Onderzoek naar het effect van LED-aanvullende verlichting op de opbrengstverhoging van hydrocultuur sla en paksoi in een kas gedurende de winter.
[Abstract] De winter in Shanghai wordt vaak gekenmerkt door lage temperaturen en weinig zonlicht, waardoor de groei van bladgroenten in kassen traag verloopt en de productiecyclus lang is. Dit kan de marktvraag niet dekken. De laatste jaren worden LED-plantenlampen steeds vaker gebruikt in de kassenteelt, om het tekort aan natuurlijk licht te compenseren. In dit experiment werden twee soorten LED-plantenlampen met verschillende lichtkwaliteit in een kas geïnstalleerd om de productie van sla en sperziebonen in de winter te verhogen. De resultaten toonden aan dat beide soorten LED-lampen het versgewicht per plant van paksoi en sla aanzienlijk verhogen. Het opbrengstverhogende effect bij paksoi komt vooral tot uiting in de verbetering van de algehele sensorische kwaliteit, zoals bladvergroting en -verdikking. Bij sla komt het opbrengstverhogende effect vooral tot uiting in de toename van het aantal bladeren en het droge stofgehalte.

Licht is een onmisbaar onderdeel van plantengroei. De laatste jaren worden LED-lampen veelvuldig gebruikt in de teelt en productie in kassen vanwege hun hoge foto-elektrische conversieratio, aanpasbaar spectrum en lange levensduur [1]. In het buitenland beschikken veel grootschalige teeltbedrijven van bloemen, fruit en groenten, dankzij de vroege start van gerelateerd onderzoek en de reeds ontwikkelde ondersteunende systemen, over relatief complete strategieën voor lichtaanvulling. De grote hoeveelheid praktijkgegevens stelt producenten in staat om het effect van productieverhoging nauwkeurig te voorspellen. Tegelijkertijd wordt het rendement na gebruik van LED-lichtsystemen geëvalueerd [2]. Het meeste huidige binnenlandse onderzoek naar lichtaanvulling is echter gericht op kleinschalige lichtkwaliteit en spectrale optimalisatie, en mist strategieën voor lichtaanvulling die in de praktijk kunnen worden toegepast [3]. Veel binnenlandse producenten gebruiken direct bestaande buitenlandse oplossingen voor lichtaanvulling wanneer ze lichtaanvullingstechnologie in de productie toepassen, ongeacht de klimatologische omstandigheden van het teeltgebied, de soorten geteelde groenten en de staat van de faciliteiten en apparatuur. Bovendien leiden de hoge kosten van lichtaanvullingsapparatuur en het hoge energieverbruik vaak tot een grote kloof tussen de werkelijke gewasopbrengst en het verwachte effect. De huidige situatie is niet bevorderlijk voor de ontwikkeling en promotie van de technologie voor aanvullende verlichting en voor het verhogen van de productie in het land. Daarom is het dringend noodzakelijk om beproefde LED-producten voor aanvullende verlichting op een verstandige manier in de praktijk te brengen in binnenlandse productieomgevingen, de gebruiksstrategieën te optimaliseren en relevante gegevens te verzamelen.

De winter is het seizoen waarin er grote vraag is naar verse bladgroenten. Kasen bieden een geschiktere omgeving voor de teelt van bladgroenten in de winter dan openluchtvelden. Een artikel wees er echter op dat sommige verouderde of slecht gereinigde kassen in de winter een lichtdoorlatendheid hebben van minder dan 50%. Bovendien is er in de winter vaak sprake van langdurige regenval, waardoor de kas een lage temperatuur en weinig licht kent, wat de normale groei van planten beïnvloedt. Licht is in de winter een beperkende factor geworden voor de groei van groenten [4]. In dit experiment wordt gebruikgemaakt van de Green Cube, die al in productie is. Het ondiepe vloeistofstroomsysteem voor bladgroenten is gecombineerd met twee LED-toplichtmodules van Signify (China) Investment Co., Ltd. met verschillende blauwlichtverhoudingen. Door het telen van sla en paksoi, twee bladgroenten met een grote marktvraag, wordt onderzocht of LED-verlichting in de winter de productie van hydrocultuurbladgroenten daadwerkelijk verhoogt.

Materialen en methoden
Materialen gebruikt voor de test

De testmaterialen die in het experiment werden gebruikt, waren sla en paksoi. De slasoort 'Green Leaf Lettuce' is afkomstig van Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., en de paksoisoort 'Briljant Groen' is afkomstig van het Tuinbouwinstituut van de Shanghai Academie voor Landbouwwetenschappen.

