Pesquisa sobre o efeito da luz suplementar de LED no efeito de aumento de rendimento de alface hidropônica e pakchoi em estufa no inverno
[Resumo] O inverno em Xangai geralmente encontra baixas temperaturas e pouca luz do sol, e o crescimento de vegetais folhosos hidropônicos na estufa é lento e o ciclo de produção é longo, o que não pode atender à demanda de abastecimento do mercado.Nos últimos anos, as luzes suplementares de plantas de LED começaram a ser usadas no cultivo e na produção de estufas, até certo ponto, para compensar o defeito de que a luz acumulada diariamente na estufa não pode atender às necessidades de crescimento das culturas quando a luz natural é insuficiente.No experimento, dois tipos de lâmpadas suplementares de LED com qualidade de luz diferente foram instalados na estufa para realizar o experimento de exploração de aumentar a 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 de rendimento de pakchoi é refletido principalmente na melhoria da qualidade sensorial geral, como alargamento e espessamento foliar, e o efeito de aumento de rendimento de alface é refletido principalmente no aumento do número de folhas e 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 de pesquisas relacionadas e ao sistema de suporte maduro, muitas flores em larga escala, frutas e produção de vegetais têm estratégias de suplemento de luz relativamente completas.O acúmulo de uma grande quantidade de dados reais de produção também permite que os produtores prevejam claramente o efeito do aumento da produção.Ao mesmo tempo, avalia-se o retorno após o uso do sistema de iluminação suplementar LED [2].No entanto, a maior parte da pesquisa doméstica atual sobre luz suplementar é tendenciosa para qualidade de luz em pequena escala e otimização espectral, e carece de estratégias de luz suplementar que possam ser usadas na produção real [3].Muitos produtores domésticos usarão diretamente as soluções de iluminação suplementar estrangeiras existentes ao aplicar a 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 alto custo do equipamento de luz suplementar e o alto consumo de energia geralmente resultam em uma grande lacuna entre o rendimento real da cultura e o retorno econômico e o efeito esperado.Tal situação atual não é propícia ao desenvolvimento e promoção da tecnologia de suplementação de luz e aumento da produção no país.Portanto, é uma necessidade urgente colocar 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 folhosos frescos são muito procurados.As estufas podem fornecer 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 transmitância de luz inferior a 50% no inverno. temperatura e ambiente de pouca luz, o que afeta o crescimento normal das plantas.A luz tornou-se um fator limitante para o crescimento das hortaliças no inverno [4].O Cubo Verde que foi colocado em produção real é usado no experimento.O sistema de plantio de vegetais folhosos de fluxo líquido raso é combinado com os dois módulos de luz superior de LED da Signify (China) Investment Co., Ltd. com diferentes proporções de luz azul.O plantio de alface e pakchoi, que são duas hortaliças folhosas com maior demanda de mercado, tem como objetivo estudar o aumento real da produção de hortaliças 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 Alface, vem da Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., e a variedade pakchoi, Brilliant Green, vem do Horticulture Institute of Shanghai Academy of Agricultural Sciences.

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 no início de 2020. Após a semeadura, os materiais experimentais foram colocados em sala de clima artificial para cultivo de mudas, e foi utilizada a irrigação por maré.Durante o período de criação 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 tipo trilha 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 de controle (sem suplemento de luz) e o grupo de tratamento (suplemento de luz LED) foram definidos no experimento.A CK foi plantada em estufa de vidro sem suplemento de luz.LB: drw-lb Ho (200W) foi usado para complementar a luz após o plantio em estufa de vidro.A densidade do fluxo de luz (PPFD) na superfície do dossel vegetal hidropônico foi de cerca de 140 μmol/(㎡·S).MB: após o plantio em estufa de vidro, o drw-lb (200W) foi usado 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 do suplemento de luz do grupo de teste é das 6h30 às 17h;a segunda rodada da data de plantio experimental é 30 de dezembro de 2019, a data de plantio é 17 de janeiro de 2020 e o horário suplementar do grupo experimental é das 4:00 às 17:00
No tempo ensolarado do inverno, a estufa abrirá o teto solar, a película lateral e o ventilador para ventilação diária das 6h às 17h.Quando a temperatura estiver baixa à noite, a estufa fechará a clarabóia, o filme lateral e o ventilador das 17:00 às 6:00 (dia seguinte) e abrirá a cortina de isolamento térmico na estufa para preservação do calor noturno.

