Изследвания върху ефекта на светодиодната допълнителна светлина върху добива, нарастващ ефекта на хидропонната маруля и пакчои в оранжерията през зимата
[Резюме] Зимата в Шанхай често среща ниска температура и ниско слънце, а растежът на хидропонични листни зеленчуци в оранжерията е бавен и производственият цикъл е дълъг, който не може да отговори на предлагането на пазара. През последните години LED растителните допълнителни светлини започнаха да се използват в отглеждането и производството на парникови храни, до известна степен, за да компенсират дефекта, че ежедневната натрупана светлина в оранжерията не може да отговори на нуждите на растежа на културите, когато естествената светлина е недостатъчен. В експеримента в оранжерията бяха инсталирани два вида LED допълнителни светлини с различно качество на светлината, за да се проведе експеримента за изследване за увеличаване на производството на хидропонична маруля и зелено стъбло през зимата. Резултатите показват, че двата вида LED светлини могат значително да увеличат прясното тегло на растение от Pakchoi и маруля. Ефектът на увеличаване на добива на пакчои се отразява главно в подобряването на цялостното сетивно качество, като уголемяване и удебеляване на листата, а ефектът на увеличаване на добива на маруля се отразява главно в увеличаването на броя на листата и съдържанието на сухо вещество.

Светлината е незаменима част от растежа на растенията. През последните години LED светлините се използват широко в отглеждането и производството в оранжерия поради високата им честота на фотоелектрическо преобразуване, адаптивен спектър и дълъг експлоатационен живот [1]. В чуждите страни, поради ранния старт на свързаните с тях изследвания и системата за поддържане на зряла поддържане, много мащабни производство на цветя, плодове и зеленчуци имат сравнително пълни стратегии за добавки към светлината. Натрупването на голямо количество действителни данни за производството също позволява на производителите да прогнозират ясно ефекта от увеличаване на производството. В същото време се оценява връщането след използване на светодиодната система за светлина [2]. Въпреки това, повечето от настоящите вътрешни изследвания на допълнителната светлина са предубедени към дребномащабно качество на светлината и спектрална оптимизация и липсват допълнителни стратегии за светлина, които могат да бъдат използвани в действителното производство [3]. Много домашни производители ще използват директно съществуващите чуждестранни допълнителни разтвори за осветление, когато прилагат допълнителна технология за осветление към производството, независимо от климатичните условия на производствената зона, видовете произведени зеленчуци и условията на съоръженията и оборудването. В допълнение, високата цена на допълнителното леко оборудване и високото потребление на енергия често водят до огромна пропаст между действителния добив на културите и икономическата възвръщаемост и очаквания ефект. Подобна настояща ситуация не е благоприятна за развитието и насърчаването на технологията за допълване на светлината и увеличаване на производството в страната. Следователно, това е спешна необходимост разумно да се поставят зрели LED допълнителни леки продукти в действителни вътрешни производствени среди, оптимизиране на стратегиите за използване и натрупване на съответни данни.

Зимата е сезонът, когато пресни листни зеленчуци са в голямо търсене. Оранжериите могат да осигурят по -подходяща среда за растеж на листни зеленчуци през зимата, отколкото на открито на открито. Статия обаче посочи, че някои стареещи или лошо чисти оранжерии имат леко предаване по-малко от 50% през зимата. В допълнение, дългосрочното дъждовно време също е предразположено да се случи през зимата, което прави оранжерията в ниска- температура и среда с ниска осветеност, която влияе върху нормалния растеж на растенията. Светлината се превърна в ограничаващ фактор за растежа на зеленчуците през зимата [4]. Зеленият куб, който е поставен в действителното производство, се използва в експеримента. Системата за засаждане на плитки течен поток е съпоставена с Signify (China) Investment Co., двата LED модула LED светлинни модула на Ltd. с различни съотношения на синя светлина. Засаждането на маруля и пакчои, които са два листни зеленчука с по -голямо търсене на пазара, има за цел да проучи действителното увеличаване на производството на хидропонични листни зеленчуци чрез LED осветление в зимната оранжерия.

