Penelitian tentang pengaruh cahaya tambahan LED pada hasil peningkatan hasil selada hidroponik dan pakchoi di rumah kaca di musim dingin
[Abstrak] Musim dingin di Shanghai sering menemukan suhu rendah dan sinar matahari rendah, dan pertumbuhan sayuran berdaun hidroponik di rumah kaca lambat dan siklus produksinya panjang, yang tidak dapat memenuhi permintaan penawaran pasar. Dalam beberapa tahun terakhir, lampu tambahan tanaman LED telah mulai digunakan dalam budidaya dan produksi rumah kaca, sampai batas tertentu, untuk menebus cacat bahwa cahaya harian akumulasi di rumah kaca tidak dapat memenuhi kebutuhan pertumbuhan tanaman ketika cahaya alami sedang tidak memadai. Dalam percobaan, dua jenis lampu tambahan LED dengan kualitas cahaya yang berbeda dipasang di rumah kaca untuk melakukan percobaan eksplorasi meningkatkan produksi selada hidroponik dan batang hijau di musim dingin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dua jenis lampu LED dapat secara signifikan meningkatkan berat segar per tanaman Pakchoi dan selada. Efek peningkatan hasil Pakchoi terutama tercermin dalam peningkatan kualitas sensorik secara keseluruhan seperti pembesaran dan penebalan daun, dan efek peningkatan hasil dari selada terutama tercermin dalam peningkatan jumlah daun dan kandungan bahan kering.

Cahaya adalah bagian yang sangat diperlukan dari pertumbuhan tanaman. Dalam beberapa tahun terakhir, lampu LED telah banyak digunakan dalam budidaya dan produksi di lingkungan rumah kaca karena tingkat konversi fotoelektrik yang tinggi, spektrum yang dapat disesuaikan, dan umur layanan yang panjang [1]. Di negara-negara asing, karena awal penelitian terkait dan sistem pendukung yang matang, banyak produksi bunga, buah dan sayuran berskala besar memiliki strategi suplemen cahaya yang relatif lengkap. Akumulasi sejumlah besar data produksi aktual juga memungkinkan produsen untuk secara jelas memprediksi efek peningkatan produksi. Pada saat yang sama, pengembalian setelah menggunakan sistem lampu suplemen LED dievaluasi [2]. Namun, sebagian besar penelitian domestik saat ini pada cahaya tambahan bias terhadap kualitas cahaya skala kecil dan optimasi spektral, dan tidak memiliki strategi cahaya tambahan yang dapat digunakan dalam produksi aktual [3]. Banyak produsen dalam negeri akan secara 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, dan kondisi fasilitas dan peralatan. Selain itu, tingginya biaya peralatan ringan tambahan dan konsumsi energi yang tinggi sering kali menghasilkan kesenjangan yang sangat besar antara hasil panen aktual dan pengembalian ekonomi dan efek yang diharapkan. Situasi saat ini tidak kondusif untuk pengembangan dan promosi teknologi menambah cahaya dan meningkatkan produksi di negara ini. Oleh karena itu, ini adalah kebutuhan mendesak untuk secara wajar menempatkan produk cahaya tambahan LED yang matang ke dalam lingkungan produksi domestik yang sebenarnya, mengoptimalkan strategi penggunaan, dan mengakumulasi 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 ladang pertanian luar ruangan. Namun, sebuah artikel menunjukkan bahwa beberapa rumah kaca yang menua atau tidak bersih memiliki transmitansi cahaya kurang dari 50% di musim dingin .. Selain itu, cuaca hujan jangka panjang juga rentan terjadi di musim dingin, yang membuat rumah kaca di rendah- Suhu dan lingkungan cahaya rendah, yang mempengaruhi pertumbuhan normal tanaman. Cahaya telah menjadi faktor pembatas untuk pertumbuhan sayuran di musim dingin [4]. Kubus hijau yang telah dimasukkan ke dalam produksi aktual digunakan dalam percobaan. Sistem penanaman sayuran berdaun cairan dangkal dicocokkan dengan dua modul lampu atas LED Ltd. Ltd. dengan rasio cahaya biru yang berbeda. Menanam selada dan pakchoi, yang merupakan dua sayuran berdaun dengan permintaan pasar yang lebih besar, bertujuan untuk mempelajari peningkatan aktual dalam produksi sayuran daun hidroponik dengan pencahayaan LED di rumah kaca musim dingin.

