Investigación sobre o efecto da luz complementaria LED sobre o efecto de aumento do rendemento da leituga hidropónica e Pakchoi no invernadoiro no inverno
[Resumo] O inverno en Xangai adoita atoparse con baixa temperatura e sol pouco, e o crecemento de vexetais de folla hidropónica no invernadoiro é lento e o ciclo de produción é longo, o que non pode satisfacer a demanda do mercado.Nos últimos anos, as luces suplementarias de plantas LED comezaron a utilizarse no cultivo e produción de invernadoiros, ata certo punto, para compensar o defecto de que a luz acumulada diariamente no invernadoiro non pode satisfacer as necesidades de crecemento dos cultivos cando a luz natural é. insuficiente.No experimento instaláronse no invernadoiro dous tipos de luces suplementarias LED con diferente calidade de luz para levar a cabo o experimento de exploración de aumentar a produción de leituga hidropónica e talo verde no inverno.Os resultados mostraron que os dous tipos de luces LED poden aumentar significativamente o peso fresco por planta de pakchoi e leituga.O efecto de aumento do rendemento do pakchoi reflíctese principalmente na mellora da calidade sensorial xeral, como o aumento e o espesamento das follas, e o efecto de aumento do rendemento da leituga reflíctese principalmente no aumento do número de follas e do contido de materia seca.

A luz é unha parte indispensable do crecemento das plantas.Nos últimos anos, as luces LED foron moi utilizadas no cultivo e na produción nun ambiente de invernadoiro debido á súa alta taxa de conversión fotoeléctrica, espectro personalizable e longa vida útil [1].En países estranxeiros, debido ao inicio precoz da investigación relacionada e ao sistema de apoio maduro, moitas producións de flores, froitas e vexetais a gran escala teñen estratexias de suplementos lixeiros relativamente completas.A acumulación dunha gran cantidade de datos de produción reais tamén permite aos produtores predicir claramente o efecto do aumento da produción.Ao mesmo tempo, avalíase o retorno despois de usar o sistema de luz suplementaria LED [2].Non obstante, a maior parte da investigación doméstica actual sobre luz suplementaria está sesgada cara á calidade da luz a pequena escala e á optimización espectral, e carece de estratexias de luz suplementarias que se poidan utilizar na produción real[3].Moitos produtores nacionais utilizarán directamente solucións de iluminación complementaria estranxeira existentes cando apliquen tecnoloxía de iluminación complementaria á produción, independentemente das condicións climáticas da zona de produción, dos tipos de vexetais producidos e das condicións das instalacións e do equipamento.Ademais, o alto custo dos equipamentos lixeiros complementarios e o alto consumo de enerxía adoitan producir unha enorme diferenza entre o rendemento real da colleita e o retorno económico e o efecto esperado.Tal situación actual non é propicia para o desenvolvemento e promoción da tecnoloxía de complementar a luz e aumentar a produción no país.Polo tanto, é unha necesidade urxente poñer razoablemente produtos de luz complementaria LED maduras en ambientes de produción nacional reais, optimizar as estratexias de uso e acumular datos relevantes.

O inverno é a estación na que os vexetais de folla fresca teñen unha gran demanda.Os invernadoiros poden proporcionar un ambiente máis axeitado para o crecemento de vexetais de folla no inverno que os campos de cultivo ao aire libre.Non obstante, un artigo sinalaba que algúns invernadoiros envellecidos ou mal limpos teñen unha transmitancia lumínica inferior ao 50% no inverno. Ademais, o tempo chuvioso a longo prazo tamén é propenso a producirse no inverno, o que fai que o invernadoiro se atope nun ambiente baixo. temperatura e ambiente con pouca luz, o que afecta o crecemento normal das plantas.A luz converteuse nun factor limitante para o crecemento dos vexetais no inverno [4].No experimento úsase o Green Cube que se puxo en produción real.O sistema de plantación de vexetais de folla de fluxo líquido pouco profundo combínase cos dous módulos de luz superior LED de Signify (China) Investment Co., Ltd. con diferentes proporcións de luz azul.A plantación de leitugas e pakchoi, que son dúas hortalizas de folla con maior demanda do mercado, pretende estudar o aumento real da produción de hortalizas de folla hidropónica mediante a iluminación LED no invernadoiro de inverno.

