LED papildomos šviesos poveikio hidroponinių salotų ir pakchoi derlių didinančiam poveikiui šiltnamyje žiemą tyrimai
[Anotacija] Žiema Šanchajuje dažnai susiduria su žema temperatūra ir mažai saulės, o hidroponinių lapinių daržovių augimas šiltnamyje yra lėtas, o gamybos ciklas yra ilgas, o tai negali patenkinti rinkos pasiūlos paklausos.Pastaraisiais metais šiltnamiuose auginami ir gamyboje pradėti naudoti LED augalų papildomi šviestuvai tam tikru mastu, siekiant kompensuoti trūkumą, kad kasdien sukaupta šviesa šiltnamyje negali patenkinti pasėlių augimo poreikių, kai yra natūrali šviesa. nepakankamas.Eksperimento metu šiltnamyje buvo sumontuoti dviejų tipų LED papildomi šviestuvai su skirtingos šviesos kokybe, siekiant atlikti žvalgomąjį eksperimentą, didinant hidroponinių salotų ir žaliųjų stiebų produkciją žiemą.Rezultatai parodė, kad dviejų tipų LED lemputės gali žymiai padidinti šviežio pakchoi ir salotų augalo svorį.Derlių didinantis pakchoi poveikis daugiausia atsispindi pagerėjus bendrai jutimo kokybei, pavyzdžiui, lapų padidėjimui ir sustorėjimui, o salotų derlių didinantį poveikį – lapų skaičiaus ir sausųjų medžiagų kiekio padidėjimu.

Šviesa yra nepakeičiama augalų augimo dalis.Pastaraisiais metais LED šviestuvai buvo plačiai naudojami auginant ir gaminant šiltnamio sąlygomis dėl didelio fotoelektrinės konversijos laipsnio, pritaikomo spektro ir ilgo tarnavimo laiko [1].Užsienio šalyse dėl anksti pradėtų susijusių tyrimų ir brandžios paramos sistemos daugelis didelio masto gėlių, vaisių ir daržovių auginimo turi gana išsamias lengvo maisto papildų strategijas.Sukaupus daug faktinės gamybos duomenų, gamintojai taip pat gali aiškiai numatyti gamybos padidėjimo poveikį.Kartu įvertinama ir grąža panaudojus LED papildomo apšvietimo sistemą [2].Tačiau dauguma dabartinių vietinių papildomos šviesos tyrimų yra nukreipti į mažos apimties šviesos kokybę ir spektrinį optimizavimą, be to, trūksta papildomų šviesos strategijų, kurias būtų galima naudoti faktinėje gamyboje[3].Daugelis vietinių gamintojų, taikydami papildomo apšvietimo technologiją gamybai, tiesiogiai naudos esamus užsienio papildomo apšvietimo sprendimus, neatsižvelgdami į gamybinės vietovės klimato sąlygas, auginamų daržovių rūšis, patalpų ir įrangos sąlygas.Be to, dėl didelės papildomos šviesos įrangos kainos ir didelio energijos suvartojimo dažnai susidaro didžiulis atotrūkis tarp faktinio derliaus ir ekonominės grąžos bei laukiamo efekto.Tokia dabartinė situacija nėra palanki šviesos papildymo ir gamybos didinimo technologijos plėtrai ir populiarinimui šalyje.Todėl skubiai reikia pagrįstai pritaikyti brandžius LED papildomus šviesos gaminius į faktinę vidaus gamybos aplinką, optimizuoti naudojimo strategijas ir kaupti atitinkamus duomenis.

Žiema yra sezonas, kai šviežios lapinės daržovės yra labai paklausios.Žiemą šiltnamiai gali sudaryti palankesnę aplinką lapinėms daržovėms augti nei lauko žemdirbystės laukai.Tačiau straipsnyje buvo atkreiptas dėmesys, kad kai kurių senstančių ar prastai švarių šiltnamių šviesos pralaidumas žiemą yra mažesnis nei 50 %. Be to, žiemą taip pat dažnai pasitaiko ilgalaikių lietingų orų, todėl šiltnamis yra silpnas. temperatūra ir prasto apšvietimo aplinka, o tai turi įtakos normaliam augalų augimui.Šviesa tapo ribojančiu veiksniu daržovių augimą žiemą [4].Eksperimente naudojamas žalias kubas, kuris buvo pradėtas gaminti.Negilaus skysčio srauto lapinių daržovių sodinimo sistema yra suderinta su dviem „Signify“ (China) Investment Co., Ltd. LED viršutiniais šviesos moduliais su skirtingais mėlynos šviesos koeficientais.Sodinant salotas ir pakchoi, kurios yra dvi lapinės daržovės, turinčios didesnę rinkos paklausą, siekiama ištirti faktinį hidroponinių lapinių daržovių gamybos padidėjimą LED apšvietimu žiemos šiltnamyje.

