Ricerca nantu à l'effettu di a luce supplementare LED nantu à l'effettu crescente di a resa di a lattuga idroponica è di u pakchoi in serra in invernu
[Riassuntu] L'inguernu in Shanghai scontra spessu temperature basse è pocu sole, è a crescita di ligumi à foglia idroponica in serra hè lenta è u ciclu di pruduzzione hè longu, ciò chì ùn pò micca risponde à a dumanda di l'offerta di u mercatu. In l'ultimi anni, e luci supplementari LED per e piante anu cuminciatu à esse aduprate in a cultura è a pruduzzione in serra, finu à un certu puntu, per cumpensà u difettu chì a luce accumulata ogni ghjornu in serra ùn pò micca risponde à i bisogni di a crescita di e culture quandu a luce naturale hè insufficiente. In l'esperimentu, dui tipi di luci supplementari LED cù diverse qualità di luce sò state installate in serra per realizà l'esperimentu esplorativu di aumentà a pruduzzione di lattuga idroponica è di gambu verde in invernu. I risultati anu dimustratu chì i dui tipi di luci LED ponu aumentà significativamente u pesu frescu per pianta di pakchoi è lattuga. L'effettu di aumentu di u rendimentu di pakchoi si riflette principalmente in u miglioramentu di a qualità sensoriale generale cum'è l'allargamentu è l'ispessimentu di e foglie, è l'effettu di aumentu di u rendimentu di a lattuga si riflette principalmente in l'aumentu di u numeru di foglie è di u cuntenutu di materia secca.

A luce hè una parte indispensabile di a crescita di e piante. In l'ultimi anni, e luci LED sò state largamente aduprate in a cultura è a pruduzzione in un ambiente di serra per via di u so altu tassu di cunversione fotoelettrica, u spettru persunalizabile è a longa durata di serviziu [1]. In i paesi stranieri, per via di l'iniziu precoce di a ricerca correlata è di u sistema di supportu maturu, parechje produzioni di fiori, frutti è ligumi à grande scala anu strategie di supplementu di luce relativamente cumplete. L'accumulazione di una grande quantità di dati di pruduzzione attuali permette ancu à i pruduttori di prevede chjaramente l'effettu di l'aumentu di a pruduzzione. À u listessu tempu, u ritornu dopu avè adupratu u sistema di luce supplementu LED hè valutatu [2]. Tuttavia, a maiò parte di a ricerca naziunale attuale nantu à a luce supplementare hè sbilanciata versu a qualità di a luce à piccula scala è l'ottimisazione spettrale, è manca di strategie di luce supplementare chì ponu esse aduprate in a pruduzzione attuale [3]. Parechji pruduttori naziunali utilizanu direttamente e soluzioni di illuminazione supplementare straniere esistenti quandu applicanu a tecnulugia di illuminazione supplementare à a pruduzzione, indipendentemente da e cundizioni climatiche di a zona di pruduzzione, i tippi di ligumi prudutti è e cundizioni di e strutture è di l'attrezzature. Inoltre, l'altu costu di l'attrezzature di luce supplementare è l'altu cunsumu energeticu spessu risultanu in una grande differenza trà u rendimentu reale di e culture è u ritornu ecunomicu è l'effettu previstu. Una tale situazione attuale ùn hè micca favurevule à u sviluppu è à a prumuzione di a tecnulugia di supplementazione di luce è à l'aumentu di a pruduzzione in u paese. Dunque, hè un bisognu urgente di mette ragiunevolmente i prudutti di luce supplementaria LED maturi in ambienti di pruduzzione domestica attuali, ottimizà e strategie d'usu è accumulà dati pertinenti.