Bahan dan Metode
Bahan yang digunakan untuk tes

Bahan uji yang digunakan dalam percobaan adalah selada dan sayuran packchoi. Variasi selada, selada daun hijau, berasal dari Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., dan varietas Pakchoi, hijau cemerlang, berasal dari Institut Hortikultura Akademi Ilmu Pertanian Shanghai.

Metode eksperimental

Eksperimen ini dilakukan di rumah kaca jenis kaca Wenluo dari Sunqiao dari Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd. dari November 2019 hingga Februari 2020. Sebanyak dua putaran percobaan berulang dilakukan. Babak pertama percobaan adalah pada akhir 2019, dan babak kedua adalah pada awal tahun 2020. Setelah menabur, bahan eksperimental ditempatkan di ruang iklim cahaya buatan untuk mengangkat bibit, dan irigasi pasang surut digunakan. Selama periode peningkatan bibit, larutan nutrisi umum sayuran hidroponik dengan EC 1,5 dan pH 5,5 digunakan untuk irigasi. Setelah bibit tumbuh hingga 3 daun dan 1 tahap jantung, mereka ditanam di atas jejak jejak kubus hijau aliran tempat tidur penanaman sayuran berdaun. Setelah penanaman, sistem sirkulasi larutan nutrisi aliran dangkal menggunakan larutan nutrisi EC 2 dan pH 6 untuk irigasi harian. Frekuensi irigasi adalah 10 menit dengan pasokan air dan 20 menit dengan pasokan air berhenti. Kelompok kontrol (tidak ada suplemen cahaya) dan kelompok perlakuan (suplemen lampu LED) diatur dalam percobaan. CK ditanam di rumah kaca kaca tanpa suplemen cahaya. LB: DRW-LB HO (200W) digunakan untuk melengkapi cahaya setelah ditanam di rumah kaca kaca. Kepadatan fluks cahaya (PPFD) pada permukaan kanopi sayuran hidroponik adalah sekitar 140 μmol/(㎡ · s). MB: Setelah ditanam di rumah kaca kaca, DRW-LB (200W) digunakan untuk melengkapi cahaya, dan PPFD sekitar 140 μmol/(㎡ · s).

Babak pertama tanggal penanaman eksperimental adalah 8 November 2019, dan tanggal penanaman adalah 25 November 2019. Waktu suplemen cahaya kelompok uji adalah 6: 30-17: 00; Babak kedua tanggal penanaman eksperimental adalah 30 Desember 2019 hari, tanggal penanaman adalah 17 Januari 2020, dan waktu suplemen dari kelompok eksperimen adalah 4: 00-17: 00
Dalam cuaca yang cerah di musim dingin, rumah kaca akan membuka sunroof, film sampingan dan kipas untuk ventilasi harian mulai 6: 00-17: 00. Ketika suhunya rendah di malam hari, rumah kaca akan menutup langit, film roll samping dan kipas pada 17: 00-6: 00 (hari berikutnya), dan buka tirai isolasi termal di rumah kaca untuk pelestarian panas malam.

Pengumpulan data

Tinggi tanaman, jumlah daun, dan berat segar per tanaman diperoleh setelah memanen bagian di atas tanah dari Qingjingcai dan selada. Setelah mengukur berat segar, ditempatkan dalam oven dan dikeringkan pada 75 ℃ selama 72 jam. Setelah akhir, berat kering ditentukan. Suhu di rumah kaca dan kepadatan fluks foton fotosintesis (PPFD, kepadatan fluks foton fotosintesis) dikumpulkan dan direkam setiap 5 menit dengan sensor suhu (RS-GZ-N01-2) dan sensor radiasi aktif fotosintesis (GLZ-CG).

Analisis Data

Hitung efisiensi penggunaan cahaya (LUE, efisiensi penggunaan cahaya) sesuai dengan formula berikut:
LUE (G/Mol) = Hasil Sayuran per satuan luas/Jumlah kumulatif total cahaya yang diperoleh dengan sayuran per satuan luas dari penanaman hingga panen
Hitung konten materi kering sesuai dengan formula 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 percobaan dan menganalisis signifikansi perbedaan.