Medžiagos ir metodai
Bandymui naudotos medžiagos

Eksperimente naudotos bandomosios medžiagos buvo salotos ir „pacchoi“ daržovės.Salotų veislė „Green Leaf Saltuce“ yra iš Pekino „Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd.“, o pakchoi veislė „Brilliant Green“ – iš Šanchajaus žemės ūkio mokslų akademijos Sodininkystės instituto.

Eksperimentinis metodas

Eksperimentas buvo atliktas Wenluo tipo stikliniame šiltnamyje Sunqiao bazėje, Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. nuo 2019 m. lapkričio mėn. iki 2020 m. vasario mėn. Iš viso buvo atlikti du pakartotinių eksperimentų raundai.Pirmasis eksperimento etapas buvo 2019 m. pabaigoje, antrasis – 2020 m. pradžioje. Po sėjos eksperimentinės medžiagos patalpintos į dirbtinio šviesaus klimato patalpą sodinukų auginimui ir naudotas potvynių laistymas.Sodinukų auginimo laikotarpiu laistymui naudotas bendras hidroponinių daržovių maistinių medžiagų tirpalas, kurio EC 1,5 ir pH 5,5.Daigams užaugus iki 3 lapų ir 1 širdelės stadijos, jie buvo pasodinti į žaliojo kubo takelio tipo sekliojo tekėjimo lapinių daržovių sodinimo lysvę.Po pasodinimo sekliojo srauto maistinių tirpalų cirkuliacinė sistema naudojo EC 2 ir pH 6 maistinių medžiagų tirpalą kasdieniniam drėkinimui.Drėkinimo dažnis buvo 10 minučių, kai vanduo tiekiamas, ir 20 minučių, kai vandens tiekimas buvo sustabdytas.Eksperimente buvo nustatyta kontrolinė grupė (be šviesos priedo) ir gydymo grupė (LED šviesos priedas).CK buvo pasodintas stikliniame šiltnamyje be šviesos priedo.LB: drw-lb Ho (200 W) buvo naudojamas papildyti šviesą po pasodinimo stikliniame šiltnamyje.Šviesos srauto tankis (PPFD) hidroponinio daržovių vainiko paviršiuje buvo apie 140 μmol/(㎡·S).MB: po pasodinimo į stiklinį šiltnamį drw-lb (200W) buvo naudojamas papildyti šviesą, o PPFD buvo apie 140 μmol/(㎡·S).

Pirmasis eksperimentinio sodinimo etapas yra 2019 m. lapkričio 8 d., o sodinimo data – 2019 m. lapkričio 25 d. Bandomosios grupės šviesos papildymo laikas yra 6:30–17:00;antrasis bandomojo sodinimo turas – 2019 m. gruodžio 30 d., sodinimo data – 2020 m. sausio 17 d., o eksperimentinės grupės papildymo laikas – 4:00-17:00 val.
Žiemą saulėtu oru šiltnamis atidarys stoglangį, šoninę plėvelę ir ventiliatorių kasdieniniam vėdinimui nuo 6:00-17:00.Kai naktį žema temperatūra, šiltnamis 17:00-6:00 (kitą dieną) uždarys stoglangį, šoninę ruloninę plėvelę ir ventiliatorių, o šiltnamyje atidarys termoizoliacinę užuolaidą nakties šilumos išsaugojimui.

