Artikelquelle: Journal of Agricultural Mechanization Research;

Autor: Yingying Shan, Xinmin Shan, Song Gu.

Wassermelonen, als typische Nutzpflanze, erfreuen sich großer Marktnachfrage und hoher Qualitätsanforderungen. Ihre Anzucht gestaltet sich jedoch, ähnlich wie bei Auberginen, schwierig. Der Hauptgrund dafür ist ihr hoher Lichtbedarf. Erhalten die Sämlinge nach dem Aufbrechen nicht genügend Licht, wachsen sie übermäßig und bilden hohe Stängel, was die Qualität und das spätere Wachstum stark beeinträchtigt. Die Aussaat und Pflanzung von Wassermelonen erfolgt zwischen Dezember des Vorjahres und Februar des Folgejahres – einer Zeit mit den niedrigsten Temperaturen, dem geringsten Licht und dem höchsten Krankheitsrisiko. Besonders in Südchina ist es im Frühjahr keine Seltenheit, dass die Sonne zehn Tage bis zwei Wochen lang nicht scheint. Anhaltend bewölktes und schneereiches Wetter kann sogar zum Absterben vieler Sämlinge führen und den Landwirten erhebliche wirtschaftliche Verluste bescheren.

Die Frage, wie man künstliche Lichtquellen, z. B. das Licht von LED-Pflanzenlampen, nutzen kann, um bei unzureichendem Sonnenlicht „Lichtdünger“ auf Nutzpflanzen wie Wassermelonensetzlinge anzuwenden und so den Ertrag zu steigern, eine hohe Effizienz und Qualität zu erzielen, die Krankheitsresistenz zu verbessern und gleichzeitig das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen zu fördern, ist seit vielen Jahren ein zentrales Forschungsgebiet der Agrarwissenschaftler.

In den letzten Jahren wurde in der Forschung zudem festgestellt, dass auch unterschiedliche Rot- und Blaulichtverhältnisse einen signifikanten Einfluss auf das Wachstum von Pflanzensämlingen haben. So fanden beispielsweise Tang Dawei et al. heraus, dass ein Rot-Blau-Verhältnis von 7:3 optimal für das Wachstum von Gurkensämlingen ist; Gao Yi et al. wiesen in ihrer Arbeit darauf hin, dass eine Mischlichtquelle mit einem Rot-Blau-Verhältnis von 8:1 die geeignetste Zusatzbeleuchtung für das Wachstum von Schwammkürbis-Sämlingen darstellt.

Früher versuchten einige Forscher, für Sämlingsexperimente künstliche Lichtquellen wie Leuchtstoff- und Natriumdampflampen zu verwenden, jedoch mit unbefriedigenden Ergebnissen. Seit den 1990er Jahren wird die Sämlingsanzucht mit LED-Pflanzenlampen als Zusatzlichtquelle erforscht.

LED-Pflanzenlampen bieten Vorteile wie Energieeinsparung, Umweltschutz, Sicherheit und Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, geringe Größe und Gewicht, niedrige Wärmeentwicklung sowie gute Lichtstreuung oder steuerbare Lichtverteilung. Je nach Bedarf lassen sie sich zu reinem monochromatischem Licht oder zusammengesetzten Spektren kombinieren, wobei die Lichtausbeute 80–90 % erreichen kann. Sie gelten als die beste Lichtquelle für den Pflanzenanbau.

Derzeit werden in China zahlreiche Studien zum Anbau von Reis, Gurken und Spinat mit reiner LED-Beleuchtung durchgeführt, und es wurden bereits einige Fortschritte erzielt. Bei den schwer kultivierbaren Wassermelonensetzlingen befindet sich die aktuelle Technologie jedoch noch im Stadium des natürlichen Lichts, und LED-Licht wird lediglich als zusätzliche Lichtquelle eingesetzt.

I Angesichts der oben genannten Probleme wird in dieser Arbeit versucht, LED-Licht als reine Lichtquelle zu verwenden, um die Machbarkeit der Wassermelonen-Setzlingszucht und das beste Lichtstromverhältnis zur Verbesserung der Qualität von Wassermelonen-Setzlingen ohne Sonnenlicht zu untersuchen, um eine theoretische Grundlage und Datenunterstützung für die Lichtsteuerung von Wassermelonen-Setzlingen in Anlagen zu liefern.

A.Testverfahren und Ergebnisse

1. Experimentelle Materialien und Lichtbehandlung

Für das Experiment wurde die Wassermelonensorte ZAOJIA 8424 verwendet, als Anzuchtmedium diente Jinhai Jinjin 3. Der Versuchsstandort befand sich in der LED-Pflanzenlampenfabrik in Quzhou, und die dortige LED-Pflanzenbeleuchtung diente als Lichtquelle. Der Test umfasste fünf Zyklen. Die Versuchsdauer betrug 25 Tage, von der Sameneinweichung über die Keimung bis zum Sämlingswachstum. Die Photoperiode betrug acht Stunden. Die Innentemperatur lag tagsüber (7:00–17:00 Uhr) zwischen 25 °C und 28 °C und abends (17:00–7:00 Uhr) zwischen 15 °C und 18 °C. Die Luftfeuchtigkeit betrug 60–80 %.

