Recerca sobre l'efecte de la llum suplementària LED sobre l'efecte d'augment del rendiment de l'enciam hidropònic i Pakchoi a l'hivernacle a l'hivern
[Resum] L'hivern a Xangai sovint es troba amb temperatures baixes i sol baix, i el creixement de verdures de fulla hidropònica a l'hivernacle és lent i el cicle de producció és llarg, cosa que no pot satisfer la demanda de subministrament del mercat.En els darrers anys, s'han començat a utilitzar llums suplementàries de plantes LED en el cultiu i la producció d'hivernacle, fins a cert punt, per compensar el defecte que la llum acumulada diàriament a l'hivernacle no pot satisfer les necessitats de creixement dels cultius quan la llum natural és. insuficient.En l'experiment, es van instal·lar a l'hivernacle dos tipus de llums suplementàries LED amb diferent qualitat de llum per dur a terme l'experiment d'exploració d'augmentar la producció d'enciam hidropònic i tija verda a l'hivern.Els resultats van demostrar que els dos tipus de llums LED poden augmentar significativament el pes fresc per planta de pakchoi i enciam.L'efecte que augmenta el rendiment del pakchoi es reflecteix principalment en la millora de la qualitat sensorial general, com ara l'engrandiment i l'engrossiment de les fulles, i l'efecte que augmenta el rendiment de l'enciam es reflecteix principalment en l'augment del nombre de fulles i del contingut de matèria seca.

La llum és una part indispensable del creixement de les plantes.En els darrers anys, les llums LED s'han utilitzat àmpliament en el cultiu i la producció en un entorn d'hivernacle a causa de la seva alta taxa de conversió fotoelèctrica, espectre personalitzable i llarga vida útil [1].Als països estrangers, a causa de l'inici precoç de la investigació relacionada i del sistema de suport madur, moltes produccions de flors, fruites i hortalisses a gran escala tenen estratègies de suplement lleuger relativament completes.L'acumulació d'una gran quantitat de dades de producció real també permet als productors predir clarament l'efecte de l'augment de la producció.Al mateix temps, s'avalua el retorn després d'utilitzar el sistema de llum suplementària LED [2].Tanmateix, la major part de la investigació nacional actual sobre la llum suplementària està esbiaixada cap a la qualitat de la llum a petita escala i l'optimització espectral, i no té estratègies de llum suplementàries que es puguin utilitzar en la producció real[3].Molts productors nacionals utilitzaran directament les solucions d'il·luminació suplementàries estrangeres existents quan apliquen tecnologia d'il·luminació suplementària a la producció, independentment de les condicions climàtiques de l'àrea de producció, els tipus de verdures produïdes i les condicions de les instal·lacions i els equips.A més, l'elevat cost dels equips lleugers addicionals i l'elevat consum d'energia sovint donen lloc a una gran bretxa entre el rendiment real del cultiu i el rendiment econòmic i l'efecte esperat.Aquesta situació actual no afavoreix el desenvolupament i la promoció de la tecnologia per complementar la llum i augmentar la producció al país.Per tant, és una necessitat urgent posar raonablement productes de llum suplementària LED madurs en entorns reals de producció nacional, optimitzar les estratègies d'ús i acumular dades rellevants.

L'hivern és l'estació en què les verdures fresques de fulla tenen una gran demanda.Els hivernacles poden proporcionar un entorn més adequat per al creixement de verdures de fulla a l'hivern que els camps de cultiu a l'aire lliure.No obstant això, un article assenyalava que alguns hivernacles envellits o mal nets tenen una transmitància de la llum inferior al 50% a l'hivern. temperatura i ambient amb poca llum, que afecta el creixement normal de les plantes.La llum s'ha convertit en un factor limitant per al creixement de les hortalisses a l'hivern [4].En l'experiment s'utilitza el Green Cube que s'ha posat en producció real.El sistema de plantació de verdures de fulla de flux líquid poc profund es combina amb els dos mòduls de llum LED superiors de Signify (Xina) Investment Co., Ltd. amb diferents proporcions de llum blava.La plantació d'enciams i pakchoi, que són dues hortalisses de fulla amb una major demanda del mercat, pretén estudiar l'augment real de la producció d'hortalisses de fulla hidropònics mitjançant la il·luminació LED a l'hivernacle.

Materials i mètodes
Materials utilitzats per a la prova

Els materials de prova utilitzats en l'experiment van ser enciam i verdures packchoi.La varietat d'enciam, Green Leaf Lettuce, prové de Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., i la varietat pakchoi, Brilliant Green, prové de l'Institut d'Horticultura de l'Acadèmia de Ciències Agràries de Xangai.

