Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng LED (Light-Emitting Diodes) sản xuất rau ăn lá trong nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHAN NGỌC NHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG LED (Light-Emitting Diodes) SẢN XUẤT RAU ĂN LÁ TRONG NHÀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHAN NGỌC NHÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG LED (Light-Emitting Diodes) SẢN XUẤT RAU ĂN LÁ TRONG NHÀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS TRẦN THỊ BA 2020 LỜI CẢM TẠ Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến! PGS.TS Trần Thị Ba, người tận tình hướng dẫn, kịp thời chia sẻ khó khăn, động viên tinh thần, gợi ý lời khuyên bổ ích cho việc nghiên cứu hoàn thành luận án TS Võ Thị Bích Thủy nhiệt tình hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án PGS.TS Lê Vĩnh Thúc, người hướng dẫn, đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thành chuyên đề chuyên môn Xin chân thành cảm ơn! Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ Nhiệm khoa Nông nghiệp, Khoa Sau Đại học Quý Thầy, Cô, anh chị bạn Bộ môn Khoa học Cây trồng - Khoa Nông nghiệp Thầy Bùi Văn Tùng, phụ trách quản lý phịng thí nghiệm Bộ mơn Khoa học Cây trồng ThS Cao Bá Lộc ThS Nguyễn Thị Cẩm Hằng – quản lý nhà lưới nghiên cứu rau Khoa Nông nghiệp ThS Nguyễn Thị Kiều Khuyên, ThS Nguyễn Bình Khang, ThS Nguyễn Lê Quốc Thi, ThS Huỳnh Bá Di, học viên cao học Nguyễn Thành Thức Xin trân trọng biết ơn tất bạn sinh viên khóa 39, 40, 41, 42 chuyên ngành Khoa học trồng nhiệt tình hỗ trợ thực thí nghiệm Cuối cùng, thành cơng hơm thiếu hy sinh, chia sẻ động viên ba, mẹ anh chị gia đình Phan Ngọc Nhí TĨM TẮT Luận án “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng LED (light-emitting diodes) sản xuất rau ăn nhà” thực từ tháng 5/2016 đến tháng 1/2019 trường Đại học Cần Thơ nhằm xác định: (1) Ảnh hưởng quang phổ đèn LED, (2) Ảnh hưởng cường độ ánh sáng thời gian chiếu sáng đèn LED đến sinh trưởng, suất cải củ, cải phụng thu non xà lách trưởng thành trồng điều kiện phòng tối, (3) Ảnh hưởng thời gian bổ sung ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng, suất cải củ, cải phụng thu non xà lách trưởng thành trồng nhiều tầng điều kiện nhà lưới (4) Hiệu mơ hình trồng nhà có sử dụng đèn LED với sản xuất truyền thống Kết cho thấy: Trong điều kiện phịng tối hồn tồn: (1) Đèn LED có quang phổ 80% đỏ: 20% xanh dương phù hợp cho sinh trưởng, suất, chất lượng cải củ, cải phụng thu non xà lách trường thành, chí suất xà lách cịn cao 111% so với ánh sáng tự nhiên (đối chứng) (2) Cường độ 107 μmol.m-2.s-1 137 μmol.m-2.s-1 kết hợp với thời gian chiếu sáng 20/4-24/0 cho suất tổng cải củ cải phụng thu non cao thấp 40 μmol.m-2.s-1 kết hợp với thời gian chiếu sáng 14/10-18/6 Đối với xà lách thủy canh sử dụng đèn LED có cường độ 107 μmol.m-2.s-1 kết hợp thời gian chiếu sáng 20/4 22/2 (giờ sáng/tối) cho kết đạt cao suất thương phẩm (dao động từ 2,532,57 kg/m2) Trong điều kiện nhà lưới trồng kệ tầng có bổ sung ánh sáng đèn LED (80% đỏ:20% xanh dương, cường độ 107 μmol.m-2.s-1): (3) Trồng cải củ cải phụng thu non với thời gian bổ sung đèn LED từ 16, 18 20 giờ/ngày đêm cho suất thương phẩm cao (2,80-3,13 kg/m2), cao 11-35% so với bổ sung đèn LED 10; 12 14 giờ/ngày đêm Xà lách thủy canh chiếu sáng bổ sung đèn LED từ 16, 18 20 giờ/ngày cho suất thương phẩm cao thời điểm thu hoạch 25, 28 31 ngày sau gieo (4) Cải củ Cải phụng thu non với thời gian chiếu sáng bổ sung đèn LED 16 giờ/ngày đêm cho sản lượng rau thương phẩm (kg/m2/vụ) cao 167- 664% so với điều kiện đồng cao 316-504% so với mơ hình thủy canh tầng sử dụng ánh sáng tự nhiên nhà lưới Trồng xà lách thủy canh với thời gian chiếu bổ sung đèn LED 16 giờ/ngày đêm cho sản lượng thương phẩm cao 24-30 lần so với thủy canh tầng sử dụng ánh sáng tự nhiên nhà lưới cao 21-37 lần so với điều kiện ngồi đồng Từ khóa: cường độ ánh sáng, đèn LED, quang phổ, rau non, thời gian chiếu sáng, xà lách i ABSTRACT The thesis “Study of LED (light-emitting diodes) lighting technology application to produce leafy vegetables indoor” was carried out from May 2016 to January 2019 in College of Agriculture, Can Tho University The main objectives of the research were: (1) The effect of LED spectrum, (2) The effect of LED light intensity and photoperiods on growth, yield of baby greens (radish and mustard greens) and mature lettuce grown in dark room condition, (3) The effect of supplemental LED lighting periods on growth, productivity of baby greens (radish and mustard greens) and mature lettuce grown under cultivation shelves in greenhouse condition and (4) The effect of indoor growing method using LED lights with traditional production The results showed that: In dark room condition: (1) The LED spectrum with 80% red: 20% blue was suitable for growth, productivity, quality of baby radish greens, mustard greens and mature lettuce, even lettuce productivity was 111% higher than natural light (control) (2) LED light intensity of 107 μmol.m-2.s-1 and 