var ingen signifikant forskel i tørstofindholdet mellem de tre behandlinger. Der er betydelige forskelle i lysenergiudnyttelseseffektiviteten. CK er lavt ved 8,74 g/mol, og MB-behandling er højest ved 13,64 g/mol.

Det kan ses af tabel 4, at der ikke var nogen signifikant forskel i plantehøjde af salat blandt de tre behandlinger. Antallet af blade i LB- og MB-behandlinger var signifikant højere end i CK. Blandt dem var antallet af MB-blade det højeste med 26. Der var ingen signifikant forskel i antallet af blade mellem LB- og MB-behandlinger. Friskvægten pr. plante af de to grupper af supplerende lysbehandlinger var signifikant højere end CK's, og friskvægten pr. plante var den højeste i MB-behandling, som var 133g. Der var også signifikante forskelle mellem LB- og MB-behandlinger. Der var signifikante forskelle i tørstofindholdet blandt de tre behandlinger, og tørstofindholdet i LB-behandlingen var det højeste, som var 4,05 %. Lysenergiudnyttelseseffektiviteten for MB-behandling er væsentligt højere end for CK- og LB-behandling, som er 12,67 g/mol.

Under anden forsøgsrunde var den samlede DLI for den supplerende lysgruppe meget højere end DLI under det samme antal koloniseringsdage under den første forsøgsrunde (figur 1-2), og den supplerende lystid for det supplerende lys behandlingsgruppe i anden forsøgsrunde (4:00-00- 17:00). Sammenlignet med den første forsøgsrunde (6:30-17:00) steg den med 2,5 timer. Høsttiden for de to runder af Pakchoi var 35 dage efter plantning. Friskvægten af ​​CK individuelle plante i de to runder var ens. Forskellen i friskvægt pr. plante i LB- og MB-behandling sammenlignet med CK i anden forsøgsrunde var meget større end forskellen i friskvægt pr. plante sammenlignet med CK i første forsøgsrunde (tabel 1, tabel 3). Høsttiden for anden runde forsøgssalat var 42 dage efter plantning, og høsttiden for første runde forsøgssalat var 46 dage efter plantning. Antallet af koloniseringsdage, hvor anden runde af forsøgssalat CK blev høstet, var 4 dage mindre end i første runde, men friskvægten pr. plante er 1,57 gange så stor som den første forsøgsrunde (tabel 2 og tabel 4). og lysenergiudnyttelseseffektiviteten er ens. Det kan ses, at efterhånden som temperaturen gradvist opvarmes, og det naturlige lys i drivhuset gradvist øges, forkortes produktionscyklussen af ​​salat.

Materialer og metoder
De to testrunder dækkede stort set hele vinteren i Shanghai, og kontrolgruppen (CK) var i stand til relativt at genoprette den faktiske produktionsstatus for hydroponisk grønstilk og salat i drivhuset under lav temperatur og lavt sollys om vinteren. Lystilskudsforsøgsgruppen havde en signifikant fremmende effekt på det mest intuitive dataindeks (friskvægt pr. plante) i de to forsøgsrunder. Blandt dem blev udbytteforøgelseseffekten af ​​Pakchoi afspejlet i størrelsen, farven og tykkelsen af ​​bladene på samme tid. Men salat har en tendens til at øge antallet af blade, og planteformen ser mere fyldig ud. Testresultaterne viser, at let tilskud kan forbedre friskvægten og produktkvaliteten i udplantningen af ​​de to grøntsagskategorier og dermed øge kommercialiteten af ​​vegetabilske produkter. Pakchoi suppleret med De rød-hvide, lav-blå og rød-hvide, mellemblå LED-toplysmoduler er mørkere grønne og skinnende i udseende end bladene uden supplerende lys, bladene er større og tykkere, og væksttendensen på hele plantetypen er mere kompakt og kraftig. Men "mosaiksalat" hører til lysegrønne bladgrøntsager, og der er ingen åbenlys farveændringsproces i vækstprocessen. Ændringen af ​​bladfarve er ikke indlysende for menneskelige øjne. Den passende andel af blåt lys kan fremme bladudvikling og fotosyntetisk pigmentsyntese og hæmme internodeforlængelse. Derfor er grøntsagerne i lystilskudsgruppen mere begunstiget af forbrugerne i udseendekvalitet.

