Έρευνα σχετικά με την επίδραση του συμπληρωματικού φωτός LED στην αύξηση της απόδοσης του υδροπονικού μαρουλιού και του Pakchoi σε θερμοκήπιο τον χειμώνα
[Περίληψη] Ο χειμώνας στη Σαγκάη συχνά χαρακτηρίζεται από χαμηλές θερμοκρασίες και χαμηλή ηλιοφάνεια, ενώ η ανάπτυξη των υδροπονικών φυλλωδών λαχανικών στο θερμοκήπιο είναι αργή και ο κύκλος παραγωγής είναι μακρύς, γεγονός που δεν μπορεί να καλύψει τη ζήτηση της αγοράς. Τα τελευταία χρόνια, έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται συμπληρωματικά φώτα LED για φυτά στην καλλιέργεια και την παραγωγή θερμοκηπίων, σε κάποιο βαθμό, για να αντισταθμιστεί το μειονέκτημα ότι το ημερήσιο συσσωρευμένο φως στο θερμοκήπιο δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ανάπτυξης των καλλιεργειών όταν το φυσικό φως είναι ανεπαρκές. Στο πείραμα, εγκαταστάθηκαν στο θερμοκήπιο δύο είδη συμπληρωματικών φώτων LED με διαφορετική ποιότητα φωτός για να διεξαχθεί το πείραμα εξερεύνησης της αύξησης της παραγωγής υδροπονικού μαρουλιού και πράσινου στελέχους τον χειμώνα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δύο είδη φώτων LED μπορούν να αυξήσουν σημαντικά το φρέσκο ​​βάρος ανά φυτό pakchoi και μαρουλιού. Η επίδραση αύξησης της απόδοσης του pakchoi αντικατοπτρίζεται κυρίως στη βελτίωση της συνολικής οργανοληπτικής ποιότητας, όπως η διεύρυνση και η πάχυνση των φύλλων, και η επίδραση αύξησης της απόδοσης του μαρουλιού αντικατοπτρίζεται κυρίως στην αύξηση του αριθμού των φύλλων και της περιεκτικότητας σε ξηρά ουσία.

Το φως είναι απαραίτητο μέρος της ανάπτυξης των φυτών. Τα τελευταία χρόνια, τα φώτα LED έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην καλλιέργεια και την παραγωγή σε περιβάλλον θερμοκηπίου λόγω του υψηλού ρυθμού φωτοηλεκτρικής μετατροπής, του προσαρμόσιμου φάσματος και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους [1]. Σε ξένες χώρες, λόγω της πρώιμης έναρξης της σχετικής έρευνας και του ώριμου συστήματος υποστήριξης, πολλές μεγάλες παραγωγές λουλουδιών, φρούτων και λαχανικών έχουν σχετικά ολοκληρωμένες στρατηγικές συμπλήρωσης φωτός. Η συσσώρευση μεγάλου όγκου πραγματικών δεδομένων παραγωγής επιτρέπει επίσης στους παραγωγούς να προβλέψουν με σαφήνεια την επίδραση της αύξησης της παραγωγής. Ταυτόχρονα, αξιολογείται η απόδοση μετά τη χρήση του συστήματος συμπληρωματικού φωτός LED [2]. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της τρέχουσας εγχώριας έρευνας για το συμπληρωματικό φως είναι προκατειλημμένο προς την ποιότητα φωτός μικρής κλίμακας και τη φασματική βελτιστοποίηση και δεν διαθέτει συμπληρωματικές στρατηγικές φωτός που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην πραγματική παραγωγή [3]. Πολλοί εγχώριοι παραγωγοί θα χρησιμοποιήσουν άμεσα υπάρχουσες ξένες λύσεις συμπληρωματικού φωτισμού κατά την εφαρμογή τεχνολογίας συμπληρωματικού φωτισμού στην παραγωγή, ανεξάρτητα από τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής παραγωγής, τα είδη λαχανικών που παράγονται και τις συνθήκες των εγκαταστάσεων και του εξοπλισμού. Επιπλέον, το υψηλό κόστος του εξοπλισμού συμπληρωματικού φωτισμού και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας συχνά οδηγούν σε ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ της πραγματικής απόδοσης της καλλιέργειας και της οικονομικής απόδοσης και του αναμενόμενου αποτελέσματος. Μια τέτοια τρέχουσα κατάσταση δεν ευνοεί την ανάπτυξη και την προώθηση της τεχνολογίας συμπληρωματικού φωτισμού και την αύξηση της παραγωγής στη χώρα. Ως εκ τούτου, είναι επείγουσα η ανάγκη να ενταχθούν εύλογα ώριμα προϊόντα συμπληρωματικού φωτισμού LED σε πραγματικά εγχώρια περιβάλλοντα παραγωγής, να βελτιστοποιηθούν οι στρατηγικές χρήσης και να συσσωρευτούν σχετικά δεδομένα.