Duomenų rinkimas

Augalo aukštis, lapų skaičius ir šviežio augalo svoris buvo gauti nuėmus antžemines Qingjingcai dalis ir salotas.Išmatavus šviežią svorį, jis dedamas į krosnį ir džiovinamas 75 ℃ temperatūroje 72 valandas.Po pabaigos buvo nustatytas sausasis svoris.Temperatūra šiltnamyje ir fotosintetinių fotonų srauto tankis (PPFD, fotosintetinių fotonų srauto tankis) renkami ir kas 5 min registruojami temperatūros jutikliu (RS-GZ-N01-2) ir fotosintetiškai aktyvios spinduliuotės jutikliu (GLZ-CG).

Duomenų analizė

Apskaičiuokite šviesos naudojimo efektyvumą (LUE, Light Use Efficiency) pagal šią formulę:
LUE (g/mol) = daržovių derlius ploto vienete / bendras suminis šviesos kiekis, kurį daržovės gauna ploto vienete nuo pasodinimo iki derliaus nuėmimo
Apskaičiuokite sausųjų medžiagų kiekį pagal šią formulę:
Sausosios medžiagos kiekis (%) = sausos masės vienam augalui / šviežio augalo masė x 100 %
Eksperimento duomenims analizuoti ir skirtumo reikšmingumui analizuoti naudokite Excel2016 ir IBM SPSS Statistics 20.

Medžiagos ir metodai
Šviesa ir temperatūra

Pirmasis eksperimento etapas nuo sodinimo iki derliaus nuėmimo truko 46 dienas, o antrasis – 42 dienas nuo pasodinimo iki derliaus nuėmimo.Pirmojo eksperimento etapo metu vidutinė paros temperatūra šiltnamyje daugiausia buvo 10-18 ℃;antrojo eksperimento etapo metu vidutinės paros temperatūros svyravimai šiltnamyje buvo smarkesni nei pirmojo eksperimento etapo metu – žemiausia vidutinė paros temperatūra – 8,39 ℃, o aukščiausia – 20,23 ℃.Vidutinė paros temperatūra augimo proceso metu rodė bendrą kilimo tendenciją (1 pav.).

Per pirmąjį eksperimento etapą dienos šviesos integralas (DLI) šiltnamyje svyravo mažiau nei 14 mol/(㎡·D).Per antrąjį eksperimento etapą kasdienis suminis natūralios šviesos kiekis šiltnamyje rodė bendrą didėjimo tendenciją, kuri buvo didesnė nei 8 mol/(㎡·D), o didžiausia vertė pasirodė 2020 m. vasario 27 d., kuri buvo 26,1 mol. /(㎡·D).Kasdienis kumuliacinis natūralios šviesos kiekis šiltnamyje antrojo eksperimento etapo metu buvo didesnis nei pirmojo eksperimento etapo metu (2 pav.).Pirmojo eksperimento etapo metu bendras dienos šviesos kiekis (natūralaus apšvietimo DLI ir LED papildomos šviesos DLI suma) papildomos šviesos grupėje didžiąją laiko dalį buvo didesnis nei 8 mol/(㎡·D).Antrojo eksperimento etapo metu bendras papildomos šviesos grupės dienos sukauptas šviesos kiekis didžiąją laiko dalį buvo didesnis nei 10 mol/(㎡·D).Bendras sukauptas papildomos šviesos kiekis antrajame ture buvo 31,75 mol/㎡ daugiau nei per pirmąjį raundą.

Lapinių daržovių derlingumas ir šviesos energijos panaudojimo efektyvumas

●Pirmasis bandymo rezultatų turas
Iš 3 pav. matyti, kad LED papildytas pakchoi geriau auga, augalo forma kompaktiškesnė, o lapai didesni ir storesni nei nepapildytų CK.LB ir MB pakchoi lapai yra ryškesni ir tamsesni žali nei CK.Iš 4 pav. matyti, kad salotos su LED papildomu apšvietimu auga geriau nei CK be papildomos šviesos, lapų skaičius didesnis, augalo forma pilnesnė.

Iš 1 lentelės matyti, kad CK, LB ir MB apdorotų pakchoi augalų aukštis, lapų skaičius, sausųjų medžiagų kiekis ir šviesos energijos panaudojimo efektyvumas reikšmingo skirtumo nesiskiria, tačiau šviežias LB ir MB apdorotų pakchoi svoris yra lygus. žymiai didesnis nei CK;Gydant LB ir MB nebuvo reikšmingo skirtumo vieno augalo šviežio svorio tarp dviejų LED lempučių su skirtingu mėlynos šviesos santykiu.

