Penelitian Pengaruh Pencahayaan Tambahan LED terhadap Peningkatan Hasil Tanaman Selada dan Pakchoi Hidroponik di Rumah Kaca pada Musim Dingin
[Abstrak] Musim dingin di Shanghai sering mengalami suhu rendah dan sinar matahari rendah, dan pertumbuhan sayuran berdaun hidroponik di rumah kaca lambat dan siklus produksinya panjang, yang tidak dapat memenuhi permintaan pasokan pasar.Dalam beberapa tahun terakhir, lampu tambahan tanaman LED telah mulai digunakan dalam penanaman dan produksi rumah kaca, sampai batas tertentu, untuk menutupi kekurangan bahwa cahaya yang terakumulasi setiap hari di rumah kaca tidak dapat memenuhi kebutuhan pertumbuhan tanaman ketika cahaya alami tidak tersedia. tidak memadai.Dalam percobaan tersebut, dua jenis lampu tambahan LED dengan kualitas cahaya berbeda dipasang di rumah kaca untuk melakukan percobaan eksplorasi peningkatan produksi selada hidroponik dan batang hijau di musim dingin.Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedua jenis lampu LED tersebut dapat meningkatkan berat segar per tanaman pakchoi dan selada secara nyata.Efek peningkatan hasil pakchoi terutama tercermin dalam peningkatan kualitas sensorik secara keseluruhan seperti pembesaran dan penebalan daun, dan efek peningkatan hasil selada terutama tercermin dalam peningkatan jumlah daun dan kandungan bahan kering.

Cahaya adalah bagian tak terpisahkan dari pertumbuhan tanaman.Dalam beberapa tahun terakhir, lampu LED telah banyak digunakan dalam penanaman dan produksi di lingkungan rumah kaca karena tingkat konversi fotolistriknya yang tinggi, spektrum yang dapat disesuaikan, dan masa pakai yang lama [1].Di luar negeri, karena awal penelitian terkait dan sistem pendukung yang matang, banyak produksi bunga, buah dan sayuran skala besar memiliki strategi suplemen ringan yang relatif lengkap.Akumulasi sejumlah besar data produksi aktual juga memungkinkan produsen memprediksi dengan jelas efek peningkatan produksi.Pada saat yang sama, pengembalian setelah menggunakan sistem lampu pelengkap LED dievaluasi [2].Namun, sebagian besar penelitian dalam negeri saat ini tentang cahaya tambahan bias terhadap kualitas cahaya skala kecil dan optimalisasi spektral, dan tidak memiliki strategi cahaya tambahan yang dapat digunakan dalam produksi aktual[3].Banyak produsen dalam negeri akan langsung menggunakan solusi pencahayaan tambahan asing yang ada saat menerapkan teknologi pencahayaan tambahan untuk produksi, terlepas dari kondisi iklim area produksi, jenis sayuran yang diproduksi, serta kondisi fasilitas dan peralatan.Selain itu, tingginya biaya peralatan lampu tambahan dan konsumsi energi yang tinggi sering mengakibatkan kesenjangan yang besar antara hasil panen aktual dan pengembalian ekonomi dengan efek yang diharapkan.Situasi saat ini tidak kondusif untuk pengembangan dan promosi teknologi untuk menambah cahaya dan meningkatkan produksi di dalam negeri.Oleh karena itu, merupakan kebutuhan mendesak untuk secara wajar menempatkan produk lampu tambahan LED yang matang ke dalam lingkungan produksi dalam negeri yang sebenarnya, mengoptimalkan strategi penggunaan, dan mengumpulkan data yang relevan.