Experimentele methode

Het experiment werd uitgevoerd in de Wenluo-type glazen kas van de Sunqiao-vestiging van Shanghai Green Cube Agricultural Development Co., Ltd. van november 2019 tot februari 2020. In totaal werden twee rondes van herhaalde experimenten uitgevoerd. De eerste ronde vond plaats eind 2019 en de tweede ronde begin 2020. Na het zaaien werden de proefplanten in een klimaatkamer met kunstlicht geplaatst voor de opkweek, waarbij gebruik werd gemaakt van getijde-irrigatie. Tijdens de opkweekperiode werd een algemene voedingsoplossing voor hydrocultuurgroenten met een EC van 1,5 en een pH van 5,5 gebruikt voor de irrigatie. Nadat de zaailingen het stadium van 3 bladeren en 1 hart hadden bereikt, werden ze uitgeplant in een ondiep stromend teeltbed voor bladgroenten van het Green Cube-type. Na het planten werd dagelijks geïrrigeerd met een ondiep stromend voedingsoplossingssysteem met een EC van 2 en een pH van 6. De irrigatiefrequentie was 10 minuten wateraanvoer en 20 minuten waterstop. In het experiment werden een controlegroep (geen extra licht) en een behandelingsgroep (extra LED-licht) ingesteld. CK werd in een glazen kas zonder extra licht geplaatst. LB: na het planten in de glazen kas werd extra licht gegeven met een drw-lb Ho-lamp (200W). De lichtfluxdichtheid (PPFD) op het oppervlak van het hydrocultuurgroentegewas bedroeg ongeveer 140 μmol/(㎡·S). MB: na het planten in de glazen kas werd extra licht gegeven met een drw-lb-lamp (200W), en de PPFD bedroeg ongeveer 140 μmol/(㎡·S).

De eerste experimentele plantronde vindt plaats op 8 november 2019 en de testgroep krijgt gedurende 25 november 2019 extra licht van 6:30 tot 17:00 uur. De tweede experimentele plantronde vindt plaats op 30 december 2019 en de testgroep krijgt gedurende 17 januari 2020 extra licht van 4:00 tot 17:00 uur.
Bij zonnig winterweer worden het dakraam, de zijfolie en de ventilator dagelijks geopend van 6:00 tot 17:00 uur voor ventilatie. Wanneer de temperatuur 's nachts laag is, worden het dakraam, de zijfolie en de ventilator gesloten van 17:00 tot 6:00 uur (de volgende dag) en wordt het thermische isolatiegordijn in de kas geopend om de warmte 's nachts vast te houden.

Gegevensverzameling

De planthoogte, het aantal bladeren en het versgewicht per plant werden bepaald na het oogsten van de bovengrondse delen van Qingjingcai en sla. Na het meten van het versgewicht werden de planten in een oven geplaatst en gedroogd bij 75℃ gedurende 72 uur. Daarna werd het drooggewicht bepaald. De temperatuur in de kas en de fotosynthetische fotonenfluxdichtheid (PPFD) werden elke 5 minuten gemeten en geregistreerd door respectievelijk een temperatuursensor (RS-GZ-N01-2) en een sensor voor fotosynthetisch actieve straling (GLZ-CG).

Gegevensanalyse

Bereken de lichtgebruiksefficiëntie (LUE, Light Use Efficiency) volgens de volgende formule:
LUE (g/mol) = groenteopbrengst per oppervlakte-eenheid / de totale cumulatieve hoeveelheid licht die de groenten per oppervlakte-eenheid ontvangen vanaf het planten tot de oogst.
Bereken het droge stofgehalte volgens de volgende formule:
Droge stofgehalte (%) = droog gewicht per plant / vers gewicht per plant x 100%
Gebruik Excel 2016 en IBM SPSS Statistics 20 om de gegevens van het experiment te analyseren en de significantie van het verschil te bepalen.

Materialen en methoden
Licht en temperatuur

De eerste experimentele ronde duurde 46 dagen van zaaien tot oogsten, en de tweede ronde 42 dagen. Tijdens de eerste experimentele ronde lag de gemiddelde dagtemperatuur in de kas meestal tussen de 10 en 18 ℃; tijdens de tweede experimentele ronde was de schommeling van de gemiddelde dagtemperatuur in de kas groter dan tijdens de eerste ronde, met een laagste gemiddelde dagtemperatuur van 8,39 ℃ en een hoogste gemiddelde dagtemperatuur van 20,23 ℃. De gemiddelde dagtemperatuur vertoonde gedurende het groeiproces een algemene stijgende trend (Fig. 1).