Iš 2 lentelės matyti, kad apdorojant LB salotų augalo aukštis buvo žymiai didesnis nei gydant CK, tačiau reikšmingo skirtumo tarp gydymo LB ir MB nebuvo.Trijų apdorojimų lapų skaičius labai skyrėsi, o MB apdorotų lapų skaičius buvo didžiausias – 27. Didžiausias LB apdorojimo augalo šviežias svoris – 101 g.Taip pat buvo didelis skirtumas tarp dviejų grupių.Nebuvo reikšmingo sausųjų medžiagų kiekio skirtumo tarp CK ir LB apdorojimo.MB kiekis buvo 4,24% didesnis nei gydant CK ir LB.Šviesos naudojimo efektyvumas tarp trijų gydymo būdų reikšmingai skyrėsi.Didžiausias šviesos naudojimo efektyvumas buvo gydant LB – 13,23 g/mol, o mažiausias – gydant CK – 10,72 g/mol.

●Antrasis bandymo rezultatų turas

Iš 3 lentelės matyti, kad MB apdoroto Pakchoi augalo aukštis buvo žymiai didesnis nei CK, ir nebuvo reikšmingo skirtumo tarp jo ir gydymo LB.Pakchoi lapų, apdorotų LB ir MB, skaičius buvo žymiai didesnis nei naudojant CK, tačiau reikšmingo skirtumo tarp dviejų papildomų šviesos gydymo grupių nebuvo.Tarp trijų gydymo būdų buvo reikšmingų skirtumų tarp vieno augalo šviežio svorio.CK šviežio augalo svoris buvo mažiausias – 47 g, o apdorotas MB – didžiausias – 116 g.Tarp trijų apdorojimo būdų nebuvo reikšmingo sausosios medžiagos kiekio skirtumo.Šviesos energijos panaudojimo efektyvumas labai skiriasi.CK yra mažas – 8,74 g/mol, o gydymas MB – didžiausias – 13,64 g/mol.

Iš 4 lentelės matyti, kad salotų augalų aukštis tarp trijų gydymo būdų reikšmingo skirtumo nebuvo.LB ir MB gydymo lapų skaičius buvo žymiai didesnis nei CK.Tarp jų MB lapų skaičius buvo didžiausias – 26. Didelio lapų skaičiaus skirtumo tarp gydymo LB ir MB nebuvo.Dviejų papildomų šviesos apdorojimo grupių šviežio augalo svoris buvo žymiai didesnis nei CK, o šviežio augalo svoris buvo didžiausias gydant MB, kuris buvo 133 g.Taip pat buvo reikšmingų skirtumų tarp LB ir MB gydymo.Tarp trijų apdorojimo būdų buvo didelių sausųjų medžiagų kiekio skirtumų, o LB apdorojimo sausųjų medžiagų kiekis buvo didžiausias – 4,05 %.Šviesos energijos panaudojimo efektyvumas gydant MB yra žymiai didesnis nei gydymo CK ir LB, kuris yra 12,67 g/mol.

Antrojo eksperimento etapo metu bendras papildomos šviesos grupės DLI buvo daug didesnis nei DLI per tą patį kolonizacijos dienų skaičių per pirmąjį eksperimento etapą (1-2 pav.), o papildomos šviesos papildomos šviesos laikas. gydymo grupė antrajame eksperimento ture (4:00-00-17:00).Palyginti su pirmuoju eksperimento ratu (6:30-17:00), jis padidėjo 2,5 valandos.Dviejų Pakchoi raundų derliaus nuėmimo laikas buvo 35 dienos po pasodinimo.CK atskiro augalo šviežias svoris dviem etapais buvo panašus.Šviežio augalo svorio skirtumas gydant LB ir MB, palyginti su CK, antrajame eksperimentų etape buvo daug didesnis nei šviežio augalo svorio skirtumas, palyginti su CK pirmajame eksperimentų etape (1 lentelė, 3 lentelė).Antrojo etapo eksperimentinių salotų derliaus nuėmimo laikas buvo 42 dienos po pasodinimo, o pirmojo eksperimentinių salotų derliaus nuėmimo laikas – 46 dienos po pasodinimo.Kolonizacijos dienų skaičius, kai buvo nuimtas antrasis eksperimentinių salotų CK derlius, buvo 4 dienomis mažesnis nei pirmojo etapo, tačiau šviežio augalo svoris yra 1,57 karto didesnis nei pirmojo eksperimento etapo (2 lentelės ir 4 lentelės). o šviesos energijos panaudojimo efektyvumas panašus.Matyti, kad pamažu šylant temperatūrai ir pamažu daugėjant natūralios šviesos šiltnamyje, salotų gamybos ciklas trumpėja.