Materiais e métodos
Materiais empregados para a proba

Os materiais de proba empregados no experimento foron leitugas e vexetais packchoi.A variedade de leituga, Green Leaf Lettuce, procede de Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., e a variedade pakchoi, Brilliant Green, procede do Instituto de Horticultura da Academia de Ciencias Agrícolas de Shanghai.

Método experimental

O experimento realizouse no invernadoiro de vidro tipo Wenluo da base Sunqiao de Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. desde novembro de 2019 ata febreiro de 2020. Realizáronse un total de dúas quendas de experimentos repetidos.A primeira quenda do experimento foi a finais de 2019, e a segunda a principios de 2020. Despois da sementeira, os materiais experimentais colocáronse na sala de clima de luz artificial para a crianza de mudas e utilizouse o rego de marea.Durante o período de cría de mudas, utilizouse para o rego a solución nutritiva xeral de vexetais hidropónicos con EC de 1,5 e pH de 5,5.Despois de que as mudas creceran ata 3 follas e 1 estadio de corazón, plantáronse no leito de plantación de vexetais de follas pouco profundas de tipo cubo verde.Despois da plantación, o sistema de circulación de solucións de nutrientes de fluxo pouco profundo utilizou solucións de nutrientes EC 2 e pH 6 para o rego diario.A frecuencia de rega foi de 10 min con subministración de auga e de 20 min con subministración de auga parada.No experimento establecéronse o grupo control (sen suplemento de luz) e o grupo de tratamento (suplemento de luz LED).CK plantouse en invernadoiro de vidro sen suplemento luminoso.LB: drw-lb Ho (200W) utilizouse para complementar a luz despois de plantar nun invernadoiro de vidro.A densidade de fluxo luminoso (PPFD) na superficie do dosel vexetal hidropónico era duns 140 μmol/(㎡·S).MB: despois de plantar no invernadoiro de vidro, utilizouse o drw-lb (200W) para complementar a luz e o PPFD era duns 140 μmol/(㎡·S).

A primeira quenda de data de plantación experimental é o 8 de novembro de 2019 e a data de plantación é o 25 de novembro de 2019. A hora do suplemento de luz do grupo de proba é de 6:30 a 17:00;a segunda quenda de data de plantación experimental é o 30 de decembro de 2019, a data de plantación é o 17 de xaneiro de 2020 e o horario de complemento do grupo experimental é de 4:00 a 17:00.
No tempo soleado do inverno, o invernadoiro abrirá o teito solar, a película lateral e o ventilador para a ventilación diaria de 6:00 a 17:00.Cando a temperatura é baixa pola noite, o invernadoiro pechará o tragaluz, a película lateral e o ventilador ás 17:00-6:00 (o día seguinte) e abrirá a cortina de illamento térmico no invernadoiro para preservar a calor nocturna.

Recollida de datos

A altura da planta, o número de follas e o peso fresco por planta obtivéronse despois da colleita das partes aéreas de Qingjingcai e da leituga.Despois de medir o peso fresco, colocouse nun forno e sécase a 75 ℃ durante 72 h.Despois do final, determinouse o peso seco.A temperatura no invernadoiro e a densidade de fluxo de fotóns fotosintéticos (PPFD, fotosintética densidade de fluxo de fotóns) recóllense e rexistran cada 5 minutos o sensor de temperatura (RS-GZ-N01-2) e o sensor de radiación fotosintéticamente activa (GLZ-CG).

Análise de datos

Calcule a eficiencia do uso da luz (LUE, Light Use Efficiency) segundo a seguinte fórmula:
LUE (g/mol) = rendemento vexetal por unidade de superficie/cantidade total acumulada de luz obtida polos vexetais por unidade de superficie desde a plantación ata a colleita
Calcule o contido de materia seca de acordo coa seguinte fórmula:
Contido de materia seca (%) = peso seco por planta/peso fresco por planta x 100%
Use Excel2016 e IBM SPSS Statistics 20 para analizar os datos do experimento e analizar a importancia da diferenza.

Materiais e métodos
Luz e Temperatura

A primeira quenda de experimentos levou 46 días desde a plantación ata a colleita, e a segunda rolda 42 días desde a plantación ata a colleita.Durante a primeira quenda do experimento, a temperatura media diaria no invernadoiro estivo principalmente no rango de 10-18 ℃;durante a segunda rolda do experimento, a flutuación da temperatura media diaria no invernadoiro foi máis severa que a durante a primeira quenda do experimento, coa temperatura media diaria máis baixa de 8,39 ℃ e a temperatura media diaria máis alta de 20,23 ℃.A temperatura media diaria mostrou unha tendencia xeral ao alza durante o proceso de crecemento (Fig. 1).

