Обоснование параметров и режимов работы системы освещения при выращивании микрозелени без естественного света Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса

Научная статья УДК 628.9

DOI: 10.24412/2227-9407-2024-1-91-102 EDN: KNSPGO

Обоснование параметров и режимов работы системы освещения при выращивании микрозелени без естественного света

Игорь Юрьевич Олонин1^, Дмитрий Алексеевич Филатов2, Светлана Игоревна Олонина3, Руслан Нусратович Мамедов4

12, 3 4Нижегородский государственный агротехнологический университет, Нижний Новгород, Россия 1 [email protected]^

2fiШov_da@mbox.т, https://orcid.org/0000-0002-8150-6542

3 [email protected]

4 [email protected]

Аннотация

Введение. В статье рассматривается вопрос влияния спектра и соотношения интенсивность света/фотопериод на энергоемкость продукции и финансовые затраты на потребляемую электроэнергию. Это влияние обусловлено не только полученным урожаем, а также разной энергоэффективностью светодиодов разного спектра и ценой на электроэнергию в различные часы суток.

Материалы и методы. Исследования проводились в закрытой камере без доступа естественного света. Температура воздуха во время проведения опыта составляла 20-23 °С при относительной влажности воздуха 6070 %. В камере установлены металлические фермы со стеллажами, системой полива, системой освещения и автоматизации технологических процессов при выращивании микрозелени. Одна установка включала три стеллажа, на каждой из которых располагались пластиковые емкости с торфом. В емкости с торфом высеивались семена микрозелени капусты Мицуна и редиса Октава. Срок выращивания микрозелени составил 7 дней. Система подачи воды состояла из резервуаров емкостью 90 л, дренажных насосов OASIS DN 110/6 и разветвленной сети водопроводов.

Результаты. Рассматривая влияние спектра, установлено, что затраты снижаются с увеличением доли красного света для всех рассматриваемых сортов микрозелени. Продолжительный фотопериод при низкой интенсивности лучше, чем короткий фотопериод и высокая интенсивность света по энергетической и финансовой эффективности.

Обсуждение. Проанализированные исследования показывают, что реакция зависит от спектра и величины DLI. По результатам нашего исследования мы увидели, что продолжительный фотопериод при низкой интенсивности лучше, чем короткий фотопериод и высокая интенсивность света по энергетической и финансовой эффективности.

Заключение. Объединяя результаты по сухому весу, как качественному показателю потребляемой электроэнергии и финансовым затратам на свежий вес, считаем предпочтительным вариантом для выращивания микрозелени систему освещения с параметрами B:R:FR = 29:58:13, PPFD = 100 ^mol-m"2-s"7l6 h.

Ключевые слова: интенсивность света, потребляемая электроэнергия, спектр, финансовые затраты, фотопериод

© Олонин И. Ю., Филатов Д. А., Олонина С. И., Мамедов Р. Н., 2024

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

Вестник НГИЭИ. 2024. № 1 (152). C. 91-102. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 1 (152). P. 91-102. ISSN 2227-9407 (Print)

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

lyvmlvmiii^ electrical technologies, electrical equipment

xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_

Для цитирования: Олонин И. Ю., Филатов Д. А., Олонина С. И., Мамедов Р. Н. Обоснование параметров и режимов работы системы освещения при выращивании микрозелени без естественного света // Вестник НГИЭИ. 2024. № 1 (152). С. 91-102. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-1-91-102

Justification of the parameters and modes of operation of the lighting system when growing microgreens without natural light

Igor Yu. OloninDmitry A. Filatov2, Svetlana I. Olonina3, Ruslan N. Mamedov4

12 3 4 Nizhny Novgorod State Agrotechnological University, Nizhny Novgorod, Russia

1 [email protected]я

2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8150-6542

3 [email protected]

4 [email protected]

Abstract

Introduction. The article deals with the question of the influence of the spectrum and the ratio of light intensity / pho-toperiod on the energy intensity of products and the financial costs of consumed electricity. This influence is due not only to the harvest, but also to the different energy efficiency of LEDs of different spectra and the price of electricity at different hours of the day.