Материали и методи
Материали, използвани за тест

Тестовите материали, използвани в експеримента, са зеленчуци от маруля и Packchoi. Variety Lettuce, Green Leaf, идва от Пекин Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., и Pakchoi Variety, Brilliant Green, идва от Института за градинарство на Шанхайската академия по земеделски науки.

Експериментален метод

Експериментът е проведен в стъклената оранжерия от тип Wenluo на базата на Sunqiao на Sunghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd. от ноември 2019 г. до февруари 2020 г. са проведени общо два кръга от многократни експерименти. Първият кръг на експеримента беше в края на 2019 г., а вторият кръг беше в началото на 2020 г. След сеитбата, експерименталните материали бяха поставени в изкуствената светлинна климатична стая за отглеждане на разсад и се използва напояването на приливите. По време на периода на отглеждане на разсад, общият хранителен разтвор на хидропонни зеленчуци с ЕС от 1,5 и рН 5,5 се използва за напояване. След като разсадът нарасна до 3 листа и 1 сърдечен етап, те бяха засадени върху типа на зеления куб за плитки потоци листен зеленчуков засаждащ легло. След засаждането системата за циркулация на хранителен поток от плитки потоци използва EC 2 и PH 6 разтвор на хранителни вещества за ежедневно напояване. Честотата на напояване е 10 минути с водоснабдяване и 20 минути със спряно водоснабдяване. В експеримента бяха поставени контролната група (без светлина) и групата за лечение (добавка LED светлина). CK е засаден в стъклена оранжерия без леки добавки. LB: DRW-LB HO (200W) се използва за допълване на светлина след засаждане в стъклена оранжерия. Плътността на светлинния поток (PPFD) на повърхността на хидропонния зеленчуков сенник е около 140 μmol/(㎡ · s). MB: След засаждане в оранжерията на стъклото, DRW-LB (200W) се използва за допълване на светлината, а PPFD е около 140 μmol/(㎡ · s).

Първият кръг на експерименталната дата на засаждане е 8 ноември 2019 г., а датата на засаждане е 25 ноември 2019 г. Времето за светлинна добавка на тестовата група е 6: 30-17: 00; Вторият кръг на експерименталната дата на засаждане е 30 декември 2019 г., датата на засаждане е 17 януари 2020 г., а времето за добавка на експерименталната група е 4: 00-17: 00
В слънчевото време през зимата оранжерията ще отвори люка, страничен филм и вентилатор за ежедневна вентилация от 6: 00-17: 00. Когато температурата е ниска през нощта, оранжерията ще затвори светлината на светлината, страничната ролка и вентилатора на 17: 00-6: 00 (на следващия ден) и ще отвори топлинната изолация завесата в оранжерията за консервиране на нощната топлина.

Събиране на данни

Височината на растението, брой листа и прясно тегло на растение бяха получени след събиране на надземните части на Qingjingcai и маруля. След измерване на прясното тегло се поставя във фурна и се изсушава при 75 ℃ в продължение на 72 часа. След края се определя сухото тегло. Температурата в плътността на парниковата и фотосинтетичната фотона (PPFD, плътността на фотонен поток на фотона) се събират и записват на всеки 5 минути от сензора за температура (RS-GZ-N01-2) и фотосинтетично активния сензор за излъчване (GLZ-CG).

Анализ на данните

Изчислете ефективността на използването на светлината (LUE, ефективността на използването на светлината) съгласно следната формула:
Lue (g/mol) = добив на зеленчуци за единица площ/общото кумулативно количество светлина, получено от зеленчуци на единица площ от засаждане до прибиране на реколтата
Изчислете съдържанието на сухото вещество съгласно следната формула:
Съдържание на сухо вещество (%) = сухо тегло на растение/прясно тегло на растение х 100%
Използвайте Excel2016 и IBM SPSS статистика 20, за да анализирате данните в експеримента и да анализирате значението на разликата.

Материали и методи
Светлина и температура

Първият кръг на експеримента отне 46 дни от засаждането до прибиране на реколтата, а вторият кръг отне 42 дни от засаждането до прибиране на реколтата. По време на първия кръг на експеримента дневната средна температура в оранжерията е била предимно в диапазона от 10-18 ℃; По време на втория кръг на експеримента, колебанието на дневната средна температура в оранжерията е по -тежко от това по време на първия кръг на експеримента, с най -ниската дневна средна температура от 8,39 ℃ и най -високата дневна средна температура от 20,23 ℃. Средно дневната температура показва обща тенденция към възходяща по време на процеса на растеж (фиг. 1).