L'inguernu hè a stagione quandu i ligumi à foglia fresca sò assai richiesti. E serre ponu furnisce un ambiente più adattatu per a crescita di i ligumi à foglia in invernu chè i campi agriculi à l'aria aperta. Tuttavia, un articulu hà indicatu chì alcune serre invechjate o pocu pulite anu una trasmissione di luce inferiore à u 50% in invernu. Inoltre, u tempu piovosu à longu andà hè ancu propensu à accade in invernu, ciò chì face chì a serra sia in un ambiente à bassa temperatura è poca luce, chì affetta a crescita nurmale di e piante. A luce hè diventata un fattore limitante per a crescita di i ligumi in invernu [4]. U Cubu Verde chì hè statu messu in pruduzzione attuale hè utilizatu in l'esperimentu. U sistema di piantazione di ligumi à foglia à flussu di liquidu superficiale hè assuciatu cù i dui moduli di luce superiore LED di Signify (China) Investment Co., Ltd. cù diversi rapporti di luce blu. Piantà lattuga è pakchoi, chì sò dui ligumi à foglia cù una maggiore dumanda di u mercatu, hà per scopu di studià l'aumentu reale di a pruduzzione di ligumi à foglia idroponichi per via di l'illuminazione LED in a serra invernale.

Materiali è Metodi
Materiali usati per a prova

I materiali di prova utilizati in l'esperimentu eranu lattuga è ligumi packchoi. A varietà di lattuga, Green Leaf Lettuce, vene da Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., è a varietà di pakchoi, Brilliant Green, vene da l'Istitutu di Orticultura di l'Accademia di Scienze Agricole di Shanghai.

Metudu sperimentale

L'esperimentu hè statu realizatu in a serra di vetru di tipu Wenluo di a basa Sunqiao di Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. da nuvembre 2019 à ferraghju 2020. Un totale di dui cicli di esperimenti ripetuti sò stati realizati. U primu ciclu di l'esperimentu hè statu à a fine di u 2019, è u secondu ciclu hè statu à l'iniziu di u 2020. Dopu a semina, i materiali sperimentali sò stati piazzati in a stanza climatica di luce artificiale per a crescita di e piantine, è hè stata aduprata l'irrigazione di marea. Durante u periodu di crescita di e piantine, a suluzione nutritiva generale di ligumi idroponici cù EC di 1,5 è pH di 5,5 hè stata aduprata per l'irrigazione. Dopu chì e piantine sò cresciute à 3 foglie è 1 stadiu di core, sò state piantate nantu à u lettu di piantazione di ligumi à foglia di tipu green cube track. Dopu a piantazione, u sistema di circulazione di a suluzione nutritiva à flussu superficiale hà utilizatu a suluzione nutritiva EC 2 è pH 6 per l'irrigazione quotidiana. A frequenza di irrigazione era di 10 minuti cù l'approvvigionamentu d'acqua è 20 minuti cù l'approvvigionamentu d'acqua interrottu. U gruppu di cuntrollu (senza supplementu di luce) è u gruppu di trattamentu (supplementu di luce LED) sò stati stabiliti in l'esperimentu. CK hè statu piantatu in una serra di vetru senza supplementu di luce. LB: drw-lb Ho (200W) hè statu utilizatu per supplementà a luce dopu a piantazione in a serra di vetru. A densità di u flussu luminosu (PPFD) nantu à a superficia di a chioma di verdura idroponica era di circa 140 μmol/(㎡·S). MB: dopu a piantazione in a serra di vetru, u drw-lb (200W) hè statu utilizatu per supplementà a luce, è u PPFD era di circa 140 μmol/(㎡·S).

A prima volta di a data di piantazione sperimentale hè l'8 di nuvembre di u 2019, è a data di piantazione hè u 25 di nuvembre di u 2019. U tempu di supplementazione di luce di u gruppu di prova hè 6:30-17:00; a seconda volta di a data di piantazione sperimentale hè u 30 di dicembre di u 2019, a data di piantazione hè u 17 di ghjennaghju di u 2020, è u tempu di supplementazione di u gruppu sperimentale hè 4:00-17:00.
In u tempu assulanatu d'inguernu, a serra apre u tettu apribile, a pellicola laterale è u ventilatore per a ventilazione cutidiana da 6:00 à 17:00. Quandu a temperatura hè bassa di notte, a serra chjude u lucernariu, a pellicola laterale è u ventilatore à 17:00-6:00 (u ghjornu dopu), è apre a cortina d'isolamentu termicu in a serra per a cunservazione di u calore notturnu.