Ο χειμώνας είναι η εποχή κατά την οποία τα φρέσκα φυλλώδη λαχανικά έχουν μεγάλη ζήτηση. Τα θερμοκήπια μπορούν να προσφέρουν ένα καταλληλότερο περιβάλλον για την ανάπτυξη φυλλωδών λαχανικών τον χειμώνα από τα υπαίθρια καλλιεργήσιμα χωράφια. Ωστόσο, ένα άρθρο επεσήμανε ότι ορισμένα παλαιωμένα ή κακώς καθαρισμένα θερμοκήπια έχουν διαπερατότητα φωτός μικρότερη από 50% τον χειμώνα. Επιπλέον, ο μακροχρόνιος βροχερός καιρός είναι επίσης επιρρεπής στον χειμώνα, γεγονός που καθιστά το θερμοκήπιο σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας και χαμηλού φωτισμού, γεγονός που επηρεάζει την κανονική ανάπτυξη των φυτών. Το φως έχει γίνει περιοριστικός παράγοντας για την ανάπτυξη λαχανικών τον χειμώνα [4]. Στο πείραμα χρησιμοποιείται ο Πράσινος Κύβος που έχει τεθεί σε πραγματική παραγωγή. Το σύστημα φύτευσης φυλλωδών λαχανικών με ρηχή ροή υγρού συνδυάζεται με τις δύο μονάδες φωτισμού LED της Signify (China) Investment Co., Ltd. με διαφορετικές αναλογίες μπλε φωτός. Η φύτευση μαρουλιού και pakchoi, δύο φυλλωδών λαχανικών με μεγαλύτερη ζήτηση στην αγορά, στοχεύει στη μελέτη της πραγματικής αύξησης στην παραγωγή υδροπονικών φυλλωδών λαχανικών με φωτισμό LED στο χειμερινό θερμοκήπιο.

Υλικά και Μέθοδοι
Υλικά που χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή

Τα υλικά δοκιμής που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμα ήταν μαρούλι και λαχανικά packchoi. Η ποικιλία μαρουλιού, Green Leaf Lettuce, προέρχεται από την Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., και η ποικιλία pakchoi, Brilliant Green, προέρχεται από το Ινστιτούτο Κηπευτικής της Ακαδημίας Γεωργικών Επιστημών της Σαγκάης.