Durante a primeira quenda do experimento, a integral de luz diaria (DLI) no invernadoiro flutuou menos de 14 mol/(㎡·D).Durante a segunda quenda do experimento, a cantidade acumulada diaria de luz natural no invernadoiro mostrou unha tendencia xeral á alza, que foi superior a 8 mol/(㎡·D), e o valor máximo apareceu o 27 de febreiro de 2020, que foi de 26,1 mol. /(㎡·D).O cambio da cantidade acumulada diaria de luz natural no invernadoiro durante a segunda quenda do experimento foi maior que durante a primeira quenda do experimento (Fig. 2).Durante a primeira quenda do experimento, a cantidade de luz acumulada diaria total (a suma de luz natural DLI e luz suplementaria led DLI) do grupo de luz suplementaria foi superior a 8 mol/(㎡·D) a maior parte do tempo.Durante a segunda quenda do experimento, a cantidade de luz acumulada diaria total do grupo de luz suplementario foi máis de 10 mol/(㎡·D) a maior parte do tempo.A cantidade total acumulada de luz suplementaria na segunda rolda foi de 31,75 mol/㎡ máis que na primeira rolda.

Rendemento de vexetais de folla e eficiencia enerxética lixeira

●Primeira rolda de resultados das probas
Na figura 3 pódese ver que o pakchoi complementado con LED crece mellor, a forma da planta é máis compacta e as follas son máis grandes e grosas que o CK non suplementado.As follas de pakchoi LB e MB son máis brillantes e verdes máis escuros que CK.Na figura 4 pódese ver que a leituga con luz suplementaria LED crece mellor que a CK sen luz suplementaria, o número de follas é maior e a forma da planta é máis chea.

A partir da táboa 1 pódese ver que non hai diferenzas significativas na altura da planta, o número de follas, o contido de materia seca e a eficiencia de utilización da enerxía lumínica dos pakchoi tratados con CK, LB e MB, pero o peso fresco do pakchoi tratado con LB e MB é significativamente maior que a de CK;Non houbo diferenza significativa no peso fresco por planta entre as dúas luces de crecemento LED con diferentes proporcións de luz azul no tratamento de LB e MB.

Pódese ver na táboa 2 que a altura da planta da leituga no tratamento con LB foi significativamente superior á do tratamento con CK, pero non houbo diferenzas significativas entre o tratamento con LB e o tratamento con MB.Houbo diferenzas significativas no número de follas entre os tres tratamentos, e o número de follas no tratamento con MB foi o máis alto, que foi de 27. O peso fresco por planta do tratamento con LB foi o máis alto, que foi de 101 g.Tamén houbo diferenzas significativas entre os dous grupos.Non houbo diferenzas significativas no contido de materia seca entre os tratamentos con CK e LB.O contido de MB foi un 4,24% maior que os tratamentos con CK e LB.Houbo diferenzas significativas na eficiencia do uso da luz entre os tres tratamentos.A maior eficiencia de uso da luz foi no tratamento con LB, que foi de 13,23 g/mol, e a menor foi no tratamento con CK, que foi de 10,72 g/mol.

●Segunda quenda de resultados da proba

Pódese ver na táboa 3 que a altura da planta de Pakchoi tratada con MB foi significativamente maior que a de CK, e non houbo diferenzas significativas entre esta e o tratamento con LB.O número de follas de Pakchoi tratadas con LB e MB foi significativamente maior que o con CK, pero non houbo diferenzas significativas entre os dous grupos de tratamentos de luz suplementarios.Houbo diferenzas significativas no peso fresco por planta entre os tres tratamentos.O peso fresco por planta en CK foi o máis baixo con 47 g, e o tratamento con MB foi o máis alto con 116 g.Non houbo diferenzas significativas no contido de materia seca entre os tres tratamentos.Hai diferenzas significativas na eficiencia de utilización da enerxía luminosa.A CK é baixa en 8,74 g/mol e o tratamento con MB é o máis alto con 13,64 g/mol.