Raccolta di dati

L'altezza di a pianta, u numeru di foglie è u pesu frescu per pianta sò stati ottenuti dopu a racolta di e parti sopraelevate di Qingjingcai è lattuga. Dopu avè misuratu u pesu frescu, hè statu messu in un fornu è asciugatu à 75 ℃ per 72 ore. Dopu a fine, hè statu determinatu u pesu seccu. A temperatura in a serra è a Densità di Flussu di Fotoni Fotosintetici (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) sò raccolte è registrate ogni 5 minuti da u sensore di temperatura (RS-GZ-N01-2) è u sensore di radiazione fotosinteticamente attivu (GLZ-CG).

Analisi di i dati

Calcula l'efficienza di l'usu di a luce (LUE, Light Use Efficiency) secondu a formula seguente:
LUE (g/mol) = rendimentu di ligumi per unità di superficia / a quantità tutale cumulativa di luce ottenuta da i ligumi per unità di superficia da a piantazione à a racolta
Calcula u cuntenutu di materia secca secondu a formula seguente:
Cuntenutu di materia secca (%) = pesu seccu per pianta / pesu frescu per pianta x 100%
Aduprate Excel2016 è IBM SPSS Statistics 20 per analizà i dati in l'esperimentu è analizà a significatività di a differenza.

Materiali è Metodi
Luce è Temperatura

A prima volta di l'esperimentu hà pigliatu 46 ghjorni da a piantazione à a racolta, è a seconda volta hà pigliatu 42 ghjorni da a piantazione à a racolta. Durante a prima volta di l'esperimentu, a temperatura media ghjurnata in a serra era principalmente in l'intervallu di 10-18 ℃; durante a seconda volta di l'esperimentu, a fluttuazione di a temperatura media ghjurnata in a serra era più severa chè durante a prima volta di l'esperimentu, cù a temperatura media ghjurnata più bassa di 8,39 ℃ è a temperatura media ghjurnata più alta di 20,23 ℃. A temperatura media ghjurnata hà mostratu una tendenza generale à l'alza durante u prucessu di crescita (Fig. 1).

Durante u primu giru di l'esperimentu, l'integrale di luce cutidiana (DLI) in serra hà fluttuatu menu di 14 mol/(㎡·D). Durante u secondu giru di l'esperimentu, a quantità cumulativa cutidiana di luce naturale in serra hà mostratu una tendenza generale à l'alza, chì era superiore à 8 mol/(㎡·D), è u valore massimu hè apparsu u 27 di ferraghju 2020, chì era 26,1 mol/(㎡·D). U cambiamentu di a quantità cumulativa cutidiana di luce naturale in serra durante u secondu giru di l'esperimentu era più grande di quellu durante u primu giru di l'esperimentu (Fig. 2). Durante u primu giru di l'esperimentu, a quantità tutale di luce cumulativa cutidiana (a somma di luce naturale DLI è luce supplementaria led DLI) di u gruppu di luce supplementaria era superiore à 8 mol/(㎡·D) a maiò parte di u tempu. Durante u secondu giru di l'esperimentu, a quantità tutale di luce accumulata cutidiana di u gruppu di luce supplementaria era più di 10 mol/(㎡·D) a maiò parte di u tempu. A quantità tutale accumulata di luce supplementaria in u secondu giru era 31,75 mol/㎡ di più chè quella in u primu giru.

Rendimentu di i vegetali à foglia è efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa

● Risultati di a prima volta di e prove
Si pò vede da a Fig. 3 chì u pakchoi supplementatu cù LED cresce megliu, a forma di a pianta hè più compacta, è e foglie sò più grande è più spesse chè a CK senza supplementu. E foglie di pakchoi LB è MB sò di un verde più luminosu è più scuru chè a CK. Si pò vede da a Fig. 4 chì a lattuga cù luce supplementare LED cresce megliu chè a CK senza luce supplementare, u numeru di foglie hè più altu, è a forma di a pianta hè più piena.