Bahan dan Metode
Cahaya dan suhu

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

Selama putaran pertama percobaan, integral cahaya harian (DLI) dalam rumah kaca berfluktuasi kurang dari 14 mol/(㎡ · d). Selama putaran kedua percobaan, jumlah kumulatif harian cahaya alami di rumah kaca menunjukkan tren kenaikan keseluruhan, yang lebih tinggi dari 8 mol/(㎡ · d), dan nilai maksimum muncul pada 27 Februari 2020, yaitu 26,1 mol mol /(㎡ · D). Perubahan jumlah kumulatif harian cahaya alami di rumah kaca selama putaran kedua percobaan lebih besar dari pada putaran pertama percobaan (Gbr. 2). Selama putaran pertama percobaan, total jumlah cahaya kumulatif harian (jumlah DLI cahaya alami dan DLI lampu tambahan LED) dari kelompok cahaya tambahan lebih tinggi dari 8 mol/(㎡ · d) sebagian besar waktu. Selama putaran kedua percobaan, total akumulasi harian jumlah cahaya dari kelompok cahaya tambahan lebih dari 10 mol/(㎡ · d) sebagian besar waktu. Total jumlah akumulasi cahaya tambahan di babak kedua adalah 31,75 mol/㎡ lebih dari itu di babak pertama.

Hasil sayuran berdaun dan efisiensi pemanfaatan energi ringan

● Hasil tes putaran pertama
Dapat dilihat dari Gambar. 3 bahwa Pakchoi LED yang ditambah tumbuh lebih baik, bentuk tanaman lebih kompak, dan daunnya lebih besar dan lebih tebal dari CK yang tidak ditambah. Daun LB dan MB Pakchoi lebih cerah dan hijau lebih gelap dari CK. Dapat dilihat dari Gambar. 4 bahwa selada dengan lampu suplemen LED tumbuh lebih baik daripada CK tanpa lampu suplemen, jumlah daun lebih tinggi, dan bentuk tanaman lebih penuh.

Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan dalam tinggi tanaman, jumlah daun, kandungan bahan kering dan efisiensi pemanfaatan energi cahaya dari Pakchoi yang diobati dengan CK, LB dan MB, tetapi berat segar Pakchoi yang diobati dengan LB dan MB adalah secara signifikan lebih tinggi dari CK; Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam berat segar per tanaman antara dua lampu tumbuh LED dengan rasio cahaya biru yang berbeda dalam pengobatan LB dan MB.

Dapat dilihat dari Tabel 2 bahwa tinggi tanaman selada dalam pengobatan LB secara signifikan lebih tinggi daripada dalam pengobatan CK, tetapi tidak ada perbedaan yang signifikan antara pengobatan LB dan pengobatan MB. Ada perbedaan yang signifikan dalam jumlah daun di antara tiga perawatan, dan jumlah daun dalam perlakuan MB adalah yang tertinggi, yaitu 27. Berat segar per tanaman perlakuan LB adalah yang tertinggi, yaitu 101g. Ada juga perbedaan yang signifikan antara kedua kelompok. Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam kandungan materi kering antara perawatan CK dan LB. Isi MB adalah 4,24% lebih tinggi dari perawatan CK dan LB. Ada perbedaan yang signifikan dalam efisiensi penggunaan cahaya di antara tiga perawatan. Efisiensi penggunaan cahaya tertinggi adalah dalam pengobatan LB, yaitu 13,23 g/mol, dan yang terendah adalah dalam pengobatan CK, yaitu 10,72 g/mol.

● Hasil tes putaran kedua

Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa ketinggian tanaman Pakchoi yang diobati dengan MB secara signifikan lebih tinggi daripada CK, dan tidak ada perbedaan yang signifikan antara pengobatannya dan LB. Jumlah daun Pakchoi yang diobati dengan LB dan MB secara signifikan lebih tinggi daripada dengan CK, tetapi tidak ada perbedaan yang signifikan antara kedua kelompok perawatan ringan tambahan. Ada perbedaan yang signifikan dalam berat segar per tanaman di antara tiga perawatan. Berat segar per tanaman di CK adalah yang terendah pada 47 g, dan perlakuan MB adalah yang tertinggi pada 116 g. Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam kandungan materi kering antara ketiga perawatan. Ada perbedaan yang signifikan dalam efisiensi pemanfaatan energi cahaya. CK rendah pada 8,74 g/mol, dan pengobatan MB adalah yang tertinggi pada 13,64 g/mol.

