Výzkum vlivu doplňkového světla LED na účinek hydroponického salátu a Pakchoi ve skleníku v zimě zvyšující výnos
[Abstrakt] Zima v Šanghaji se často setkává s nízkou teplotou a nízkým slunečním zářením a růst hydroponické listové zeleniny ve skleníku je pomalý a produkční cyklus je dlouhý, což nemůže uspokojit poptávku na trhu. V posledních letech se při pěstování a výrobě ve skleníku začala do určité míry používat LED doplňková svítidla pro rostliny, aby se nahradila závada, že denní akumulované světlo ve skleníku nemůže pokrýt potřeby růstu plodin při přirozeném osvětlení. nedostatečné. V experimentu byly ve skleníku instalovány dva druhy doplňkových LED svítidel s různou kvalitou světla, aby bylo možné provést průzkumný experiment zvýšení produkce hydroponického salátu a zelené natě v zimě. Výsledky ukázaly, že dva druhy LED světel mohou výrazně zvýšit čerstvou hmotnost na rostlinu pakchoi a salátu. Úrodu zvyšující efekt pakchoi se projevuje především zlepšením celkové senzorické kvality jako je zvětšení a zahuštění listů a výnosový efekt salátu se projevuje především zvýšením počtu listů a obsahu sušiny.

Světlo je nepostradatelnou součástí růstu rostlin. V posledních letech byla LED světla široce používána při pěstování a výrobě ve skleníkovém prostředí kvůli jejich vysoké rychlosti fotoelektrické konverze, přizpůsobitelnému spektru a dlouhé životnosti [1]. V zahraničí, díky brzkému zahájení souvisejícího výzkumu a vyspělému podpůrnému systému, má mnoho velkovýroby květin, ovoce a zeleniny relativně kompletní strategie lehkých doplňků. Nahromadění velkého množství údajů o skutečné výrobě také umožňuje výrobcům jasně předvídat účinek rostoucí výroby. Zároveň se vyhodnocuje návratnost po použití systému doplňkového osvětlení LED [2]. Většina současného domácího výzkumu doplňkového světla je však zaměřena na kvalitu světla v malém měřítku a spektrální optimalizaci a postrádá doplňkové světelné strategie, které by bylo možné použít ve skutečné výrobě[3]. Řada tuzemských výrobců bude při aplikaci doplňkové osvětlovací techniky do výroby přímo využívat stávající zahraniční řešení doplňkového osvětlení bez ohledu na klimatické podmínky výrobní oblasti, druhy produkované zeleniny a stav objektů a zařízení. Kromě toho vysoké náklady na doplňková osvětlovací zařízení a vysoká spotřeba energie často vedou k obrovskému rozdílu mezi skutečným výnosem plodin a ekonomickou návratností a očekávaným účinkem. Takový současný stav není příznivý pro rozvoj a propagaci technologie doplňování světla a zvyšování výroby v zemi. Proto je naléhavá potřeba rozumně zavést vyspělé produkty doplňkového osvětlení LED do skutečných domácích výrobních prostředí, optimalizovat strategie použití a shromažďovat relevantní data.

Zima je obdobím, kdy je čerstvá listová zelenina velmi žádaná. Skleníky mohou poskytnout v zimě pro růst listové zeleniny vhodnější prostředí než venkovní zemědělská pole. Článek však poukázal na to, že některé stárnoucí nebo špatně čisté skleníky mají v zimě propustnost světla nižší než 50 %. Kromě toho je v zimě náchylné k dlouhodobému deštivému počasí, kvůli kterému je skleník v nízké teplota a prostředí s nízkým osvětlením, které ovlivňuje normální růst rostlin. Limitujícím faktorem pro růst zeleniny v zimě se stalo světlo [4]. V experimentu je použita Zelená kostka, která byla uvedena do skutečné výroby. Systém pro výsadbu listové zeleniny s mělkým průtokem kapaliny je sladěn se dvěma moduly horního světla LED společnosti Signify (China) Investment Co., Ltd. s různými poměry modrého světla. Výsadba salátu a pakchoi, což jsou dvě listové zeleniny s větší poptávkou na trhu, má za cíl studovat skutečný nárůst produkce hydroponické listové zeleniny pomocí LED osvětlení v zimním skleníku.

