Истраживање утицаја додатног ЛЕД светла на повећање приноса хидропонске салате и пакчоја у пластеницима зими
[Апстракт] Зима у Шангају често карактеришу ниске температуре и мало сунчеве светлости, а раст хидропонског лиснатог поврћа у пластеницима је спор, а производни циклус дуг, што не може да задовољи потражњу на тржишту. Последњих година, ЛЕД додатна светла за биљке су почела да се користе у узгоју и производњи у пластеницима, донекле, како би се надокнадио недостатак да дневно акумулирана светлост у пластенику не може да задовољи потребе раста усева када је природно светло недовољно. У експерименту, две врсте ЛЕД додатних светала различитог квалитета светлости су инсталиране у пластенику како би се спровео истраживачки експеримент повећања производње хидропонске салате и зелених стабљика зими. Резултати су показали да две врсте ЛЕД светала могу значајно повећати свежу тежину по биљци пакчоја и зелене салате. Ефекат повећања приноса пакчоја се углавном огледа у побољшању укупног сензорног квалитета као што је увећање и задебљање листа, а ефекат повећања приноса зелене салате се углавном огледа у повећању броја листова и садржаја суве материје.

Светлост је неопходан део раста биљака. Последњих година, ЛЕД светла се широко користе у узгоју и производњи у пластеницима због своје високе стопе фотоелектричне конверзије, прилагодљивог спектра и дугог века трајања [1]. У страним земљама, због раног почетка истраживања у вези са тим и зрелог система подршке, многе велике производње цвећа, воћа и поврћа имају релативно комплетне стратегије допуне светлости. Акумулација велике количине стварних података о производњи такође омогућава произвођачима да јасно предвиде ефекат повећања производње. Истовремено, процењује се повраћај након коришћења ЛЕД система допуне светлости [2]. Међутим, већина тренутних домаћих истраживања о допуној светлости је пристрасна ка квалитету светлости малих размера и спектралној оптимизацији, и недостају им стратегије допуне светлости које се могу користити у стварној производњи [3]. Многи домаћи произвођачи ће директно користити постојећа страна решења за допуне светлости када примењују технологију допуне светлости у производњи, без обзира на климатске услове производног подручја, врсте произведеног поврћа и стање објеката и опреме. Поред тога, висока цена опреме за допуне светлости и велика потрошња енергије често доводе до огромног јаза између стварног приноса усева и економског повраћаја и очекиваног ефекта. Таква тренутна ситуација не погодује развоју и промоцији технологије допуњавања светлости и повећању производње у земљи. Стога је хитна потреба разумно увести зреле ЛЕД производе за допуњавање светлости у стварна домаћа производна окружења, оптимизовати стратегије употребе и прикупити релевантне податке.

Зима је сезона када је свеже лиснато поврће веома тражено. Пластеници могу пружити погодније окружење за раст лиснатог поврћа зими него поља на отвореном. Међутим, један чланак је истакао да неки старији или лоше очишћени пластеници имају пропустљивост светлости мању од 50% зими. Поред тога, дуготрајно кишно време је такође склоно појављивању зими, што доводи до тога да се пластеник налази у окружењу са ниском температуром и слабом светлошћу, што утиче на нормалан раст биљака. Светлост је постала ограничавајући фактор за раст поврћа зими [4]. Зелена коцка која је пуштена у стварну производњу користи се у експерименту. Систем садње лиснатог поврћа са плитким течним протоком упарен је са два ЛЕД горња светлосна модула компаније Signify (China) Investment Co., Ltd. са различитим односима плаве светлости. Садња зелене салате и пакчоја, који су два лисната поврћа са већом тржишном потражњом, има за циљ да проучи стварно повећање производње хидропонског лиснатог поврћа ЛЕД осветљењем у зимском пластенику.

Материјали и методе
Материјали који се користе за тестирање

Тестни материјали коришћени у експерименту били су зелена салата и пакчој поврће. Сорта зелене салате, Green Leaf Lettuce, потиче од компаније Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., а сорта пакчој, Brilliant Green, потиче од Института за хортикултуру Шангајске академије пољопривредних наука.