Πειραματική μέθοδος

Το πείραμα διεξήχθη στο γυάλινο θερμοκήπιο τύπου Wenluo της Sunqiao της Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. από τον Νοέμβριο του 2019 έως τον Φεβρουάριο του 2020. Διεξήχθησαν συνολικά δύο γύροι επαναλαμβανόμενων πειραμάτων. Ο πρώτος γύρος του πειράματος πραγματοποιήθηκε στα τέλη του 2019 και ο δεύτερος στις αρχές του 2020. Μετά τη σπορά, τα πειραματικά υλικά τοποθετήθηκαν σε θάλαμο τεχνητού φωτισμού για την ανάπτυξη σπορόφυτων και χρησιμοποιήθηκε άρδευση με παλίρροια. Κατά την περίοδο ανάπτυξης σπορόφυτων, χρησιμοποιήθηκε το γενικό θρεπτικό διάλυμα υδροπονικών λαχανικών με EC 1,5 και pH 5,5 για άρδευση. Αφού τα σπορόφυτα αναπτύχθηκαν σε 3 φύλλα και 1 στάδιο καρδιάς, φυτεύτηκαν στο παρτέρι φύτευσης φυλλωδών λαχανικών τύπου green cube track με ρηχή ροή. Μετά τη φύτευση, το σύστημα κυκλοφορίας θρεπτικού διαλύματος ρηχής ροής χρησιμοποίησε θρεπτικό διάλυμα EC 2 και pH 6 για καθημερινή άρδευση. Η συχνότητα άρδευσης ήταν 10 λεπτά με παροχή νερού και 20 λεπτά με διακοπή της παροχής νερού. Η ομάδα ελέγχου (χωρίς συμπλήρωμα φωτός) και η ομάδα θεραπείας (συμπλήρωμα φωτός LED) ορίστηκαν στο πείραμα. Το CK φυτεύτηκε σε γυάλινο θερμοκήπιο χωρίς συμπλήρωμα φωτός. LB: drw-lb Ho (200W) χρησιμοποιήθηκε για συμπλήρωση του φωτός μετά τη φύτευση σε γυάλινο θερμοκήπιο. Η πυκνότητα ροής φωτός (PPFD) στην επιφάνεια του υδροπονικού φυλλώματος λαχανικών ήταν περίπου 140 μmol/(㎡·S). MB: μετά τη φύτευση στο γυάλινο θερμοκήπιο, το drw-lb (200W) χρησιμοποιήθηκε για συμπλήρωση του φωτός και το PPFD ήταν περίπου 140 μmol/(㎡·S).

Η ημερομηνία του πρώτου γύρου πειραματικής φύτευσης είναι η 8η Νοεμβρίου 2019 και η ημερομηνία φύτευσης είναι η 25η Νοεμβρίου 2019. Η ώρα συμπλήρωσης φωτός για την ομάδα δοκιμής είναι 6:30-17:00. Η ημερομηνία του δεύτερου γύρου πειραματικής φύτευσης είναι η 30η Δεκεμβρίου 2019, η ημερομηνία φύτευσης είναι η 17η Ιανουαρίου 2020 και η ώρα συμπλήρωσης για την πειραματική ομάδα είναι 4:00-17:00.
Όταν ο χειμώνας είναι ηλιόλουστος, το θερμοκήπιο θα ανοίγει την ηλιοροφή, την πλευρική μεμβράνη και τον ανεμιστήρα για καθημερινό αερισμό από τις 6:00 έως τις 17:00. Όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλή τη νύχτα, το θερμοκήπιο θα κλείνει τον φεγγίτη, την πλευρική ρολό μεμβράνη και τον ανεμιστήρα στις 17:00-6:00 (την επόμενη μέρα) και θα ανοίγει την θερμομονωτική κουρτίνα στο θερμοκήπιο για διατήρηση της νυχτερινής θερμότητας.

Συλλογή δεδομένων

Το ύψος του φυτού, ο αριθμός των φύλλων και το φρέσκο ​​βάρος ανά φυτό ελήφθησαν μετά τη συγκομιδή των υπέργειων τμημάτων της ποικιλίας Qingjingcai και του μαρουλιού. Μετά τη μέτρηση του φρέσκου βάρους, τοποθετήθηκε σε φούρνο και ξηράνθηκε στους 75℃ για 72 ώρες. Μετά το τέλος της συγκομιδής, προσδιορίστηκε το ξηρό βάρος. Η θερμοκρασία στο θερμοκήπιο και η πυκνότητα ροής φωτοσυνθετικών φωτονίων (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) συλλέγονται και καταγράφονται κάθε 5 λεπτά από τον αισθητήρα θερμοκρασίας (RS-GZ-N01-2) και τον αισθητήρα φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας (GLZ-CG).

Ανάλυση Δεδομένων

Υπολογίστε την απόδοση χρήσης φωτός (LUE, Light Use Efficiency) σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:
LUE (g/mol) = απόδοση λαχανικών ανά μονάδα επιφάνειας/η συνολική σωρευτική ποσότητα φωτός που λαμβάνεται από τα λαχανικά ανά μονάδα επιφάνειας από τη φύτευση έως τη συγκομιδή
Υπολογίστε την περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:
Περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία (%) = ξηρό βάρος ανά φυτό/νωπό βάρος ανά φυτό x 100%
Χρησιμοποιήστε το Excel2016 και το IBM SPSS Statistics 20 για να αναλύσετε τα δεδομένα στο πείραμα και να αναλύσετε τη σημασία της διαφοράς.