Materiály a metody
Materiály použité pro testování

Testovací materiály použité v experimentu byly salát a zelenina packchoi. Odrůda salátu, zelený listový salát, pochází od společnosti Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., a odrůda pakchoi, Brilliant Green, pochází ze zahradnického institutu Šanghajské akademie zemědělských věd.

Experimentální metoda

Experiment byl prováděn ve skleněném skleníku typu Wenluo na základně Sunqiao společnosti Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. od listopadu 2019 do února 2020. Celkem byla provedena dvě kola opakovaných experimentů. První kolo experimentu bylo na konci roku 2019 a druhé kolo bylo na začátku roku 2020. Po zasetí byly experimentální materiály umístěny do klimatologické místnosti s umělým osvětlením pro pěstování sazenic a byla použita přílivová závlaha. V období pěstování sazenic byl k zavlažování použit obecný živný roztok hydroponické zeleniny s EC 1,5 a pH 5,5. Poté, co sazenice vyrostly na 3 listy a 1 fázi srdce, byly vysazeny na mělký tok pro výsadbu listové zeleniny typu zelené kostky. Po výsadbě systém cirkulace živného roztoku s mělkým průtokem používal ke každodennímu zavlažování živný roztok EC 2 a pH 6. Frekvence zavlažování byla 10 minut s přívodem vody a 20 minut se zastaveným přívodem vody. V experimentu byla nastavena kontrolní skupina (bez doplňkového světla) a léčebná skupina (doplněk osvětlení LED). CK byla vysazena ve skleněném skleníku bez přídavku světla. LB: drw-lb Ho (200W) byl použit k doplnění světla po výsadbě ve skleněném skleníku. Hustota světelného toku (PPFD) na povrchu hydroponického rostlinného zápoje byla asi 140 μmol/(㎡·S). MB: po výsadbě ve skleněném skleníku byl k doplnění světla použit drw-lb (200W) a PPFD bylo asi 140 μmol/(㎡·S).

Datum prvního kola experimentální výsadby je 8. listopadu 2019 a datum výsadby je 25. listopadu 2019. Doba doplnění světla testovací skupiny je 6:30-17:00; druhé kolo experimentální výsadby je datum 30. prosince 2019, datum výsadby je 17. ledna 2020 a čas doplnění experimentální skupiny je 4:00-17:00
Za slunečného počasí v zimě skleník otevře střešní okno, boční fólii a ventilátor pro denní větrání od 6:00-17:00. Když je teplota v noci nízká, skleník v 17:00-6:00 (další den) zavře světlík, boční rolovací fólii a ventilátor a otevře tepelně izolační závěs ve skleníku pro noční uchování tepla.

Sběr dat

Výška rostliny, počet listů a čerstvá hmotnost na rostlinu byly získány po sklizni nadzemních částí Qingjingcai a salátu. Po změření čerstvé hmotnosti byl umístěn do sušárny a sušen při 75 °C po dobu 72 hodin. Po skončení byla stanovena suchá hmotnost. Teplota ve skleníku a hustota fotosyntetického toku fotonů (PPFD, fotosyntetická hustota toku fotonů) jsou shromažďovány a zaznamenávány každých 5 minut teplotním senzorem (RS-GZ-N01-2) a fotosynteticky aktivním senzorem záření (GLZ-CG).

Analýza dat

Vypočítejte účinnost využití světla (LUE, Light Use Efficiency) podle následujícího vzorce:
LUE (g/mol) = výnos zeleniny na jednotku plochy/celkové kumulativní množství světla získaného zeleninou na jednotku plochy od výsadby po sklizeň
Vypočítejte obsah sušiny podle následujícího vzorce:
Obsah sušiny (%) = sušina na rostlinu/čerstvá hmotnost na rostlinu x 100 %
Pomocí Excel2016 a IBM SPSS Statistics 20 analyzujte data v experimentu a analyzujte významnost rozdílu.

Materiály a metody
Světlo a teplota

První kolo experimentu trvalo 46 dní od výsadby do sklizně a druhé kolo trvalo 42 dní od výsadby do sklizně. Během prvního kola experimentu byla průměrná denní teplota ve skleníku většinou v rozmezí 10-18 ℃; během druhého kola experimentu bylo kolísání průměrné denní teploty ve skleníku vážnější než během prvního kola experimentu, s nejnižší průměrnou denní teplotou 8,39 ℃ a nejvyšší denní průměrnou teplotou 20,23 ℃. Průměrná denní teplota vykazovala v procesu růstu celkově vzestupný trend (obr. 1).

