Investigación sobre el efecto de la luz suplementaria LED sobre el efecto de rendimiento de la lechuga hidropónica y pakchoi en invernadero en invierno
[Resumen] El invierno en Shanghai a menudo encuentra baja temperatura y baja luz solar, y el crecimiento de las verduras de hoja hidropónica en el invernadero es lento y el ciclo de producción es largo, lo que no puede satisfacer la demanda de la oferta del mercado. En los últimos años, las luces complementarias de plantas LED han comenzado a usarse en el cultivo y la producción de invernadero, hasta cierto punto, para compensar el defecto de que la luz acumulada diaria en el invernadero no puede satisfacer las necesidades de crecimiento de los cultivos cuando la luz natural es insuficiente. En el experimento, se instalaron dos tipos de luces complementarias LED con diferente calidad de luz en el invernadero para llevar a cabo el experimento de exploración de aumentar la producción de lechuga hidropónica y vástago verde en invierno. Los resultados mostraron que los dos tipos de luces LED pueden aumentar significativamente el peso fresco por planta de pakchoi y lechuga. El efecto de aumento del rendimiento de Pakchoi se refleja principalmente en la mejora de la calidad sensorial general, como el agrandamiento de las hojas y el engrosamiento, y el efecto de aumento del rendimiento de la lechuga se refleja principalmente en el aumento del número de hojas y el contenido de materia seca.

La luz es una parte indispensable del crecimiento de las plantas. En los últimos años, las luces LED se han utilizado ampliamente en el cultivo y la producción en un entorno de invernadero debido a su alta tasa de conversión fotoeléctrica, espectro personalizable y larga vida útil [1]. En los países extranjeros, debido al inicio temprano de la investigación relacionada y el sistema de apoyo maduro, muchos de la producción de flores, frutas y verduras a gran escala tienen estrategias de complemento de luz relativamente completas. La acumulación de una gran cantidad de datos de producción reales también permite a los productores predecir claramente el efecto del aumento de la producción. Al mismo tiempo, se evalúa el retorno después de usar el sistema de luz de suplemento LED [2]. Sin embargo, la mayor parte de la investigación nacional actual sobre la luz suplementaria está sesgada hacia la calidad de la luz a pequeña escala y la optimización espectral, y carece de estrategias de luz complementarias que se pueden usar en la producción real [3]. Muchos productores nacionales utilizarán directamente las soluciones de iluminación suplementarias extranjeras existentes al aplicar la tecnología de iluminación suplementaria a la producción, independientemente de las condiciones climáticas del área de producción, los tipos de verduras producidas y las condiciones de las instalaciones y equipos. Además, el alto costo de los equipos de luz suplementarios y el alto consumo de energía a menudo dan como resultado una gran brecha entre el rendimiento real del cultivo y el rendimiento económico y el efecto esperado. Tal situación actual no es propicio para el desarrollo y la promoción de la tecnología de complementar la luz y aumentar la producción en el país. Por lo tanto, es una necesidad urgente poner razonablemente productos livianos complementarios LED maduros en entornos de producción nacionales reales, optimizar las estrategias de uso y acumular datos relevantes.

El invierno es la temporada cuando las verduras de hoja fresca tienen una gran demanda. Los invernaderos pueden proporcionar un ambiente más adecuado para el crecimiento de las verduras de hoja en invierno que los campos de cultivo al aire libre. Sin embargo, un artículo señaló que algunos invernaderos de envejecimiento o mal limpios tienen una transmitancia ligera de menos del 50% en invierno. Además, el clima lluvioso a largo plazo también es propenso a ocurrir en invierno, lo que hace que el invernadero en un bajo Temperatura y ambiente con poca luz, lo que afecta el crecimiento normal de las plantas. La luz se ha convertido en un factor limitante para el crecimiento de las verduras en invierno [4]. El cubo verde que se ha puesto en la producción real se usa en el experimento. El sistema de plantación de vegetales de hoja de flujo líquido poco profundo se combina con Signify (China) Investment Co., Ltd. Los dos módulos de luz LED LED con diferentes relaciones de luz azul. Plantando lechuga y pakchoi, que son dos verduras de hoja con mayor demanda del mercado, tienen como objetivo estudiar el aumento real en la producción de vegetales de hoja hidropónica mediante iluminación LED en el invernadero de invierno.

Materiales y métodos
Materiales utilizados para la prueba

Los materiales de prueba utilizados en el experimento fueron lechuga y vegetales PackChoi. La variedad de lechuga, la lechuga de hoja verde, proviene de Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., y la variedad Pakchoi, Green Brilliant, proviene del Instituto de Horticultura de la Academia de Ciencias Agrícolas de Shanghai.