Υλικά και Μέθοδοι
Φως και Θερμοκρασία

Ο πρώτος γύρος πειράματος διήρκεσε 46 ημέρες από τη φύτευση έως τη συγκομιδή και ο δεύτερος γύρος διήρκεσε 42 ημέρες από τη φύτευση έως τη συγκομιδή. Κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος, η μέση ημερήσια θερμοκρασία στο θερμοκήπιο ήταν κυρίως στην περιοχή των 10-18 ℃. Κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου πειράματος, η διακύμανση της μέσης ημερήσιας θερμοκρασίας στο θερμοκήπιο ήταν πιο έντονη από ό,τι κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος, με τη χαμηλότερη μέση ημερήσια θερμοκρασία 8,39 ℃ και την υψηλότερη μέση ημερήσια θερμοκρασία 20,23 ℃. Η μέση ημερήσια θερμοκρασία έδειξε μια συνολική ανοδική τάση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης (Εικ. 1).

Κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος, το ημερήσιο ολοκλήρωμα φωτός (DLI) στο θερμοκήπιο κυμάνθηκε λιγότερο από 14 mol/(㎡·D). Κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου πειράματος, η ημερήσια σωρευτική ποσότητα φυσικού φωτός στο θερμοκήπιο έδειξε μια συνολική ανοδική τάση, η οποία ήταν υψηλότερη από 8 mol/(㎡·D), και η μέγιστη τιμή εμφανίστηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2020, η οποία ήταν 26,1 mol/(㎡·D). Η μεταβολή της ημερήσιας σωρευτικής ποσότητας φυσικού φωτός στο θερμοκήπιο κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου πειράματος ήταν μεγαλύτερη από αυτή κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος (Εικ. 2). Κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος, η συνολική ημερήσια σωρευτική ποσότητα φωτός (το άθροισμα του DLI φυσικού φωτός και του DLI συμπληρωματικού φωτός LED) της ομάδας συμπληρωματικού φωτός ήταν υψηλότερη από 8 mol/(㎡·D) τις περισσότερες φορές. Κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου πειράματος, η συνολική ημερήσια σωρευτική ποσότητα φωτός της ομάδας συμπληρωματικού φωτός ήταν μεγαλύτερη από 10 mol/(㎡·D) τις περισσότερες φορές. Η συνολική συσσωρευμένη ποσότητα συμπληρωματικού φωτός στον δεύτερο γύρο ήταν 31,75 mol/㎡ μεγαλύτερη από αυτήν στον πρώτο γύρο.

Απόδοση Φυλλωδών Λαχανικών και Αποδοτικότητα Χρήσης Φωτεινής Ενέργειας

● Πρώτος γύρος αποτελεσμάτων δοκιμών
Από το Σχήμα 3 φαίνεται ότι το μαρούλι με ενισχυμένο φως LED αναπτύσσεται καλύτερα, το σχήμα του φυτού είναι πιο συμπαγές και τα φύλλα είναι μεγαλύτερα και πιο παχιά από το CK χωρίς ενισχυμένο φως. Τα φύλλα του pakchoi LB και MB είναι πιο φωτεινά και πιο σκούρα πράσινα από το CK. Από το Σχήμα 4 φαίνεται ότι το μαρούλι με ενισχυμένο φως LED αναπτύσσεται καλύτερα από το CK χωρίς ενισχυμένο φως, ο αριθμός των φύλλων είναι μεγαλύτερος και το σχήμα του φυτού είναι πιο γεμάτο.

Από τον Πίνακα 1 φαίνεται ότι δεν υπάρχει σημαντική διαφορά στο ύψος του φυτού, στον αριθμό των φύλλων, στην περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία και στην απόδοση αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας των pakchoi που έχουν υποστεί επεξεργασία με CK, LB και MB, αλλά το φρέσκο ​​βάρος των pakchoi που έχουν υποστεί επεξεργασία με LB και MB είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό του CK. Δεν υπήρξε σημαντική διαφορά στο φρέσκο ​​βάρος ανά φυτό μεταξύ των δύο φώτων ανάπτυξης LED με διαφορετικές αναλογίες μπλε φωτός στην επεξεργασία των LB και MB.