Během prvního kola experimentu denní světelný integrál (DLI) ve skleníku kolísal méně než 14 mol/(㎡·D). Během druhého kola experimentu denní kumulativní množství přirozeného světla ve skleníku vykazovalo celkový vzestupný trend, který byl vyšší než 8 mol/(㎡·D), a maximální hodnota se objevila 27. února 2020, což bylo 26,1 mol /(㎡·D). Změna denního kumulativního množství přirozeného světla ve skleníku během druhého kola experimentu byla větší než během prvního kola experimentu (obr. 2). Během prvního kola experimentu bylo celkové denní kumulativní množství světla (součet přirozeného světla DLI a LED doplňkového světla DLI) skupiny doplňkového světla většinu času vyšší než 8 mol/(㎡·D). Během druhého kola experimentu bylo celkové denní akumulované množství světla doplňkové světelné skupiny po většinu času více než 10 mol/(㎡·D). Celkové nahromaděné množství doplňkového světla ve druhém kole bylo o 31,75 mol/㎡ více než v prvním kole.

Výnos listové zeleniny a efektivita využití světelné energie

●První kolo výsledků testů
Z obr. 3 je vidět, že pakchoi doplněné LED roste lépe, tvar rostliny je kompaktnější a listy jsou větší a silnější než u nedoplňovaného CK. Listy LB a MB pakchoi jsou světlejší a tmavší zelené než CK. Z obr. 4 je vidět, že salát s doplňkovým LED osvětlením roste lépe než CK bez doplňkového světla, počet listů je vyšší a tvar rostliny je plnější.

Z tabulky 1 je vidět, že u pakchoi ošetřených CK, LB a MB není významný rozdíl ve výšce rostlin, počtu listů, obsahu sušiny a účinnosti využití světelné energie, ale čerstvá hmotnost pakchoi ošetřených LB a MB je výrazně vyšší než u CK; Nebyl žádný významný rozdíl v čerstvé hmotnosti na rostlinu mezi dvěma LED pěstebními světly s různými poměry modrého světla při ošetření LB a MB.

Z tabulky 2 je vidět, že výška rostlin hlávkového salátu při ošetření LB byla významně vyšší než při ošetření CK, ale nebyl žádný významný rozdíl mezi ošetřením LB a ošetřením MB. Mezi třemi ošetřeními byly významné rozdíly v počtu listů a počet listů při ošetření MB byl nejvyšší, což bylo 27. Čerstvá hmotnost na rostlinu ošetření LB byla nejvyšší, což bylo 101 g. Mezi oběma skupinami byl také významný rozdíl. Mezi ošetřeními CK a LB nebyl žádný významný rozdíl v obsahu sušiny. Obsah MB byl o 4,24 % vyšší než při ošetření CK a LB. Mezi těmito třemi ošetřeními byly významné rozdíly v účinnosti použití světla. Nejvyšší účinnost využití světla byla u ošetření LB, která byla 13,23 g/mol, a nejnižší byla u ošetření CK, která byla 10,72 g/mol.

●Druhé kolo výsledků testů

Z tabulky 3 je patrné, že výška rostlin Pakchoi ošetřených MB byla významně vyšší než u CK a nebyl žádný významný rozdíl mezi ním a ošetřením LB. Počet listů Pakchoi ošetřených LB a MB byl významně vyšší než počet s CK, ale mezi těmito dvěma skupinami doplňkového ošetření světlem nebyl žádný významný rozdíl. Mezi těmito třemi ošetřeními byly významné rozdíly v čerstvé hmotnosti na rostlinu. Čerstvá hmotnost na rostlinu v CK byla nejnižší 47 g a ošetření MB bylo nejvyšší, 116 g. Mezi těmito třemi ošetřeními nebyl žádný významný rozdíl v obsahu sušiny. Existují značné rozdíly v účinnosti využití světelné energie. CK je nízká na 8,74 g/mol a léčba MB je nejvyšší na 13,64 g/mol.

