Pesquisa sobre o efeito da luz suplementar LED no efeito de aumento de rendimento da alface hidropônica e do Pakchoi em estufa no inverno
[Resumo] O inverno em Xangai costuma encontrar baixas temperaturas e pouca luz solar, e o crescimento de vegetais folhosos hidropônicos na estufa é lento e o ciclo de produção é longo, o que não consegue atender à demanda de oferta do mercado. Nos últimos anos, as luzes LED suplementares para plantas começaram a ser utilizadas no cultivo e produção em estufas, até certo ponto, para compensar o defeito de que a luz acumulada diariamente na estufa não consegue atender às necessidades de crescimento das culturas quando a luz natural é insuficiente. No experimento, dois tipos de luminárias suplementares LED com diferentes qualidades de luz foram instaladas na estufa para realizar o experimento de exploração de aumento da produção de alface hidropônica e caule verde no inverno. Os resultados mostraram que os dois tipos de luzes LED podem aumentar significativamente o peso fresco por planta de pakchoi e alface. O efeito de aumento do rendimento do pakchoi reflete-se principalmente na melhoria da qualidade sensorial geral, como o aumento e espessamento das folhas, e o efeito de aumento do rendimento da alface reflete-se principalmente no aumento do número de folhas e do teor de matéria seca.

A luz é uma parte indispensável do crescimento das plantas. Nos últimos anos, as luzes LED têm sido amplamente utilizadas no cultivo e produção em ambiente de estufa devido à sua alta taxa de conversão fotoelétrica, espectro personalizável e longa vida útil [1]. Em países estrangeiros, devido ao início precoce da investigação relacionada e ao sistema de apoio maduro, muitas produções em grande escala de flores, frutas e vegetais têm estratégias de suplementos leves relativamente completas. A acumulação de uma grande quantidade de dados reais de produção também permite aos produtores prever claramente o efeito do aumento da produção. Ao mesmo tempo, é avaliado o retorno após a utilização do sistema de iluminação complementar LED [2]. No entanto, a maior parte da pesquisa nacional atual sobre luz suplementar é tendenciosa para a qualidade da luz em pequena escala e otimização espectral, e carece de estratégias de luz suplementar que possam ser usadas na produção real[3]. Muitos produtores nacionais utilizarão diretamente soluções de iluminação suplementar estrangeiras existentes ao aplicarem tecnologia de iluminação suplementar à produção, independentemente das condições climáticas da área de produção, dos tipos de vegetais produzidos e das condições das instalações e equipamentos. Além disso, o elevado custo do equipamento de iluminação suplementar e o elevado consumo de energia resultam frequentemente numa enorme lacuna entre o rendimento real da colheita e o retorno económico e o efeito esperado. Tal situação atual não é propícia ao desenvolvimento e promoção da tecnologia de complementação leve e aumento da produção no país. Portanto, é uma necessidade urgente colocar razoavelmente produtos de luz suplementar LED maduros em ambientes reais de produção doméstica, otimizar estratégias de uso e acumular dados relevantes.

O inverno é a estação em que os vegetais de folhas frescas são muito procurados. As estufas podem proporcionar um ambiente mais adequado para o crescimento de vegetais folhosos no inverno do que os campos agrícolas ao ar livre. No entanto, um artigo apontou que algumas estufas envelhecidas ou mal limpas têm uma transmissão de luz inferior a 50% no inverno. temperatura e ambiente com pouca luz, o que afeta o crescimento normal das plantas. A luz tornou-se um fator limitante para o crescimento de hortaliças no inverno [4]. O Cubo Verde que foi colocado em produção real é usado no experimento. O sistema de plantio de vegetais folhosos com fluxo líquido raso é combinado com os dois módulos de luz superior LED da Signify (China) Investment Co., Ltd. com diferentes proporções de luz azul. O plantio de alface e pakchoi, duas hortaliças folhosas com maior demanda no mercado, tem como objetivo estudar o real aumento da produção de hortaliças folhosas hidropônicas por iluminação LED na estufa de inverno.

Materiais e métodos
Materiais usados ​​para teste

Os materiais de teste utilizados no experimento foram alface e vegetais packchoi. A variedade de alface, Green Leaf Lettuce, vem da Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., e a variedade pakchoi, Brilliant Green, vem do Instituto de Horticultura da Academia de Ciências Agrícolas de Xangai.

