تحقیق در مورد تأثیر نور مکمل ال ای دی بر اثر افزایشی عملکرد کاهو و پاکچوی هیدروپونیک در گلخانه در زمستان
[چکیده] زمستان در شانگهای اغلب با دمای پایین و آفتاب کم مواجه می شود و رشد سبزیجات برگی هیدروپونیک در گلخانه کند است و چرخه تولید طولانی است که نمی تواند تقاضای عرضه بازار را برآورده کند. در سال‌های اخیر، استفاده از چراغ‌های ال‌ای‌دی مکمل گیاهی در کشت و تولید گلخانه‌ای شروع شده است تا این نقص را جبران کند که نور انباشته شده روزانه در گلخانه نمی‌تواند نیازهای رشد محصول را در شرایطی که نور طبیعی کاهش می‌دهد، جبران کند. ناکافی در این آزمایش، دو نوع چراغ مکمل LED با کیفیت نور متفاوت در گلخانه نصب شد تا آزمایش اکتشافی افزایش تولید کاهو هیدروپونیک و ساقه سبز در زمستان انجام شود. نتایج نشان داد که دو نوع چراغ ال ای دی می توانند وزن تر هر بوته پاکچوی و کاهو را به طور قابل توجهی افزایش دهند. اثر افزایش عملکرد پاکچوی عمدتاً در بهبود کیفیت حسی کلی مانند بزرگ شدن و ضخیم شدن برگ منعکس می شود و اثر افزایش عملکرد کاهو عمدتاً در افزایش تعداد برگ و محتوای ماده خشک منعکس می شود.

نور جزء لاینفک رشد گیاه است. در سال‌های اخیر، چراغ‌های ال‌ای‌دی به دلیل نرخ تبدیل فوتوالکتریک بالا، طیف قابل تنظیم و عمر طولانی به طور گسترده در کشت و تولید در محیط‌های گلخانه‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند [1]. در کشورهای خارجی، به دلیل شروع زودهنگام تحقیقات مرتبط و سیستم حمایتی بالغ، بسیاری از تولیدات گل، میوه و سبزیجات در مقیاس بزرگ دارای استراتژی های مکمل سبک نسبتاً کاملی هستند. انباشت حجم زیادی از داده های واقعی تولید همچنین به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا تأثیر افزایش تولید را به وضوح پیش بینی کنند. در همان زمان، بازگشت پس از استفاده از سیستم نور مکمل LED ارزیابی می شود [2]. با این حال، بیشتر تحقیقات داخلی فعلی در مورد نور تکمیلی به سمت کیفیت نور در مقیاس کوچک و بهینه‌سازی طیفی سوگیری دارد و فاقد استراتژی‌های نور مکمل است که بتواند در تولید واقعی استفاده شود[3]. بسیاری از تولیدکنندگان داخلی بدون توجه به شرایط آب و هوایی منطقه تولید، انواع سبزیجات تولیدی و شرایط امکانات و تجهیزات، مستقیماً از راه‌حل‌های روشنایی مکمل خارجی موجود هنگام استفاده از فناوری روشنایی تکمیلی برای تولید استفاده می‌کنند. علاوه بر این، هزینه بالای تجهیزات نور مکمل و مصرف بالای انرژی اغلب منجر به شکاف بزرگی بین عملکرد واقعی محصول و بازده اقتصادی و اثر مورد انتظار می شود. چنین وضعیت فعلی مساعد برای توسعه و ترویج فناوری تکمیل نور و افزایش تولید در کشور نیست. بنابراین، قرار دادن محصولات نور تکمیلی LED بالغ به طور منطقی در محیط‌های تولید داخلی واقعی، بهینه‌سازی استراتژی‌های استفاده و جمع‌آوری داده‌های مرتبط، نیاز فوری است.