Under den anden runde af testen var den samlede daglige kumulative lysmængde af den supplerende lysgruppe meget højere end DLI under det samme antal koloniseringsdage under den første runde af eksperimentet (figur 1-2) og det supplerende lys tidspunktet for anden runde af den supplerende lysbehandlingsgruppe (4:00-17:00), sammenlignet med den første forsøgsrunde (6:30-17:00), steg den med 2,5 timer. Høsttiden for de to runder af Pakchoi var 35 dage efter plantning. Friskvægten af ​​CK i de to runder var ens. Forskellen i friskvægt pr. plante mellem LB- og MB-behandling og CK i anden forsøgsrunde var meget større end forskellen i friskvægt pr. plante med CK i første forsøgsrunde (tabel 1 og tabel 3). Derfor kan forlængelse af lystilskudstiden fremme stigningen i produktionen af ​​hydroponiske Pakchoi dyrket indendørs om vinteren. Høsttiden for anden runde forsøgssalat var 42 dage efter plantning, og høsttiden for første runde forsøgssalat var 46 dage efter plantning. Når den anden runde af eksperimentel salat blev høstet, var antallet af koloniseringsdage for CK-gruppen 4 dage mindre end i den første runde. Imidlertid var friskvægten af ​​en enkelt plante 1,57 gange den i den første forsøgsrunde (tabel 2 og tabel 4). Effektiviteten af ​​lysenergiudnyttelsen var ens. Det ses, at efterhånden som temperaturen langsomt stiger, og det naturlige lys i drivhuset gradvist øges (Figur 1-2), kan produktionscyklussen af ​​salat forkortes tilsvarende. Derfor kan tilføjelse af supplerende lysudstyr til drivhuset om vinteren med lav temperatur og lavt sollys effektivt forbedre produktionseffektiviteten af ​​salat og derefter øge produktionen. I første forsøgsrunde var bladmenuanlæggets supplerede lysstrømforbrug 0,95 kw-h, og i anden forsøgsrunde var bladmenuanlæggets supplerende lysstrømforbrug 1,15 kw-h. Sammenlignet mellem de to forsøgsrunder, lysforbruget af de tre behandlinger af Pakchoi, var energiudnyttelseseffektiviteten i det andet forsøg lavere end i det første forsøg. Lysenergiudnyttelseseffektiviteten for salat CK og LB supplerende lysbehandlingsgrupper i det andet forsøg var lidt lavere end i det første forsøg. Det udledes, at den mulige årsag er, at den lave døgngennemsnitstemperatur inden for en uge efter plantning gør den langsomme frøplanteperiode længere, og selvom temperaturen steg lidt under forsøget, var rækkevidden begrænset, og den samlede døgnmiddeltemperatur var stadig på et lavt niveau, hvilket begrænsede effektiviteten af ​​lysenergiudnyttelsen under den samlede vækstcyklus for hydroponi af bladgrøntsager. (Figur 1).

Under forsøget var næringsopløsningspuljen ikke udstyret med opvarmningsudstyr, så rodmiljøet i hydroponiske bladgrøntsager var altid på et lavt temperaturniveau, og den daglige middeltemperatur var begrænset, hvilket gjorde, at grøntsagerne ikke kunne udnyttes fuldt ud. af det daglige akkumulerede lys øges ved at udvide LED supplerende lys. Når der suppleres med lys i drivhuset om vinteren, er det derfor nødvendigt at overveje passende varmebevarings- og opvarmningsforanstaltninger for at sikre effekten af ​​at supplere lyset for at øge produktionen. Derfor er det nødvendigt at overveje passende foranstaltninger til varmebevarelse og temperaturstigning for at sikre effekten af ​​lystilskud og udbyttestigning i vinterdrivhus. Brugen af ​​LED supplerende lys vil øge produktionsomkostningerne til en vis grad, og landbrugsproduktionen i sig selv er ikke en højtydende industri. Derfor om, hvordan man optimerer den supplerende lysstrategi og samarbejder med andre tiltag i selve produktionen af ​​hydroponiske bladgrøntsager i vinterdrivhus, og hvordan man anvender det supplerende lysudstyr til at opnå effektiv produktion og forbedre effektiviteten af ​​lysenergiudnyttelsen og økonomiske fordele , kræver det stadig yderligere produktionsforsøg.

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

Referencer:
[1] Jianfeng Dai, Philips havebrugspraksis for LED-anvendelse i drivhusproduktion [J]. Jordbrugsteknisk teknologi, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Anvendelsesstatus og udsigt til lystilskudsteknologi til beskyttede frugter og grøntsager [J]. Northern gartneri, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Forsknings- og anvendelsesstatus og udviklingsstrategi for plantebelysning [J]. Tidsskrift for lysteknik, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Anvendelse af lyskilde og lyskvalitetskontrol i drivhusgrøntsagsproduktion [J]. Kinesisk grøntsag, 2012 (2): 1-7