In LED-Pflanzenlampen werden rote und blaue LEDs mit einer Wellenlänge von 660 nm (rot) bzw. 450 nm (blau) verwendet. Im Experiment wurden rotes und blaues Licht mit einem Lichtstromverhältnis von 5:1, 6:1 und 7:13 zum Vergleich eingesetzt.

2. Messindex und Messmethode

Am Ende jedes Zyklus wurden drei Sämlinge zufällig für einen Qualitätstest ausgewählt. Zu den Prüfparametern gehörten Trocken- und Frischgewicht, Pflanzenhöhe, Stammdurchmesser, Blattanzahl, spezifische Blattfläche und Wurzellänge. Pflanzenhöhe, Stammdurchmesser und Wurzellänge konnten mit einem Messschieber gemessen, Blatt- und Wurzelanzahl manuell gezählt und Trocken- und Frischgewicht sowie die spezifische Blattfläche mit einem Lineal bestimmt werden.

3. Statistische Datenanalyse

4. Ergebnisse

Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 und den Abbildungen 1-5 dargestellt.

Aus Tabelle 1 und Abbildung 1-5 ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Lichtdurchlassverhältnis das Trocken-Frischgewicht abnimmt, die Pflanzenhöhe zunimmt (es gibt ein Phänomen der nutzlosen Länge), der Stängel der Pflanze dünner und kleiner wird, die spezifische Blattfläche abnimmt und die Wurzellänge immer kürzer wird.

B.Ergebnisanalyse und -auswertung

1. Bei einem Licht-Durchlass-Verhältnis von 5:1 ist das Sämlingswachstum der Wassermelone am besten.

2. Die niedrige Keimlingsgröße, die durch die LED-Pflanzenlampe mit hohem Blaulichtanteil bestrahlt wurde, deutet darauf hin, dass Blaulicht einen deutlichen hemmenden Effekt auf das Pflanzenwachstum hat, insbesondere auf den Pflanzenstamm, und keinen erkennbaren Einfluss auf das Blattwachstum hat; Rotlicht fördert das Pflanzenwachstum, und die Pflanze wächst schneller, wenn der Rotlichtanteil hoch ist, aber ihre Länge ist deutlich sichtbar, wie in Abbildung 2 dargestellt.

3. Pflanzen benötigen in verschiedenen Wachstumsphasen unterschiedliche Verhältnisse von rotem und blauem Licht. Beispielsweise benötigen Wassermelonensämlinge im frühen Stadium mehr blaues Licht, welches ihr Wachstum effektiv hemmt; im späteren Stadium benötigen sie hingegen mehr rotes Licht. Bleibt der Anteil an blauem Licht zu hoch, bleiben die Sämlinge klein und gedrungen.

4. Die Lichtintensität für Wassermelonen-Sämlinge im frühen Stadium darf nicht zu hoch sein, da dies das spätere Wachstum beeinträchtigt. Am besten verwendet man im frühen Stadium schwaches Licht und erhöht die Lichtintensität später.

5. Eine angemessene Beleuchtungsstärke der LED-Pflanzenlampen ist sicherzustellen. Bei zu geringer Lichtintensität ist das Wachstum der Sämlinge schwach und kann zu Fehlentwicklungen führen. Die Beleuchtungsstärke für das normale Wachstum der Sämlinge sollte mindestens 120 W/ml betragen. Eine zu hohe Beleuchtungsstärke führt jedoch zu einem geringeren Wachstumsschub und einem erhöhten Energieverbrauch, was die spätere Nutzung im Betrieb beeinträchtigt.

CErgebnisse

Die Ergebnisse zeigten, dass die Anzucht von Wassermelonensämlingen in Dunkelkammern mit einer reinen LED-Lichtquelle machbar ist und ein Lichtstromverhältnis von 5:1 das Wachstum der Sämlinge besser fördert als ein Verhältnis von 6:1 oder 7:1. Drei Schlüsselaspekte sind bei der Anwendung der LED-Technologie in der industriellen Anzucht von Wassermelonensämlingen zu beachten.

1. Das Verhältnis von rotem zu blauem Licht ist sehr wichtig. Wassermelonensämlinge dürfen in der frühen Wachstumsphase nicht mit LED-Pflanzenlampen mit zu hohem Blauanteil beleuchtet werden, da dies das spätere Wachstum beeinträchtigt.

2. Die Lichtintensität hat einen wichtigen Einfluss auf die Differenzierung der Zellen und Organe von Wassermelonensämlingen. Hohe Lichtintensität fördert ein kräftiges Wachstum der Sämlinge; niedrige Lichtintensität führt zu kümmerlichem Wachstum.

3. Im Keimlingsstadium wuchsen die Keimlinge, bei denen die Lichtintensität 150 μmol / m2 · s betrug, langsamer als die Keimlinge, bei denen die Lichtintensität unter 120 μmol / m2 · s lag, nachdem sie auf das Ackerland verpflanzt worden waren.

Das Wachstum von Wassermelonensämlingen war am besten bei einem Rot-Blau-Verhältnis von 5:1. Aufgrund der unterschiedlichen Wirkungen von blauem und rotem Licht auf Pflanzen empfiehlt sich folgende Beleuchtungsmethode: Im frühen Wachstumsstadium der Sämlinge sollte der Anteil an blauem Licht angemessen erhöht und im späteren Stadium mehr rotes Licht hinzugefügt werden; alternativ kann im frühen Stadium schwaches und im späteren Stadium starkes Licht verwendet werden.