Método experimental

El experimento se realizó en el invernadero de vidrio tipo Wenluo de la base de Sunqiao de Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd. de noviembre de 2019 a febrero de 2020. Se realizaron un total de dos rondas de experimentos repetidos. La primera ronda del experimento fue a fines de 2019, y la segunda ronda fue a principios de 2020. Después de siembra, los materiales experimentales se colocaron en la sala climática de luz artificial para la cría de plántulas, y se usó el riego de marea. Durante el período de cría de plántulas, se usó la solución nutritiva general de las verduras hidropónicas con EC de 1.5 y pH de 5.5 para riego. Después de que las plántulas crecieron a 3 hojas y una etapa de 1 corazón, se plantaron en el lecho de siembra de vegetales de hoja de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo de flujo verde. Después de la siembra, el sistema de circulación de la solución de nutrientes de flujo poco profundo utilizó la solución nutritiva EC 2 y PH 6 para el riego diario. La frecuencia de riego fue de 10 minutos con suministro de agua y 20 minutos con suministro de agua detenido. El grupo de control (sin suplemento de luz) y el grupo de tratamiento (suplemento de luz LED) se establecieron en el experimento. CK se plantó en invernadero de vidrio sin suplemento ligero. LB: DRW-LB HO (200W) se usó para complementar la luz después de plantar en invernadero de vidrio. La densidad de flujo de luz (PPFD) en la superficie del dosel vegetal hidropónico fue de aproximadamente 140 μmol/(㎡ · S). MB: Después de plantar en el invernadero de vidrio, el DRW-LB (200W) se usó para complementar la luz, y el PPFD era de aproximadamente 140 μmol/(㎡ · S).

La primera ronda de la fecha de siembra experimental es el 8 de noviembre de 2019, y la fecha de siembra es el 25 de noviembre de 2019. El tiempo de complemento de la luz del grupo de prueba es 6: 30-17: 00; La segunda ronda de la fecha de siembra experimental es el día del 30 de diciembre de 2019, la fecha de siembra es el 17 de enero de 2020, y el tiempo de suplemento del grupo experimental es de 4: 00-17: 00
En el clima soleado en invierno, el invernadero abrirá el techo solar, la película lateral y el fanático de la ventilación diaria de 6: 00-17: 00. Cuando la temperatura es baja por la noche, el invernadero cerrará el tragaluz, la película de rollo lateral y el ventilador a las 17: 00-6: 00 (al día siguiente), y abrirá la cortina de aislamiento térmico en el invernadero para la preservación del calor nocturno.

Recopilación de datos

La altura de la planta, el número de hojas y el peso fresco por planta se obtuvieron después de cosechar las partes sobre el suelo de Qingjingcai y la lechuga. Después de medir el peso fresco, se colocó en un horno y se secó a 75 ℃ durante 72 h. Después del final, se determinó el peso seco. La temperatura en la densidad de flujo de fotones de invernadero y fotosintética (PPFD, densidad de flujo de fotones fotosintéticos) se recoge y registra cada 5 minutos por el sensor de temperatura (RS-GZ-N01-2) y el sensor de radiación fotosintéticamente activo (GLZ-CG).

Análisis de datos

Calcule la eficiencia de uso de la luz (LUE, eficiencia de uso de luz) de acuerdo con la siguiente fórmula:
Lue (g/mol) = rendimiento vegetal por unidad de área/la cantidad acumulada total de luz obtenida por vegetales por unidad de área desde la plantación hasta la cosecha
Calcule el contenido de materia seca de acuerdo con la siguiente fórmula:
Contenido de materia seca (%) = peso seco por planta/peso fresco por planta x 100%
Use Excel2016 e IBM SPSS Statistics 20 para analizar los datos en el experimento y analizar la importancia de la diferencia.

Materiales y métodos
Luz y temperatura

La primera ronda de experimento tardó 46 días desde la siembra hasta la cosecha, y la segunda ronda tardó 42 días desde la siembra hasta la cosecha. Durante la primera ronda de experimento, la temperatura promedio diaria en el invernadero estaba principalmente en el rango de 10-18 ℃; Durante la segunda ronda de experimento, la fluctuación de la temperatura promedio diaria en el invernadero fue más severa que la de la primera ronda de experimento, con la temperatura promedio diaria más baja de 8.39 ℃ y la temperatura promedio diaria más alta de 20.23 ℃. La temperatura promedio diaria mostró una tendencia general al alza durante el proceso de crecimiento (Fig. 1).