زمستان فصلی است که سبزیجات برگدار تازه تقاضای زیادی دارند. گلخانه ها نسبت به مزارع کشاورزی در فضای باز می توانند محیط مناسب تری برای رشد سبزیجات برگدار در زمستان فراهم کنند. با این حال، در مقاله ای اشاره شده است که برخی از گلخانه های قدیمی یا ضعیف، ضریب عبور نور کمتر از 50 درصد در زمستان دارند. علاوه بر این، آب و هوای بارانی طولانی مدت نیز در زمستان مستعد رخ دادن است که باعث می شود گلخانه در شرایط کم قرار گیرد. دما و محیط کم نور که بر رشد طبیعی گیاهان تأثیر می گذارد. نور به یک عامل محدود کننده برای رشد سبزیجات در زمستان تبدیل شده است [4]. مکعب سبز که به تولید واقعی رسیده است در آزمایش استفاده می شود. سیستم کاشت سبزیجات برگی با جریان مایع کم عمق با دو ماژول نور بالای LED شرکت Signify (چین) با نسبت های مختلف نور آبی مطابقت دارد. کاشت کاهو و پاکچوی که دو سبزی برگی با تقاضای بیشتر در بازار هستند، با هدف بررسی افزایش واقعی تولید سبزیجات برگی هیدروپونیک با استفاده از روشنایی LED در گلخانه زمستانی انجام می شود.

مواد و روش ها
مواد مورد استفاده برای آزمایش

مواد مورد استفاده در آزمایش کاهو و سبزیجات پاکچوی بود. انواع کاهو، کاهو برگ سبز، از پکن Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd.، و رقم پاکچوی، Brilliant Green، از موسسه باغبانی آکادمی علوم کشاورزی شانگهای می آید.

روش تجربی

این آزمایش در گلخانه شیشه ای نوع Wenluo در پایگاه Sunqiao شرکت توسعه کشاورزی مکعب سبز شانگهای از نوامبر 2019 تا فوریه 2020 انجام شد. در مجموع دو دور آزمایش تکراری انجام شد. دور اول آزمایش در اواخر سال 2019 و دور دوم در اوایل سال 2020 بود. پس از کاشت، مواد آزمایشی در اتاق آب و هوای نور مصنوعی برای پرورش نهال قرار گرفتند و از آبیاری جزر و مد استفاده شد. در طول دوره پرورش نهال از محلول غذایی عمومی سبزیجات هیدروپونیک با EC 5/1 و pH 5/5 برای آبیاری استفاده شد. پس از رشد نهال‌ها به 3 برگی و 1 مرحله قلبی، روی بستر کاشت سبزی‌های برگ‌دار از نوع جریان کم عمق مکعب سبز کاشته شدند. پس از کاشت، سیستم گردش محلول غذایی با جریان کم عمق از محلول غذایی EC 2 و pH 6 برای آبیاری روزانه استفاده کرد. دفعات آبیاری با آبرسانی 10 دقیقه و با قطع آب 20 دقیقه بود. گروه کنترل (بدون مکمل نور) و گروه درمان (مکمل نور LED) در آزمایش قرار گرفتند. CK در گلخانه شیشه ای بدون مکمل نور کاشته شد. LB: drw-lb Ho (200W) برای تکمیل نور پس از کاشت در گلخانه شیشه ای استفاده شد. چگالی شار نور (PPFD) در سطح تاج گیاهی هیدروپونیک حدود 140 میکرومول / (㎡ · S) بود. MB: پس از کاشت در گلخانه شیشه ای، از drw-lb (200W) برای تکمیل نور استفاده شد و PPFD حدود 140 میکرومول/(㎡·S) بود.

دور اول تاریخ کاشت آزمایشی 17 آبان 1398 و تاریخ کاشت 4 آبان 1398 می باشد. دور دوم تاریخ کاشت آزمایشی 30 دسامبر 2019 روز، تاریخ کاشت 17 ژانویه 2020 و زمان تکمیلی گروه آزمایش 4:00-17:00 می باشد.
در هوای آفتابی در زمستان، گلخانه سانروف، فیلم جانبی و فن را برای تهویه روزانه از ساعت 6:00 تا 17:00 باز می کند. هنگامی که دما در شب پایین است، گلخانه در ساعت 17:00 تا 6:00 (روز بعد) نورگیر، فیلم رول جانبی و فن را می بندد و پرده عایق حرارتی گلخانه را برای حفظ گرمای شبانه باز می کند.