Si pò vede da a Tavula 1 chì ùn ci hè micca una differenza significativa in l'altezza di a pianta, u numeru di foglie, u cuntenutu di materia secca è l'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa di i pakchoi trattati cù CK, LB è MB, ma u pesu frescu di i pakchoi trattati cù LB è MB hè significativamente più altu ch'è quellu di CK; Ùn ci era micca una differenza significativa in u pesu frescu per pianta trà e duie luci di crescita LED cù diversi rapporti di luce blu in u trattamentu di LB è MB.

Si pò vede da a tavula 2 chì l'altezza di a pianta di lattuga in u trattamentu LB era significativamente più alta chè quella in u trattamentu CK, ma ùn ci era nisuna differenza significativa trà u trattamentu LB è u trattamentu MB. Ci eranu differenze significative in u numeru di foglie trà i trè trattamenti, è u numeru di foglie in u trattamentu MB era u più altu, chì era 27. U pesu frescu per pianta di u trattamentu LB era u più altu, chì era 101 g. Ci era ancu una differenza significativa trà i dui gruppi. Ùn ci era nisuna differenza significativa in u cuntenutu di materia secca trà i trattamenti CK è LB. U cuntenutu di MB era 4,24% più altu chè i trattamenti CK è LB. Ci eranu differenze significative in l'efficienza di l'usu di a luce trà i trè trattamenti. A più alta efficienza di l'usu di a luce era in u trattamentu LB, chì era 13,23 g/mol, è a più bassa era in u trattamentu CK, chì era 10,72 g/mol.

● Seconda volta di risultati di test

Si pò vede da a Tavula 3 chì l'altezza di a pianta di Pakchoi trattatu cù MB era significativamente più alta di quella di CK, è ùn ci era nisuna differenza significativa trà questu è u trattamentu LB. U numeru di foglie di Pakchoi trattatu cù LB è MB era significativamente più altu di quellu cù CK, ma ùn ci era nisuna differenza significativa trà i dui gruppi di trattamenti supplementari di luce. Ci eranu differenze significative in u pesu frescu per pianta trà i trè trattamenti. U pesu frescu per pianta in CK era u più bassu à 47 g, è u trattamentu MB era u più altu à 116 g. Ùn ci era nisuna differenza significativa in u cuntenutu di materia secca trà i trè trattamenti. Ci sò differenze significative in l'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa. CK hè bassu à 8,74 g/mol, è u trattamentu MB hè u più altu à 13,64 g/mol.

Si pò vede da a Tavula 4 chì ùn ci era micca una differenza significativa in l'altezza di a pianta di lattuga trà i trè trattamenti. U numeru di foglie in i trattamenti LB è MB era significativamente più altu chè quellu in CK. Trà elli, u numeru di foglie MB era u più altu à 26. Ùn ci era micca una differenza significativa in u numeru di foglie trà i trattamenti LB è MB. U pesu frescu per pianta di i dui gruppi di trattamenti di luce supplementaria era significativamente più altu chè quellu di CK, è u pesu frescu per pianta era u più altu in u trattamentu MB, chì era 133 g. Ci eranu ancu differenze significative trà i trattamenti LB è MB. Ci eranu differenze significative in u cuntenutu di materia secca trà i trè trattamenti, è u cuntenutu di materia secca di u trattamentu LB era u più altu, chì era 4,05%. L'efficienza di utilizzazione di l'energia luminosa di u trattamentu MB hè significativamente più alta chè quella di u trattamentu CK è LB, chì hè 12,67 g/mol.

Durante a seconda volta di l'esperimentu, u DLI tutale di u gruppu di luce supplementaria era assai più altu chè u DLI durante u listessu numeru di ghjorni di culunizazione durante a prima volta di l'esperimentu (Figura 1-2), è u tempu di luce supplementaria di u gruppu di trattamentu di luce supplementaria in a seconda volta di l'esperimentu (4:00-00-17:00). Paragunatu à a prima volta di l'esperimentu (6:30-17:00), hè aumentatu di 2,5 ore. U tempu di racolta di i dui giri di Pakchoi era 35 ghjorni dopu a piantazione. U pesu frescu di a pianta individuale CK in i dui giri era simile. A differenza di pesu frescu per pianta in u trattamentu LB è MB paragunatu à CK in a seconda volta di l'esperimenti era assai più grande di a differenza di pesu frescu per pianta paragunatu à CK in a prima volta di l'esperimenti (Tavula 1, Tavula 3). U tempu di racolta di a seconda volta di lattuga sperimentale era 42 ghjorni dopu a piantazione, è u tempu di racolta di a prima volta di lattuga sperimentale era 46 ghjorni dopu a piantazione. U numeru di ghjorni di culunizazione quandu a seconda volta di lattuga CK sperimentale hè stata racolta era 4 ghjorni menu di quellu di a prima volta, ma u pesu frescu per pianta hè 1,57 volte quellu di a prima volta di sperimentazioni (Tavula 2 è Tavula 4), è l'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa hè simile. Si pò vede chì mentre a temperatura si riscalda gradualmente è a luce naturale in a serra aumenta gradualmente, u ciclu di pruduzzione di lattuga hè accorciatu.