Durante la primera ronda de experimento, la integral diaria de luz (DLI) en invernadero fluctuó menos de 14 mol/(㎡ · D). Durante la segunda ronda de experimento, la cantidad acumulada diaria de luz natural en el invernadero mostró una tendencia al alza en general, que fue superior a 8 mol/(㎡ · d), y el valor máximo apareció el 27 de febrero de 2020, que fue de 26.1 moles /(㎡ · D). El cambio de la cantidad acumulada diaria de luz natural en el invernadero durante la segunda ronda de experimento fue mayor que durante la primera ronda de experimento (Fig. 2). Durante la primera ronda de experimento, la cantidad total de luz acumulada diaria (la suma de la luz natural DLI y la luz complementaria LED DLI) del grupo de luz suplementaria fue superior a 8 mol/(㎡ · D) la mayor parte del tiempo. Durante la segunda ronda del experimento, la cantidad total de luz acumulada diaria del grupo de luz suplementaria fue de más de 10 mol/(㎡ · D) la mayor parte del tiempo. La cantidad total acumulada de luz suplementaria en la segunda ronda fue de 31.75 mol/㎡ más que la de la primera ronda.

Rendimiento vegetal de hoja y eficiencia de utilización de energía de la luz

● Primera ronda de resultados de las pruebas
Se puede ver en la Fig. 3 que el pakchoi suplementado con LED crece mejor, la forma de la planta es más compacta y las hojas son más grandes y gruesas que la CK no suplementada. Las hojas LB y MB Pakchoi son más brillantes y más oscuras que CK. Se puede ver en la Fig. 4 que la lechuga con luz de suplemento LED crece mejor que la CK sin luz de suplemento, el número de hojas es mayor y la forma de la planta es más llena.

Se puede ver en la Tabla 1 que no hay diferencias significativas en la altura de la planta, el número de hojas, el contenido de materia seca y la eficiencia de utilización de la energía de la luz de Pakchoi tratado con CK, LB y MB, pero el peso fresco de Pakchoi tratado con LB y MB IS IS significativamente más alto que el de CK; No hubo diferencias significativas en el peso fresco por planta entre las dos luces de cultivo LED con diferentes relaciones de luz azul en el tratamiento de LB y MB.

Se puede ver en la Tabla 2 que la altura de la planta de la lechuga en el tratamiento con LB fue significativamente mayor que la del tratamiento con CK, pero no hubo diferencias significativas entre el tratamiento con LB y el tratamiento con MB. Hubo diferencias significativas en el número de hojas entre los tres tratamientos, y el número de hojas en el tratamiento con MB fue la más alta, que fue 27. El peso fresco por planta de tratamiento con LB fue el más alto, que fue 101 g. También hubo diferencias significativas entre los dos grupos. No hubo diferencias significativas en el contenido de materia seca entre los tratamientos con CK y LB. El contenido de MB fue 4.24% más alto que los tratamientos CK y LB. Hubo diferencias significativas en la eficiencia del uso de la luz entre los tres tratamientos. La mayor eficiencia de uso de la luz fue en el tratamiento con LB, que fue de 13.23 g/mol, y el más bajo fue en el tratamiento con CK, que fue de 10.72 g/mol.

● Segunda ronda de resultados de las pruebas

Se puede ver en la Tabla 3 que la altura de la planta de Pakchoi tratada con MB fue significativamente mayor que la de CK, y no hubo diferencias significativas entre el tratamiento con TI y LB. El número de hojas de pakchoi tratadas con LB y MB fue significativamente mayor que el de CK, pero no hubo diferencias significativas entre los dos grupos de tratamientos de luz suplementarios. Hubo diferencias significativas en el peso fresco por planta entre los tres tratamientos. El peso fresco por planta en CK fue el más bajo a 47 g, y el tratamiento con MB fue el más alto a 116 g. No hubo diferencias significativas en el contenido de materia seca entre los tres tratamientos. Existen diferencias significativas en la eficiencia de utilización de energía de la luz. CK es bajo a 8,74 g/mol, y el tratamiento con MB es el más alto a 13,64 g/mol.