Musim dingin adalah musim ketika sayuran berdaun segar sangat diminati.Rumah kaca dapat menyediakan lingkungan yang lebih cocok untuk pertumbuhan sayuran berdaun di musim dingin daripada lahan pertanian di luar ruangan.Namun, sebuah artikel menunjukkan bahwa beberapa rumah kaca yang tua atau kurang bersih memiliki transmisi cahaya kurang dari 50% di musim dingin. Selain itu, cuaca hujan jangka panjang juga cenderung terjadi di musim dingin, yang membuat rumah kaca menjadi rendah- suhu dan lingkungan cahaya rendah, yang mempengaruhi pertumbuhan normal tanaman.Cahaya telah menjadi faktor pembatas pertumbuhan sayuran di musim dingin [4].Kubus Hijau yang telah dimasukkan ke dalam produksi sebenarnya digunakan dalam percobaan.Sistem penanaman sayuran berdaun aliran cair dangkal cocok dengan dua modul lampu atas LED Signify (China) Investment Co., Ltd. dengan rasio cahaya biru yang berbeda.Penanaman selada dan pakchoi, yang merupakan dua sayuran berdaun dengan permintaan pasar yang lebih besar, bertujuan untuk mempelajari peningkatan produksi sayuran daun hidroponik yang sebenarnya dengan pencahayaan LED di rumah kaca musim dingin.

Bahan dan metode
Bahan yang digunakan untuk pengujian

Bahan uji yang digunakan dalam percobaan adalah selada dan sayuran packchoi.Varietas selada, Green Leaf Lettuce, berasal dari Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., dan varietas pakchoi, Brilliant Green, berasal dari Institut Hortikultura Akademi Ilmu Pertanian Shanghai.

Metode eksperimen

Percobaan dilakukan di rumah kaca kaca tipe Wenluo di pangkalan Sunqiao dari kubus hijau Shanghai Agricultural Development Co., Ltd. dari November 2019 hingga Februari 2020. Sebanyak dua putaran percobaan berulang dilakukan.Percobaan putaran pertama dilakukan pada akhir tahun 2019, dan putaran kedua pada awal tahun 2020. Setelah disemai, bahan percobaan ditempatkan di ruang iklim cahaya buatan untuk pembibitan, dan irigasi pasang surut digunakan.Selama periode pembibitan, larutan nutrisi umum sayuran hidroponik dengan EC 1,5 dan pH 5,5 digunakan untuk irigasi.Setelah bibit tumbuh menjadi 3 daun dan 1 tahap jantung, mereka ditanam di petak tanam sayuran berdaun aliran dangkal tipe jalur kubus hijau.Setelah tanam, sistem sirkulasi larutan nutrisi aliran dangkal menggunakan larutan nutrisi EC 2 dan pH 6 untuk irigasi harian.Frekuensi irigasi adalah 10 menit dengan suplai air dan 20 menit dengan suplai air dihentikan.Kelompok kontrol (tanpa suplemen cahaya) dan kelompok perlakuan (suplemen lampu LED) ditetapkan dalam percobaan.CK ditanam di rumah kaca kaca tanpa tambahan cahaya.LB: drw-lb Ho (200W) digunakan untuk menambah cahaya setelah tanam di rumah kaca kaca.Kepadatan fluks cahaya (PPFD) pada permukaan kanopi sayuran hidroponik adalah sekitar 140 μmol/(㎡·S).MB: setelah menanam di rumah kaca kaca, drw-lb (200W) digunakan untuk menambah cahaya, dan PPFD sekitar 140 μmol/(㎡·S).

Tanggal tanam percobaan putaran pertama adalah 8 November 2019, dan tanggal tanam adalah 25 November 2019. Waktu penambahan cahaya kelompok uji adalah 6:30-17:00;tanggal tanam percobaan putaran kedua adalah hari 30 Desember 2019, tanggal tanam 17 Januari 2020, dan waktu tambahan kelompok percobaan adalah 4:00-17:00
Dalam cuaca cerah di musim dingin, rumah kaca akan membuka sunroof, film samping, dan kipas angin untuk ventilasi harian dari pukul 06:00-17:00.Saat suhu rendah di malam hari, rumah kaca akan menutup jendela atap, film rol samping, dan kipas pada pukul 17:00-06:00 (keesokan harinya), dan membuka tirai isolasi termal di rumah kaca untuk menjaga panas malam.