Materiali è Metodi
I dui cicli di teste anu cupertu basicamente tuttu l'inguernu in Shanghai, è u gruppu di cuntrollu (CK) hè statu capace di restaurà relativamente u statu di pruduzzione attuale di gambu verde idroponicu è lattuga in serra à bassa temperatura è poca luce solare in invernu. U gruppu di sperimentazione di supplementu di luce hà avutu un effettu di prumuzione significativu nantu à l'indice di dati più intuitivu (pesu frescu per pianta) in i dui cicli di sperimentazione. Frà questi, l'effettu di aumentu di u rendimentu di Pakchoi hè statu riflessu in a dimensione, u culore è u spessore di e foglie à u listessu tempu. Ma a lattuga tende à aumentà u numeru di foglie, è a forma di a pianta pare più piena. I risultati di e teste mostranu chì a supplementazione di luce pò migliurà u pesu frescu è a qualità di u produttu in a piantazione di e duie categurie di verdura, aumentendu cusì a cummercializazione di i prudutti vegetali. Pakchoi supplementatu da I moduli di luce superiore LED rossu-biancu, blu bassu è rossu-biancu, blu mediu sò verdi più scuri è brillanti in aspettu chè e foglie senza luce supplementare, e foglie sò più grande è più spesse, è a tendenza di crescita di tuttu u tipu di pianta hè più compacta è vigorosa. Tuttavia, a "lattuga mosaica" appartene à i ligumi à foglia verde chjaru, è ùn ci hè micca un prucessu evidente di cambiamentu di culore in u prucessu di crescita. U cambiamentu di culore di e foglie ùn hè micca evidente per l'ochji umani. A proporzione adatta di luce blu pò prumove u sviluppu di e foglie è a sintesi di pigmenti fotosintetici, è inibisce l'allungamentu internodale. Dunque, i ligumi in u gruppu di supplementi di luce sò più favuriti da i cunsumatori in termini di qualità estetica.