Dapat dilihat dari Tabel 4 bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan dalam ketinggian selada di antara ketiga perawatan tersebut. Jumlah daun dalam perawatan LB dan MB secara signifikan lebih tinggi dari pada CK. Di antara mereka, jumlah daun MB adalah yang tertinggi di 26. Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam jumlah daun antara perawatan LB dan MB. Berat segar per tanaman dari dua kelompok perawatan cahaya tambahan secara signifikan lebih tinggi daripada CK, dan berat segar per tanaman adalah yang tertinggi dalam perlakuan MB, yang 133g. Ada juga perbedaan yang signifikan antara perawatan LB dan MB. Ada perbedaan yang signifikan dalam kandungan materi kering di antara tiga perawatan, dan kandungan materi kering dari perawatan LB adalah yang tertinggi, yaitu 4,05%. Efisiensi pemanfaatan energi cahaya dari pengobatan MB secara signifikan lebih tinggi daripada pengobatan CK dan LB, yaitu 12,67 g/mol.

Selama putaran kedua percobaan, total DLI dari kelompok cahaya tambahan jauh lebih tinggi dari DLI selama jumlah hari penjajahan yang sama selama putaran pertama percobaan (Gambar 1-2), dan waktu cahaya tambahan dari lampu tambahan tambahan Kelompok Perlakuan dalam Babak Kedua Eksperimen (4: 00-00- 17:00). Dibandingkan dengan putaran pertama percobaan (6: 30-17: 00), itu meningkat 2,5 jam. Waktu panen dari dua putaran Pakchoi adalah 35 hari setelah penanaman. Berat segar tanaman individu CK dalam dua putaran serupa. Perbedaan berat segar per tanaman dalam pengobatan LB dan MB dibandingkan dengan CK pada putaran kedua percobaan jauh lebih besar daripada perbedaan berat segar per tanaman dibandingkan dengan CK pada putaran pertama percobaan (Tabel 1, Tabel 3). Waktu panen dari putaran kedua selada eksperimental adalah 42 hari setelah penanaman, dan waktu panen dari putaran pertama selada eksperimental adalah 46 hari setelah penanaman. Jumlah hari penjajahan ketika putaran kedua selada eksperimental CK dipanen adalah 4 hari kurang dari putaran pertama, tetapi berat segar per tanaman adalah 1,57 kali dari putaran pertama percobaan (Tabel 2 dan Tabel 4), dan efisiensi pemanfaatan energi cahaya serupa. Dapat dilihat bahwa ketika suhu secara bertahap menghangat dan cahaya alami di rumah kaca secara bertahap meningkat, siklus produksi selada diperpendek.

Bahan dan Metode
Dua putaran pengujian pada dasarnya menutupi seluruh musim dingin di Shanghai, dan kelompok kontrol (CK) mampu relatif mengembalikan status produksi aktual batang hijau hidroponik dan selada di rumah kaca di bawah suhu rendah dan sinar matahari rendah di musim dingin. Kelompok percobaan suplemen cahaya memiliki efek promosi yang signifikan pada indeks data yang paling intuitif (berat segar per pabrik) dalam dua putaran percobaan. Di antara mereka, hasil peningkatan hasil Pakchoi tercermin dalam ukuran, warna dan ketebalan daun pada saat yang sama. Tapi selada cenderung meningkatkan jumlah daun, dan bentuk tanaman terlihat lebih penuh. Hasil tes menunjukkan bahwa suplementasi cahaya dapat meningkatkan bobot segar dan kualitas produk dalam penanaman dua kategori sayuran, sehingga meningkatkan komersialitas produk sayuran. Pakchoi yang dilengkapi dengan modul-modul atas LED putih merah, biru rendah dan merah-putih, biru-biru, tampilan hijau lebih gelap dan berkilau daripada daun tanpa cahaya tambahan, daunnya lebih besar dan lebih tebal, dan tren pertumbuhan dari Seluruh jenis tanaman lebih kompak dan kuat. Namun, "selada mosaik" milik sayuran berdaun hijau muda, dan tidak ada proses perubahan warna yang jelas dalam proses pertumbuhan. Perubahan warna daun tidak jelas bagi mata manusia. Proporsi cahaya biru yang tepat dapat mempromosikan perkembangan daun dan sintesis pigmen fotosintesis, dan menghambat perpanjangan ke dalam. Oleh karena itu, sayuran dalam kelompok suplemen cahaya lebih disukai oleh konsumen dalam kualitas penampilan.