Medžiagos ir metodai
Du bandymų etapai iš esmės apėmė visą žiemą Šanchajuje, o kontrolinė grupė (CK) sugebėjo santykinai atkurti faktinę hidroponinio žaliojo stiebo ir salotų gamybos būklę šiltnamyje esant žemai temperatūrai ir mažai saulės spinduliams žiemą.Lengvųjų priedų eksperimentų grupė turėjo reikšmingą skatinamąjį poveikį intuityviausiam duomenų indeksui (vieno augalo šviežias svoris) per du eksperimentų etapus.Tarp jų, Pakchoi derliaus didinimo efektas atsispindėjo lapų dydyje, spalvoje ir storyje tuo pačiu metu.Tačiau salotos linkusios didinti lapų skaičių, o augalo forma atrodo pilnesnė.Bandymų rezultatai rodo, kad nedidelis papildas gali pagerinti šviežio svorio ir produktų kokybę sodinant dvi daržoves, taip padidinant augalinių produktų komerciškumą.Pakchoi papildyta raudonai balta, mažai mėlyna ir raudonai balta, vidutinio mėlynumo LED viršutinės šviesos moduliai yra tamsesnės žalios ir blizgios išvaizdos nei lapai be papildomos šviesos, lapai yra didesni ir storesni, o augimo tendencija visas augalo tipas yra kompaktiškesnis ir energingesnis.Tačiau „mozaikinės salotos“ priklauso šviesiai žalioms lapinėms daržovėms, o augimo procese nėra akivaizdaus spalvos pasikeitimo.Žmogaus akims lapų spalvos pasikeitimas nėra akivaizdus.Tinkama mėlynos šviesos dalis gali skatinti lapų vystymąsi ir fotosintezės pigmentų sintezę bei slopinti tarpmazgių pailgėjimą.Todėl lengvųjų priedų grupės daržoves vartotojai labiau mėgsta savo išvaizda.

