Effects of color LED lights and photoperiod regimes on growth of hydroponic lettuce

Phan Ngoc Nhi * , Tong Thi Sa Non , Ngo Thi My Ha , Nguyen Thi Kieu Khuyen , Tran Thi Ba and Vo Thi Bich Thuy

* Corresponding author (pnnhi@nomail.com)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Received: 20 Apr 2021
Accepted: 26 Oct 2016
Published: 24 Oct 2016
Title: Effects of color LED lights and photoperiod regimes on growth of hydroponic lettuce
DOI: 10.22144/ctu.jsi.2016.085
Views
1245
Downloads
361
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
How to Cite
Nhí, P. N., Non, T. T. S., Hà, N. T. M., Khuyên, N. T. K., Ba, T. T., & Thủy, V. T. B. (2016). Effects of color LED lights and photoperiod regimes on growth of hydroponic lettuce. CTU Journal of Science, (CĐ Nông nghiệp), 170-178. https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2016.085
Issue
No. Special issue on Agriculture (2016)
Section
Agriculture

Abstract

The experiment was conducted to determine the effects of color LED light and different photoperiod regimes on the growth of hydroponic lettuce. Four different light intensity treatments were used including 1 purple LED light 30W (75% red, 25% blue, 48 μmol/m2.s  PPFD - Photosynthetic photon flux density); 2 purple LED lights (80 μmol/m2.s PPFD); 3 purple LED lights 30W (98 μmol/m2.s PPFD) and 3 white LED lights 16W (60 μmol/m2.s PPFD), with a combination of five photoperiod regimes of 16/8, 18/6, 20/4, 22/2 and 24/0 (light/dark). Results showed that that the 80-20/4 (2 purple LEDs – 20 hours light/4 hours dark) treatment yielded the higher marketable production on fresh weight than most of other treatments (0.90 kg/m2). The leaf number, leaf length and leaf width at interaction treatments between 2 purple LEDs with 20/4, 22/2 and 24/0 treatments were higher than most of others. The length of main stem values at interaction treatments among 3 white LED treatment with five photoperiod regimes showed higher than other treatment (18.78 – 52.00 cm). The interaction among 24/0 and 20/4 treatments with 3 purple LED treatments showed the highest Brix value (3.25 and 3.20%, respectively). Thus, 80-20/4 treatment showed the result for the growth and marketable yield of hydroponic lettuce variety GN 63 better than other.
Keywords: Color LED lamps, hydroponic, lettuce, photoperiod

Tóm tắt

Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định ảnh hưởng loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến sự sinh trưởng và năng suất của xà lách thủy canh. Bốn nghiệm thức đèn LED được sử dụng bao gồm: 01 LED tím 30W - (75% LED đỏ/ 25% LED xanh dương, cường độ bức xạ quang hợp (CĐBXQH): 48 μmol/m2.s), 02 LED tím 30W (CĐBXQH: 80 μmol/m2.s), 03 LED tím 30W (CĐBXQH: 98 μmol/m2.s) và 03 LED trắng 16W (CĐBXQH: 60 μmol/m2.s), kết hợp với 5 nghiệm thức thời gian chiếu sáng 16/8, 18/6, 20/4, 22/2 và 24/0 (số giờ chiếu sáng/ngày đêm). Kết quả cho thấy, tổ hợp của nghiệm thức 2 LED tím (80 μmol/m2.s) với nghiệm thức 20/4 cho năng suất xà lách thương phẩm cao hơn các tổ hợp còn lại (0,90 kg/m2) ngoại trừ tổ hợp 3 LED trắng – 24/0. Số lá trên cây và kích thước lá ở tổ hợp của nghiệm thức 2 LED tím với các mức thời gian chiếu sáng 24/0, 22/2 và 20/4 đạt tương đương nhau và cao hơn hầu hết các nghiệm thức kết hợp khác. Về chiều cao cây, tổ hợp của nghiệm thức 3 LED trắng với các nghiệm thức thời gian chiếu sáng khác nhau đều cho kết quả cao nhất (dao động từ 18,78 đến 52,00 cm). Tổ hợp của nghiệm thức 3 LED tím với các mức thời gian chiếu sáng 24/0 và 20/4 cho kết quả về độ Brix xà lách cao nhất (lần lượt là 3,25 và 3,20%). Khi kết hợp nghiệm thức 2 LED tím (80 μmol/m2.s) với nghiệm thức 20/4 (20 giờ chiếu sáng/4 giờ tắt) đã cho kết quả về sinh trưởng và năng suất thương phẩm của giống xà lách GN 63 trồng thủy canh tốt hơn các nghiệm thức còn lại.
Từ khóa: Đèn LED, thời gian chiếu sáng, thủy canh, xà lách