Tijdens de eerste experimentele ronde fluctueerde de dagelijkse lichtintegratie (DLI) in de kas met minder dan 14 mol/(㎡·D). Tijdens de tweede experimentele ronde vertoonde de dagelijkse cumulatieve hoeveelheid natuurlijk licht in de kas een algemene stijgende trend, met waarden hoger dan 8 mol/(㎡·D). De maximale waarde werd bereikt op 27 februari 2020, namelijk 26,1 mol/(㎡·D). De verandering in de dagelijkse cumulatieve hoeveelheid natuurlijk licht in de kas tijdens de tweede experimentele ronde was groter dan die tijdens de eerste experimentele ronde (Fig. 2). Tijdens de eerste experimentele ronde was de totale dagelijkse cumulatieve lichthoeveelheid (de som van de DLI van natuurlijk licht en de DLI van led-aanvullend licht) van de aanvullende lichtgroep meestal hoger dan 8 mol/(㎡·D). Tijdens de tweede experimentele ronde was de totale dagelijkse cumulatieve lichthoeveelheid van de aanvullende lichtgroep meestal hoger dan 10 mol/(㎡·D). De totale hoeveelheid extra licht die in de tweede ronde werd toegevoegd, was 31,75 mol/㎡ meer dan in de eerste ronde.

Opbrengst van bladgroenten en efficiëntie van lichtenergiebenutting

●Resultaten van de eerste testronde
Uit figuur 3 blijkt dat de paksoi met LED-aanvulling beter groeit, een compactere plantvorm heeft en grotere en dikkere bladeren dan de CK-plant zonder aanvulling. De bladeren van de LB- en MB-paksoi zijn helderder en donkerder groen dan die van de CK-plant. Figuur 4 laat zien dat de sla met LED-aanvulling beter groeit dan de CK-plant zonder aanvulling, meer bladeren heeft en een vollere plantvorm.

Uit tabel 1 blijkt dat er geen significant verschil is in planthoogte, aantal bladeren, droge stofgehalte en efficiëntie van lichtenergiebenutting van paksoi behandeld met CK, LB en MB, maar het versgewicht van paksoi behandeld met LB en MB is significant hoger dan dat van CK. Er was geen significant verschil in versgewicht per plant tussen de twee LED-groeilampen met verschillende blauwlichtverhoudingen bij de behandeling met LB en MB.

Uit tabel 2 blijkt dat de planthoogte van de sla in de LB-behandeling significant hoger was dan die in de CK-behandeling, maar dat er geen significant verschil was tussen de LB-behandeling en de MB-behandeling. Er waren significante verschillen in het aantal bladeren tussen de drie behandelingen, waarbij het aantal bladeren in de MB-behandeling het hoogst was, namelijk 27. Het versgewicht per plant was het hoogst in de LB-behandeling, namelijk 101 g. Ook hier was er een significant verschil tussen de twee groepen. Er was geen significant verschil in droge stofgehalte tussen de CK- en LB-behandelingen. Het droge stofgehalte in MB was 4,24% hoger dan in de CK- en LB-behandelingen. Er waren significante verschillen in de lichtbenuttingsefficiëntie tussen de drie behandelingen. De hoogste lichtbenuttingsefficiëntie werd waargenomen in de LB-behandeling, namelijk 13,23 g/mol, en de laagste in de CK-behandeling, namelijk 10,72 g/mol.

●Resultaten van de tweede testronde

Uit tabel 3 blijkt dat de planthoogte van paksoi behandeld met MB significant hoger was dan die van CK, en dat er geen significant verschil was tussen de met MB en de met LB behandelde paksoi. Het aantal bladeren van paksoi behandeld met LB en MB was significant hoger dan dat van CK, maar er was geen significant verschil tussen de twee groepen met aanvullende lichtbehandelingen. Er waren significante verschillen in het versgewicht per plant tussen de drie behandelingen. Het versgewicht per plant was het laagst bij CK met 47 g, en het hoogst bij de MB-behandeling met 116 g. Er was geen significant verschil in het droge stofgehalte tussen de drie behandelingen. Er zijn significante verschillen in de efficiëntie van de lichtenergiebenutting. Bij CK is deze laag met 8,74 g/mol, terwijl de MB-behandeling de hoogste efficiëntie heeft met 13,64 g/mol.