Coleção de dados

A altura da planta, o número de folhas e o peso fresco por planta foram obtidos após a colheita da parte aérea de Qingjingcai e da alface.Após aferição do peso fresco, foi colocado em estufa e seco a 75 ℃ por 72 h.Após o término, foi determinado o peso seco.A temperatura na estufa e a Densidade do Fluxo de Fótons Fotossintéticos (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) são coletadas e registradas a cada 5 min pelo sensor de temperatura (RS-GZ-N01-2) e pelo sensor de radiação fotossinteticamente ativa (GLZ-CG).

Análise de dados

Calcule a eficiência de uso da luz (LUE, Light Use Efficiency) de acordo com a seguinte fórmula:
LUE (g/mol) = rendimento vegetal por unidade de área/a quantidade total cumulativa de luz obtida por 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 o Excel2016 e o ​​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 de 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 estava principalmente na faixa de 10-18 ℃;durante a segunda rodada do experimento, a flutuação da temperatura média diária na casa de vegetação foi mais severa do que durante a primeira rodada do experimento, com a menor temperatura média diária de 8,39 ℃ e a maior temperatura média diária de 20,23 ℃.A temperatura média diária mostrou uma tendência geral de aumento durante o processo de crescimento (Fig. 1).

Durante a primeira rodada do experimento, a luz diária integral (DLI) em casa de vegetação flutuou menos de 14 mol/(㎡·D).Durante a segunda rodada do experimento, a quantidade cumulativa diária de luz natural na estufa mostrou uma tendência geral ascendente, 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 da quantidade cumulativa diária de luz natural em casa de vegetação 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 de luz cumulativa diária total (a soma da luz natural DLI e da luz suplementar led DLI) 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 de Utilização de Energia Leve

● Primeira rodada de resultados do teste
Pode ser visto na Fig. 3 que o pakchoi suplementado com LED cresce melhor, a forma da planta é mais compacta e as folhas são maiores e mais grossas do que o CK não suplementado.As folhas LB e MB pakchoi são mais brilhantes e verdes mais escuras do que CK.Pode ser visto na Fig. 4 que a alface com suplemento de luz LED cresce melhor do que a CK sem suplemento de luz, o número de folhas é maior e o formato da planta é mais cheio.

Pode ser visto na Tabela 1 que não há diferença significativa na altura da planta, número de folhas, teor de matéria seca e eficiência de utilização de energia luminosa de pakchoi tratado com CK, LB e MB, mas o peso fresco de pakchoi tratado com LB e MB é significativamente maior que o da CK;Não houve diferença significativa no peso fresco por planta entre as duas luzes 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 o maior número de folhas no tratamento MB, que foi de 27. A massa fresca por planta do tratamento LB foi a 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 aproveitamento da luz foi no tratamento LB, que foi de 13,23 g/mol, e a menor no tratamento CK, que foi de 10,72 g/mol.

● Segunda rodada de resultados do teste

Pode-se observar na Tabela 3 que a altura da planta da Pakchoi tratada com MB foi significativamente maior que a da CK, não havendo diferença significativa entre ela 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 de luz suplementar.Houve diferenças significativas na massa fresca por planta entre os três tratamentos.O peso fresco por planta em CK foi o menor em 47 g, e o tratamento MB foi o maior em 116 g.Não houve diferença significativa no teor de matéria seca entre os três tratamentos.Existem diferenças significativas na eficiência de utilização da energia luminosa.CK é baixo em 8,74 g/mol, e o tratamento MB é o mais alto em 13,64 g/mol.