Se puede ver en la Tabla 4 que no hubo diferencias significativas en la altura de la planta de la lechuga entre los tres tratamientos. El número de hojas en los tratamientos LB y MB fue significativamente mayor que el de CK. Entre ellas, el número de hojas de MB fue la más alta en 26. No hubo diferencias significativas en el número de hojas entre los tratamientos LB y MB. El peso fresco por planta de los dos grupos de tratamientos de luz suplementarios fue significativamente mayor que el de CK, y el peso fresco por planta fue el más alto en el tratamiento de MB, que fue de 133 g. También hubo diferencias significativas entre los tratamientos LB y MB. Hubo diferencias significativas en el contenido de materia seca entre los tres tratamientos, y el contenido de materia seca del tratamiento con LB fue el más alto, que fue de 4.05%. La eficiencia de utilización de la energía de la luz del tratamiento con MB es significativamente mayor que la del tratamiento con CK y LB, que es de 12,67 g/mol.

Durante la segunda ronda de experimento, el DLI total del grupo de luz suplementaria fue mucho más alto que el DLI durante el mismo número de días de colonización durante la primera ronda de experimento (Figura 1-2), y el tiempo de luz complementaria de la luz complementaria Grupo de tratamiento en la segunda ronda del experimento (4: 00-00-17:00). En comparación con la primera ronda de experimento (6: 30-17: 00), aumentó en 2.5 horas. El tiempo de cosecha de las dos rondas de Pakchoi fue 35 días después de la plantación. El peso fresco de la planta individual CK en las dos rondas fue similar. La diferencia en el peso fresco por planta en el tratamiento con LB y MB en comparación con CK en la segunda ronda de experimentos fue mucho mayor que la diferencia en el peso fresco por planta en comparación con CK en la primera ronda de experimentos (Tabla 1, Tabla 3). El tiempo de cosecha de la segunda ronda de lechuga experimental fue 42 días después de la siembra, y el tiempo de cosecha de la primera ronda de lechuga experimental fue 46 días después de la siembra. El número de días de colonización cuando se cosechó la segunda ronda de Lettuce CK experimental fue de 4 días menos que el de la primera ronda, pero el peso fresco por planta es 1.57 veces mayor que la primera ronda de experimentos (Tabla 2 y Tabla 4), y la eficiencia de utilización de energía de la luz es similar. Se puede ver que a medida que la temperatura se calienta gradualmente y la luz natural en el invernadero aumenta gradualmente, el ciclo de producción de lechuga se acorta.

Materiales y métodos
Las dos rondas de pruebas básicamente cubrieron todo el invierno en Shanghai, y el grupo de control (CK) pudo restaurar relativamente el estado de producción real del tallo verde hidropónico y la lechuga en el invernadero a baja temperatura y baja luz solar en invierno. El grupo de experimentos de suplementos de luz tuvo un efecto de promoción significativo en el índice de datos más intuitivo (peso fresco por planta) en las dos rondas de experimentos. Entre ellos, el efecto de aumento de rendimiento de Pakchoi se reflejó en el tamaño, el color y el grosor de las hojas al mismo tiempo. Pero la lechuga tiende a aumentar la cantidad de hojas, y la forma de la planta se ve más llena. Los resultados de la prueba muestran que la suplementación con luz puede mejorar el peso fresco y la calidad del producto en la plantación de las dos categorías de vegetales, aumentando así la comercialidad de los productos vegetales. Pakchoi suplementado por los módulos LED LED de color blanco rojo-blanco, bajo y blanco rojo, de color azul medio, son de color verde más oscuro y brillante que las hojas sin luz suplementaria, las hojas son más grandes y más gruesas, y la tendencia de crecimiento de Todo el tipo de planta es más compacto y vigoroso. Sin embargo, la "lechuga mosaica" pertenece a las verduras de hoja verde claro, y no hay un proceso de cambio de color obvio en el proceso de crecimiento. El cambio del color de la hoja no es obvio para los ojos humanos. La proporción apropiada de la luz azul puede promover el desarrollo de la hoja y la síntesis de pigmento fotosintético e inhibir el alargamiento del internodo. Por lo tanto, las verduras en el grupo de suplementos de luz son más favorecidos por los consumidores en calidad de apariencia.