Z tabulky 4 je patrné, že mezi třemi ošetřeními nebyl žádný významný rozdíl ve výšce rostliny salátu. Počet listů u LB a MB byl významně vyšší než u CK. Mezi nimi byl počet listů MB nejvyšší, a to 26. Mezi ošetřeními LB a MB nebyl žádný významný rozdíl v počtu listů. Čerstvá hmotnost na rostlinu u dvou skupin doplňkového ošetření světlem byla významně vyšší než u CK a čerstvá hmotnost na rostlinu byla nejvyšší u MB ošetření, což bylo 133 g. Byly také významné rozdíly mezi léčbou LB a MB. Mezi třemi ošetřeními byly významné rozdíly v obsahu sušiny a obsah sušiny byl nejvyšší u ošetření LB, který činil 4,05 %. Účinnost využití světelné energie ošetření MB je výrazně vyšší než u ošetření CK a LB, která je 12,67 g/mol.

Během druhého kola experimentu byl celkový DLI skupiny doplňkového světla mnohem vyšší než DLI během stejného počtu dnů kolonizace během prvního kola experimentu (obrázek 1-2) a doba doplňkového světla doplňkového světla léčebné skupině ve druhém kole experimentu (4:00-00- 17:00). Ve srovnání s prvním kolem experimentu (6:30-17:00) se zvýšila o 2,5 hodiny. Doba sklizně dvou kol Pakchoi byla 35 dní po výsadbě. Čerstvá hmotnost jednotlivých rostlin CK ve dvou kolech byla podobná. Rozdíl v čerstvé hmotnosti na rostlinu při ošetření LB a MB ve srovnání s CK ve druhém kole experimentů byl mnohem větší než rozdíl v čerstvé hmotnosti na rostlinu ve srovnání s CK v prvním kole experimentů (tabulka 1, tabulka 3). Doba sklizně druhého kola pokusného salátu byla 42 dnů po výsadbě a doba sklizně prvního kola pokusného salátu byla 46 dnů po výsadbě. Počet dnů kolonizace, kdy bylo sklizeno druhé kolo pokusného salátu CK, byl o 4 dny menší než počet dnů prvního kola, ale čerstvá hmotnost na rostlinu je 1,57krát větší než v prvním kole experimentů (tabulka 2 a tabulka 4), a účinnost využití světelné energie je podobná. Je vidět, že jak se teplota postupně otepluje a přirozené světlo ve skleníku postupně přibývá, produkční cyklus salátu se zkracuje.

Materiály a metody
Dvě kola testování v podstatě pokrývala celou zimu v Šanghaji a kontrolní skupině (CK) se podařilo relativně obnovit skutečný stav produkce hydroponického zeleného stonku a salátu ve skleníku za nízké teploty a nízkého slunečního záření v zimě. Experimentální skupina s lehkým doplňkem měla významný propagační účinek na nejintuitivnější datový index (čerstvá hmotnost na rostlinu) ve dvou kolech experimentů. Mezi nimi se efekt zvýšení výnosu Pakchoi projevil ve velikosti, barvě a tloušťce listů současně. Ale salát má tendenci zvyšovat počet listů a tvar rostliny vypadá plnější. Výsledky testů ukazují, že lehká suplementace může zlepšit čerstvou hmotnost a kvalitu produktu při výsadbě dvou kategorií zeleniny, a tím zvýšit komerčnost rostlinných produktů. Pakchoi doplněné o Červeno-bílé, nízko-modré a červeno-bílé, středně modré LED moduly horního osvětlení jsou tmavší zelené a lesklé než listy bez doplňkového světla, listy jsou větší a silnější a trend růstu celý typ rostliny je kompaktnější a mohutnější. Nicméně „mozaikový salát“ patří ke světle zelené listové zelenině a v procesu růstu není patrný proces změny barvy. Změna barvy listů není pro lidské oči zřejmá. Vhodný podíl modrého světla může podporovat vývoj listů a syntézu fotosyntetického pigmentu a inhibovat prodlužování internodií. Zelenina ve skupině lehkých doplňků je proto spotřebiteli více upřednostňována v kvalitě vzhledu.