Από τον πίνακα 2 φαίνεται ότι το ύψος του φυτού του μαρουλιού στην επεξεργασία με LB ήταν σημαντικά υψηλότερο από αυτό στην επεξεργασία με CK, αλλά δεν υπήρχε σημαντική διαφορά μεταξύ της επεξεργασίας με LB και της επεξεργασίας με MB. Υπήρχαν σημαντικές διαφορές στον αριθμό των φύλλων μεταξύ των τριών επεξεργασιών, και ο αριθμός των φύλλων στην επεξεργασία με MB ήταν ο υψηλότερος, ο οποίος ήταν 27. Το νωπό βάρος ανά φυτό στην επεξεργασία με LB ήταν το υψηλότερο, το οποίο ήταν 101 g. Υπήρχε επίσης σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο ομάδων. Δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στην περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία μεταξύ των επεξεργασιών με CK και LB. Η περιεκτικότητα σε MB ήταν 4,24% υψηλότερη από τις επεξεργασίες με CK και LB. Υπήρχαν σημαντικές διαφορές στην αποτελεσματικότητα χρήσης φωτός μεταξύ των τριών επεξεργασιών. Η υψηλότερη αποτελεσματικότητα χρήσης φωτός ήταν στην επεξεργασία με LB, η οποία ήταν 13,23 g/mol, και η χαμηλότερη ήταν στην επεξεργασία με CK, η οποία ήταν 10,72 g/mol.

●Δεύτερος γύρος αποτελεσμάτων εξετάσεων

Από τον Πίνακα 3 φαίνεται ότι το ύψος του φυτού του Pakchoi που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με MB ήταν σημαντικά υψηλότερο από αυτό του CK, και δεν υπήρχε σημαντική διαφορά μεταξύ αυτού και της επεξεργασίας με LB. Ο αριθμός των φύλλων του Pakchoi που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με LB και MB ήταν σημαντικά υψηλότερος από αυτόν με CK, αλλά δεν υπήρχε σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο ομάδων συμπληρωματικών ελαφρών επεξεργασιών. Υπήρξαν σημαντικές διαφορές στο νωπό βάρος ανά φυτό μεταξύ των τριών επεξεργασιών. Το νωπό βάρος ανά φυτό στο CK ήταν το χαμηλότερο στα 47 g, και το MB ήταν το υψηλότερο στα 116 g. Δεν υπήρξε σημαντική διαφορά στην περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία μεταξύ των τριών επεξεργασιών. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην απόδοση αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας. Το CK είναι χαμηλό στα 8,74 g/mol, και το MB είναι το υψηλότερο στα 13,64 g/mol.

Από τον Πίνακα 4 φαίνεται ότι δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στο ύψος των φυτών του μαρουλιού μεταξύ των τριών επεξεργασιών. Ο αριθμός των φύλλων στις επεξεργασίες LB και MB ήταν σημαντικά υψηλότερος από αυτόν της CK. Μεταξύ αυτών, ο αριθμός των φύλλων MB ήταν ο υψηλότερος στα 26. Δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στον αριθμό των φύλλων μεταξύ των επεξεργασιών LB και MB. Το νωπό βάρος ανά φυτό των δύο ομάδων συμπληρωματικών ελαφρών επεξεργασιών ήταν σημαντικά υψηλότερο από αυτό της CK, και το νωπό βάρος ανά φυτό ήταν το υψηλότερο στην επεξεργασία MB, το οποίο ήταν 133 g. Υπήρχαν επίσης σημαντικές διαφορές μεταξύ των επεξεργασιών LB και MB. Υπήρχαν σημαντικές διαφορές στην περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία μεταξύ των τριών επεξεργασιών, και η περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία της επεξεργασίας LB ήταν η υψηλότερη, η οποία ήταν 4,05%. Η απόδοση αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας της επεξεργασίας MB είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή της επεξεργασίας CK και LB, η οποία είναι 12,67 g/mol.

Κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου πειράματος, ο συνολικός χρόνος αποικισμού (DLI) της ομάδας συμπληρωματικού φωτός ήταν πολύ υψηλότερος από τον DLI κατά τον ίδιο αριθμό ημερών αποικισμού κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου πειράματος (Σχήμα 1-2), και τον χρόνο συμπληρωματικού φωτός της ομάδας συμπληρωματικής θεραπείας με φως στον δεύτερο γύρο πειράματος (4:00-00-17:00). Σε σύγκριση με τον πρώτο γύρο πειράματος (6:30-17:00), αυξήθηκε κατά 2,5 ώρες. Ο χρόνος συγκομιδής των δύο γύρων Pakchoi ήταν 35 ημέρες μετά τη φύτευση. Το νωπό βάρος του μεμονωμένου φυτού CK στους δύο γύρους ήταν παρόμοιο. Η διαφορά στο νωπό βάρος ανά φυτό στην επεξεργασία LB και MB σε σύγκριση με την CK στον δεύτερο γύρο πειραμάτων ήταν πολύ μεγαλύτερη από τη διαφορά στο νωπό βάρος ανά φυτό σε σύγκριση με την CK στον πρώτο γύρο πειραμάτων (Πίνακας 1, Πίνακας 3). Ο χρόνος συγκομιδής του δεύτερου γύρου πειραματικού μαρουλιού ήταν 42 ημέρες μετά τη φύτευση και ο χρόνος συγκομιδής του πρώτου γύρου πειραματικού μαρουλιού ήταν 46 ημέρες μετά τη φύτευση. Ο αριθμός των ημερών αποικισμού κατά τη συγκομιδή του δεύτερου γύρου πειραματικού μαρουλιού CK ήταν 4 ημέρες μικρότερος από αυτόν του πρώτου γύρου, αλλά το νωπό βάρος ανά φυτό είναι 1,57 φορές μεγαλύτερο από αυτό του πρώτου γύρου πειραμάτων (Πίνακας 2 και Πίνακας 4), και η απόδοση αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας είναι παρόμοια. Μπορεί να φανεί ότι καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται σταδιακά και το φυσικό φως στο θερμοκήπιο αυξάνεται σταδιακά, ο κύκλος παραγωγής του μαρουλιού μειώνεται.

Υλικά και Μέθοδοι
Οι δύο γύροι δοκιμών κάλυψαν ουσιαστικά ολόκληρο τον χειμώνα στη Σαγκάη και η ομάδα ελέγχου (CK) κατάφερε να αποκαταστήσει σχετικά την πραγματική κατάσταση παραγωγής υδροπονικών πράσινων μίσχων και μαρουλιών στο θερμοκήπιο υπό χαμηλή θερμοκρασία και χαμηλό ηλιακό φως τον χειμώνα. Η ομάδα πειράματος με συμπλήρωμα φωτός είχε σημαντική επίδραση προώθησης στον πιο διαισθητικό δείκτη δεδομένων (νωπό βάρος ανά φυτό) στους δύο γύρους πειραμάτων. Μεταξύ αυτών, η επίδραση αύξησης της απόδοσης του Pakchoi αντανακλάται στο μέγεθος, το χρώμα και το πάχος των φύλλων ταυτόχρονα. Αλλά το μαρούλι τείνει να αυξάνει τον αριθμό των φύλλων και το σχήμα του φυτού φαίνεται πιο γεμάτο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι η συμπλήρωση φωτός μπορεί να βελτιώσει το νωπό βάρος και την ποιότητα του προϊόντος στη φύτευση των δύο κατηγοριών λαχανικών, αυξάνοντας έτσι την εμπορικότητα των φυτικών προϊόντων. Το Pakchoi συμπληρώνεται από τα κόκκινα-λευκά, χαμηλά μπλε και κόκκινα-λευκά, μεσαίου μπλε LED με επάνω φως που έχουν πιο σκούρο πράσινο και λαμπερό στην εμφάνιση από τα φύλλα χωρίς συμπληρωματικό φως, τα φύλλα είναι μεγαλύτερα και παχύτερα και η τάση ανάπτυξης ολόκληρου του τύπου φυτού είναι πιο συμπαγής και έντονη. Ωστόσο, το «μωσαϊκό μαρούλι» ανήκει στα ανοιχτόχρωμα πράσινα φυλλώδη λαχανικά και δεν υπάρχει εμφανής διαδικασία αλλαγής χρώματος στη διαδικασία ανάπτυξης. Η αλλαγή στο χρώμα των φύλλων δεν είναι εμφανής για τα ανθρώπινα μάτια. Η κατάλληλη αναλογία μπλε φωτός μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη των φύλλων και τη σύνθεση φωτοσυνθετικών χρωστικών και να αναστείλει την επιμήκυνση των μεσογονατίδων. Επομένως, τα λαχανικά στην ομάδα συμπληρωμάτων φωτός προτιμώνται περισσότερο από τους καταναλωτές όσον αφορά την ποιότητα της εμφάνισης.