Pode-se observar na Tabela 4 que não houve diferença significativa na altura da planta da alface entre os três tratamentos.O número de folhas nos tratamentos LB e MB foi significativamente maior do que no CK.Entre eles, o número de folhas MB foi maior em 26. Não houve diferença significativa no número de folhas entre os tratamentos LB e MB.A massa fresca por planta dos dois grupos de tratamentos de luz suplementar foi significativamente maior que a de CK, e a massa fresca 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 do grupo de luz suplementar grupo de tratamento na segunda rodada do experimento (4:00-00-17:00).Em comparação com a primeira rodada do experimento (6:30-17:00), aumentou 2,5 horas.O tempo de colheita das duas rodadas de Pakchoi foi de 35 dias após o plantio.O peso fresco da planta individual 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 safra de alface experimental foi de 42 dias após o plantio, e a época de colheita da primeira safra de alface experimental foi de 46 dias após o plantio.O número de dias de colonização quando a segunda rodada de alface experimental CK foi colhida foi 4 dias menor que a primeira rodada, mas o peso fresco por planta é 1,57 vezes o da primeira rodada de experimentos (Tabela 2 e Tabela 4), e a eficiência de utilização de energia leve é ​​semelhante.Pode-se observar que, à medida que a temperatura aumenta gradativamente e a luz natural na 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 suplemento leve 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 de Pakchoi foi refletido no tamanho, cor e espessura das folhas ao mesmo tempo.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 comercialização dos produtos hortícolas.Pakchoi complementado por Os módulos de luz LED vermelho-branco, baixo-azul e vermelho-branco, azul médio são verdes mais escuros e brilhantes na aparência 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 aos vegetais de folhas verdes claras e não há um processo óbvio de mudança de cor no processo de crescimento.A mudança de cor das folhas não é óbvia para os olhos humanos.A proporção apropriada de luz azul pode promover o desenvolvimento foliar e a síntese de pigmentos fotossintéticos e inibir o alongamento dos internódios.Portanto, as hortaliças do grupo dos suplementos light são as mais apreciadas pelos consumidores quanto à qualidade da aparência.

Durante a segunda rodada do teste, a quantidade de luz cumulativa diária 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 a luz suplementar o tempo da segunda rodada do grupo de tratamento com luz suplementar (4:00-17:00), em comparação com a primeira rodada do experimento (6:30-17:00), aumentou 2,5 horas.O tempo de colheita das duas rodadas de Pakchoi foi de 35 dias após o plantio.O peso fresco de 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, estender o tempo de suplemento de luz pode promover o aumento da produção de Pakchoi hidropônico cultivado em casa no inverno.A época de colheita da segunda safra de alface experimental foi de 42 dias após o plantio, e a época de colheita da primeira safra de alface experimental foi de 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 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 de acordo.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, em seguida, aumentar a produção.Na primeira rodada do experimento, o consumo de energia de luz suplementada pela planta do menu de folhas foi de 0,95 kw-h e, na segunda rodada do experimento, o consumo de energia de luz suplementada da planta do menu de folhas 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 de energia luminosa dos grupos de tratamento de luz suplementar CK e LB de alface no segundo experimento foi ligeiramente menor do que no 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 de mudas lento 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 de utilização de energia luminosa durante o ciclo de crescimento geral para hidroponia de vegetais folhosos.(Figura 1).

Durante o experimento, a piscina de solução nutritiva não estava equipada com equipamento de aquecimento, de modo que o ambiente radicular dos vegetais folhosos hidropônicos estava sempre em um nível de temperatura baixo e a temperatura média diária era limitada, o que fazia com que os vegetais não aproveitassem totalmente da luz cumulativa diária aumentada pela extensão da luz suplementar LED.Portanto, ao suplementar a luz na estufa no inverno, é necessário considerar medidas apropriadas de preservação do calor e aquecimento para garantir o efeito da suplementação de luz para aumentar a produção.Portanto, é necessário considerar medidas apropriadas de preservação de calor e aumento de temperatura para garantir o efeito do suplemento de luz e aumentar o rendimento na estufa de inverno.O uso de luz suplementar LED aumentará o custo de produção até certo ponto, 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 estufa 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 (Shanghai cubo verde Agricultural Development Co., Ltd.).
Fonte do artigo: Tecnologia de Engenharia Agrícola (Horticultura com Efeito de Estufa).

Referências:
[1] Jianfeng Dai, prática de aplicação de LED em horticultura 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.Situação da aplicação e perspectiva da 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].Journal of Lighting Engineering, 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 hortaliças em casa de vegetação [J].Vegetal chinês, 2012 (2): 1-7