Durante u secondu giru di a prova, a quantità tutale cumulativa di luce ghjurnata di u gruppu di luce supplementaria era assai più alta chè u DLI durante u listessu numeru di ghjorni di culunizazione durante u primu giru di l'esperimentu (Figura 1-2), è u tempu di luce supplementaria di u secondu giru di u gruppu di trattamentu di luce supplementaria (4:00-17:00), paragunatu à u primu giru di l'esperimentu (6:30-17:00), hè aumentatu di 2,5 ore. U tempu di racolta di i dui giri di Pakchoi hè statu 35 ghjorni dopu a piantazione. U pesu frescu di CK in i dui giri era simile. A differenza di pesu frescu per pianta trà u trattamentu LB è MB è CK in u secondu giru di l'esperimenti era assai più grande di a differenza di pesu frescu per pianta cù CK in u primu giru di l'esperimenti (Tavula 1 è Tavula 3). Dunque, allargà u tempu di supplementazione di luce pò prumove l'aumentu di a pruduzzione di Pakchoi idroponicu cultivatu in casa in l'invernu. U tempu di racolta di a seconda volta di lattuga sperimentale hè statu 42 ghjorni dopu a piantazione, è u tempu di racolta di a prima volta di lattuga sperimentale hè statu 46 ghjorni dopu a piantazione. Quandu a seconda volta di lattuga sperimentale hè stata racolta, u numeru di ghjorni di culunizazione di u gruppu CK era 4 ghjorni menu di quellu di a prima volta. Tuttavia, u pesu frescu di una sola pianta era 1,57 volte quellu di a prima volta di sperimenti (Tavula 2 è Tavula 4). L'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa era simile. Si pò vede chì mentre a temperatura aumenta pianu pianu è a luce naturale in a serra aumenta gradualmente (Figura 1-2), u ciclu di pruduzzione di lattuga pò esse accurtatu di cunsiguenza. Dunque, aghjunghjendu apparecchiature di luce supplementari à a serra in l'invernu cù bassa temperatura è poca luce solare pò migliurà efficacemente l'efficienza di pruduzzione di lattuga, è dopu aumentà a pruduzzione. In a prima volta di sperimentu, u cunsumu di energia luminosa supplementata da a pianta di menu di foglia era 0,95 kw-h, è in a seconda volta di sperimentu, u cunsumu di energia luminosa supplementata da a pianta di menu di foglia era 1,15 kw-h. In paragone trà i dui cicli di sperimentazione, u cunsumu luminosu di i trè trattamenti di Pakchoi, l'efficienza di l'utilizazione di l'energia in a seconda sperimentazione era più bassa di quella in a prima sperimentazione. L'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa di i gruppi di trattamentu luminosu supplementariu di lattuga CK è LB in a seconda sperimentazione era ligeramente più bassa di quella in a prima sperimentazione. Si deduce chì a pussibile ragione hè chì a bassa temperatura media ghjurnata in una settimana dopu a piantazione allunga u periodu di piantina lenta, è ancu s'è a temperatura hè rimbalzata un pocu durante a sperimentazione, a gamma era limitata, è a temperatura media ghjurnata generale era sempre à un livellu bassu, ciò chì hà limitatu l'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa durante u ciclu generale di crescita per l'idroponica di ligumi à foglia. (Figura 1).

Durante l'esperimentu, a piscina di suluzione nutritiva ùn era micca dotata di apparecchiature di riscaldamentu, cusì chì l'ambiente radicale di i ligumi à foglia idroponica era sempre à un livellu di temperatura bassa, è a temperatura media ghjurnata era limitata, ciò chì hà causatu chì i ligumi ùn riescissinu micca à fà pienu usu di a luce cumulativa ghjurnata aumentata estendendu a luce supplementaria LED. Dunque, quandu si supplementa a luce in a serra in l'invernu, hè necessariu cunsiderà misure adatte di preservazione di u calore è di riscaldamentu per assicurà l'effettu di a luce supplementaria per aumentà a pruduzzione. Dunque, hè necessariu cunsiderà misure adatte di preservazione di u calore è di aumentu di a temperatura per assicurà l'effettu di u supplementu di luce è di l'aumentu di u rendimentu in a serra invernale. L'usu di a luce supplementaria LED aumenterà u costu di pruduzzione finu à un certu puntu, è a pruduzzione agricula stessa ùn hè micca una industria à altu rendimentu. Dunque, per ciò chì riguarda cumu ottimizà a strategia di luce supplementaria è cooperà cù altre misure in a pruduzzione attuale di ligumi à foglia idroponica in a serra invernale, è cumu aduprà l'apparecchiature di luce supplementaria per ottene una pruduzzione efficiente è migliurà l'efficienza di l'utilizazione di l'energia luminosa è i benefici ecunomichi, ci vole ancu ulteriori esperimenti di pruduzzione.

Autori: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Fonte di l'articulu: Tecnulugia di l'ingegneria agricula (Orticultura in serra).

Referenze:
[1] Jianfeng Dai, Pratica di l'applicazione di LED orticola Philips in a pruduzzione di serra [J]. Tecnulugia di l'ingegneria agricula, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Statu di l'applicazione è prospettive di a tecnulugia di supplementazione luminosa per frutti è ligumi prutetti [J]. Orticultura sittintriunali, 2018 (17): 166-170
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[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Applicazione di a fonte luminosa è di u cuntrollu di a qualità di a luce in a pruduzzione di verdura in serra [J]. Chinese vegetable, 2012 (2): 1-7