Article Details

References

Hình 2: Xà lách thủy canh ở nghiệm thức chiếu sáng 16/8 kết hợp với các loại đèn LED khác nhau (1 LED tím, 2 LED tím, 3 LED trắng và 3 LED tím, tương ứng từ trái qua phải) vào giai đoạn 35 NSKG

Bảng 1: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến chiều cao cây xà lách (cm) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Số lá trên cây xà lách thủy canh khác biệt có ý nghĩa qua phân tích thống kê ở nhân tố loại đèn LED và thời gian chiếu sáng (Bảng 2). Nghiệm thức 2 LED tím cho số lá nhiều nhất (19,86 lá/cây) và ít nhất là ở nghiệm thức 1 LED tím (15,99 lá/cây). Thời gian chiếu sáng 20/4 giờ cho số lá trên cây xà lách nhiều nhất (18,61 lá/cây) và chiếu sáng 16/8 cho số lá ít nhất (16,30 lá/cây). Số lá xà lách thủy canh ở 2 nhân tố loại đèn LED và thời gian chiếu sáng có sự tương tác với nhau. Tổ hợp 2 LED tím với 5 khoảng thời gian chiếu sáng đều cho số lá trên cây xà lách cao hơn các tổ hợp còn lại (dao động từ 19,27 - 21,19 lá/cây). Như vậy, loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đều có ảnh hưởng đến số lá xà lách thủy canh.

Bảng 2: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến số lá trên cây xà lách (lá) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Chiều dài lá xà lách khác biệt có ý nghĩa qua thống kê ở cả hai nhân tố loại đèn LED và thời gian chiếu sáng (Bảng 3). Ở nhân tố loại đèn LED, nghiệm thức 1 LED tím cho chiều dài lá xà lách dài nhất (12,48 cm) và thấp nhất ở nghiệm thức 3 LED tím (9,41 cm). Đối với nhân tố thời gian chiếu sáng, nghiệm thức 24/0 cho chiều dài lá xà lách thủy canh dài nhất (12,24 cm) và thấp nhất là ở nghiệm thức 16/8 và 22/2 (10,46 và 10,37 cm, tương ứng). Tổ hợp của nghiệm thức 1 LED tím với nghiệm thức 20/4 và 24/0 cho chiều dài lá xà lách (13,64 và 13,64 cm, tương ứng) cao hơn các tổ hợp còn lại. Vậy loại đèn LED và thời gian chiếu sáng có ảnh hưởng đến chiều dài lá xà lách thủy canh.

Bảng 3: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến chiều dài lá xà lách (cm) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Tương tự chỉ tiêu về số lá và chiều dài lá, chiều rộng lá của xà lách thủy canh ở các nghiệm thức khác biệt có ý nghĩa qua phân tích thống kê ở cả hai nhân tố thí nghiệm (Bảng 4). Chiều rộng lá đạt cao nhất với nghiệm thức 2 LED (11,64 cm) ở nhân tố loại đèn LED. Đối với nhân tố thời gian chiếu sáng, nghiệm thức 24/0 cho chiều rộng lá xà lách lớn nhất (11,24 cm) và thấp nhất là ở nghiệm thức 16/8 (9,19 cm). Kết quả Bảng 4 còn cho thấy có sự tương tác qua phân tích thống kê giữa loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến chiều rộng lá xà lách. Kết hợp của nghiệm thức 2 LED tím với các thời gian chiếu sáng 24/0, 22/2, 20/4 và 18/6 cho chiều rộng lá cao nhất (dao động từ 11,59 đến 12,76 cm). Như vậy, các ánh sáng đèn LED kết hợp với chiếu sáng khác nhau có ảnh hưởng đến chiều rộng lá của cây xà lách thủy canh.

Kết quả này trái ngược với nghiên cứu trước đây của Kang et al. (2013), Shimokawa et al. (2014). Sự khác biệt này có thể là do sự khác nhau về thời gian chiếu sáng và loại đèn LED được sử dụng trong nghiên cứu, đồng thời mỗi loại giống cây trồng sẽ có một mức cường độ ánh sáng tối hảo và khoảng thời gian chiếu sáng riêng biệt cho sự sinh trưởng và phát triển của chính bản thân cây trồng đó (Li et al., 2012). Trong nghiên cứu này, loại đèn LED và thời gian chiếu sáng có ảnh hưởng đến số lá và kích thước lá xà lách, kết quả này phù hợp với nghiên cứu trước đây của Morrow (2008). Số lá và kích thước lá có vai trò quan trọng trong quang hợp và năng suất cây trồng. Như vậy, sự ảnh hưởng khác biệt này có thể dẫn đến sự khác biệt về năng suất xà lách sau này.

