Освещение для салата за пределами скорости роста

Салат – наиболее широко выращиваемый листовой овощ в Соединенных Штатах. Хотя большая часть салата выращивается на полях, его производство растет в теплицах и вертикальных фермах с контролируемой средой (CEA). Фактически, согласно переписи садоводческих товаров Министерства сельского хозяйства США в 2019 году, салат в настоящее время является второй по величине тепличной овощной культурой в США после помидоров. Производство зимних теплиц в северной половине США зависит от дополнительного освещения для повышения урожайности. Количество света (интегральный дневной свет) и качество (спектр или цвет света) влияют на несколько аспектов урожая салата, включая урожайность (обычно товарный сырой вес), цвет/пигментацию листьев и содержание питательных веществ. С точки зрения питательной ценности салат является важным источником витамина К, ксантофиллов (класса каротиноидов, важных для здоровья глаз), антоцианов, фолиевой кислоты и железа.

Энергия для отопления и освещения теплиц обычно занимает второе место по величине производственных затрат. Традиционно газоразрядные лампы высокой интенсивности (HID) используются в теплицах для выращивания салата в качестве дополнительного освещения в пасмурные и малоосвещенные зимние дни. Натрий высокого давления (HPS) и металлогалогенид керамики (CMH) представляют собой два типа HID. Эти лампы относительно долговечны и недороги на начальном этапе, но они менее энергоэффективны, поскольку большая часть энергии преобразуется в тепло, и для компенсации дополнительного тепла может потребоваться дополнительное охлаждение. Еще одним недостатком HID-светильников является невозможность регулировки интенсивности света и спектра света. Светоизлучающие диоды (LED) получают все большее распространение, прежде всего, потому, что они снижают затраты на электроэнергию, а также благодаря гибкости, которую они предлагают в отношении интенсивности и спектра. Хорошо известно, что краснолистному салату для красной окраски необходим синий свет (который происходит от антоцианов, важного пигмента и антиоксиданта). Поскольку у ламп HPS низкий уровень синего спектра, красный салат часто теряет глубокую окраску зимой, когда естественного света (включая синий) мало. Спектр света можно использовать для регулирования содержания пигментов и питательных веществ в салате. Однако недостаточно информации о различных источниках дополнительного освещения с точки зрения их влияния на содержание питательных веществ и урожайность салата. Дополнительное освещение также может повлиять на использование воды растениями, что влияет на график орошения и необходимость осушения пространства для выращивания. Мы провели тепличное исследование, в котором сравнили традиционные светильники (HPS и CMH) с двумя типами светодиодов (белый широкого спектра и красно-синий).

Эксперимент проводился в теплице в центре Нью-Йорка с декабря по середину марта. В этом исследовании использовались два сорта салата: «Рекс» (распространенный тип головки для гидропоники) и «Руксай» (сорт красного дубового листа). Семена помещали в кубики из минеральной ваты на неделю, а затем пересаживали в гидропонные системы мини-глубоководной культуры (DWC) при освещении в течение четырех недель. В питательный раствор закачивали воздух, чтобы обеспечить кислородом корневую зону. В одной теплице было установлено четыре варианта освещения: HPS, CMH, красно-синий светодиод (70% красного и 30% синего) и белый светодиод (36% красного, 27% синего и 45% зеленого). Все виды лечения были скорректированы так, чтобы иметь одинаковую интенсивность 150 мкмоль·м-2·с-1, и каждый день количество часов дополнительного света регулировалось с помощью компьютерного управления для достижения дневного светового интеграла (DLI) 17 моль·м-1. 2·d-1 при каждом лечении. Каждая обработка освещения применялась на двух случайно расположенных скамьях в теплице, а эксперимент проводился в течение трех циклов выращивания сельскохозяйственных культур, при этом обработки освещения рандомизировались перед каждым новым циклом. В теплице были установлены заданные значения дневной/ночной температуры 77/68°F. Сеянцы выращивали в течение одной недели в обычной среде, а затем пересаживали и выращивали в течение четырех недель при освещении. Потребление воды регистрировалось три раза в неделю. После четырех недель обработки светом девять растений каждого сорта с каждой обрабатываемой площади были деструктивно собраны и собраны данные о высоте, ширине и весе растений в свежем виде. Три из девяти растений были заморожены и проанализированы на наличие пигментов и питательных веществ (содержание хлорофилла, ксантофилла, антоциана и минеральных элементов). Остальные образцы использовались для сбора данных о площади поверхности листьев и сухом весе.