Během druhého kola testu bylo celkové denní kumulativní množství světla ve skupině s doplňkovým světlem mnohem vyšší než DLI během stejného počtu dnů kolonizace během prvního kola experimentu (obrázek 1-2) a doplňkové světlo čas druhého kola skupiny s doplňkovým světlem (4:00-17:00) ve srovnání s prvním kolem experimentu (6:30-17:00) se zvýšil o 2,5 hodiny. Doba sklizně dvou kol Pakchoi byla 35 dní po výsadbě. Čerstvá váha CK ve dvou kolech byla podobná. Rozdíl v čerstvé hmotnosti na rostlinu mezi ošetřením LB a MB a CK ve druhém kole experimentů byl mnohem větší než rozdíl v čerstvé hmotnosti na rostlinu s CK v prvním kole experimentů (tabulka 1 a tabulka 3). Proto prodloužení doby doplňování světla může podpořit zvýšení produkce hydroponických Pakchoi pěstovaných v zimě uvnitř. Doba sklizně druhého kola pokusného salátu byla 42 dnů po výsadbě a doba sklizně prvního kola pokusného salátu byla 46 dnů po výsadbě. Když bylo sklizeno druhé kolo pokusného salátu, počet dnů kolonizace skupiny CK byl o 4 dny menší než počet dnů prvního kola. Nicméně čerstvá hmotnost jedné rostliny byla 1,57krát větší než v prvním kole experimentů (tabulka 2 a tabulka 4). Účinnost využití světelné energie byla podobná. Je vidět, že jak teplota pomalu stoupá a přirozené světlo ve skleníku postupně přibývá (obrázek 1-2), lze produkční cyklus salátu odpovídajícím způsobem zkrátit. Proto přidání doplňkového světelného zařízení do skleníku v zimě s nízkou teplotou a nízkým slunečním zářením může účinně zlepšit efektivitu produkce salátu a následně zvýšit produkci. V prvním kole experimentu byla spotřeba energie doplněné světelným zdrojem listového menu 0,95 kw-h a ve druhém kole experimentu byla spotřeba energie doplněného osvětlením závodu listového menu 1,15 kw-h. Ve srovnání mezi dvěma koly experimentů byla spotřeba světla u tří ošetření Pakchoi, účinnost využití energie ve druhém experimentu nižší než v prvním experimentu. Účinnost využití světelné energie u skupin s doplňkovým světlem salátu CK a LB ve druhém experimentu byla mírně nižší než v prvním experimentu. Lze usuzovat, že možným důvodem je to, že nízká denní průměrná teplota během týdne po výsadbě prodlužuje pomalou dobu sazenice, a přestože se teplota během experimentu trochu odrazila, rozsah byl omezený a celková denní průměrná teplota byla stále na nízké úrovni, což omezovalo účinnost využití světelné energie během celého růstového cyklu pro hydroponii listové zeleniny. (Obrázek 1).

Během experimentu nebyl bazén s živným roztokem vybaven ohřívacím zařízením, takže kořenové prostředí hydroponické listové zeleniny bylo vždy na nízké teplotní úrovni a denní průměrná teplota byla omezena, což způsobilo, že zelenina nebyla plně využita denního kumulativního světla se zvýšilo rozšířením doplňkového LED světla. Při doplňování světla ve skleníku v zimě je proto nutné zvážit vhodná opatření pro uchování tepla a vytápění, aby byl zajištěn efekt doplnění světla pro zvýšení produkce. Proto je nutné zvážit vhodná opatření k uchování tepla a zvýšení teploty, aby byl zajištěn efekt doplnění světla a zvýšení výnosu v zimním skleníku. Použití doplňkového LED osvětlení do určité míry zvýší výrobní náklady a samotná zemědělská výroba není odvětvím s vysokými výnosy. Proto o tom, jak optimalizovat strategii doplňkového osvětlení a spolupracovat s dalšími opatřeními při vlastní produkci hydroponické listové zeleniny v zimním skleníku a jak využít doplňkové světelné zařízení k dosažení efektivní produkce a zlepšení efektivity využití světelné energie a ekonomických výhod , potřebuje ještě další výrobní experimenty.

Autoři: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Zdroj článku: Technologie zemědělské techniky (Skleníkové zahradnictví).

Reference:
[1] Jianfeng Dai, praxe aplikace Philips v zahradnictví LED při výrobě skleníků [J]. Technologie zemědělské techniky, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin a kol. Stav aplikace a výhled technologie doplňku světla pro chráněné ovoce a zeleninu [J]. Severské zahradnictví, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao a kol. Stav výzkumu a aplikace a strategie vývoje osvětlení rostlin [J]. Journal of lighting engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi a kol. Aplikace světelného zdroje a kontroly kvality světla ve skleníkové zelenině [J]. Čínská zelenina, 2012 (2): 1-7