جمع آوری داده ها

ارتفاع بوته، تعداد برگ و وزن تر در هر بوته پس از برداشت قسمت های بالای زمینی Qingjingcai و کاهو به دست آمد. پس از اندازه گیری وزن تازه، آن را در فر قرار داده و به مدت 72 ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد خشک می کنند. پس از پایان وزن خشک تعیین شد. دما در گلخانه و چگالی شار فوتون فتوسنتزی (PPFD، تراکم شار فوتون فتوسنتزی) هر 5 دقیقه توسط سنسور دما (RS-GZ-N01-2) و سنسور تشعشع فعال فتوسنتزی (GLZ-CG) جمع آوری و ثبت می شود.

تجزیه و تحلیل داده ها

بازده مصرف نور (LUE, Light Use Efficiency) را طبق فرمول زیر محاسبه کنید:
LUE (g/mol) = عملکرد سبزی در واحد سطح/مقدار تجمعی نور حاصل از سبزیجات در واحد سطح از کاشت تا برداشت
مقدار ماده خشک را طبق فرمول زیر محاسبه کنید:
محتوای ماده خشک (%) = وزن خشک در بوته/وزن تازه در بوته x 100%
از Excel2016 و IBM SPSS Statistics 20 برای تجزیه و تحلیل داده ها در آزمایش و تجزیه و تحلیل اهمیت تفاوت استفاده کنید.

مواد و روش ها
نور و دما

دور اول آزمایش از کاشت تا برداشت 46 روز و دور دوم از کاشت تا برداشت 42 روز طول کشید. در دور اول آزمایش، میانگین دمای روزانه گلخانه عمدتاً در محدوده 10-18 درجه سانتیگراد بود. در دور دوم آزمایش، نوسان میانگین دمای روزانه گلخانه شدیدتر از دور اول آزمایش بود و کمترین میانگین دمای روزانه 8.39 درجه سانتیگراد و بالاترین میانگین دمای روزانه 20.23 درجه سانتیگراد بود. میانگین دمای روزانه یک روند صعودی کلی در طول فرآیند رشد نشان داد (شکل 1).

در طول اولین دور آزمایش، انتگرال نور روزانه (DLI) در گلخانه کمتر از 14 mol/(㎡·D) نوسان داشت. در دور دوم آزمایش، مقدار تجمعی روزانه نور طبیعی در گلخانه یک روند کلی صعودی را نشان داد که بالاتر از 8 mol/(㎡·D) بود و حداکثر مقدار در 27 فوریه 2020 ظاهر شد که 26.1 مول بود. /(㎡·D). تغییر مقدار تجمعی روزانه نور طبیعی در گلخانه در دور دوم آزمایش بیشتر از دور اول آزمایش بود (شکل 2). در طول دور اول آزمایش، کل مقدار نور تجمعی روزانه (مجموع نور طبیعی DLI و نور مکمل LED) گروه نور مکمل بیشتر از 8 mol/(㎡·D) بود. در طول دور دوم آزمایش، کل مقدار نور انباشته شده روزانه از گروه نور مکمل بیشتر از 10 mol/(㎡·D) بود. مقدار کل نور تکمیلی انباشته شده در دور دوم 31.75 mol/㎡ بیشتر از دور اول بود.

بازده سبزیجات برگی و بهره وری استفاده از انرژی نور

●اولین دور نتایج آزمون
از شکل 3 می توان دریافت که پاکچوی مکمل LED بهتر رشد می کند، شکل گیاه فشرده تر است و برگ ها بزرگتر و ضخیم تر از CK غیر مکمل هستند. برگ های پاکچوی LB و MB سبز روشن تر و تیره تر از CK هستند. از شکل 4 می توان دریافت که کاهو با نور مکمل LED بهتر از CK بدون نور مکمل رشد می کند، تعداد برگ ها بیشتر است و شکل گیاه پرتر است.

از جدول 1 مشاهده می شود که تفاوت معنی داری در ارتفاع بوته، تعداد برگ، میزان ماده خشک و راندمان استفاده از انرژی نور در پاکچوی تیمار شده با CK، LB و MB وجود ندارد، اما وزن تر پاکچوی تیمار شده با LB و MB برابر است. به طور قابل توجهی بالاتر از CK. تفاوت معنی داری در وزن تر هر بوته بین دو چراغ رشد LED با نسبت نور آبی متفاوت در تیمار LB و MB وجود نداشت.