Pengumpulan data

Tinggi tanaman, jumlah daun, dan berat segar per tanaman diperoleh setelah memanen bagian atas Qingjingcai dan selada.Setelah berat segar diukur, dimasukkan ke dalam oven dan dikeringkan pada suhu 75℃ selama 72 jam.Setelah selesai, ditentukan berat keringnya.Suhu di rumah kaca dan Kepadatan Fluks Foton Fotosintetik (PPFD, Kepadatan Fluks Foton Fotosintetik) dikumpulkan dan dicatat setiap 5 menit oleh sensor suhu (RS-GZ-N01-2) dan sensor radiasi aktif fotosintesis (GLZ-CG).

Analisis data

Hitung efisiensi penggunaan cahaya (LUE, Light Use Efficiency) menurut rumus berikut:
LUE (g/mol) = hasil sayuran per satuan luas/total kumulatif jumlah cahaya yang diperoleh sayuran per satuan luas dari penanaman hingga panen
Hitung kandungan bahan kering menurut rumus berikut:
Kandungan bahan kering (%) = berat kering per tanaman/berat segar per tanaman x 100%
Gunakan Excel2016 dan IBM SPSS Statistics 20 untuk menganalisis data dalam eksperimen dan menganalisis signifikansi perbedaannya.

Bahan dan metode
Cahaya dan Suhu

Percobaan putaran pertama membutuhkan waktu 46 hari dari penanaman hingga panen, dan percobaan putaran kedua membutuhkan waktu 42 hari dari penanaman hingga panen.Selama putaran pertama percobaan, suhu rata-rata harian di dalam rumah kaca sebagian besar berkisar antara 10-18 ℃;selama putaran kedua percobaan, fluktuasi suhu rata-rata harian di dalam rumah kaca lebih parah daripada selama percobaan putaran pertama, dengan suhu rata-rata harian terendah 8,39 ℃ dan suhu rata-rata harian tertinggi 20,23 ℃.Suhu rata-rata harian menunjukkan tren kenaikan secara keseluruhan selama proses pertumbuhan (Gbr. 1).

Selama percobaan putaran pertama, integral cahaya harian (DLI) dalam rumah kaca berfluktuasi kurang dari 14 mol/(㎡·D).Selama percobaan putaran kedua, jumlah kumulatif cahaya alami harian di dalam rumah kaca menunjukkan tren peningkatan secara keseluruhan, yaitu lebih tinggi dari 8 mol/(㎡·D), dan nilai maksimum muncul pada 27 Februari 2020, yaitu 26,1 mol /(㎡·D).Perubahan jumlah kumulatif harian cahaya alami di dalam rumah kaca selama percobaan putaran kedua lebih besar dibandingkan dengan percobaan putaran pertama (Gbr. 2).Selama percobaan putaran pertama, total jumlah cahaya kumulatif harian (jumlah dari DLI cahaya alami dan DLI cahaya tambahan yang dipimpin) dari kelompok cahaya tambahan hampir selalu lebih tinggi dari 8 mol/(㎡·D).Selama putaran kedua percobaan, total jumlah cahaya harian yang terakumulasi dari kelompok cahaya tambahan hampir sepanjang waktu lebih dari 10 mol/(㎡·D).Total akumulasi jumlah cahaya tambahan pada putaran kedua adalah 31,75 mol/㎡ lebih banyak dari pada putaran pertama.

Efisiensi Pemanfaatan Energi Ringan dan Hasil Sayuran Daun

●Hasil tes putaran pertama
Terlihat dari Gambar 3 bahwa pakchoi yang disuplementasi LED tumbuh lebih baik, bentuk tanaman lebih kompak, dan daunnya lebih besar dan tebal dibandingkan CK yang tidak disuplementasi.Daun pakchoi LB dan MB lebih terang dan hijau lebih gelap dari CK.Dapat dilihat dari Gambar 4 bahwa selada dengan lampu tambahan LED tumbuh lebih baik daripada selada tanpa lampu tambahan, jumlah daun lebih banyak, dan bentuk tanaman lebih berisi.

Terlihat dari Tabel 1 bahwa tidak terdapat perbedaan yang nyata pada tinggi tanaman, jumlah daun, kandungan bahan kering dan efisiensi pemanfaatan energi ringan pakchoi yang diberi perlakuan CK, LB dan MB, namun bobot segar pakchoi yang diberi perlakuan LB dan MB adalah secara signifikan lebih tinggi dari CK;Tidak terdapat perbedaan bobot segar per tanaman yang signifikan antara kedua lampu LED grow dengan rasio blue light yang berbeda pada perlakuan LB dan MB.