Експериментална метода

Експеримент је спроведен у стакленику типа Венлуо, у оквиру базе Сункиао компаније Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd., од новембра 2019. до фебруара 2020. године. Укупно су спроведена два круга поновљених експеримената. Први круг експеримента је био крајем 2019. године, а други круг почетком 2020. године. Након сетве, експериментални материјал је смештен у просторију са вештачком светлошћу за узгој садница, а коришћено је наводњавање плимом и осеком. Током периода узгоја садница, за наводњавање је коришћен општи раствор хранљивих материја хидропонског поврћа са EC од 1,5 и pH вредношћу 5,5. Након што су саднице порасле до 3 листа и 1 срца, засађене су на гредицу за садњу лиснатог поврћа са плитким протоком типа Green Cube Track. Након садње, систем циркулације раствора хранљивих материја са плитким протоком користио је раствор хранљивих материја са EC 2 и pH 6 за свакодневно наводњавање. Учесталост наводњавања је била 10 минута са доводом воде и 20 минута са прекидом довода воде. Контролна група (без додатка светлости) и третирана група (додатак ЛЕД светлости) су одређене у експерименту. CK је засађена у стакленом пластенику без додатка светлости. LB: drw-lb Ho (200W) је коришћено за допуну светлости након садње у стакленом пластенику. Густина светлосног флукса (PPFD) на површини хидропонског поврћа била је око 140 μmol/(㎡·S). MB: након садње у стакленом пластенику, drw-lb (200W) је коришћено за допуну светлости, а PPFD је био око 140 μmol/(㎡·S).

Први круг експерименталне садње је 8. новембар 2019. године, а датум садње је 25. новембар 2019. године. Време додатног осветљења за тест групу је од 6:30 до 17:00 часова; други круг експерименталне садње је 30. децембар 2019. године, датум садње је 17. јануар 2020. године, а време додатног осветљења за експерименталну групу је од 4:00 до 17:00 часова.
По сунчаном времену зими, стакленик ће отворити кровни прозор, бочну фолију и вентилатор за свакодневну вентилацију од 6:00 до 17:00 часова. Када је температура ниска ноћу, стакленик ће затворити кровни прозор, бочну фолију и вентилатор од 17:00 до 6:00 часова (следећег дана), и отворити термоизолациону завесу у стакленику ради очувања топлоте током ноћи.

Прикупљање података

Висина биљке, број листова и свежа тежина по биљци добијени су након бербе надземних делова сорте Ћингђингцај и зелене салате. Након мерења свеже тежине, биљка је стављена у рерну и сушена на 75℃ током 72 сата. Након тога, одређена је сува тежина. Температура у стакленику и густина фотосинтетског фотонског флукса (PPFD, густина фотосинтетског фотонског флукса) се прикупљају и бележе сваких 5 минута помоћу сензора температуре (RS-GZ-N01-2) и сензора фотосинтетски активног зрачења (GLZ-CG).

Анализа података

Израчунајте ефикасност коришћења светлости (LUE, Light Use Efficiency) према следећој формули:
LUE (g/mol) = принос поврћа по јединици површине/укупна кумулативна количина светлости коју поврће добије по јединици површине од садње до жетве
Израчунајте садржај суве материје према следећој формули:
Садржај суве материје (%) = сува тежина по биљци/свежа тежина по биљци x 100%
Користите Excel2016 и IBM SPSS Statistics 20 да бисте анализирали податке у експерименту и анализирали значајност разлике.

Материјали и методе
Светлост и температура

Прва рунда експеримента трајала је 46 дана од садње до жетве, а друга рунда 42 дана од садње до жетве. Током прве рунде експеримента, просечна дневна температура у пластенику је углавном била у распону од 10-18 ℃; током друге рунде експеримента, флуктуација просечне дневне температуре у пластенику била је већа него током прве рунде експеримента, са најнижом просечном дневном температуром од 8,39 ℃ и највишом просечном дневном температуром од 20,23 ℃. Просечна дневна температура је показала општи тренд раста током процеса раста (Слика 1).