Mètode experimental

L'experiment es va dur a terme a l'hivernacle de vidre tipus Wenluo de la base de Sunqiao de Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. de novembre de 2019 a febrer de 2020. Es van realitzar un total de dues rondes d'experiments repetits.La primera ronda de l'experiment va ser a finals de 2019, i la segona volta a principis de 2020. Després de la sembra, els materials experimentals es van col·locar a la sala climàtica de llum artificial per a la cria de plàntules i es va utilitzar el reg de marea.Durant el període de cria de plàntules, per al reg es va utilitzar la solució nutritiva general de vegetals hidropònics amb EC d'1,5 i pH de 5,5.Després que les plàntules van créixer fins a 3 fulles i 1 etapa de cor, es van plantar al llit de plantació d'hortalisses de fulla poc profunda de tipus cub verd.Després de la plantació, el sistema de circulació de la solució de nutrients de flux poc profund va utilitzar una solució de nutrients EC 2 i pH 6 per al reg diari.La freqüència de reg va ser de 10 minuts amb el subministrament d'aigua i de 20 minuts amb el subministrament d'aigua aturat.El grup control (sense suplement de llum) i el grup de tractament (suplement de llum LED) es van establir a l'experiment.CK es va plantar en hivernacle de vidre sense suplement de llum.LB: drw-lb Ho (200W) es va utilitzar per complementar la llum després de plantar-lo en un hivernacle de vidre.La densitat de flux de llum (PPFD) a la superfície del dosser vegetal hidropònic era d'uns 140 μmol/(㎡·S).MB: després de plantar a l'hivernacle de vidre, es va utilitzar el drw-lb (200W) per complementar la llum i el PPFD era d'uns 140 μmol/(㎡·S).

La primera ronda de data de plantació experimental és el 8 de novembre de 2019 i la data de plantació és el 25 de novembre de 2019. L'hora del suplement de llum del grup de prova és de 6:30 a 17:00;la segona ronda de data de plantació experimental és el dia 30 de desembre de 2019, la data de plantació és el 17 de gener de 2020 i l'hora de suplementació del grup experimental és de 4:00 a 17:00.
En el temps assolellat a l'hivern, l'hivernacle obrirà el sostre solar, la pel·lícula lateral i el ventilador per a la ventilació diària de 6:00 a 17:00.Quan la temperatura sigui baixa a la nit, l'hivernacle tancarà la claraboia, la pel·lícula lateral i el ventilador a les 17:00-6:00 (l'endemà) i obrirà la cortina d'aïllament tèrmic a l'hivernacle per preservar la calor nocturna.

Recopilació de dades

L'alçada de la planta, el nombre de fulles i el pes fresc per planta es van obtenir després de collir les parts del terra de Qingjingcai i enciam.Després de mesurar el pes fresc, es va col·locar al forn i es va assecar a 75 ℃ durant 72 h.Després del final, es va determinar el pes sec.La temperatura a l'hivernacle i la densitat de flux de fotons fotosintètics (PPFD, densitat de flux de fotons fotosintètics) es recullen i enregistren cada 5 min el sensor de temperatura (RS-GZ-N01-2) i el sensor de radiació fotosintèticament activa (GLZ-CG).

Anàlisi de dades

Calcula l'eficiència de l'ús de la llum (LUE, Light Use Efficiency) segons la fórmula següent:
LUE (g/mol) = rendiment vegetal per unitat de superfície/cantitat total acumulada de llum obtinguda per hortalisses per unitat de superfície des de la sembra fins a la collita
Calculeu el contingut de matèria seca segons la fórmula següent:
Contingut de matèria seca (%) = pes sec per planta/pes fresc per planta x 100%
Utilitzeu Excel2016 i IBM SPSS Statistics 20 per analitzar les dades de l'experiment i analitzar la importància de la diferència.

Materials i mètodes
Llum i temperatura

La primera ronda d'experiment va trigar 46 dies des de la sembra fins a la collita, i la segona ronda va trigar 42 dies des de la plantació fins a la collita.Durant la primera ronda de l'experiment, la temperatura mitjana diària a l'hivernacle era majoritàriament entre 10 i 18 ℃;durant la segona ronda d'experiment, la fluctuació de la temperatura mitjana diària a l'hivernacle va ser més severa que la de la primera ronda d'experiment, amb la temperatura mitjana diària més baixa de 8,39 ℃ i la temperatura mitjana diària més alta de 20,23 ℃.La temperatura mitjana diària va mostrar una tendència general a l'alça durant el procés de creixement (Fig. 1).