Bảng 4: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến chiều rộng lá xà lách (cm) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Năng suất xà lách ở thời điểm thu hoạch (35 ngày sau khi gieo) khác biệt có ý nghĩa qua phân tích thống kê ở cả 2 nhân tố loại đèn LED và thời gian chiếu sáng (Bảng 5). Đối với nhân tố loại đèn LED, nghiệm thức 2 LED tím cho năng suất xà lách cao nhất là 1,22 kg/m2 và thấp nhất là ở nghiệm thức 1 LED tím (0,79 kg/m2). Sở dĩ có sự chênh lệch năng suất là do hệ thống 2 LED tím có CĐBXQH cao (80 μmol/m2.s) và tỏa ánh sáng (phủ kín chiều ngang kệ 50 cm) rộng hơn 1 LED tím (CĐBXQH 48 μmol/m2.s), đáp ứng yêu cầu sinh trưởng của cây xà lách, trong khi hệ thống 03 LED tím có độ tỏa sáng dư bên ngoài kệ trồng rau và CĐBXQH (98 μmol/m2.s) cao hơn yêu cầu sinh trưởng của cây. Điều này có nghĩa là sử dụng 3 LED tím gây lãng phí. Còn 3 LED trắng tuy cho cây cao nhất nhưng số lá trên cây ít, kích thước lá (chiều dài và chiều rộng) nhỏ nên năng suất thấp hơn 2 LED tím.

Ở nhân tố thời gian chiếu sáng, nghiệm thức 24/0 (chiếu sáng liên tục suốt ngày đêm) cho năng suất xà lách (1,21 kg/m2) cao nhất, kế đến là các nghiệm thức 20/4 và 22/2 (1,05 và 1,03 kg/m2, tương ứng) và thấp nhất là ở nghiệm thức 16/8 (0,56 kg/m2). Điều này có thể do chiếu sáng liên tục, tăng khả năng quang hợp nên đã ảnh hưởng làm gia tăng kích thước lá (chiều dài và chiều rộng).

Bảng 5: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến năng suất xà lách (kg/m2) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Hình 3: Xà lách thủy canh ở nghiệm thức 2 LED tím kết hợp với các nghiệm thức thời gian chiếu sáng khác nhau (a: 16/8; b: 18/6; c: 20/4; d: 22/2; e: 24/0 và f: đối chứng- ánh sáng tự nhiên) vào giai đoạn 35 NSKG

Kết quả Bảng 5 còn cho thấy có sự ảnh hưởng tương tác của loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến năng suất xà lách thủy canh. Kết hợp 2 LED tím với thời gian chiếu sáng 24/0 cho năng suất xà lách cao nhất (1,54 kg/m2), kế đến là 2 LED tím với chiếu sáng 22/2 và 20/4 đều cho năng suất 1,36 kg/m2 cao hơn các tổ hợp nghiệm thức còn lại. Shimokawa et al. (2014) cho biết, năng suất của cây trồng bị ảnh hưởng bởi cường độ ánh sáng và tỷ lệ phổ ánh sáng (chất lượng ánh sáng hay thành phần ánh sáng). Quá trình quang hợp và các tiến trình sinh học trong cây bị ảnh hưởng bởi chất lượng ánh sáng, thời gian chiếu sáng và cường độ ánh sáng tiếp xúc với cây trồng (Cope et al., 2011). Như vậy, loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đã ảnh hưởng đến năng suất xà lách.

Năng suất thương phẩm xà lách thủy canh (thu hoạch ở 35 ngày sau khi gieo) khác biệt có ý nghĩa qua phân tích thống kê ở cả 2 nhân tố loại đèn LED và thời gian chiếu sáng (Bảng 6). Ở nhân tố loại đèn LED, nghiệm thức 2 LED tím và 3 LED trắng cho năng suất xà lách thương phẩm đạt cao nhất (0,73 và 0,71 kg/m2, tương ứng) và thấp nhất 1 đèn LED tím (0,52 kg/m2) và 3 LED tím (0,6 kg/m2). Ở nhân tố thời gian chiếu sáng, nghiệm thức 20/4 và 24/0 cho năng suất thương phẩm xà lách cao nhất (lần lượt là 0,74 và 0,71 kg/m2).