Током прве рунде експеримента, дневни светлосни интеграл (DLI) у стакленику је флуктуирао мање од 14 mol/(㎡·D). Током друге рунде експеримента, дневна кумулативна количина природне светлости у стакленику је показала укупни тренд раста, који је био већи од 8 mol/(㎡·D), а максимална вредност се појавила 27. фебруара 2020. године, која је износила 26,1 mol/(㎡·D). Промена дневне кумулативне количине природне светлости у стакленику током друге рунде експеримента била је већа него током прве рунде експеримента (Сл. 2). Током прве рунде експеримента, укупна дневна кумулативна количина светлости (збир DLI природне светлости и DLI додатне ЛЕД светлости) групе додатне светлости била је већа од 8 mol/(㎡·D) већину времена. Током друге рунде експеримента, укупна дневна акумулирана количина светлости групе додатне светлости била је већа од 10 mol/(㎡·D) већину времена. Укупна акумулирана количина додатне светлости у другом кругу била је 31,75 мол/㎡ већа него у првом кругу.

Принос лиснатог поврћа и ефикасност коришћења светлосне енергије

●Резултати првог круга тестирања
На слици 3 се види да пакчој са додатком ЛЕД осветљења боље расте, облик биљке је компактнији, а листови су већи и дебљи од пакчоја без додатка. Листови пакчоја ЛБ и МБ су светлије и тамније зелене боје од пакчоја ЦК. На слици 4 се види да зелена салата са додатком ЛЕД светла боље расте од ЦК без додатка, број листова је већи, а облик биљке је пунији.

Из Табеле 1 се може видети да нема значајне разлике у висини биљке, броју листова, садржају суве материје и ефикасности коришћења светлосне енергије пакчоја третираног са CK, LB и MB, али је свежа тежина пакчоја третираног са LB и MB значајно већа од оне код CK; Није било значајне разлике у свежој тежини по биљци између две ЛЕД лампе за узгој са различитим односима плаве светлости у третману LB и MB.

Из табеле 2 се може видети да је висина биљке салате у ЛБ третману била значајно већа него у ЦК третману, али није било значајне разлике између ЛБ третмана и МБ третмана. Постојале су значајне разлике у броју листова између три третмана, а број листова у МБ третману је био највећи, који је износио 27. Свежа тежина по биљци у ЛБ третману била је највећа, која је износила 101 г. Такође је постојала значајна разлика између две групе. Није било значајне разлике у садржају суве материје између ЦК и ЛБ третмана. Садржај МБ је био 4,24% већи него код ЦК и ЛБ третмана. Постојале су значајне разлике у ефикасности коришћења светлости између три третмана. Највећа ефикасност коришћења светлости била је у ЛБ третману, која је износила 13,23 г/мол, а најнижа у ЦК третману, која је износила 10,72 г/мол.

●Резултати другог круга тестова

Из Табеле 3 се може видети да је висина биљке пакчоја третираног са MB била значајно већа од висине биљке CK, и да није било значајне разлике између њега и третмана LB. Број листова пакчоја третираног са LB и MB био је значајно већи него са CK, али није било значајне разлике између две групе додатних третмана светлошћу. Постојале су значајне разлике у свежој тежини по биљци између три третмана. Свежа тежина по биљци код CK била је најнижа и износила је 47 г, а код MB третмана највећа и износила је 116 г. Није било значајне разлике у садржају суве материје између три третмана. Постоје значајне разлике у ефикасности искоришћења светлосне енергије. CK је низак и износи 8,74 г/мол, а третман MB је највиши и износи 13,64 г/мол.