Selama putaran kedua tes, total jumlah 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 lampu tambahan Waktu putaran kedua dari kelompok perlakuan ringan tambahan (4: 00-17: 00), dibandingkan dengan putaran pertama percobaan (6: 30-17: 00), meningkat sebesar 2,5 jam. Waktu panen dari dua putaran Pakchoi adalah 35 hari setelah penanaman. Berat segar CK dalam dua putaran serupa. Perbedaan berat segar per tanaman antara perlakuan LB dan MB dan CK pada putaran kedua percobaan jauh lebih besar daripada perbedaan berat segar per tanaman dengan CK pada putaran pertama percobaan (Tabel 1 dan Tabel 3). Oleh karena itu, memperpanjang waktu suplemen cahaya dapat mempromosikan peningkatan produksi pakchoi hidroponik yang dibudidayakan di dalam ruangan di musim dingin. Waktu panen dari putaran kedua selada eksperimental adalah 42 hari setelah penanaman, dan waktu panen dari putaran pertama selada eksperimental adalah 46 hari setelah penanaman. Ketika putaran kedua selada eksperimental dipanen, jumlah hari kolonisasi kelompok CK adalah 4 hari lebih sedikit dari putaran pertama. Namun, berat segar dari satu tanaman adalah 1,57 kali lipat dari putaran pertama percobaan (Tabel 2 dan Tabel 4). Efisiensi pemanfaatan energi cahaya serupa. Dapat dilihat bahwa ketika suhu perlahan-lahan naik dan cahaya alami di rumah kaca secara bertahap meningkat (Gambar 1-2), siklus produksi selada dapat dipersingkat. Oleh karena itu, menambahkan peralatan ringan 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. Dalam babak pertama percobaan, pabrik menu daun melengkapi konsumsi daya ringan adalah 0,95 kW-h, dan dalam putaran kedua percobaan, pabrik menu daun yang ditambah konsumsi daya ringan adalah 1,15 kW-h. Dibandingkan antara dua putaran percobaan, konsumsi cahaya dari tiga perawatan Pakchoi, efisiensi pemanfaatan energi dalam percobaan kedua lebih rendah dari pada percobaan pertama. Efisiensi pemanfaatan energi cahaya dari selada CK dan kelompok perlakuan ringan tambahan dalam percobaan kedua sedikit lebih rendah dari pada percobaan pertama. Disimpulkan bahwa alasan yang mungkin adalah bahwa suhu rata -rata harian yang rendah dalam waktu seminggu setelah penanaman membuat periode bibit yang lambat lebih lama, dan meskipun suhu sedikit rebound selama percobaan, kisarannya terbatas, dan suhu rata -rata harian secara keseluruhan masih ada Pada tingkat rendah, yang membatasi efisiensi pemanfaatan energi cahaya selama siklus pertumbuhan keseluruhan untuk hidroponik sayuran berdaun. (Gambar 1).

Selama percobaan, kumpulan larutan nutrisi tidak dilengkapi dengan peralatan pemanasan, sehingga lingkungan akar sayuran berdaun hidroponik selalu pada tingkat suhu rendah, dan suhu rata -rata harian terbatas, yang menyebabkan sayuran gagal memanfaatkan penuh penuh sepenuhnya dari cahaya kumulatif harian meningkat dengan memperluas lampu tambahan LED. Oleh karena itu, ketika melengkapi cahaya di rumah kaca di musim dingin, perlu untuk mempertimbangkan pelestarian panas dan langkah -langkah pemanasan yang tepat untuk memastikan efek menambah cahaya untuk meningkatkan produksi. Oleh karena itu, perlu untuk mempertimbangkan langkah -langkah pelestarian panas yang tepat dan kenaikan suhu 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 bukan industri hasil tinggi. Oleh karena itu, mengenai cara mengoptimalkan strategi cahaya tambahan dan bekerja sama dengan langkah -langkah lain dalam produksi aktual sayuran berdaun hidroponik di rumah kaca musim dingin, dan cara menggunakan peralatan ringan tambahan untuk mencapai produksi yang efisien dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi ringan dan manfaat ekonomi , masih membutuhkan eksperimen produksi lebih lanjut.

Penulis: Yiming JI, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Sumber Artikel: Teknologi Teknik Pertanian (Hortikultura Rumah Kaca).

Referensi:
[1] Jianfeng Dai, Philips Hortikultura LED Praktik Aplikasi dalam Produksi Rumah Kaca [J]. Teknologi Teknik Pertanian, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, dkk. Status aplikasi dan prospek teknologi suplemen cahaya untuk buah dan sayuran yang dilindungi [J]. Hortikultura Utara, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, dkk. Status Penelitian dan Aplikasi dan Strategi Pengembangan Pencahayaan Tanaman [J]. Journal of Lighting Engineering, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, dkk. Aplikasi Sumber Cahaya dan Kontrol Kualitas Cahaya dalam Produksi Sayuran Rumah Kaca [J]. Sayuran Cina, 2012 (2): 1-7