Κατά τη διάρκεια του δεύτερου γύρου της δοκιμής, η συνολική ημερήσια αθροιστική ποσότητα φωτός της ομάδας συμπληρωματικού φωτός ήταν πολύ υψηλότερη από την DLI κατά τον ίδιο αριθμό ημερών αποικισμού κατά τη διάρκεια του πρώτου γύρου του πειράματος (Σχήμα 1-2), και ο χρόνος συμπληρωματικού φωτός του δεύτερου γύρου της ομάδας συμπληρωματικής θεραπείας με φως (4:00-17:00), σε σύγκριση με τον πρώτο γύρο του πειράματος (6:30-17:00), αυξήθηκε κατά 2,5 ώρες. Ο χρόνος συγκομιδής των δύο γύρων Pakchoi ήταν 35 ημέρες μετά τη φύτευση. Το νωπό βάρος της CK στους δύο γύρους ήταν παρόμοιο. Η διαφορά στο νωπό βάρος ανά φυτό μεταξύ της θεραπείας LB και MB και της CK στον δεύτερο γύρο πειραμάτων ήταν πολύ μεγαλύτερη από τη διαφορά στο νωπό βάρος ανά φυτό με την CK στον πρώτο γύρο πειραμάτων (Πίνακας 1 και Πίνακας 3). Επομένως, η παράταση του χρόνου συμπληρώματος φωτός μπορεί να προωθήσει την αύξηση της παραγωγής υδροπονικών Pakchoi που καλλιεργούνται σε εσωτερικούς χώρους το χειμώνα. Ο χρόνος συγκομιδής του δεύτερου γύρου πειραματικού μαρουλιού ήταν 42 ημέρες μετά τη φύτευση και ο χρόνος συγκομιδής του πρώτου γύρου πειραματικού μαρουλιού ήταν 46 ημέρες μετά τη φύτευση. Όταν συγκομίστηκε ο δεύτερος γύρος πειραματικού μαρουλιού, ο αριθμός των ημερών αποικισμού της ομάδας CK ήταν 4 ημέρες μικρότερος από αυτόν του πρώτου γύρου. Ωστόσο, το νωπό βάρος ενός μόνο φυτού ήταν 1,57 φορές μεγαλύτερο από αυτόν του πρώτου γύρου πειραμάτων (Πίνακας 2 και Πίνακας 4). Η απόδοση αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας ήταν παρόμοια. Μπορεί να φανεί ότι καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται αργά και το φυσικό φως στο θερμοκήπιο αυξάνεται σταδιακά (Σχήμα 1-2), ο κύκλος παραγωγής του μαρουλιού μπορεί να μειωθεί ανάλογα. Επομένως, η προσθήκη συμπληρωματικού φωτιστικού εξοπλισμού στο θερμοκήπιο τον χειμώνα με χαμηλή θερμοκρασία και χαμηλό ηλιακό φως μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση παραγωγής του μαρουλιού και στη συνέχεια να αυξήσει την παραγωγή. Στον πρώτο γύρο πειράματος, η κατανάλωση ενέργειας από το συμπληρωμένο φως του φυτού με φύλλα ήταν 0,95 kw-h και στον δεύτερο γύρο πειράματος, η κατανάλωση ενέργειας από το συμπληρωμένο φως του φυτού με φύλλα ήταν 1,15 kw-h. Σε σύγκριση μεταξύ των δύο γύρων πειραμάτων, η κατανάλωση φωτός των τριών θεραπειών του Pakchoi, η αποδοτικότητα αξιοποίησης ενέργειας στο δεύτερο πείραμα ήταν χαμηλότερη από αυτή του πρώτου πειράματος. Η αποδοτικότητα αξιοποίησης φωτεινής ενέργειας των ομάδων συμπληρωματικής θεραπείας φωτός μαρουλιού CK και LB στο δεύτερο πείραμα ήταν ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του πρώτου πειράματος. Συνάγεται ότι η πιθανή αιτία είναι ότι η χαμηλή ημερήσια μέση θερμοκρασία εντός μιας εβδομάδας μετά τη φύτευση καθιστά την αργή περίοδο σποράς μεγαλύτερη και, παρόλο που η θερμοκρασία ανέκαμψε λίγο κατά τη διάρκεια του πειράματος, το εύρος ήταν περιορισμένο και η συνολική ημερήσια μέση θερμοκρασία ήταν ακόμα σε χαμηλό επίπεδο, γεγονός που περιόρισε την αποδοτικότητα αξιοποίησης φωτεινής ενέργειας κατά τη διάρκεια του συνολικού κύκλου ανάπτυξης για υδροπονία φυλλωδών λαχανικών. (Σχήμα 1).