Из Табеле 4 се може видети да није било значајне разлике у висини биљке салате између три третмана. Број листова код ЛБ и МБ третмана био је значајно већи него код ЦК. Међу њима, број МБ листова је био највећи, 26. Није било значајне разлике у броју листова између ЛБ и МБ третмана. Свежа тежина по биљци две групе допунских светлосних третмана била је значајно већа него код ЦК, а свежа тежина по биљци била је највећа код МБ третмана, која је износила 133 г. Такође су постојале значајне разлике између ЛБ и МБ третмана. Постојале су значајне разлике у садржају суве материје између три третмана, а садржај суве материје код ЛБ третмана био је највећи, који је износио 4,05%. Ефикасност искоришћења светлосне енергије код МБ третмана је значајно већа него код ЦК и ЛБ третмана, која износи 12,67 г/мол.

Током другог круга експеримента, укупни DLI групе са додатним светлом био је знатно већи од DLI током истог броја дана колонизације током првог круга експеримента (Слика 1-2), а време додатног светла групе третиране додатним светлом у другом кругу експеримента (4:00-00-17:00). У поређењу са првим кругом експеримента (6:30-17:00), повећао се за 2,5 сата. Време бербе у два круга Пакчои третмана било је 35 дана након садње. Свежа тежина појединачне биљке ЦК у два круга била је слична. Разлика у свежој тежини по биљци у ЛБ и МБ третману у поређењу са ЦК у другом кругу експеримената била је много већа од разлике у свежој тежини по биљци у поређењу са ЦК у првом кругу експеримената (Табела 1, Табела 3). Време бербе другог круга експерименталне салате било је 42 дана након садње, а време бербе првог круга експерименталне салате било је 46 дана након садње. Број дана колонизације када је убран други круг експерименталне салате CK био је 4 дана мањи него у првом кругу, али је свежа тежина по биљци 1,57 пута већа од прве рунде експеримената (Табела 2 и Табела 4), а ефикасност искоришћења светлосне енергије је слична. Може се видети да се како температура постепено расте и природно светло у пластенику постепено повећава, производни циклус салате се скраћује.

Материјали и методе
Два круга тестирања су у основи обухватила целу зиму у Шангају, а контролна група (CK) је успела да релативно обнови стварни статус производње хидропонских зелених стабљика и салате у пластенику под ниским температурама и слабом сунчевом светлошћу током зиме. Експериментална група са додатком светлости имала је значајан промотивни ефекат на најинтуитивнији индекс података (свежа тежина по биљци) у два круга експеримената. Међу њима, ефекат повећања приноса пакчоја се одразио на величину, боју и дебљину листова истовремено. Али зелена салата има тенденцију да повећа број листова, а облик биљке изгледа пуније. Резултати теста показују да додатак светлости може побољшати свежу тежину и квалитет производа у садњи две категорије поврћа, чиме се повећава комерцијалност повртарских производа. Пакчој са додатком светлости... Црвено-бели, нископлави и црвено-бели, средње плави ЛЕД модули горњег светла су тамније зелене боје и сјајнијег изгледа од листова без додатног светла, листови су већи и дебљи, а тренд раста целе биљке је компактнији и снажнији. Међутим, „мозаична салата“ спада у светлозелено лиснато поврће и нема очигледног процеса промене боје током раста. Промена боје листа није очигледна људском оку. Одговарајући удео плаве светлости може подстаћи развој листа и синтезу фотосинтетских пигмената, и инхибирати издуживање интернодија. Стога, поврће у групи са додатком светлости је више фаворизовано од стране потрошача по питању изгледа.