از جدول 2 می توان دریافت که ارتفاع بوته کاهو در تیمار LB به طور معنی داری بیشتر از تیمار CK بود، اما بین تیمار LB و MB تفاوت معنی داری وجود نداشت. در بین سه تیمار از نظر تعداد برگ اختلاف معنی‌داری وجود داشت و تعداد برگ در تیمار MB بیشترین میزان را داشت که 27 عدد بود. همچنین بین دو گروه تفاوت معنی داری وجود داشت. تفاوت معنی داری در میزان ماده خشک بین تیمارهای CK و LB وجود نداشت. محتوای MB 4.24 درصد بیشتر از تیمارهای CK و LB بود. تفاوت معنی داری در کارایی استفاده از نور در بین سه تیمار وجود داشت. بیشترین راندمان استفاده از نور در تیمار LB با 23/13 گرم بر مول و کمترین آن در تیمار CK با 72/10 گرم بر مول بود.

●دومین دور نتایج آزمون

از جدول 3 مشاهده می شود که ارتفاع بوته پاکچوی تیمار شده با MB به طور معنی داری بیشتر از CK بوده و تفاوت معنی داری بین آن و تیمار LB وجود ندارد. تعداد برگ های پاکچوی تیمار شده با LB و MB به طور معنی داری بیشتر از CK بود، اما بین دو گروه تیمار نور مکمل تفاوت معنی داری مشاهده نشد. تفاوت معنی داری در وزن تر هر بوته در بین سه تیمار مشاهده شد. وزن تر هر بوته در CK با 47 گرم کمترین و تیمار MB با 116 گرم بیشترین مقدار را داشت. تفاوت معنی داری در میزان ماده خشک بین سه تیمار مشاهده نشد. تفاوت های قابل توجهی در بازده استفاده از انرژی نور وجود دارد. CK با 8.74 گرم در مول پایین است و تیمار MB با 13.64 گرم در مول بالاترین میزان است.

از جدول 4 مشاهده می شود که از نظر ارتفاع بوته کاهو در بین سه تیمار اختلاف معنی داری وجود نداشت. تعداد برگ در تیمارهای LB و MB به طور معنی داری بیشتر از CK بود. در بین آنها، تعداد برگ MB با 26 عدد بیشترین بود. بین تیمارهای LB و MB تفاوت معنی داری در تعداد برگ مشاهده نشد. وزن تر هر بوته در دو گروه تیمارهای نور مکمل به طور معنی داری بیشتر از CK بود و وزن تر هر بوته در تیمار MB که 133 گرم بود، بالاترین وزن را داشت. همچنین بین تیمارهای LB و MB تفاوت معنی داری وجود داشت. در بین سه تیمار تفاوت معنی داری در میزان ماده خشک وجود داشت و میزان ماده خشک تیمار LB بیشترین مقدار را داشت که 05/4 درصد بود. راندمان استفاده از انرژی نور در تیمار MB به طور قابل توجهی بالاتر از تیمار CK و LB است که 12.67 گرم در مول است.

در دور دوم آزمایش، کل DLI گروه نور مکمل بسیار بیشتر از DLI در طول همان تعداد روزهای استعمار در دور اول آزمایش بود (شکل 1-2)، و زمان نور تکمیلی نور مکمل. گروه درمان در دور دوم آزمایش (4:00-00-17:00). در مقایسه با دور اول آزمایش (6:30-17:00)، 2.5 ساعت افزایش یافت. زمان برداشت دو دور پاکچوی 35 روز پس از کاشت بود. وزن تازه گیاه CK در دو دور مشابه بود. تفاوت وزن تر بوته در تیمار LB و MB نسبت به CK در دور دوم آزمایش ها بسیار بیشتر از تفاوت وزن تر در بوته نسبت به CK در دور اول آزمایش بود (جدول 1، جدول 3). زمان برداشت کاهو آزمایشی دور دوم 42 روز پس از کاشت و زمان برداشت دور اول کاهو آزمایشی 46 روز پس از کاشت بود. تعداد روزهای استعماری که دور دوم کاهو آزمایشی CK برداشت شد، 4 روز کمتر از دور اول بود، اما وزن تر هر بوته 1.57 برابر دور اول آزمایش است (جدول 2 و جدول 4). و راندمان استفاده از انرژی نور مشابه است. مشاهده می شود که با گرم شدن تدریجی دما و افزایش تدریجی نور طبیعی در گلخانه، چرخه تولید کاهو کوتاه می شود.