Terlihat dari tabel 2 bahwa tinggi tanaman selada pada perlakuan LB lebih tinggi nyata dibandingkan dengan perlakuan CK, namun tidak terdapat perbedaan yang nyata antara perlakuan LB dan perlakuan MB.Terdapat perbedaan jumlah daun yang nyata diantara ketiga perlakuan, dan jumlah daun pada perlakuan MB paling tinggi yaitu 27. Bobot segar per tanaman pada perlakuan LB paling tinggi yaitu 101g.Ada juga perbedaan yang signifikan antara kedua kelompok.Tidak ada perbedaan yang signifikan pada kandungan bahan kering antara perlakuan CK dan LB.Kandungan MB lebih tinggi 4,24% dibandingkan perlakuan CK dan LB.Ada perbedaan yang signifikan dalam efisiensi penggunaan cahaya di antara ketiga perlakuan.Efisiensi penggunaan cahaya tertinggi pada perlakuan LB yaitu 13,23 g/mol, dan terendah pada perlakuan CK yaitu 10,72 g/mol.

●Hasil tes putaran kedua

Terlihat dari Tabel 3 bahwa tinggi tanaman Pakchoi yang diberi perlakuan MB lebih tinggi nyata dibandingkan dengan CK, dan tidak ada perbedaan yang nyata antara perlakuan LB dengan perlakuan LB.Jumlah daun pakchoi yang diberi perlakuan LB dan MB lebih tinggi secara nyata dibandingkan dengan CK, tetapi tidak ada perbedaan yang nyata antara kedua kelompok perlakuan cahaya tambahan.Terdapat perbedaan bobot segar per tanaman yang nyata pada ketiga perlakuan.Bobot segar per tanaman pada CK paling rendah yaitu 47 g, dan perlakuan MB paling tinggi yaitu 116 g.Kandungan bahan kering antara ketiga perlakuan tidak berbeda nyata.Ada perbedaan yang signifikan dalam efisiensi pemanfaatan energi cahaya.CK rendah yaitu 8,74 g/mol, dan perlakuan MB paling tinggi yaitu 13,64 g/mol.

Terlihat dari Tabel 4 bahwa tidak terdapat perbedaan yang nyata pada tinggi tanaman selada diantara ketiga perlakuan.Jumlah daun pada perlakuan LB dan MB nyata lebih tinggi dibandingkan pada perlakuan CK.Diantaranya jumlah daun MB tertinggi yaitu 26. Tidak terdapat perbedaan jumlah daun yang nyata antara perlakuan LB dan MB.Bobot segar per tanaman kedua kelompok perlakuan cahaya tambahan nyata lebih tinggi dibandingkan dengan CK, dan bobot segar per tanaman tertinggi pada perlakuan MB, yaitu 133g.Ada juga perbedaan yang signifikan antara perawatan LB dan MB.Terdapat perbedaan yang nyata pada kandungan bahan kering diantara ketiga perlakuan, dan kandungan bahan kering pada perlakuan LB paling tinggi yaitu 4,05%.Efisiensi pemanfaatan energi cahaya pada perlakuan MB jauh lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan CK dan LB, yaitu sebesar 12,67 g/mol.