Materials and methods. The studies were carried out in a closed chamber without access to natural light. The air temperature during the experiment was 20-23 °C at a relative humidity of 60-70 %. Metal trusses with racks, irrigation system, lighting system and automation of technological processes for growing microgreens are installed in the chamber. One installation included three racks, each with plastic containers of peat. Microgreens of cabbage «Mitsuna» and radish «Octava» were sown in a container with peat. The growing period for microgreens was 7 days. The water supply system consisted of tanks with a capacity of 90 liters, drainage pumps OASIS DN 110/6 and an extensive network of water pipes.

Results. Considering the influence of the spectrum, it is found that costs decrease with an increase in the proportion of red light for all considered microgreen varieties. A long photoperiod at low intensity is better than a short photoperiod and high light intensity in terms of energy and cost efficiency.

Discussion. Analyzed studies show that the response depends on the spectrum and the magnitude of the DLI. From the results of our study, we have seen that a long photoperiod at low intensity is better than a short photoperiod and high light intensity in terms of energy and cost efficiency.

Conclusion. Combining the results by dry weight, as a qualitative indicator, consumed electricity, and financial costs per fresh weight, we consider the lighting system with parameters B:R:FR = 29:58:13, PPFD = 100 ^molm"2s_1/16 h to be the preferred option for growing microgreens.

Key words: light intensity, consumed electricity, spectrum, financial costs, photoperiod

For citation: Olonin I. Yu., Filatov D. A., Olonina S. I., Mamedov R. N. Justification of the parameters and modes of operation of the lighting system when growing microgreens without natural light // Bulletin NGIEI. 2024. № 1 (152). P. 91-102. DOI: 10.24412/2227-9407-2024-1-91-102

Введение

Прогнозируется, что к 2050 году население планеты составит более 9 млрд человек, из которых 70 % будет проживать в городах [1]. При продолжающейся урбанизации для обеспечения едой растущее население необходимо развитие высокоэффективного производства продуктов питания. Перенос производства продуктов питания в места с вы-

соким спросом позволит снизить себестоимость продукции за счет исключения транспортных расходов. Наиболее перспективной городской технологией производства овощей является вертикальная ферма (VF) с контролируемой средой [2]. Получать урожай возможно круглый год без перебоев из-за изменения климата, сезона или неблагоприятных природных событий. Закрытые вертикальные фер-

электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'

мы с контролируемой средой обеспечивают большую урожайность на единицу площади в сравнении с традиционными теплицами и требуют меньше воды при орошении растений [3]. Однако технология вертикальных ферм требует в несколько раз большего количества энергии [4]. Для выращивания качественных растений с минимальными затратами электроэнергии необходимо качественное освещение. Условия искусственного освещения VF позволяют подбирать оптимальные параметры интенсивности света, спектра излучения и фотопериода для эффективного производства продукции. Наиболее перспективными технологиями для формирования оптимальных параметров освещения являются све-тодиоды. Преимуществами светодиодных облучателей по сравнению с другими искусственными источниками света для использования в светокультуре являются возможность формирования более эффективного спектра излучения, гибкое управление, низкая зависимость электрических характеристик от отклонения питающего напряжения [5; 6]. Интересным для VF представляется производство микрозелени. Микрозелень имеет содержание полезных фи-тохимических веществ больше, чем для их зрелых растений [7], а также короткий период выращивания 7-10 дней. Имеющиеся исследования по влиянию света на микрозелень имеют противоречивый характер. Под синими светодиодами получена наибольшая сырая и сухая масса микрозелени амаранта и репы по сравнению с белыми и красными светодиодами [8]. Эффективность повышенного синего света (^:2В) показана для микрозелени базилика в сравнении с белым и красно-синим светом в соотношении 2R:1B и 1&1В [9]. Общая концентрация антоцианов увеличивалась пропорционально проценту подаваемого синего света до 30 % во всех видах микрозелени [10]. В других исследованиях говорится о преимуществе красного света для микрозелени. Наибольшая свежая масса и самое высокое содержание общих флавоноидов получено при соотношении R:B = 5:1 [11]. Наибольшую сырую и сухую массу имели растения, обработанные светом при соотношении В^ = 25:75, при этом увеличение доли синего света (50-100 %) в спектре освещения привело к более высокому содержанию минеральных питательных веществ в микрозелени горчицы [12]. Добавление дальнего красного света увеличивает сырую биомассу микрозелени [13], увеличивает антиоксиданты и снижает нитраты [14]. Уровень фо-тоситетического фотонного потока (PPFD) также