Uit tabel 4 blijkt dat er geen significant verschil was in de planthoogte van de sla tussen de drie behandelingen. Het aantal bladeren in de LB- en MB-behandelingen was significant hoger dan dat in de CK-behandeling. Het aantal bladeren in de MB-behandeling was het hoogst met 26. Er was geen significant verschil in het aantal bladeren tussen de LB- en MB-behandelingen. Het versgewicht per plant van de twee groepen met aanvullende lichtbehandelingen was significant hoger dan dat van de CK-behandeling, waarbij het versgewicht per plant het hoogst was in de MB-behandeling, namelijk 133 g. Er waren ook significante verschillen tussen de LB- en MB-behandelingen. Er waren significante verschillen in het drogestofgehalte tussen de drie behandelingen, waarbij het drogestofgehalte van de LB-behandeling het hoogst was, namelijk 4,05%. De efficiëntie van de lichtenergiebenutting van de MB-behandeling is significant hoger dan die van de CK- en LB-behandeling, namelijk 12,67 g/mol.

Tijdens de tweede experimentele ronde was de totale DLI van de groep met extra licht veel hoger dan de DLI gedurende hetzelfde aantal kolonisatiedagen tijdens de eerste experimentele ronde (Figuur 1-2). De duur van de extra lichtbehandeling in de tweede experimentele ronde (4:00-17:00) was 2,5 uur langer dan in de eerste experimentele ronde (6:30-17:00), een toename ten opzichte van de eerste ronde. De oogsttijd van de paksoi in beide rondes was 35 dagen na het planten. Het versgewicht van de individuele planten in de controlegroep (CK) was in beide rondes vergelijkbaar. Het verschil in versgewicht per plant in de LB- en MB-behandeling ten opzichte van CK in de tweede experimentele ronde was veel groter dan het verschil in versgewicht per plant ten opzichte van CK in de eerste experimentele ronde (Tabel 1, Tabel 3). De oogsttijd van de sla in de tweede experimentele ronde was 42 dagen na het planten, terwijl de oogsttijd van de sla in de eerste experimentele ronde 46 dagen na het planten was. Het aantal kolonisatiedagen bij de oogst van de tweede ronde experimentele sla CK was 4 dagen minder dan bij de eerste ronde, maar het verse gewicht per plant was 1,57 keer zo hoog als bij de eerste experimentele ronde (Tabel 2 en Tabel 4), en de efficiëntie van de lichtenergiebenutting was vergelijkbaar. Hieruit blijkt dat naarmate de temperatuur geleidelijk stijgt en de hoeveelheid natuurlijk licht in de kas toeneemt, de productiecyclus van sla korter wordt.

Materialen en methoden
De twee testrondes besloegen in principe de hele winter in Shanghai. De controlegroep (CK) was in staat om de werkelijke productiestatus van hydrocultuurgroenten en sla in de kas onder lage temperaturen en weinig zonlicht in de winter relatief te herstellen. De experimentele groep met extra licht had een significant bevorderend effect op de meest intuïtieve data-index (versgewicht per plant) in beide testrondes. Bij paksoi was de opbrengstverhoging zichtbaar in de grootte, kleur en dikte van de bladeren. Sla vertoonde daarentegen een toename in het aantal bladeren en een vollere plantvorm. De testresultaten tonen aan dat extra licht het versgewicht en de productkwaliteit van beide groentesoorten kan verbeteren, waardoor de commerciële waarde van de groenteproducten toeneemt. Paksoi die werd belicht met rood-wit, laagblauw en rood-wit, middenblauw LED-modules had donkerdere groene en glanzendere bladeren dan paksoi zonder extra licht, grotere en dikkere bladeren, en een compactere en krachtigere groei. "Mozaïeksla" behoort echter tot de lichtgroene bladgroenten en vertoont geen duidelijke kleurverandering tijdens de groei. De verandering van de bladkleur is voor het menselijk oog niet waarneembaar. Een geschikte hoeveelheid blauw licht kan de bladontwikkeling en de aanmaak van fotosynthetische pigmenten bevorderen en de internodiumverlenging remmen. Daarom worden groenten in de lichtsupplementgroep door consumenten meer gewaardeerd vanwege hun uiterlijk.