По време на първия кръг на експеримента ежедневната светлина интеграл (DLI) в оранжерията се колебае по -малко от 14 mol/(㎡ · d). По време на втория кръг на експеримента, ежедневното кумулативно количество естествена светлина в оранжерията показва обща тенденция на възходяща стойност, която е по -висока от 8 mol/(㎡ · d), а максималната стойност се появява на 27 февруари 2020 г., което е 26,1 mol mol /(㎡ · D). Промяната на ежедневното кумулативно количество естествена светлина в оранжерията по време на втория кръг на експеримента беше по -голяма от тази по време на първия кръг на експеримента (фиг. 2). По време на първия кръг на експеримента, общото дневно кумулативно количество светлина (сумата от естествена светлина DLI и LED допълнителна светлина DLI) на групата на допълнителната светлина е по -висока от 8 mol/(㎡ · d) през повечето време. По време на втория кръг на експеримента общото ежедневно натрупано количество светлинна сума на допълнителната светлинна група е била повече от 10 mol/(㎡ · d) през повечето време. Общото натрупано количество допълнителна светлина във втория кръг е 31,75 mol/㎡ повече от това в първия кръг.

Ефективност на използване на листни зеленчуци и използване на светлинната енергия

● Първи кръг от резултати от теста
От фиг. Листата LB и MB Pakchoi са по -ярки и по -тъмни зелени от CK. От фиг.

От таблица 1 може да се види, че няма значителна разлика във височината на растението, броя на листата, съдържанието на сухо вещество и ефективността на използването на светлинната енергия на Pakchoi, третирани с CK, LB и MB, но прясното тегло на Pakchoi, третирано с LB и MB, е значително по -високо от тази на CK; Няма значима разлика в прясното тегло на растение между двете LED светлини за растеж с различни съотношения на синя светлина при лечението на LB и MB.

От таблица 2 може да се види, че височината на растението на маруля при лечение с LB е значително по -висока от тази при лечението с CK, но няма значителна разлика между лечението с LB и лечението с MB. Имаше значителни разлики в броя на листата сред трите лечения, а броят на листата при лечението с MB е най -висок, който беше 27. Прясното тегло на растение от лечение с LB беше най -високото, което беше 101 g. Имаше и значителна разлика между двете групи. Няма значима разлика в съдържанието на сухо вещество между лечението с CK и LB. Съдържанието на MB е 4,24% по -високо от лечението с CK и LB. Имаше значителни разлики в ефективността на използването на светлината сред трите лечения. Най -високата ефективност на използване на светлината беше при лечение с LB, която беше 13,23 g/mol, а най -ниската беше при лечение с CK, която беше 10,72 g/mol.

● Втори кръг от резултати от теста

От таблица 3 може да се види, че височината на растението на Pakchoi, третирана с MB, е значително по -висока от тази на CK и няма значителна разлика между него и LB лечение. Броят на листата на Pakchoi, третирани с LB и MB, е значително по -висок от този с CK, но няма значителна разлика между двете групи допълнителни лечения на светлината. Имаше значителни разлики в прясното тегло на растение сред трите лечения. Прясното тегло на растение в CK е най -ниското при 47 g, а лечението с MB е най -високото при 116 g. Няма значима разлика в съдържанието на сухото вещество между трите лечения. Съществуват значителни разлики в ефективността на използване на светлинната енергия. CK е нисък при 8,74 g/mol, а лечението с MB е най -високото при 13,64 g/mol.

От таблица 4 може да се види, че няма значима разлика във височината на марулята на растението сред трите лечения. Броят на листата при LB и MB лечение е значително по -висок от този при CK. Сред тях броят на листата на MB е най -високият при 26. Няма значителна разлика в броя на листата между LB и MB лечения. Прясното тегло на растение от двете групи лечения за допълнителни светлинни светлини е значително по -високо от това на CK, а прясното тегло на растение е най -високото при лечението с MB, което е 133 g. Имаше и значителни разлики между LB и MB лечение. Имаше значителни разлики в съдържанието на сухото вещество сред трите лечения, а съдържанието на сухо вещество в лечението с LB е най -високото, което е 4,05%. Ефективността на използването на светлинната енергия на лечението с MB е значително по -висока от тази на обработката на CK и LB, което е 12,67 g/mol.