Na Táboa 4 pódese ver que non houbo diferenzas significativas na altura da planta das leitugas entre os tres tratamentos.O número de follas nos tratamentos con LB e MB foi significativamente maior que o de CK.Entre eles, o número de follas de MB foi o máis alto con 26. Non houbo diferenzas significativas no número de follas entre os tratamentos con LB e MB.O peso fresco por planta dos dous grupos de tratamentos de luz suplementarios foi significativamente maior que o de CK, e o peso fresco por planta foi o máis alto no tratamento con MB, que foi de 133 g.Tamén houbo diferenzas significativas entre os tratamentos con LB e MB.Houbo diferenzas significativas no contido en materia seca entre os tres tratamentos, e o contido en materia seca do tratamento con LB foi o máis alto, que foi do 4,05%.A eficiencia de utilización da enerxía luminosa do tratamento con MB é significativamente superior á do tratamento con CK e LB, que é de 12,67 g/mol.

Durante a segunda rolda do experimento, o DLI total do grupo de luz suplementaria foi moito maior que o DLI durante o mesmo número de días de colonización durante a primeira quenda do experimento (Figura 1-2) e o tempo de luz suplementario da luz suplementaria. grupo de tratamento na segunda quenda do experimento (4:00-00-17:00).En comparación coa primeira quenda de experimentos (6:30-17:00), aumentou en 2,5 horas.O tempo de colleita das dúas quendas de Pakchoi foi de 35 días despois da plantación.O peso fresco da planta individual de CK nas dúas roldas foi similar.A diferenza no peso fresco por planta no tratamento con LB e MB en comparación co CK na segunda quenda de experimentos foi moito maior que a diferenza no peso fresco por planta en comparación co CK na primeira quenda de experimentos (táboa 1, táboa 3).O tempo de colleita da segunda quenda de leituga experimental foi de 42 días despois da plantación e o tempo de colleita da primeira quenda de leituga experimental foi de 46 días despois da plantación.O número de días de colonización cando se colleu a segunda quenda de leitugas experimental CK foi 4 días menos que o da primeira quenda, pero o peso fresco por planta é 1,57 veces o da primeira quenda de experimentos (táboa 2 e táboa 4). e a eficiencia de utilización da enerxía luminosa é similar.Pódese ver que a medida que a temperatura vaise quentando e a luz natural do invernadoiro aumenta paulatinamente, o ciclo de produción da leituga acúrtase.

Materiais e métodos
As dúas quendas de probas cubriron basicamente todo o inverno en Shanghai, e o grupo de control (CK) foi capaz de restaurar relativamente o estado de produción real de talo verde hidropónico e leituga no invernadoiro a baixa temperatura e pouca luz solar no inverno.O grupo experimental de suplementos lixeiros tivo un efecto de promoción significativo no índice de datos máis intuitivo (peso fresco por planta) nas dúas quendas de experimentos.Entre eles, o efecto de aumento do rendemento de Pakchoi reflectiuse no tamaño, cor e grosor das follas ao mesmo tempo.Pero a leituga tende a aumentar o número de follas e a forma da planta parece máis completa.Os resultados das probas mostran que a suplementación lixeira pode mellorar o peso fresco e a calidade do produto na plantación das dúas categorías de vexetais, aumentando así a comercialización dos produtos vexetais.Pakchoi complementado con Os módulos de luz superior LED vermello-branco, azul-azul e vermello-branco, azul medio son de color verde máis escuro e de aspecto brillante que as follas sen luz adicional, as follas son máis grandes e grosas, e a tendencia de crecemento de todo o tipo de planta é máis compacto e vigoroso.Non obstante, a "leituga mosaico" pertence aos vexetais de folla verde claro e non hai un proceso de cambio de cor evidente no proceso de crecemento.O cambio de cor das follas non é obvio para os ollos humanos.A proporción axeitada de luz azul pode promover o desenvolvemento das follas e a síntese de pigmentos fotosintéticos, e inhibir o alongamento dos entrenudos.Polo tanto, os vexetais do grupo de suplementos lixeiros son máis favorecidos polos consumidores en calidade de aparencia.