Durant la primera ronda de l'experiment, la integral de llum diària (DLI) a l'hivernacle va fluctuar menys de 14 mol/(㎡·D).Durant la segona ronda d'experiment, la quantitat acumulada diària de llum natural a l'hivernacle va mostrar una tendència general a l'alça, que va ser superior a 8 mol/(㎡·D), i el valor màxim va aparèixer el 27 de febrer de 2020, que va ser de 26,1 mol. /(㎡·D).El canvi de la quantitat diària acumulada de llum natural a l'hivernacle durant la segona ronda de l'experiment va ser més gran que durant la primera ronda de l'experiment (Fig. 2).Durant la primera ronda de l'experiment, la quantitat de llum acumulada diària total (la suma de la llum natural DLI i la llum suplementària LED DLI) del grup de llum suplementària va ser superior a 8 mol/(㎡·D) la major part del temps.Durant la segona ronda de l'experiment, la quantitat total de llum acumulada diària del grup de llum suplementari va ser superior a 10 mol/(㎡·D) la major part del temps.La quantitat total acumulada de llum suplementària a la segona ronda va ser de 31,75 mol/㎡ més que la de la primera ronda.

Rendiment de verdures de fulla i eficiència en l'ús d'energia lleugera

●Primera ronda de resultats de la prova
A la figura 3 es pot veure que el pakchoi complementat amb LED creix millor, la forma de la planta és més compacta i les fulles són més grans i gruixudes que la CK no complementada.Les fulles LB i MB pakchoi són més brillants i de color verd més fosc que CK.A la figura 4 es pot veure que l'enciam amb llum suplementària LED creix millor que el CK sense llum suplementària, el nombre de fulles és més gran i la forma de la planta és més plena.

Es pot veure a la taula 1 que no hi ha una diferència significativa en l'alçada de la planta, el nombre de fulles, el contingut de matèria seca i l'eficiència d'utilització d'energia lleugera dels pakchoi tractats amb CK, LB i MB, però el pes fresc del pakchoi tractat amb LB i MB és significativament superior a la de CK;No hi va haver cap diferència significativa en el pes fresc per planta entre les dues llums de creixement LED amb diferents proporcions de llum blava en el tractament de LB i MB.

Es pot veure a la taula 2 que l'alçada de la planta de l'enciam en el tractament amb LB va ser significativament superior a la del tractament amb CK, però no hi va haver cap diferència significativa entre el tractament amb LB i el tractament amb MB.Hi va haver diferències significatives en el nombre de fulles entre els tres tractaments, i el nombre de fulles en tractament amb MB va ser el més alt, que va ser de 27. El pes fresc per planta del tractament amb LB va ser el més alt, que va ser de 101 g.També hi va haver una diferència significativa entre els dos grups.No hi va haver cap diferència significativa en el contingut de matèria seca entre els tractaments amb CK i LB.El contingut de MB va ser un 4,24% més gran que els tractaments amb CK i LB.Hi va haver diferències significatives en l'eficiència de l'ús de la llum entre els tres tractaments.La major eficiència d'ús de la llum va ser en el tractament LB, que va ser de 13,23 g/mol, i la més baixa va ser en el tractament CK, que va ser de 10,72 g/mol.

●Segona ronda de resultats de la prova

Es pot veure a la taula 3 que l'alçada de la planta de Pakchoi tractada amb MB era significativament superior a la de CK, i no hi havia cap diferència significativa entre aquesta i el tractament amb LB.El nombre de fulles de Pakchoi tractades amb LB i MB va ser significativament més gran que amb CK, però no hi va haver cap diferència significativa entre els dos grups de tractaments lleugers suplementaris.Hi va haver diferències significatives en el pes fresc per planta entre els tres tractaments.El pes fresc per planta en CK va ser el més baix amb 47 g, i el tractament amb MB va ser el més alt amb 116 g.No hi va haver cap diferència significativa en el contingut de matèria seca entre els tres tractaments.Hi ha diferències significatives en l'eficiència d'utilització de l'energia de la llum.La CK és baixa amb 8,74 g/mol, i el tractament amb MB és el més alt amb 13,64 g/mol.