По време на втория кръг на експеримента, общият DLI на допълнителната светлинна група беше много по-висок от DLI през същия брой дни на колонизация по време на първия кръг на експеримента (Фигура 1-2) и допълнителното време на светлината на допълнителната светлина Група за лечение във втория кръг на експеримента (4: 00-00- 17:00). В сравнение с първия кръг на експеримента (6: 30-17: 00), той се увеличава с 2,5 часа. Времето на реколтата на двата кръга на Пакчой беше 35 дни след засаждането. Прясното тегло на индивидуалното растение CK в двата кръга беше подобно. Разликата в прясното тегло на растение при лечение с LB и MB в сравнение с CK във втория кръг от експерименти е много по -голяма от разликата в прясното тегло на растение в сравнение с CK в първия кръг от експерименти (Таблица 1, Таблица 3). Времето за прибиране на реколтата от втория кръг на експерименталната маруля беше 42 дни след засаждането, а времето на прибиране на реколтата от първия кръг на експерименталната маруля беше 46 дни след засаждането. Броят на дните на колонизация, когато вторият кръг на експерименталната маруля CK беше събран, беше 4 дни по -малък от този на първия кръг, но прясното тегло на растение е 1,57 пъти по -голямо от този на първия кръг от експерименти (Таблица 2 и Таблица 4), и ефективността на използване на светлинната енергия е подобна. Вижда се, че тъй като температурата постепенно се затопля и естествената светлина в оранжерията постепенно се увеличава, производственият цикъл на маруля се съкращава.

Материали и методи
Двата кръга на тестване основно обхванаха цялата зима в Шанхай, а контролната група (CK) успя да възстанови сравнително действителното производствено състояние на хидропонното зелено стъбло и маруля в оранжерията при ниска температура и ниска слънчева светлина през зимата. Експерименталната група за леки добавки имаше значителен ефект на промоция върху най -интуитивния индекс на данни (прясно тегло на растение) в двата кръга експерименти. Сред тях ефектът на увеличаване на добива на пакчои се отразява в размера, цвета и дебелината на листата едновременно. Но марулята има тенденция да увеличава броя на листата, а формата на растението изглежда по -пълна. Резултатите от теста показват, че светлинната добавка може да подобри прясното тегло и качеството на продукта при засаждането на двете растителни категории, като по този начин ще увеличи комерсиалността на зеленчуковите продукти. Pakchoi, допълнен от червено-белите, нискосините и червено-белите, средносините LED модули от горната светлина, са по-тъмни зелени и лъскави на външен вид, отколкото листата без допълнителна светлина, листата са по-големи и по-дебели, а тенденцията на растеж на растежа на Целият тип растение е по -компактен и енергичен. Въпреки това, „мозаечната маруля“ принадлежи на светлозелени листни зеленчуци и няма очевиден процес на промяна на цветовете в процеса на растеж. Промяната на цвета на листата не е очевидна за човешките очи. Подходящата част от синята светлина може да насърчи развитието на листата и синтеза на фотосинтетичния пигмент и да инхибира удължаването на интервала. Следователно зеленчуците в групата на леки добавки са по -предпочитани от потребителите по качество на външния вид.

