Определение оптимального интеграла дневной освещенности (DLI) для выращивания салата айсберг в помещении в местной вертикальной гидропонной системе.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10923 (2023) Цитировать эту статью

593 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Выращивание салата в закрытых помещениях в вертикальной гидропонной системе (ВГС) при искусственном освещении — энергоемкий процесс, требующий больших затрат энергии. В этом исследовании определяется оптимальный дневной световой интеграл (DLI) как функция фотопериода от физиологических, морфологических и питательных параметров, а также эффективность использования ресурсов салата айсберг (сорт Glendana), выращенного в закрытом помещении VHS. Сеянцы выращивали в течение фотопериода 12, 16 и 20 часов с плотностью потока фотосинтетических фотонов (PPFD) 200 мкмоль м-2 с-1 с ​​использованием белых светодиодов. Полученные результаты сравнивались с VHS без искусственного освещения внутри теплицы. Значения DLI за 12, 16 и 20 часов составили 8,64, 11,5 и 14,4 моль м-2 сут-1 соответственно. Вес свежего побега при сборе увеличился с 275,5 до 393 г, а DLI увеличился с 8,64 до 11,5 моль м-2 в день-1. DLI, равный 14,4 моль м-2 в день-1, оказал негативное влияние на сырую массу, сухую массу и площадь листьев. Переход от VHS без искусственного освещения к VHS с искусственным освещением привел к увеличению сырого веса на 60%. Значительно более высокая эффективность использования воды (71 г FW/л) и эффективность использования энергии (206,31 г FW/кВтч) наблюдались при DLI 11,5 моль м-2 в день-1. Исследование рекомендует оптимальный DLI в 11,5 моль м-2 в день-1 для салата айсберг, выращенного в закрытой вертикальной гидропонной системе.

Ожидается, что к 2050 году население мира достигнет 9,7 миллиардов человек, из которых 70 процентов будут проживать в городских районах1, что создаст нагрузку на городскую инфраструктуру. По прогнозам, к 2023 году Индия обгонит Китай как самую густонаселенную страну в мире, причем ее население будет расти самыми быстрыми темпами в период с настоящего момента до 2050 года2,3. Эффект изменения климата, истощение природных ресурсов и рост урбанизации приведут к тому, что будет меньше земель, доступных для сельского хозяйства. Влияние изменения климата на урожайность сельскохозяйственных культур означает, что к концу столетия снижение урожайности может достичь до 60%, в зависимости от типа культуры, региона и будущего сценария изменения климата4. Чтобы решить эти проблемы, необходимо практиковать современные методы выращивания, такие как вертикальное земледелие, для обеспечения продовольственной безопасности5,6. Эти системы позволяют выращивать больше растений на единицу площади, чем традиционные методы выращивания, что приводит к более высокой урожайности. Это достигается путем организации растениеводства в вертикальном измерении7. Вертикальное земледелие можно осуществлять в теплицах и на заводах по выращиванию растений – двух типичных формах сельского хозяйства с контролируемой средой8,9.

Салат-латук является одной из наиболее коммерчески значимых культур, выращиваемых во всем мире. Салат является идеальной культурой для вертикального земледелия из-за его короткого цикла роста, низкой потребности в энергии, более быстрого роста, низкой калорийности, а также содержит значительное количество клетчатки, минералов и витаминов в дополнение к полезным биологически активным веществам10. Салат Айсберг и Великих озер — два наиболее часто выращиваемых сорта кочанного салата в Индии. После Китая и США Индия является третьим по величине производителем салата в мире, на ее долю приходится 14% общей посевной площади мира, но она производит лишь 4,1% от общего объема производства11. Следовательно, растет потребность в увеличении производства и урожайности салата в Индии с использованием современных методов интенсивного выращивания, таких как вертикальное земледелие.

Свет является одной из наиболее важных переменных окружающей среды в вертикальном земледелии, которая влияет на развитие растений и управляет их деятельностью на основе количества, качества и направления света12,13. Свет может естественным образом излучаться солнцем, претерпевать спектральную трансформацию или даже перенаправляться. Основным источником энергии для традиционного выращивания сельскохозяйственных культур является солнечный свет, а свет, который растения воспринимают в естественных условиях, колеблется и является сложным14. В пасмурные дни и особенно зимой растения получают гораздо меньше света, чем необходимо для их нормального роста и развития. Искусственное освещение для выращивания растений можно использовать в качестве дополнительного освещения, когда естественного солнечного света недостаточно, а освещение для выращивания растений является единственным источником света для вертикальных закрытых ферм с искусственным освещением15,16. Искусственное освещение генерирует излучение, которое служит одновременно источником энергии для фотосинтеза и биологическим сигналом, который может изменить морфологию и качество растений. Для эффективного круглогодичного производства высокоурожайных культур в закрытых помещениях важно максимизировать рост растений при искусственном освещении, одновременно сокращая затраты17,18,19. Светодиоды имеют самую высокую эффективность фотосинтетически активного излучения (ФАР) среди всех искусственных источников света. Они также позволяют достичь оптимального уровня освещенности с точки зрения производства биомассы и общих затрат на электроэнергию20. Предыдущие исследования21,22 показали, что растения, выращенные под воздействием комбинации красных и синих светодиодов, выглядят красноватыми, что затрудняет выявление признаков болезней и проблем роста. Никаких существенных изменений во всех физиологических характеристиках и урожайности растений салата при использовании белых светодиодов и холодных белых флуоресцентных ламп не наблюдалось. Однако белые светодиоды потребляют меньше электроэнергии, что указывает на то, что белые светодиоды могут эффективно заменить классические люминесцентные лампы23,24.