A la taula 4 es pot veure que no hi va haver cap diferència significativa en l'alçada de la planta de l'enciam entre els tres tractaments.El nombre de fulles als tractaments LB i MB va ser significativament superior al de CK.Entre ells, el nombre de fulles de MB va ser el més alt amb 26. No hi va haver cap diferència significativa en el nombre de fulles entre els tractaments amb LB i MB.El pes fresc per planta dels dos grups de tractaments lleugers suplementaris va ser significativament superior al de CK, i el pes fresc per planta va ser el més alt en el tractament amb MB, que va ser de 133 g.També hi va haver diferències significatives entre els tractaments LB i MB.Hi va haver diferències significatives en el contingut de matèria seca entre els tres tractaments, i el contingut de matèria seca del tractament LB va ser el més alt, que va ser del 4,05%.L'eficiència d'utilització d'energia lleugera del tractament amb MB és significativament superior a la del tractament CK i LB, que és de 12,67 g/mol.

Durant la segona ronda d'experiment, el DLI total del grup de llum suplementari va ser molt superior al DLI durant el mateix nombre de dies de colonització durant la primera ronda d'experiment (figura 1-2) i el temps de llum suplementari de la llum suplementària. grup de tractament a la segona ronda de l'experiment (4:00-00-17:00).En comparació amb la primera ronda d'experiment (6:30-17:00), va augmentar en 2,5 hores.El temps de collita de les dues rondes de Pakchoi va ser 35 dies després de la sembra.El pes fresc de la planta individual de CK a les dues rondes va ser similar.La diferència de pes fresc per planta en el tractament amb LB i MB en comparació amb CK a la segona ronda d'experiments va ser molt més gran que la diferència de pes fresc per planta en comparació amb CK a la primera ronda d'experiments (taula 1, taula 3).El temps de collita de la segona ronda d'enciam experimental va ser 42 dies després de la sembra, i el temps de collita de la primera ronda d'enciam experimental va ser de 46 dies després de la sembra.El nombre de dies de colonització quan es va collir la segona ronda d'enciam experimental CK va ser 4 dies menor que el de la primera ronda, però el pes fresc per planta és 1,57 vegades superior al de la primera ronda d'experiments (taula 2 i taula 4). i l'eficiència d'utilització de l'energia de la llum és similar.Es pot observar que a mesura que la temperatura s'escalfa gradualment i la llum natural de l'hivernacle augmenta gradualment, el cicle de producció de l'enciam s'escurça.

Materials i mètodes
Les dues rondes de proves van cobrir bàsicament tot l'hivern a Xangai, i el grup de control (CK) va poder restaurar relativament l'estat de producció real de tija verda hidropónica i enciam a l'hivernacle a baixa temperatura i poca llum solar a l'hivern.El grup d'experimentació de suplements lleugers va tenir un efecte de promoció important sobre l'índex de dades més intuïtiu (pes fresc per planta) en les dues rondes d'experiments.Entre ells, l'efecte d'augment del rendiment de Pakchoi es va reflectir en la mida, el color i el gruix de les fulles alhora.Però l'enciam tendeix a augmentar el nombre de fulles i la forma de la planta sembla més plena.Els resultats de les proves mostren que la suplementació lleugera pot millorar el pes fresc i la qualitat del producte en la plantació de les dues categories vegetals, augmentant així la comercialitat dels productes vegetals.Pakchoi complementat amb Els mòduls de llum superior LED vermell-blanc, blau baix i vermell-blanc, blau mitjà són de color verd més fosc i d'aspecte brillant que les fulles sense llum suplementària, les fulles són més grans i gruixudes i la tendència de creixement de tot el tipus de planta és més compacte i vigorós.Tanmateix, l'enciam mosaic pertany a les verdures de fulla verda clara i no hi ha cap procés de canvi de color evident en el procés de creixement.El canvi de color de les fulles no és obvi per als ulls humans.La proporció adequada de llum blava pot promoure el desenvolupament de les fulles i la síntesi de pigments fotosintètics, i inhibir l'allargament de l'entrenus.Per tant, les verdures del grup de suplements lleugers són més afavorides pels consumidors en qualitat d'aparença.