Selama percobaan putaran kedua, total DLI dari kelompok cahaya tambahan jauh lebih tinggi daripada DLI selama jumlah hari kolonisasi yang sama selama percobaan putaran pertama (Gambar 1-2), dan waktu cahaya tambahan dari cahaya tambahan kelompok perlakuan pada percobaan putaran kedua (4:00-00-17:00).Dibandingkan dengan percobaan putaran pertama (06:30-17:00), itu meningkat 2,5 jam.Waktu panen pakchoi dua putaran adalah 35 hari setelah tanam.Bobot segar tanaman individu CK pada kedua putaran hampir sama.Perbedaan bobot segar per tanaman pada perlakuan LB dan MB dibandingkan dengan CK pada percobaan putaran kedua jauh lebih besar dibandingkan dengan perbedaan bobot segar per tanaman dibandingkan dengan CK pada percobaan putaran pertama (Tabel 1, Tabel 3).Waktu panen selada percobaan putaran kedua adalah 42 hari setelah tanam, dan waktu panen selada percobaan putaran pertama adalah 46 hari setelah tanam.Jumlah hari kolonisasi saat putaran kedua selada percobaan CK dipanen 4 hari lebih sedikit dibandingkan putaran pertama, namun bobot segar per tanaman 1,57 kali lipat dari percobaan putaran pertama (Tabel 2 dan Tabel 4), dan efisiensi pemanfaatan energi cahaya serupa.Dapat dilihat bahwa ketika suhu secara bertahap menghangat dan cahaya alami di dalam rumah kaca secara bertahap meningkat, siklus produksi selada menjadi lebih pendek.

Bahan dan metode
Dua putaran pengujian pada dasarnya mencakup seluruh musim dingin di Shanghai, dan kelompok kontrol (CK) relatif mampu memulihkan status produksi sebenarnya dari batang hijau dan selada hidroponik di rumah kaca di bawah suhu rendah dan sinar matahari rendah di musim dingin.Kelompok percobaan suplemen ringan memiliki efek promosi yang signifikan pada indeks data yang paling intuitif (berat segar per tanaman) dalam dua putaran percobaan.Diantaranya, efek peningkatan hasil Pakchoi tercermin dalam ukuran, warna dan ketebalan daun pada saat yang bersamaan.Namun selada cenderung menambah jumlah daun, dan bentuk tanaman terlihat lebih berisi.Hasil pengujian menunjukkan suplementasi cahaya dapat meningkatkan bobot segar dan mutu produk pada penanaman kedua kategori sayuran tersebut, sehingga meningkatkan komersialitas produk sayuran tersebut.Pakchoi dilengkapi dengan Modul lampu atas LED merah-putih, rendah-biru dan merah-putih, biru-tengah berwarna hijau tua dan berkilau dalam penampilan daripada daun tanpa cahaya tambahan, daun lebih besar dan lebih tebal, dan tren pertumbuhan seluruh jenis tanaman lebih kompak dan kuat.Namun, "selada mosaik" termasuk sayuran berdaun hijau muda, dan tidak ada proses perubahan warna yang jelas dalam proses pertumbuhannya.Perubahan warna daun tidak terlihat oleh mata manusia.Proporsi cahaya biru yang tepat dapat mendorong perkembangan daun dan sintesis pigmen fotosintesis, dan menghambat pemanjangan ruas.Oleh karena itu, sayuran pada kelompok suplemen ringan lebih disukai konsumen secara kualitas penampilan.