Kết quả Bảng 6 còn cho thấy, có sự ảnh hưởng tương tác của loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến năng suất thương phẩm xà lách. Tổ hợp 2 LED tím với thời gian chiếu sáng 20/4 cho năng suất thương phẩm cao nhất 0,90 kg/m2 không khác biệt so với chiếu sáng 24/0 (0,81 kg/m2) và năng suất thương phẩm thấp nhất ở nghiệm thức 1 LED tím kết hợp với thời gian chiếu 16/8 (0,20 kg/m2). Nguyên nhân làm cho sản phẩm xà lách không thương phẩm chủ yếu là do hiện tượng cháy rìa lá non (Hình 4). Với nghiệm thức thời gian chiếu sáng 24/0 (chiếu suốt ngày đêm) tỷ lệ cây xà lách có biểu hiện cháy rìa lá non cao nhất (78,13% vào giai đoạn chuẩn bị thu hoạch 33 NSKT). Mặc dù đèn LED tạo nhiệt lượng rất thấp, tuy nhiên chiếu sáng liên tục 24/0 đã làm tăng nhiệt độ nên ảnh hưởng trực tiếp đến lá non của cây trồng, làm giảm tỷ lệ thương phẩm của xà lách, đặc biệt ở nghiệm thức cây càng cao thì cháy rìa lá non càng nhiều. Như vậy, loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đều ảnh hưởng đến năng suất thương phẩm của xà lách.

Bảng 6: Ảnh hưởng của các loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến năng suất thương phẩm của xà lách (kg/m2) tại thời điểm thu hoạch (35 NSKG)

Trong cùng một cột, hàng những số có chữ sau giống nhau thì khác biệt không ý nghĩa thống kê

** : khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 1%

Hình 4: Triệu chứng cháy lá trên xà lách ở nghiệm thức chiếu sáng 24 giờ/ngày đêm

Cháy lá non ở nghiệm thức 3 LED tím; (B) cháy lá ở nghiệm thức 3 LED trắng

Tổ hợp cuả nghiệm thức 2 LED tím 30W (CĐBXQH: 80 μmol/m2.s) với thời gian chiếu sáng 20/4 (chiếu sáng 20 giờ/ngày đêm) cho năng suất thương phẩm của xà lách đạt cao nhất (0,90 kg/m2), đồng thời cho các chỉ tiêu về sinh trưởng tương đương hoặc tốt hơn các tổ hợp nghiệm thức còn lại.

Tổ hợp 3 LED trắng 16W (CĐBXQH: 60 μmol/m2.s) kết hợp với thời gian chiếu sáng 24/0 (L/D): (chiếu liên tục 24 giờ/ngày đêm) cho năng suất thương phẩm của xà lách đạt 0,86 kg/m2, thân vươn dài (cao gấp 2,75 lần so với tổ hợp 2 LED tím với thời gian chiếu sáng 20/4) nhất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Buringh, P. and Dudal, R., 1987. Land transformation in agriculture. Published by John Wiley & Sons Ltd. 9-43.

Cope, K.R.,Snowden, M.C. and Bugbee B., 2014. Photobiological interactions of blue light and photosynthetic photon flux: effects of monochromatic and broad-spectrum light sources. Photochem Photobiol. 90(3): 574-84.

Gupta, S.D. and Jatothu, B., 2013. Fundamentals and application of light – emitting diodes (LEDs) in invitro plant growth and morphogenesis. Plant Biotechnol Rep.7: 211-220.

Kang, J.H., Krishna, S.K., Atulba, S.L.S., Jeong, B.R. and Hwang, S.J., 2013. Light intensity and photoperiod influence the growth and development of hydroponically grown leaf lettuce in a closed - type plant factory system. Horticulture, Environment and Biotechnology. 54:501-509.

Li, H., Tang, C., Xu, Z., Liu, X. and Han, X.L., 2012. Effects of different light sources on the growth of Non - heading Chinese cabbage (Brassica campetris L.). Journal of Agricultural Science 4(4): 262-273.

Morrow, R.C., 2008. LED lighting in horticulture. HortSci 43, 1947–1950.

Shimizu, H., Saito, Y., Nakashima, H., Miyasaka, J. and Ohdoi, K., 2011. Light environment optimization for lettuce growth in plant factory. IFAC World Congress. Milano (Italy). 605-609.

Shimokawa, A., Tonooka, Y., Matsumoto, M., Ara, H., Suzuki, H., Yamauchi, N., Shigyo, M., 2014. Effect of alternating red and blue light irradiation generated by light emitting diodes on the growth of leaf lettuce. doi: http://dx.doi.org/10.1101/003103