По време на втория кръг на теста, общото ежедневно кумулативно количество светлина на допълнителната светлинна група е много по-високо от DLI през същия брой дни на колонизация по време на първия кръг на експеримента (Фигура 1-2) и допълнителната светлина Време на втория кръг на групата за лечение на допълнително лечение (4: 00-17: 00), в сравнение с първия кръг на експеримента (6: 30-17: 00), то се увеличава с 2,5 часа. Времето на реколтата на двата кръга на Пакчой беше 35 дни след засаждането. Прясното тегло на CK в двата кръга беше подобно. Разликата в прясното тегло на растение между LB и MB лечение и CK във втория кръг от експерименти е много по -голяма от разликата в прясното тегло на растение с CK в първия кръг от експерименти (Таблица 1 и Таблица 3). Следователно, удължаването на времето за светлина може да насърчи увеличаването на производството на хидропонни пакчои, култивирани на закрито през зимата. Времето за прибиране на реколтата от втория кръг на експерименталната маруля беше 42 дни след засаждането, а времето на прибиране на реколтата от първия кръг на експерименталната маруля беше 46 дни след засаждането. Когато беше събран вторият кръг от експериментална маруля, броят на колонизационните дни на CK групата е 4 дни по -малък от този на първия кръг. Въпреки това, прясното тегло на едно растение е 1,57 пъти повече от този на първия кръг от експерименти (Таблица 2 и Таблица 4). Ефективността на използването на светлинната енергия беше подобна. Може да се види, че тъй като температурата бавно се повишава и естествената светлина в оранжерията постепенно се увеличава (Фигура 1-2), производственият цикъл на маруля може да бъде съкратен съответно. Следователно, добавянето на допълнително леко оборудване към оранжерията през зимата с ниска температура и ниска слънчева светлина може ефективно да подобри ефективността на производството на маруля и след това да увеличи производството. В първия кръг на експеримента, инсталацията на менюто на листата допълва консумацията на енергия на светлината е 0,95 kW-H, а във втория кръг на експеримента, централното меню, допълнена с електрическата енергия, допълнена с светлина на електроенергията е 1,15 kW-H. В сравнение между двата кръга експерименти, консумацията на светлина на трите лечения на Pakchoi, ефективността на използване на енергията във втория експеримент беше по -ниска от тази в първия експеримент. Ефективността на използването на светлинната енергия на групите за лечение на леки CK и LB LB във втория експеримент беше малко по -ниска от тази в първия експеримент. Изводът се заключава, че възможната причина е, че ниската дневна средна температура в рамките на седмица след засаждането прави бавния период на разсад по -дълъг и въпреки че температурата се възстановява малко по време на експеримента, обхватът е ограничен, а общата средна дневна температура все още е била все още На ниско ниво, което ограничава ефективността на използването на светлинната енергия по време на общия цикъл на растеж за хидропоника на листните зеленчуци. (Фигура 1).

По време на експеримента басейнът с хранителни разтвори не е бил оборудван с оборудване за затопляне, така че кореновата среда на хидропонни листни зеленчуци винаги е била на ниско температурно ниво, а дневната средна температура е ограничена, което е причинило зеленчуците да не се използват пълноценно от ежедневната кумулативна светлина се увеличава чрез разширяване на светодиодната допълнителна светлина. Следователно, когато допълвате светлината в оранжерията през зимата, е необходимо да се обмислят подходящи мерки за запазване на топлина и отопление, за да се гарантира ефектът от допълването на светлината за увеличаване на производството. Следователно е необходимо да се разгледат подходящи мерки за запазване на топлината и повишаване на температурата, за да се гарантира ефектът от добавката на светлината и увеличаването на добива в зимната оранжерия. Използването на LED допълнителна светлина ще увеличи производствената цена до известна степен, а самото селскостопанско производство не е високодоходност. Следователно, по отношение на това как да се оптимизира допълнителната светлинна стратегия и да си сътрудничи с други мерки в действителното производство на хидропонични листни зеленчуци в зимната оранжерия и как да се използва допълнителното леко оборудване за постигане на ефективно производство и подобряване на ефективността на използването на светлинната енергия и икономическите ползи , тя все още се нуждае от допълнителни производствени експерименти.

Автори: Yiming JI, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Източник на статията: Технология за селскостопанска техника (градинарство в оранжерията).

Референции:
[1] Jianfeng Dai, Philips Horticultural LED практика за кандидатстване в парниковото производство [J]. Селскостопанска инженерна технология, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin и др. Състояние на приложението и перспектива за технология за леко допълване на защитени плодове и зеленчуци [J]. Северна градинарство, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao и др. Изследователска и приложна стратегия за състоянието и разработката на осветлението на растенията [J]. Journal of Lighting Engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Прилагане на източник на светлина и контрол на качеството на светлината в производството на парникови зеленчуци [J]. Китайски зеленчук, 2012 (2): 1-7