Durante la segunda ronda de la prueba, la cantidad de luz acumulada diaria total del grupo de luz suplementaria fue mucho más alta que el DLI durante el mismo número de días de colonización durante la primera ronda del experimento (Figura 1-2), y la luz complementaria Tiempo de la segunda ronda del grupo de tratamiento de luz suplementaria (4: 00-17: 00), en comparación con la primera ronda del experimento (6: 30-17: 00), aumentó en 2.5 horas. El tiempo de cosecha de las dos rondas de Pakchoi fue 35 días después de la plantación. El peso fresco de CK en las dos rondas fue similar. La diferencia en el peso fresco por planta entre el tratamiento con LB y MB y CK en la segunda ronda de experimentos fue mucho mayor que la diferencia en el peso fresco por planta con CK en la primera ronda de experimentos (Tabla 1 y Tabla 3). Por lo tanto, extender el tiempo de suplemento de la luz puede promover el aumento en la producción de pakchoi hidropónicos cultivados en interiores en invierno. El tiempo de cosecha de la segunda ronda de lechuga experimental fue 42 días después de la siembra, y el tiempo de cosecha de la primera ronda de lechuga experimental fue 46 días después de la siembra. Cuando se cosechó la segunda ronda de lechuga experimental, el número de días de colonización del grupo CK fue 4 días menos que el de la primera ronda. Sin embargo, el peso fresco de una sola planta fue de 1,57 veces el de la primera ronda de experimentos (Tabla 2 y Tabla 4). La eficiencia de utilización de energía de la luz fue similar. Se puede ver que a medida que la temperatura aumenta lentamente y la luz natural en el invernadero aumenta gradualmente (Figura 1-2), el ciclo de producción de lechuga puede acortarse en consecuencia. Por lo tanto, agregar equipos de luz suplementarios al invernadero en el invierno con baja temperatura y baja luz solar puede mejorar efectivamente la eficiencia de producción de la lechuga y luego aumentar la producción. En la primera ronda del experimento, el consumo de energía de la luz suplementaria de la planta de la planta de la hoja fue de 0.95 kW-H, y en la segunda ronda de experimento, el consumo de energía de la luz suplementada de la planta de la planta de la hoja fue de 1.15 kW-H. En comparación entre las dos rondas de experimentos, el consumo de luz de los tres tratamientos de Pakchoi, la eficiencia de utilización de energía en el segundo experimento fue menor que la del primer experimento. La eficiencia de utilización de la energía de la luz de los grupos de tratamiento de luz suplementarios de lechuga y LB en el segundo experimento fue ligeramente menor que la del primer experimento. Se infiere que la posible razón es que la baja temperatura promedio diaria dentro de una semana después de la siembra hace que el período de plántula lento sea más largo, y aunque la temperatura se recuperó un poco durante el experimento, el rango fue limitado y la temperatura promedio diaria general aún era En un nivel bajo, lo que restringió la eficiencia de utilización de la energía de la luz durante el ciclo general de crecimiento para la hidroponía de vegetales de hoja. (Figura 1).

Durante el experimento, el grupo de soluciones de nutrientes no estaba equipado con equipos de calentamiento, de modo que el ambiente raíz de las vegetales de hoja hidropónica siempre estaba a un nivel de temperatura bajo, y la temperatura promedio diaria era limitada, lo que causó que las verduras no hicieran uso completo. de la luz acumulativa diaria aumentó extendiendo la luz complementaria LED. Por lo tanto, al complementar la luz en el invernadero en invierno, es necesario considerar las medidas apropiadas de preservación de calor y calentamiento para garantizar el efecto de complementar la luz para aumentar la producción. Por lo tanto, es necesario considerar las medidas apropiadas de preservación de calor y aumento de la temperatura para garantizar el efecto del suplemento de la luz y el aumento de rendimiento en el invernadero invernal. El uso de la luz complementaria LED aumentará el costo de producción hasta cierto punto, y la producción agrícola en sí no es una industria de alto rendimiento. Por lo tanto, con respecto a cómo optimizar la estrategia de luz complementaria y cooperar con otras medidas en la producción real de vegetales de hoja hidropónica en invernadero invernal, y cómo usar el equipo de luz complementario para lograr una producción eficiente y mejorar la eficiencia de la utilización de la energía ligera y los beneficios económicos. , todavía necesita más experimentos de producción.

Autores: Yiming JI, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Fuente del artículo: Tecnología de ingeniería agrícola (horticultura de invernadero).

Referencias:
[1] Jianfeng Dai, Philips Horticultural LED Practice en producción de invernadero [J]. Tecnología de ingeniería agrícola, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Estado de la aplicación y perspectiva de la tecnología de suplemento de luz para frutas y verduras protegidas [J]. Horticultura del Norte, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Investigación y estado de aplicación y estrategia de desarrollo de la iluminación de la planta [J]. Journal of Lighting Engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Aplicación de la fuente de luz y el control de calidad de la luz en la producción de verduras de invernadero [J]. Vegetal china, 2012 (2): 1-7