Método experimental

O experimento foi conduzido na estufa de vidro tipo Wenluo da base Sunqiao da Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. de novembro de 2019 a fevereiro de 2020. Um total de duas rodadas de experimentos repetidos foram conduzidos. A primeira rodada do experimento foi no final de 2019, e a segunda rodada foi no início de 2020. Após a semeadura, os materiais experimentais foram colocados na sala de climatização de luz artificial para cultivo de mudas, e foi utilizada a irrigação de maré. Durante o período de cultivo das mudas, foi utilizada para irrigação a solução nutritiva geral de hortaliças hidropônicas com CE de 1,5 e pH de 5,5. Depois que as mudas cresceram para 3 folhas e 1 estágio de coração, elas foram plantadas no canteiro de plantio de vegetais folhosos de fluxo raso tipo pista de cubo verde. Após o plantio, o sistema de circulação de solução nutritiva de fluxo raso utilizou solução nutritiva EC 2 e pH 6 para irrigação diária. A frequência de irrigação foi de 10 min com abastecimento de água e 20 min com abastecimento de água interrompido. O grupo controle (sem suplemento de luz) e o grupo de tratamento (suplemento de luz LED) foram definidos no experimento. CK foi plantada em estufa de vidro sem suplemento de luz. LB: drw-lb Ho (200W) foi utilizado para complementar a luz após o plantio em estufa de vidro. A densidade do fluxo luminoso (PPFD) na superfície da copa vegetal hidropônica foi de cerca de 140 μmol/(㎡·S). MB: após o plantio na estufa de vidro, o drw-lb (200W) foi utilizado para complementar a luz, e o PPFD foi de cerca de 140 μmol/(㎡·S).

A data da primeira rodada de plantio experimental é 8 de novembro de 2019, e a data de plantio é 25 de novembro de 2019. O horário de suplemento de luz do grupo de teste é das 6h30 às 17h; a data da segunda rodada de plantio experimental é dia 30 de dezembro de 2019, a data de plantio é 17 de janeiro de 2020 e o horário de complementação do grupo experimental é das 4h00 às 17h00
No tempo ensolarado do inverno, a estufa abrirá o teto solar, a película lateral e o ventilador para ventilação diária das 6h00 às 17h00. Quando a temperatura estiver baixa à noite, a estufa fechará a clarabóia, o filme lateral e o ventilador às 17h00-6h00 (do dia seguinte), e abrirá a cortina de isolamento térmico da estufa para preservação do calor noturno.

Coleta de dados

A altura da planta, o número de folhas e a massa fresca por planta foram obtidos após a colheita das partes aéreas de Qingjingcai e da alface. Após aferição do peso fresco, foi levado à estufa e seco a 75°C por 72 horas. Após o término foi determinado o peso seco. A temperatura na estufa e a densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (PPFD, densidade de fluxo de fótons fotossintéticos) são coletadas e registradas a cada 5 min pelo sensor de temperatura (RS-GZ-N01-2) e pelo sensor de radiação fotossinteticamente ativo (GLZ-CG).

Análise de dados

Calcule a eficiência de uso de luz (LUE, Light Use Efficiency) de acordo com a seguinte fórmula:
LUE (g/mol) = rendimento vegetal por unidade de área/quantidade cumulativa total de luz obtida pelos vegetais por unidade de área, desde o plantio até a colheita
Calcule o teor de matéria seca de acordo com a seguinte fórmula:
Teor de matéria seca (%) = peso seco por planta/peso fresco por planta x 100%
Use Excel2016 e IBM SPSS Statistics 20 para analisar os dados do experimento e analisar a significância da diferença.

Materiais e métodos
Luz e temperatura

A primeira rodada do experimento levou 46 dias do plantio à colheita, e a segunda rodada levou 42 dias do plantio à colheita. Durante a primeira rodada do experimento, a temperatura média diária na estufa ficou principalmente na faixa de 10-18 ℃; durante a segunda rodada do experimento, a flutuação da temperatura média diária na estufa foi mais severa do que durante a primeira rodada do experimento, com a temperatura média diária mais baixa de 8,39 ℃ e a temperatura média diária mais alta de 20,23 ℃. A temperatura média diária apresentou tendência geral de aumento durante o processo de crescimento (Fig. 1).