Selama pengujian putaran kedua, total kuantitas cahaya kumulatif harian dari kelompok cahaya tambahan jauh lebih tinggi daripada DLI selama jumlah hari kolonisasi yang sama selama putaran pertama percobaan (Gambar 1-2), dan cahaya tambahan waktu putaran kedua kelompok perlakuan cahaya tambahan (4:00-17:00), dibandingkan dengan putaran pertama percobaan (6:30-17:00), bertambah 2,5 jam.Waktu panen pakchoi dua putaran adalah 35 hari setelah tanam.Bobot segar CK pada dua putaran tersebut hampir sama.Perbedaan bobot segar per tanaman antara perlakuan LB dan MB dengan CK pada percobaan putaran kedua jauh lebih besar dibandingkan perbedaan bobot segar per tanaman dengan CK pada percobaan putaran pertama (Tabel 1 dan Tabel 3).Oleh karena itu, memperpanjang waktu suplemen cahaya dapat mendorong peningkatan produksi Pakchoi hidroponik yang dibudidayakan di dalam ruangan di musim dingin.Waktu panen selada percobaan putaran kedua adalah 42 hari setelah tanam, dan waktu panen selada percobaan putaran pertama adalah 46 hari setelah tanam.Pada saat pemanenan selada percobaan putaran kedua, jumlah hari kolonisasi kelompok CK lebih sedikit 4 hari dibandingkan putaran pertama.Namun, bobot segar tanaman tunggal adalah 1,57 kali lipat dari percobaan putaran pertama (Tabel 2 dan Tabel 4).Efisiensi pemanfaatan energi cahaya serupa.Dapat dilihat bahwa ketika suhu perlahan naik dan cahaya alami di dalam rumah kaca meningkat secara bertahap (Gambar 1-2), siklus produksi selada dapat dipersingkat.Oleh karena itu, menambahkan peralatan penerangan tambahan ke rumah kaca di musim dingin dengan suhu rendah dan sinar matahari rendah dapat secara efektif meningkatkan efisiensi produksi selada, dan kemudian meningkatkan produksi.Pada percobaan putaran pertama, tanaman menu daun menambah konsumsi daya cahaya adalah 0,95 kw-jam, dan pada percobaan putaran kedua, tanaman menu daun menambah konsumsi daya cahaya adalah 1,15 kw-jam.Dibandingkan antara dua putaran percobaan, konsumsi ringan dari ketiga perlakuan Pakchoi, efisiensi penggunaan energi pada percobaan kedua lebih rendah dibandingkan percobaan pertama.Efisiensi pemanfaatan energi cahaya kelompok perlakuan cahaya tambahan selada CK dan LB pada percobaan kedua sedikit lebih rendah daripada percobaan pertama.Disimpulkan bahwa alasan yang mungkin adalah bahwa suhu rata-rata harian yang rendah dalam seminggu setelah tanam membuat periode pembibitan lambat lebih lama, dan meskipun suhu sedikit meningkat selama percobaan, kisarannya terbatas, dan suhu rata-rata harian keseluruhan masih pada tingkat rendah, yang membatasi efisiensi pemanfaatan energi cahaya selama siklus pertumbuhan keseluruhan untuk hidroponik sayuran berdaun.(Gambar 1).

Selama percobaan, kolam larutan nutrisi tidak dilengkapi dengan peralatan penghangat, sehingga lingkungan akar sayuran daun hidroponik selalu pada tingkat suhu rendah, dan suhu rata-rata harian terbatas, yang menyebabkan sayuran tidak dapat dimanfaatkan secara maksimal. dari cahaya kumulatif harian meningkat dengan memperpanjang lampu tambahan LED.Oleh karena itu, ketika menambah cahaya di rumah kaca di musim dingin, perlu untuk mempertimbangkan tindakan pelestarian panas dan pemanasan yang tepat untuk memastikan efek penambahan cahaya untuk meningkatkan produksi.Oleh karena itu, perlu untuk mempertimbangkan langkah-langkah pelestarian panas dan peningkatan suhu yang tepat untuk memastikan efek suplemen cahaya dan peningkatan hasil di rumah kaca musim dingin.Penggunaan lampu tambahan LED akan meningkatkan biaya produksi sampai batas tertentu, dan produksi pertanian itu sendiri bukanlah industri hasil tinggi.Oleh karena itu, mengenai bagaimana mengoptimalkan strategi cahaya tambahan dan bekerja sama dengan langkah-langkah lain dalam produksi aktual sayuran berdaun hidroponik di rumah kaca musim dingin, dan bagaimana menggunakan peralatan cahaya tambahan untuk mencapai produksi yang efisien dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi cahaya dan manfaat ekonomi. , masih perlu percobaan produksi lebih lanjut.

Penulis: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Sumber artikel: Teknologi Rekayasa Pertanian (Hortikultura Rumah Kaca).

Referensi:
[1] Jianfeng Dai, praktik aplikasi LED hortikultura Philips dalam produksi rumah kaca [J].Teknologi Rekayasa Pertanian, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lagu Lanfang, Zhengli Jin, dkk.Status aplikasi dan Prospek teknologi suplemen ringan untuk buah dan sayuran yang dilindungi [J].Hortikultura utara, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, dkk.Status penelitian dan penerapan serta strategi pengembangan pencahayaan tanaman [J].Jurnal teknik pencahayaan, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, dkk.Penerapan sumber cahaya dan kontrol kualitas cahaya dalam produksi sayuran rumah kaca [J].sayur cina, 2012 (2): 1-7