مواد و روش ها
دو دور آزمایش اساساً کل زمستان شانگهای را تحت پوشش قرار داد و گروه کنترل (CK) توانست وضعیت تولید واقعی ساقه سبز هیدروپونیک و کاهو را در گلخانه تحت دمای پایین و نور کم خورشید در زمستان به طور نسبی بازیابی کند. گروه آزمایش مکمل نور تأثیر ارتقای معنی‌داری بر شهودی‌ترین شاخص داده (وزن تر هر بوته) در دو دور آزمایش داشت. در این میان، اثر افزایش عملکرد پاکچوی در اندازه، رنگ و ضخامت برگها به طور همزمان منعکس شد. اما کاهو تمایل به افزایش تعداد برگ ها دارد و شکل گیاه پرتر به نظر می رسد. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که مکمل‌های سبک می‌توانند وزن تازه و کیفیت محصول را در کاشت دو دسته سبزیجات بهبود بخشند و در نتیجه تجاری بودن محصولات گیاهی را افزایش دهند. پاکچوی تکمیل شده توسط ماژول های LED تاپ نور قرمز-سفید، کم آبی و قرمز-سفید، آبی میانی سبز تیره تر و براق تر از برگ های بدون نور مکمل هستند، برگ ها بزرگتر و ضخیم تر هستند و روند رشد کل نوع گیاه فشرده تر و قوی تر است. با این حال، "کاهوی موزاییکی" متعلق به سبزیجات برگ سبز روشن است و هیچ فرآیند تغییر رنگ آشکاری در روند رشد وجود ندارد. تغییر رنگ برگ برای چشم انسان مشخص نیست. نسبت مناسب نور آبی می تواند رشد برگ و سنتز رنگدانه های فتوسنتزی را تقویت کند و از کشیدگی میانگره جلوگیری کند. بنابراین سبزیجات گروه مکمل لایت از نظر کیفیت ظاهری بیشتر مورد پسند مصرف کنندگان قرار می گیرند.

در طول دور دوم آزمایش، کل مقدار نور تجمعی روزانه گروه نور مکمل بسیار بیشتر از DLI در طول همان تعداد روزهای استعمار در دور اول آزمایش (شکل 1-2) و نور تکمیلی بود. زمان دور دوم گروه درمان با نور تکمیلی (4:00-17:00)، نسبت به دور اول آزمایش (6:30-17:00)، 2.5 ساعت افزایش یافت. زمان برداشت دو دور پاکچوی 35 روز پس از کاشت بود. وزن تازه CK در دو دور مشابه بود. تفاوت وزن تر در بوته بین تیمار LB و MB و CK در دور دوم آزمایش ها بسیار بیشتر از تفاوت وزن تر در بوته با CK در دور اول آزمایش بود (جدول 1 و جدول 3). بنابراین، افزایش زمان مکمل سبک می تواند باعث افزایش تولید پاکچوی هیدروپونیک که در زمستان در داخل خانه کشت می شود را افزایش دهد. زمان برداشت کاهو آزمایشی دور دوم 42 روز پس از کاشت و زمان برداشت دور اول کاهو آزمایشی 46 روز پس از کاشت بود. هنگامی که دور دوم کاهوی آزمایشی برداشت شد، تعداد روزهای کلونیزاسیون گروه CK 4 روز کمتر از دور اول بود. با این حال، وزن تازه یک بوته 1.57 برابر دور اول آزمایش بود (جدول 2 و جدول 4). راندمان استفاده از انرژی نور مشابه بود. مشاهده می شود که با افزایش تدریجی دما و افزایش تدریجی نور طبیعی در گلخانه (شکل 1-2) می توان چرخه تولید کاهو را بر این اساس کوتاه کرد. بنابراین افزودن تجهیزات نوری تکمیلی به گلخانه در زمستان با دمای پایین و نور آفتاب کم می تواند به طور موثری راندمان تولید کاهو را بهبود بخشد و سپس تولید را افزایش دهد. در دور اول آزمایش، مصرف انرژی نور مکمل گیاه منو برگ 0.95 کیلووات ساعت و در دور دوم آزمایش، گیاه منو برگ مکمل مصرف انرژی نور 1.15 کیلووات ساعت بود. در مقایسه بین دو دور آزمایش، مصرف نور سه تیمار پاکچوی، بازده مصرف انرژی در آزمایش دوم کمتر از آزمایش اول بود. راندمان استفاده از انرژی نور در گروه های تیمار نور مکمل CK و LB کاهو در آزمایش دوم کمی کمتر از آزمایش اول بود. استنباط می‌شود که دلیل احتمالی آن این است که دمای متوسط ​​روزانه پایین در یک هفته پس از کاشت، دوره کند نهال را طولانی‌تر می‌کند، و اگرچه دما در طول آزمایش کمی برگشت، دامنه محدود بود و میانگین دمای کلی روزانه همچنان باقی بود. در سطح پایین، که بازده استفاده از انرژی نور را در طول چرخه رشد کلی برای هیدروپونیک سبزیجات برگدار محدود می کند. (شکل 1).