Durant la segona ronda de la prova, la quantitat total de llum acumulada diària del grup de llum suplementari va ser molt superior a la DLI durant el mateix nombre de dies de colonització durant la primera ronda de l'experiment (figura 1-2) i la llum suplementària. l'hora de la segona ronda del grup de tractament de llum suplementari (4: 00-17: 00), en comparació amb la primera ronda d'experiment (6:30-17: 00), va augmentar en 2,5 hores.El temps de collita de les dues rondes de Pakchoi va ser 35 dies després de la sembra.El pes fresc de CK a les dues rondes va ser similar.La diferència de pes fresc per planta entre el tractament amb LB i MB i CK a la segona ronda d'experiments va ser molt més gran que la diferència de pes fresc per planta amb CK a la primera ronda d'experiments (taula 1 i taula 3).Per tant, allargar el temps de suplement de llum pot promoure l'augment de la producció de Pakchoi hidropònic cultivat a l'interior a l'hivern.El temps de collita de la segona ronda d'enciam experimental va ser 42 dies després de la sembra, i el temps de collita de la primera ronda d'enciam experimental va ser de 46 dies després de la sembra.Quan es va collir la segona ronda d'enciam experimental, el nombre de dies de colonització del grup CK va ser 4 dies menor que el de la primera ronda.Tanmateix, el pes fresc d'una sola planta va ser 1,57 vegades el de la primera ronda d'experiments (taula 2 i taula 4).L'eficiència d'utilització de l'energia de la llum va ser similar.Es pot veure que a mesura que la temperatura augmenta lentament i la llum natural de l'hivernacle augmenta gradualment (figura 1-2), el cicle de producció de l'enciam es pot escurçar en conseqüència.Per tant, afegir equips lleugers addicionals a l'hivernacle a l'hivern amb baixa temperatura i poca llum solar pot millorar eficaçment l'eficiència de producció de l'enciam i, a continuació, augmentar la producció.A la primera ronda d'experiment, el consum d'energia de llum complementada a la planta de menú de fulles va ser de 0,95 kw-h, i a la segona ronda d'experiment, el consum d'energia de llum complementat a la planta de menú de fulla va ser d'1,15 kw-h.En comparació entre les dues rondes d'experiments, el consum de llum dels tres tractaments de Pakchoi, l'eficiència d'utilització d'energia en el segon experiment va ser inferior a la del primer experiment.L'eficiència d'utilització d'energia lleugera dels grups de tractament de llum suplementari CK i LB d'enciam en el segon experiment va ser lleugerament inferior a la del primer experiment.Es dedueix que la possible raó és que la baixa temperatura mitjana diària dins d'una setmana després de la plantació fa que el període de plàntula lent sigui més llarg, i tot i que la temperatura va repuntar una mica durant l'experiment, el rang era limitat i la temperatura mitjana diària global encara era a un nivell baix, cosa que va restringir l'eficiència d'utilització de l'energia de la llum durant el cicle general de creixement de la hidroponia de verdures de fulla.(Figura 1).

Durant l'experiment, la piscina de solucions de nutrients no estava equipada amb equips d'escalfament, de manera que l'entorn de l'arrel de les verdures de fulla hidropònica sempre estava a un nivell de temperatura baixa i la temperatura mitjana diària era limitada, cosa que va provocar que les verdures no poguessin fer un ús complet. de la llum acumulada diària va augmentar ampliant la llum suplementària LED.Per tant, quan es complementa la llum a l'hivernacle a l'hivern, cal tenir en compte les mesures adequades de conservació de la calor i calefacció per garantir l'efecte de complementar la llum per augmentar la producció.Per tant, cal tenir en compte les mesures adequades de conservació de la calor i augment de la temperatura per garantir l'efecte del suplement lleuger i l'augment del rendiment a l'hivernacle.L'ús de llum suplementària LED augmentarà fins a cert punt el cost de producció i la producció agrícola en si no és una indústria d'alt rendiment.Per tant, pel que fa a com optimitzar l'estratègia de llum suplementària i cooperar amb altres mesures en la producció real de verdures de fulla hidropònica a l'hivernacle, i com utilitzar l'equip de llum suplementari per aconseguir una producció eficient i millorar l'eficiència de la utilització de l'energia lleugera i els beneficis econòmics. , encara necessita més experiments de producció.

Autors: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Font de l'article: Tecnologia d'Enginyeria Agrària (Horticultura d'hivernacle).

Referències:
[1] Jianfeng Dai, pràctica d'aplicació LED hortícola de Philips a la producció d'hivernacle [J].Tecnologia de l'enginyeria agrícola, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al.Estat de l'aplicació i perspectiva de la tecnologia de suplements lleugers per a fruites i verdures protegides [J].Horticultura del Nord, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al.Estat d'investigació i aplicació i estratègia de desenvolupament de la il·luminació de plantes [J].Revista d'enginyeria d'il·luminació, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al.Aplicació de fonts de llum i control de qualitat de la llum en la producció d'hortalisses d'hivernacle [J].Verdura xinesa, 2012 (2): 1-7