Током другог круга теста, укупна дневна кумулативна количина светлости групе са додатним светлом била је знатно већа од DLI током истог броја дана колонизације током првог круга експеримента (Слика 1-2), а време додатног светла другог круга групе са третманом додатним светлом (4:00-17:00), у поређењу са првим кругом експеримента (6:30-17:00), повећало се за 2,5 сата. Време бербе два круга пакчоја било је 35 дана након садње. Свежа тежина CK у два круга била је слична. Разлика у свежој тежини по биљци између LB и MB третмана и CK у другом кругу експеримената била је много већа од разлике у свежој тежини по биљци са CK у првом кругу експеримената (Табела 1 и Табела 3). Стога, продужење времена додатног светла може подстаћи повећање производње хидропонског пакчоја гајеног у затвореном простору зими. Време бербе друге рунде експерименталне салате било је 42 дана након садње, а време бербе прве рунде експерименталне салате било је 46 дана након садње. Када је убрана друга рунда експерименталне салате, број дана колонизације CK групе био је 4 дана мањи него у првој рунди. Међутим, свежа тежина једне биљке била је 1,57 пута већа од прве рунде експеримената (Табела 2 и Табела 4). Ефикасност искоришћења светлосне енергије била је слична. Може се видети да како температура полако расте и природно светло у пластенику постепено се повећава (Слика 1-2), производни циклус салате може се сходно томе скратити. Стога, додавање додатне светлосне опреме у пластеник зими са ниском температуром и слабом сунчевом светлошћу може ефикасно побољшати ефикасност производње салате, а затим повећати производњу. У првој рунди експеримента, потрошња енергије допуњене светлошћу биљке лисног менија била је 0,95 kW-h, а у другој рунди експеримента, потрошња енергије допуњене светлошћу биљке лисног менија била је 1,15 kW-h. У поређењу између два круга експеримената, потрошња светлости три третмана пакчоија, ефикасност искоришћења енергије у другом експерименту била је нижа него у првом експерименту. Ефикасност искоришћења светлосне енергије група за третман зелене салате CK и LB са додатним третманом светлошћу у другом експерименту била је нешто нижа него у првом експерименту. Закључује се да је могући разлог то што ниска просечна дневна температура у року од недељу дана након садње продужава период спорог раста садница, и иако се температура мало опоравила током експеримента, распон је био ограничен, а укупна просечна дневна температура је и даље била на ниском нивоу, што је ограничавало ефикасност искоришћења светлосне енергије током целокупног циклуса раста за хидропонику лиснатог поврћа. (Слика 1).

Током експеримента, базен са хранљивим раствором није био опремљен опремом за загревање, тако да је коренско окружење хидропонског лиснатог поврћа увек било на ниском нивоу температуре, а просечна дневна температура је била ограничена, што је довело до тога да поврће није у потпуности искористило дневну кумулативну светлост повећану продужењем додатног ЛЕД светла. Стога, приликом допуњавања светлости у пластенику зими, потребно је размотрити одговарајуће мере за очување топлоте и загревање како би се осигурао ефекат допуњавања светлости за повећање производње. Стога је потребно размотрити одговарајуће мере за очување топлоте и повећање температуре како би се осигурао ефекат допуњавања светлости и повећање приноса у зимском пластенику. Употреба додатног ЛЕД светла ће донекле повећати трошкове производње, а сама пољопривредна производња није индустрија са високим приносима. Стога, у погледу тога како оптимизовати стратегију допунског светла и сарађивати са другим мерама у стварној производњи хидропонског лиснатог поврћа у зимском пластенику, и како користити додатну опрему за светло за постизање ефикасне производње и побољшање ефикасности коришћења светлосне енергије и економских користи, и даље су потребни даљи производни експерименти.

Аутори: Јиминг Ји, Канг Лиу, Ксианпинг Зханг, Хонглеи Мао (Схангхаи греен цубе Агрицултурал Девелопмент Цо., Лтд.).
Извор чланка: Технологија пољопривредног инжењерства (пластеничко хортикултура).

Референце:
[1] Ђианфенг Даи, Пракса примене Philips хортикултурних LED светла у производњи у пластеницима [J]. Пољопривредна инжењерска технологија, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Сјаолинг Јанг, Ланфанг Сонг, Женгли Ђин и др. Статус примене и перспективе технологије светлосних додатака за заштићено воће и поврће [J]. Северна хортикултура, 2018 (17): 166-170
[3] Сјаојинг Лиу, Жиганг Сју, Сјуелеи Ђиао и др. Статус истраживања и примене и стратегија развоја биљног осветљења [J]. Часопис за инжењерство осветљења, 013, 24 (4): 1-7
[4] Ђинг Сје, Хоу Ченг Лиу, Веи Сонг Ши и др. Примена извора светлости и контроле квалитета светлости у производњи поврћа у пластеницима [J]. Кинеско поврће, 2012 (2): 1-7