Antrojo bandymo etapo metu bendras papildomos šviesos grupės dienos kumuliacinis šviesos kiekis buvo daug didesnis nei DLI per tiek pat kolonizacijos dienų per pirmąjį eksperimento etapą (1-2 pav.), o papildoma šviesa. papildomo gydymo šviesa grupės antrojo turo laikas (4:00-17:00), palyginti su pirmuoju eksperimento ratu (6:30-17:00), jis padidėjo 2,5 val.Dviejų Pakchoi raundų derliaus nuėmimo laikas buvo 35 dienos po pasodinimo.Naujas CK svoris per du turus buvo panašus.Šviežio augalo svorio skirtumas tarp LB ir MB apdorojimo ir CK antrajame eksperimentų etape buvo daug didesnis nei vieno augalo šviežio svorio skirtumas su CK pirmajame eksperimentų etape (1 lentelė ir 3 lentelė).Todėl pratęsus šviesos papildymo laiką, gali padidėti hidroponinio Pakchoi, auginamo žiemą patalpose, gamyba.Antrojo etapo eksperimentinių salotų derliaus nuėmimo laikas buvo 42 dienos po pasodinimo, o pirmojo eksperimentinių salotų derliaus nuėmimo laikas – 46 dienos po pasodinimo.Kai buvo nuimtas antrasis eksperimentinių salotų derlius, CK grupės kolonizacijos dienų skaičius buvo 4 dienomis mažesnis nei pirmojo etapo.Tačiau vieno augalo šviežias svoris buvo 1,57 karto didesnis nei pirmojo eksperimento turo (2 lentelės ir 4 lentelės).Šviesos energijos panaudojimo efektyvumas buvo panašus.Matyti, kad lėtai kylant temperatūrai ir palaipsniui didėjant natūraliai šviesai šiltnamyje (1-2 pav.), salotų gamybos ciklas gali būti atitinkamai sutrumpintas.Todėl žiemą šiltnamyje su žema temperatūra ir mažai saulės spinduliais pridedant papildomos šviesos įrangos, galima efektyviai pagerinti salotų gamybos efektyvumą, o tada padidinti gamybą.Pirmajame eksperimento etape lapų meniu augalo papildytos šviesos energijos suvartojimas buvo 0,95 kw-h, o antrajame eksperimento etape lapų meniu augalo papildytos šviesos energijos suvartojimas buvo 1,15 kw-h.Palyginti tarp dviejų eksperimentų etapų, trijų Pakchoi gydymo būdų šviesos suvartojimas, energijos panaudojimo efektyvumas antrajame eksperimente buvo mažesnis nei pirmojo eksperimento.Antrojo eksperimento salotų CK ir LB papildomo šviesos apdorojimo grupių šviesos energijos panaudojimo efektyvumas buvo šiek tiek mažesnis nei pirmojo eksperimento.Daroma išvada, kad galima priežastis yra ta, kad dėl žemos vidutinės paros temperatūros per savaitę po pasodinimo pailgėja lėtas sodinukų laikotarpis, ir nors eksperimento metu temperatūra šiek tiek pakilo, diapazonas buvo ribotas, o bendra vidutinė paros temperatūra vis dar buvo žemu lygiu, o tai apribojo šviesos energijos panaudojimo efektyvumą per bendrą lapinių daržovių hidroponikos augimo ciklą.(Figūra 1).

Eksperimento metu maistinių medžiagų tirpalo baseine nebuvo įrengta šildymo įranga, todėl hidroponinių lapinių daržovių šaknų aplinkoje visada buvo žema temperatūra, o vidutinė paros temperatūra buvo ribota, todėl daržovės nebuvo visiškai išnaudotos. dienos kumuliacinės šviesos kiekis padidėjo išplečiant papildomą LED apšvietimą.Todėl, žiemą papildant šviesą šiltnamyje, būtina atsižvelgti į tinkamas šilumos išsaugojimo ir šildymo priemones, kad būtų užtikrintas papildomos šviesos efektas, siekiant padidinti produkciją.Todėl būtina atsižvelgti į tinkamas šilumos išsaugojimo ir temperatūros didinimo priemones, kad būtų užtikrintas šviesos papildymo efektas ir derliaus padidėjimas žieminiame šiltnamyje.LED papildomos šviesos naudojimas tam tikru mastu padidins gamybos sąnaudas, o pati žemės ūkio gamyba nėra didelio derlingumo pramonė.Todėl apie tai, kaip optimizuoti papildomos šviesos strategiją ir bendradarbiauti su kitomis priemonėmis faktiškai auginant hidroponines lapines daržoves žiemos šiltnamiuose ir kaip panaudoti papildomą šviesos įrangą, siekiant efektyvios gamybos ir pagerinti šviesos energijos panaudojimo efektyvumą bei ekonominę naudą. , vis dar reikia atlikti tolesnius gamybos eksperimentus.

Autoriai: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Šanchajaus žalias kubas Agricultural Development Co., Ltd.).
Straipsnio šaltinis: Agricultural Engineering Technology (Greenhouse Horticulture).

Nuorodos:
[1] Jianfeng Dai, „Philips“ sodininkystės LED taikymo praktika šiltnamių gamyboje [J].Žemės ūkio inžinerinė technologija, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin ir kt.Saugomų vaisių ir daržovių šviesos papildų technologijos taikymo būsena ir perspektyva [J].Šiaurės sodininkystė, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao ir kt.Augalų apšvietimo tyrimų ir taikymo būklė bei plėtros strategija [J].Apšvietimo inžinerijos žurnalas, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi ir kt.Šviesos šaltinio ir šviesos kokybės kontrolės taikymas šiltnamių daržovių auginimui [J].Kiniška daržovė, 2012 (2): 1-7