Tijdens de tweede testronde was de totale dagelijkse cumulatieve lichthoeveelheid van de groep met aanvullende verlichting veel hoger dan de DLI gedurende hetzelfde aantal kolonisatiedagen tijdens de eerste experimentele ronde (Figuur 1-2). De duur van de aanvullende verlichting in de tweede ronde (4:00-17:00) was 2,5 uur langer dan in de eerste experimentele ronde (6:30-17:00). De oogsttijd van de paksoi in beide rondes was 35 dagen na het planten. Het versgewicht van de controlegroep (CK) was in beide rondes vergelijkbaar. Het verschil in versgewicht per plant tussen de LB- en MB-behandeling en CK in de tweede experimentele ronde was veel groter dan het verschil in versgewicht per plant met CK in de eerste experimentele ronde (Tabel 1 en Tabel 3). Het verlengen van de lichttoevoegingstijd kan dus de productie van hydrocultuurpaksoi binnenshuis in de winter bevorderen. De oogsttijd van de tweede ronde experimentele sla was 42 dagen na het planten, terwijl de oogsttijd van de eerste ronde 46 dagen na het planten was. Bij de oogst van de tweede ronde experimentele sla was het aantal kolonisatiedagen van de CK-groep 4 dagen korter dan dat van de eerste ronde. Het verse gewicht van een enkele plant was echter 1,57 keer zo hoog als dat van de eerste ronde (Tabel 2 en Tabel 4). De efficiëntie van het lichtenergiegebruik was vergelijkbaar. Hieruit blijkt dat naarmate de temperatuur langzaam stijgt en de hoeveelheid natuurlijk licht in de kas geleidelijk toeneemt (Figuur 1-2), de productiecyclus van sla dienovereenkomstig kan worden verkort. Het toevoegen van extra verlichting aan de kas in de winter, wanneer de temperatuur laag is en er weinig zonlicht is, kan de productie-efficiëntie van sla effectief verbeteren en daarmee de opbrengst verhogen. In de eerste ronde van het experiment bedroeg het extra stroomverbruik van de bladgroenteplanten 0,95 kWh, en in de tweede ronde 1,15 kWh. Vergeleken tussen de twee experimentele rondes was het lichtverbruik van de drie behandelingen met paksoi, en de energiebenuttingsefficiëntie in het tweede experiment, lager dan in het eerste experiment. De energiebenuttingsefficiëntie van de sla in de CK- en LB-behandelingsgroepen met aanvullende belichting was in het tweede experiment iets lager dan in het eerste experiment. De mogelijke reden hiervoor is dat de lage gemiddelde dagtemperatuur in de week na het planten de groeiperiode van de zaailingen verlengt. Hoewel de temperatuur tijdens het experiment enigszins steeg, bleef de stijging beperkt en bleef de gemiddelde dagtemperatuur over het algemeen laag, wat de energiebenuttingsefficiëntie tijdens de gehele groeicyclus van de hydrocultuur van bladgroenten beperkte (Figuur 1).

Tijdens het experiment was de voedingsoplossing niet voorzien van verwarmingsapparatuur, waardoor de wortelomgeving van de hydrocultuurbladgroenten constant een lage temperatuur had en de gemiddelde dagtemperatuur beperkt bleef. Dit zorgde ervoor dat de groenten de extra dagelijkse lichtinval, veroorzaakt door de verlengde LED-bijverlichting, niet volledig konden benutten. Daarom is het bij het bijlichten in de kas in de winter noodzakelijk om passende maatregelen te nemen voor warmtebehoud en verwarming om het effect van de bijverlichting op de productieverhoging te garanderen. Het gebruik van LED-bijverlichting verhoogt de productiekosten, en de landbouw is van nature geen sector met hoge opbrengsten. Daarom is verder onderzoek nodig naar hoe de strategie voor bijverlichting geoptimaliseerd kan worden en hoe deze gecombineerd kan worden met andere maatregelen in de praktijk van de hydrocultuur van bladgroenten in een winterkas. Ook is verder onderzoek nodig naar hoe de bijverlichtingsapparatuur optimaal ingezet kan worden om een ​​efficiënte productie te realiseren, de efficiëntie van het lichtenergiegebruik te verbeteren en de economische voordelen te maximaliseren.

Auteurs: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Artikelbron: Landbouwtechniek (Kassenbouw).

Referenties:
[1] Jianfeng Dai, Praktijkvoorbeeld van Philips tuinbouw-LED in de kasproductie [J]. Landbouwtechniek, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin, et al. Toepassingsstatus en vooruitzichten van lichtsupplementatietechnologie voor beschermde groenten en fruit [J]. Northern horticulture, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao, et al. Onderzoeks- en toepassingsstatus en ontwikkelingsstrategie van plantverlichting [J]. Tijdschrift voor verlichtingstechniek, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Toepassing van lichtbron en lichtkwaliteitscontrole in de kasgroenteteelt [J]. Chinese groente, 2012 (2): 1-7