Durante a segunda rolda da proba, a cantidade de luz acumulada diaria total do grupo de luz suplementaria foi moito maior que o DLI durante o mesmo número de días de colonización durante a primeira quenda do experimento (Figura 1-2) e a luz suplementaria. tempo da segunda rolda do grupo de tratamento de luz suplementario (4: 00-17: 00), en comparación coa primeira quenda do experimento (6: 30-17: 00), aumentou en 2,5 horas.O tempo de colleita das dúas quendas de Pakchoi foi de 35 días despois da plantación.O peso fresco de CK nas dúas roldas foi similar.A diferenza de peso fresco por planta entre o tratamento con LB e MB e CK na segunda rolda de experimentos foi moito maior que a diferenza de peso fresco por planta con CK na primeira quenda de experimentos (táboa 1 e táboa 3).Polo tanto, estender o tempo do suplemento de luz pode promover o aumento da produción de Pakchoi hidropónico cultivado en interiores no inverno.O tempo de colleita da segunda quenda de leituga experimental foi de 42 días despois da plantación e o tempo de colleita da primeira quenda de leituga experimental foi de 46 días despois da plantación.Cando se colleu a segunda quenda de leituga experimental, o número de días de colonización do grupo CK foi 4 días menor que o da primeira quenda.Non obstante, o peso fresco dunha soa planta foi 1,57 veces o da primeira quenda de experimentos (táboa 2 e táboa 4).A eficiencia de utilización da enerxía luminosa foi similar.Pódese ver que a medida que a temperatura aumenta lentamente e a luz natural do invernadoiro aumenta gradualmente (Figura 1-2), o ciclo de produción da leituga pódese acurtar en consecuencia.Polo tanto, engadir equipos lixeiros complementarios ao invernadoiro no inverno con baixa temperatura e pouca luz solar pode mellorar eficazmente a eficiencia da produción de leituga e, a continuación, aumentar a produción.Na primeira quenda do experimento, o consumo de enerxía luminosa complementada da planta de menú de follas foi de 0,95 kw-h, e na segunda quenda de experimento, o consumo de enerxía luminosa complementada da planta de menú de folla foi de 1,15 kw-h.En comparación entre as dúas quendas de experimentos, o consumo de luz dos tres tratamentos de Pakchoi, a eficiencia de utilización de enerxía no segundo experimento foi menor que no primeiro experimento.A eficiencia de utilización da enerxía luminosa dos grupos de tratamento de luz suplementario CK e LB de leitugas no segundo experimento foi lixeiramente inferior á do primeiro experimento.Dedúcese que a posible razón é que a baixa temperatura media diaria dentro dunha semana despois da plantación fai que o período de mudas lentas se prolongue, e aínda que a temperatura repuntou un pouco durante o experimento, o rango foi limitado e a temperatura media diaria global aínda era a un nivel baixo, o que restrinxiu a eficiencia de utilización da enerxía luminosa durante o ciclo global de crecemento para a hidroponía de vexetais de folla.(Figura 1).

Durante o experimento, a piscina de solucións de nutrientes non estaba equipada con equipos de quentamento, polo que o ambiente raíz das verduras de folla hidropónica estaba sempre a un nivel de temperatura baixa e a temperatura media diaria foi limitada, o que provocou que os vexetais non puidesen facer un uso completo. aumento da luz acumulada diaria ampliando a luz complementaria LED.Polo tanto, ao complementar a luz no invernadoiro no inverno, é necesario ter en conta as medidas de conservación e calefacción adecuadas para garantir o efecto de complementar a luz para aumentar a produción.Polo tanto, é necesario considerar medidas adecuadas de conservación da calor e aumento da temperatura para garantir o efecto do suplemento de luz e o aumento do rendemento no invernadoiro de inverno.O uso de luz complementaria LED aumentará o custo de produción ata certo punto, e a propia produción agrícola non é unha industria de alto rendemento.Polo tanto, sobre como optimizar a estratexia de luz complementaria e cooperar con outras medidas na produción real de vexetais de folla hidropónica no invernadoiro de invernadoiro, e como utilizar o equipo lixeiro suplementario para lograr unha produción eficiente e mellorar a eficiencia da utilización da enerxía lixeira e os beneficios económicos. , aínda necesita máis experimentos de produción.

Autores: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Fonte do artigo: Tecnoloxía da Enxeñería Agrícola (Horticultura de Invernadoiro).

Referencias:
[1] Jianfeng Dai, práctica de aplicación de LED hortícola de Philips na produción de invernadoiros [J].Tecnoloxía da enxeñaría agrícola, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al.Estado da aplicación e perspectiva da tecnoloxía de suplementos lixeiros para froitas e vexetais protexidos [J].Horticultura do norte, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al.Estado de investigación e aplicación e estratexia de desenvolvemento da iluminación das plantas [J].Journal of lighting engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al.Aplicación da fonte de luz e do control da calidade da luz na produción de hortalizas en invernadoiro [J].Vexetal chino, 2012 (2): 1-7