در طول آزمایش، استخر محلول غذایی مجهز به تجهیزات گرمایشی نبود، به طوری که محیط ریشه سبزیجات برگی هیدروپونیک همیشه در دمای پایین بود و میانگین دمای روزانه محدود بود که باعث شد سبزیجات نتوانند به طور کامل استفاده کنند. نور تجمعی روزانه با گسترش نور مکمل LED افزایش یافت. بنابراین، هنگام تکمیل نور در گلخانه در زمستان، لازم است اقدامات مناسب حفظ حرارت و گرمایش در نظر گرفته شود تا از تأثیر نور مکمل برای افزایش تولید اطمینان حاصل شود. بنابراین لازم است اقدامات مناسبی برای حفظ حرارت و افزایش دما در نظر گرفته شود تا از تأثیر مکمل نور و افزایش عملکرد در گلخانه زمستانه اطمینان حاصل شود. استفاده از نور مکمل ال ای دی تا حدودی هزینه تولید را افزایش می دهد و تولید کشاورزی به خودی خود صنعت پربازدهی نیست. بنابراین با توجه به نحوه بهینه سازی استراتژی نور تکمیلی و همکاری با سایر اقدامات در تولید واقعی سبزیجات برگی هیدروپونیک در گلخانه زمستانه و نحوه استفاده از تجهیزات نور تکمیلی برای دستیابی به تولید کارآمد و بهبود بهره وری استفاده از انرژی نور و منافع اقتصادی. ، هنوز به آزمایشات تولید بیشتری نیاز دارد.

نویسندگان: Yiming Ji، Kang Liu، Xianping Zhang، Honglei Mao (شرکت توسعه کشاورزی مکعب سبز شانگهای، آموزشی ویبولیتین).
منبع مقاله: فناوری مهندسی کشاورزی (باغبانی گلخانه ای).

مراجع:
[1] جیانفنگ دای، تمرین کاربرد LED باغبانی فیلیپس در تولید گلخانه [J]. فناوری مهندسی کشاورزی، 2017، 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang، Lanfang Song، Zhengli Jin، و همکاران. وضعیت کاربرد و چشم انداز فناوری مکمل نور برای میوه ها و سبزیجات محافظت شده [J]. باغبانی شمال، 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu، Zhigang Xu، Xuelei Jiao، و همکاران. وضعیت تحقیق و کاربرد و استراتژی توسعه روشنایی گیاهان [J]. مجله مهندسی روشنایی، 013، 24 (4): 1-7
[4] جینگ شی، هو چنگ لیو، وی سونگ شی، و همکاران. کاربرد منبع نور و کنترل کیفیت نور در تولید سبزیجات گلخانه ای [J]. سبزی چینی، 2012 (2): 1-7