Durante a primeira rodada do experimento, a integral de luz diária (DLI) em estufa oscilou menos de 14 mol/(㎡·D). Durante a segunda rodada do experimento, a quantidade acumulada diária de luz natural na estufa apresentou uma tendência geral de aumento, superior a 8 mol/(㎡·D), e o valor máximo apareceu em 27 de fevereiro de 2020, que foi de 26,1 mol /(㎡·D). A mudança na quantidade cumulativa diária de luz natural na estufa durante a segunda rodada do experimento foi maior do que durante a primeira rodada do experimento (Fig. 2). Durante a primeira rodada do experimento, a quantidade total de luz cumulativa diária (a soma do DLI de luz natural e do DLI de luz suplementar LED) do grupo de luz suplementar foi superior a 8 mol/(㎡·D) na maior parte do tempo. Durante a segunda rodada do experimento, a quantidade diária total de luz acumulada do grupo de luz suplementar foi superior a 10 mol/(㎡·D) na maior parte do tempo. A quantidade total acumulada de luz suplementar na segunda rodada foi 31,75 mol/㎡ a mais do que na primeira rodada.

Rendimento de vegetais folhosos e eficiência na utilização de energia leve

●Primeira rodada de resultados de testes
Pode-se observar na Figura 3 que o pakchoi suplementado com LED cresce melhor, o formato da planta é mais compacto e as folhas são maiores e mais grossas que a CK não suplementada. As folhas do pakchoi LB e MB são verdes mais brilhantes e mais escuras que as do CK. Pode-se observar na Figura 4 que a alface com suplemento de luz LED cresce melhor que a CK sem suplemento de luz, o número de folhas é maior e o formato da planta é mais cheio.

Pode-se observar na Tabela 1 que não há diferença significativa na altura das plantas, número de folhas, teor de matéria seca e eficiência de utilização de energia luminosa do pakchoi tratado com CK, LB e MB, mas o peso fresco do pakchoi tratado com LB e MB é significativamente superior ao da CK; Não houve diferença significativa no peso fresco por planta entre as duas lâmpadas LED de cultivo com diferentes proporções de luz azul no tratamento de LB e MB.

Pode-se observar na tabela 2 que a altura da planta da alface no tratamento LB foi significativamente maior do que no tratamento CK, mas não houve diferença significativa entre o tratamento LB e o tratamento MB. Houve diferenças significativas no número de folhas entre os três tratamentos, sendo que o número de folhas no tratamento MB foi o maior, que foi 27. O peso fresco por planta do tratamento LB foi o maior, que foi de 101g. Também houve diferença significativa entre os dois grupos. Não houve diferença significativa no teor de matéria seca entre os tratamentos CK e LB. O teor de MB foi 4,24% superior aos tratamentos CK e LB. Houve diferenças significativas na eficiência do uso da luz entre os três tratamentos. A maior eficiência de uso de luz foi no tratamento LB, que foi de 13,23 g/mol, e a menor foi no tratamento CK, que foi de 10,72 g/mol.

●Segunda rodada de resultados de testes

Pode-se observar na Tabela 3 que a altura da planta do Pakchoi tratado com MB foi significativamente maior que a do CK, e não houve diferença significativa entre este e o tratamento LB. O número de folhas de Pakchoi tratadas com LB e MB foi significativamente maior do que com CK, mas não houve diferença significativa entre os dois grupos de tratamentos suplementares de luz. Houve diferenças significativas na massa fresca por planta entre os três tratamentos. O peso fresco por planta no CK foi o mais baixo com 47 g, e o tratamento MB foi o mais alto com 116 g. Não houve diferença significativa no teor de matéria seca entre os três tratamentos. Existem diferenças significativas na eficiência da utilização da energia luminosa. A CK é baixa, 8,74 g/mol, e o tratamento com MB é o mais alto, 13,64 g/mol.