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, η δεξαμενή θρεπτικού διαλύματος δεν ήταν εξοπλισμένη με εξοπλισμό θέρμανσης, έτσι ώστε το ριζικό περιβάλλον των υδροπονικών φυλλωδών λαχανικών να βρίσκεται πάντα σε χαμηλή θερμοκρασία και η μέση ημερήσια θερμοκρασία να είναι περιορισμένη, γεγονός που προκάλεσε την αδυναμία των λαχανικών να αξιοποιήσουν πλήρως το ημερήσιο σωρευτικό φως που αυξάνεται με την επέκταση του συμπληρωματικού φωτός LED. Επομένως, κατά την προσθήκη φωτός στο θερμοκήπιο το χειμώνα, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα κατάλληλα μέτρα διατήρησης της θερμότητας και θέρμανσης για να διασφαλιστεί η επίδραση του συμπληρωματικού φωτός στην αύξηση της παραγωγής. Επομένως, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα κατάλληλα μέτρα διατήρησης της θερμότητας και αύξησης της θερμοκρασίας για να διασφαλιστεί η επίδραση του συμπληρώματος φωτός και η αύξηση της απόδοσης στο χειμερινό θερμοκήπιο. Η χρήση συμπληρωματικού φωτός LED θα αυξήσει το κόστος παραγωγής σε κάποιο βαθμό και η ίδια η γεωργική παραγωγή δεν είναι μια βιομηχανία υψηλής απόδοσης. Επομένως, όσον αφορά τον τρόπο βελτιστοποίησης της στρατηγικής συμπληρωματικού φωτός και τη συνεργασία με άλλα μέτρα στην πραγματική παραγωγή υδροπονικών φυλλωδών λαχανικών στο χειμερινό θερμοκήπιο, και τον τρόπο χρήσης του συμπληρωματικού εξοπλισμού φωτισμού για την επίτευξη αποτελεσματικής παραγωγής και τη βελτίωση της αποδοτικότητας της αξιοποίησης της φωτεινής ενέργειας και των οικονομικών οφελών, χρειάζονται περαιτέρω πειράματα παραγωγής.

Συγγραφείς: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Πηγή άρθρου: Τεχνολογία Γεωργικής Μηχανικής (Κηπευτική Θερμοκηπίου).

Αναφορές:
[1] Jianfeng Dai, πρακτική εφαρμογής LED κηπευτικών της Philips στην παραγωγή θερμοκηπίων [J]. Τεχνολογία γεωργικής μηχανικής, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, κ.ά. Κατάσταση εφαρμογής και προοπτικές τεχνολογίας φωτισμού για προστατευμένα φρούτα και λαχανικά [J]. Northern horticulture, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, κ.ά. Κατάσταση έρευνας και εφαρμογής και στρατηγική ανάπτυξης του φωτισμού εγκαταστάσεων [J]. Journal of lighting engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, κ.ά. Εφαρμογή της φωτεινής πηγής και του ελέγχου ποιότητας φωτός στην παραγωγή λαχανικών σε θερμοκήπια [J]. Chinese vegetable, 2012 (2): 1-7