137 μmol.m-2.s-1 combined with photoperiods of 20/4 - 24/0 (ligh/dark) showed the highest yield the total yield of baby radish greens and mustard greens and the lowest one was at 40 μmol.m-2.s-1 when combined with photoperiods 14/10 and 18/6 For hydroponic lettuce using LED with intensity of 107 μmol.m-2.s-1 combined photoperiods of 20/4 and 22/2 (light/dark) gave the highest result of commercial productivity (varied from 2.53-2.57 kg/m2) In greenhouse and under 3-tiers growing shelf with supplemental LED lighting (80% red: 20% blue, intensity of 107 μmol.m-2.s-1) conditions: (3) Growing baby radish greens and mustard greens under supplemental LED periods of 16, 18 and 20 hours/day gave the highest commercial yield (2.80-3.13 kg/m2), were 11-35% higher than additional LED lighting on 10, 12 and 14 hours/day Hydroponic lettuce with supplemental LED lighting from 16, 18 and 20 hours/day showed the highest commercial productivity at all three harvest times (25, 28 and 31 days after sowing, respectively) (4) Growing baby radish greens and mustard greens with supplemental LED lighting periods of 16 hours/day for commercial productivity (kg/m2/crop) was 167- 664% higher than under open field condition and 316-504% higher than hydroponic using natural light in a greenhouse Growing hydroponic lettuce under supplemental LED lighting on 16 hours/day LED was 24-30 times higher yield than hydroponic using natural light in greenhouse and 21-37 times higher than field condition Keywords: light intensity, LED light, spectrum, baby vegetables, lighting time, lettuce ii MỤC LỤC Tóm tắt i Summary ii Lời cam đoan iii Mục lục iv Danh sách bảng vii Danh sách hình xii Danh sách từ viết tắt xiv Chương Giới thiệu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Những đóng góp luận án 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Chương Tổng quan tài liệu 2.1 Khái quát sản xuất trồng nhà 2.1.1 Khái niệm sản xuất trồng nhà 2.1.2 Sơ lược trình hình thành phát triển 2.1.3 Các yêu cầu 2.2 Ánh sáng với trồng 2.2.1 Vai trò ánh sáng quang hợp 2.2.2 Ảnh hưởng ánh sáng đến phát sinh hình thái trồng 2.2.3 Ảnh hưởng quang phổ 13 2.2.4 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng 15 2.2.4 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng 16 2.3 Ánh sáng LED sản xuất nông nghiệp 17 2.3.1 Lịch sử phát triển 17 2.3.2 Ưu điểm hạn chế 19 iv 2.4 Một số loại rau ăn thích hợp trồng nhà máy sản xuất trồng 20 2.5 Một số kết nghiên cứu ứng dụng đèn LED nông nghiệp 22 2.5.1 Trong nước 22 2.5.2 Trên giới 23 Chương Phương pháp nghiên cứu 29 3.1 Phương tiện nghiên cứu 29 3.1.1 Thời gian địa điểm 29 3.1.2 Vật liệu 29 3.2 Nội dung nghiên cứu 32 3.3 Phương pháp nghiên cứu 33 3.3.1 Nội dung 1: Ảnh hưởng quang phổ đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn 33 3.3.2 Nội dung 2: Ảnh hưởng cường độ ánh sáng thời gian chiếu sáng đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn 36 3.3.3 Nội dung 3: Ảnh hưởng thời gian bổ sung ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn trồng nhiều tầng nhà lưới 38 3.3.4 Nội dung 4: Hiệu mơ hình trồng rau ăn nhà có sử dụng đèn LED so với sản xuất truyền thống 40 3.4 Phương pháp thu thập phân tích tiêu 42 3.5 Phân tích số liệu 44 Chương Kết thảo luận 45 4.1 Ảnh hưởng quang phổ đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn 45 4.1.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng quang phổ đèn LED đến sinh trưởng suất cải củ cải phụng thu non 45 4.1.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng quang phổ đèn LED đến sinh trưởng suất xà lách thủy canh 61 4.2 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng thời gian chiếu sáng đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn 72 v 4.2.1 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng cường độ ánh sáng thời gian chiếu sáng đèn LED đến sinh trưởng suất cải củ cải phụng thu non 72 4.2.2 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng cường độ ánh sáng thời gian chiếu sáng đèn LED đến sinh trưởng suất xà lách thủy canh 90 4.3 Ảnh hưởng thời gian bổ sung ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng suất số loại rau ăn trồng nhiều tầng điều kiện nhà lưới 100 4.3.1 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng thời gian bổ sung ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng suất cải củ cải phụng thu non trồng nhiều tầng điều kiện nhà lưới 100 4.3.2 Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng thời gian bổ sung ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng suất xà lách trồng thủy canh nhiều tầng điều kiện nhà lưới 109 4.4 Hiệu mơ hình trồng rau ăn có sử dụng đèn LED so với sản xuất truyền thống 117 4.4.1 Thí nghiệm 7: Hiệu mơ hình sản xuất cải củ cải phụng thu non thủy canh có sử dụng đèn LED so với sản xuất truyền thống 117 4.4.2 Thí nghiệm 8: Hiệu mơ hình sản xuất xà lách thủy canh có sử dụng đèn LED so với sản xuất truyền thống 127 Chương Kết luận đề xuất 136 5.1 Kết luận 136 5.2 Đề xuất 137 Tài liệu tham khảo 138 Phụ lục vi