Pode-se observar na Tabela 4 que não houve diferença significativa na altura das plantas de alface entre os três tratamentos. O número de folhas nos tratamentos LB e MB foi significativamente maior que no CK. Dentre eles, o número de folhas MB foi o maior, 26. Não houve diferença significativa no número de folhas entre os tratamentos LB e MB. O peso fresco por planta dos dois grupos de tratamentos suplementares de luz foi significativamente maior que o da CK, e o peso fresco por planta foi maior no tratamento MB, que foi de 133g. Também houve diferenças significativas entre os tratamentos LB e MB. Houve diferenças significativas no teor de matéria seca entre os três tratamentos, sendo o teor de matéria seca do tratamento LB o maior, que foi de 4,05%. A eficiência de utilização da energia luminosa do tratamento MB é significativamente maior do que a do tratamento CK e LB, que é de 12,67 g/mol.

Durante a segunda rodada do experimento, o DLI total do grupo de luz suplementar foi muito maior do que o DLI durante o mesmo número de dias de colonização durante a primeira rodada do experimento (Figura 1-2), e o tempo de luz suplementar da luz suplementar grupo de tratamento na segunda rodada do experimento (4h00-00-17h00). Em comparação com a primeira rodada do experimento (6h30-17h), aumentou 2,5 horas. A época de colheita das duas rodadas de Pakchoi foi 35 dias após o plantio. A massa fresca da planta individual de CK nas duas rodadas foi semelhante. A diferença no peso fresco por planta no tratamento LB e MB em comparação com CK na segunda rodada de experimentos foi muito maior do que a diferença no peso fresco por planta em comparação com CK na primeira rodada de experimentos (Tabela 1, Tabela 3). A época de colheita da segunda rodada de alface experimental foi 42 dias após o plantio, e a época de colheita da primeira rodada de alface experimental foi 46 dias após o plantio. O número de dias de colonização quando a segunda rodada experimental de alface CK foi colhida foi 4 dias menor que a da primeira rodada, mas o peso fresco por planta é 1,57 vezes maior que o da primeira rodada de experimentos (Tabela 2 e Tabela 4), e a eficiência de utilização da energia luminosa é semelhante. Percebe-se que à medida que a temperatura aumenta gradativamente e a luz natural da estufa aumenta gradativamente, o ciclo de produção da alface é encurtado.

Materiais e métodos
As duas rodadas de testes cobriram basicamente todo o inverno em Xangai, e o grupo de controle (CK) foi capaz de restaurar relativamente o status real de produção de talo verde hidropônico e alface na estufa sob baixa temperatura e pouca luz solar no inverno. O grupo experimental de suplementos leves teve um efeito de promoção significativo no índice de dados mais intuitivo (peso fresco por planta) nas duas rodadas de experimentos. Entre eles, o efeito de aumento de rendimento do Pakchoi refletiu-se ao mesmo tempo no tamanho, cor e espessura das folhas. Mas a alface tende a aumentar o número de folhas e o formato da planta parece mais cheio. Os resultados dos testes mostram que a suplementação leve pode melhorar o peso fresco e a qualidade do produto no plantio das duas categorias de hortaliças, aumentando assim a comercialidade dos produtos vegetais. Pakchoi complementado por Os módulos de luz superior LED vermelho-branco, azul baixo e vermelho-branco, azul médio são verdes mais escuros e de aparência brilhante do que as folhas sem luz suplementar, as folhas são maiores e mais grossas, e a tendência de crescimento de todo o tipo de planta é mais compacto e vigoroso. No entanto, a “alface mosaico” pertence a vegetais com folhas verdes claras e não há nenhum processo óbvio de mudança de cor no processo de crescimento. A mudança na cor das folhas não é óbvia para os olhos humanos. A proporção apropriada de luz azul pode promover o desenvolvimento das folhas e a síntese de pigmentos fotossintéticos e inibir o alongamento dos entrenós. Portanto, os vegetais do grupo dos suplementos light são mais favorecidos pelos consumidores na qualidade da aparência.

Durante a segunda rodada do teste, a quantidade total de luz cumulativa diária do grupo de luz suplementar foi muito maior do que o DLI durante o mesmo número de dias de colonização durante a primeira rodada do experimento (Figura 1-2), e a luz suplementar o tempo da segunda rodada do grupo de tratamento com luz suplementar (4h00-17h00), em comparação com a primeira rodada do experimento (6h30-17h00), aumentou 2,5 horas. A época de colheita das duas rodadas de Pakchoi foi 35 dias após o plantio. O peso fresco da CK nas duas rodadas foi semelhante. A diferença no peso fresco por planta entre o tratamento LB e MB e CK na segunda rodada de experimentos foi muito maior do que a diferença no peso fresco por planta com CK na primeira rodada de experimentos (Tabela 1 e Tabela 3). Portanto, prolongar o tempo de suplementação luminosa pode promover o aumento na produção de Pakchoi hidropônico cultivado em ambiente interno no inverno. A época de colheita da segunda rodada de alface experimental foi 42 dias após o plantio, e a época de colheita da primeira rodada de alface experimental foi 46 dias após o plantio. Quando a segunda rodada de alface experimental foi colhida, o número de dias de colonização do grupo CK foi 4 dias menor que o da primeira rodada. No entanto, o peso fresco de uma única planta foi 1,57 vezes maior que o da primeira rodada de experimentos (Tabela 2 e Tabela 4). A eficiência de utilização da energia luminosa foi semelhante. Pode-se observar que à medida que a temperatura aumenta lentamente e a luz natural na estufa aumenta gradualmente (Figura 1-2), o ciclo de produção da alface pode ser encurtado em conformidade. Portanto, adicionar equipamento de luz suplementar à estufa no inverno com baixa temperatura e pouca luz solar pode efetivamente melhorar a eficiência da produção de alface e, então, aumentar a produção. Na primeira rodada do experimento, o consumo de energia luminosa suplementada pela planta do cardápio foliar foi de 0,95 kw-h, e na segunda rodada do experimento, o consumo de energia luminosa suplementada pela planta do cardápio foliar foi de 1,15 kw-h. Comparado entre as duas rodadas de experimentos, o consumo de luz dos três tratamentos de Pakchoi, a eficiência de utilização de energia no segundo experimento foi menor do que no primeiro experimento. A eficiência de utilização da energia luminosa dos grupos de tratamento com luz suplementar CK e LB da alface no segundo experimento foi ligeiramente inferior à do primeiro experimento. Infere-se que a possível razão é que a baixa temperatura média diária dentro de uma semana após o plantio torna o período lento de mudas mais longo e, embora a temperatura tenha se recuperado um pouco durante o experimento, o intervalo foi limitado e a temperatura média diária geral ainda era em um nível baixo, o que restringiu a eficiência da utilização da energia luminosa durante o ciclo geral de crescimento da hidroponia de vegetais folhosos. (Figura 1).

Durante o experimento, o reservatório de solução nutritiva não estava equipado com equipamento de aquecimento, de modo que o ambiente radicular das hortaliças folhosas hidropônicas estava sempre em um nível de temperatura baixo, e a temperatura média diária era limitada, o que fazia com que as hortaliças não aproveitassem ao máximo. da luz cumulativa diária aumentada pela extensão da luz suplementar LED. Portanto, ao complementar a luz na estufa no inverno, é necessário considerar medidas adequadas de preservação e aquecimento do calor para garantir o efeito da complementação da luz para aumentar a produção. Portanto, é necessário considerar medidas adequadas de preservação do calor e aumento da temperatura para garantir o efeito do suplemento de luz e aumento da produtividade na estufa de inverno. O uso de luz suplementar LED aumentará até certo ponto o custo de produção, e a produção agrícola em si não é uma indústria de alto rendimento. Portanto, sobre como otimizar a estratégia de luz suplementar e cooperar com outras medidas na produção real de vegetais folhosos hidropônicos em estufas de inverno, e como usar o equipamento de luz suplementar para alcançar uma produção eficiente e melhorar a eficiência da utilização de energia luminosa e benefícios econômicos , ainda precisa de mais experimentos de produção.

Autores: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Xangai cubo verde Agricultural Development Co., Ltd.).
Fonte do artigo: Tecnologia de Engenharia Agrícola (Horticultura em Estufa).

Referências:
[1] Jianfeng Dai, prática de aplicação de LED hortícola da Philips na produção de estufas [J]. Tecnologia de engenharia agrícola, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin e outros. Status da aplicação e perspectiva de tecnologia de suplementos leves para frutas e vegetais protegidos [J]. Horticultura do Norte, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao e outros. Status de pesquisa e aplicação e estratégia de desenvolvimento de iluminação de plantas [J]. Revista de engenharia de iluminação, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi e outros. Aplicação de fonte de luz e controle de qualidade de luz na produção de vegetais em estufa [J]. Vegetal chinês, 2012 (2): 1-7