оказывает влияние на урожайность и микроэлементы растений. Наиболее эффективный PPFD для микрозелени рукколы и горчицы получен 250 цтоЬт"2^"1 [15]. В исследовании [16] как увеличение, так и уменьшение интенсивности света по сравнению с величиной 100 цтоЬт"2^"1 для микрозелени редиса и базилика приводило к снижению вегетативной массы. По совокупности сухой массы и полезных веществ для микрозелени горчицы и кольраби рекомендована интенсивность 110-220 цтоЬт"2^"1 по сравнению с 330, 440 и 545 цтоЬт"2^"1 [17; 18]. В исследовании [19] в микрозелени брокколи содержание растворимого белка, растворимого сахара, свободной аминокислоты, флавоноидов, витамина С и глюкозинолатов в микрозелени брокколи было выше под воздействием 70 цтоЬт"2^"1, при этом 50 цтоЬт"2^"1 была оптимальной интенсивностью света для усиления роста растений. Таким образом, наиболее эффективный PPFD для микрозелени находится в диапазоне 100-200 цто1т-2^-1. Предположительно, разброс величины интенсивности связан с разным фотопериодом в экспериментах (от 8 до 20 часов/день). Исследования соотношения интенсивности света и фотопериода в рамках одного дневного интеграла света не были найдены. Следует отметить, что важным вопросом являются затраты на покупную электроэнергию, поскольку они определяют стоимость производимой продукции. Вертикальные фермы с контролируемой средой позволяют использовать любые часы в течение суток. В этом направлении интересным является использование дифференцированного тарифа на электроэнергию. Исследования, рассматривающие вопрос энергетических и финансовых затрат при выращивании микрозелени отсутствуют. Цель проведенного исследования - определить оптимальный спектр и соотношение интенсивности света/фотопериод для минимизации потребляемой электроэнергии и финансовых затрат при выращивании микрозелени в вертикальных фермах.

Материалы и методы

Исследования проводились в закрытой камере без доступа естественного света. Температура воздуха во время проведения опыта составляла 20-23 °С при относительной влажности воздуха 60-70 %. В камере установлены металлические фермы со стеллажами, системой полива, системой освещения и автоматизации технологических процессов при выращивании микрозелени (рис. 1).

i electrical technologies, electrical equipment

and power supply of the agro-industrial complex

Одна установка включала три стеллажа, на каждой из которых располагались пластиковые емкости с торфом. В емкости с торфом высеивались семена микрозелени капусты Мицуна и редиса Октава. Срок выращивания микрозелени составил 7 дней.

Система подачи воды состояла из резервуаров емкостью 90 л, дренажных насосов OASIS DN 110/6 и разветвленной сети водопроводов. Подача раствора осуществлялась автоматически 4 раза в сутки по 5 мин. (00.00; 6.00; 12.00; 18.00). Искусственное освещение начали применять с первого дня.

Рис. 1. Ферма для выращивания микрозелени: A - металлические стеллажи с системами полива и освещения; B - емкость с водой и насосом; C - блок автоматического управления насосом и светильниками Fig. 1. Farm for growing micro-greenery: A - metal racks with irrigation and lighting systems; B - a container with water and a pump; C - an automatic control unit for the pump and lamps Источник: Фотографии авторов при проведении производственных экспериментов в ООО «Солнышко» г. Нижний Новгород

Свежий вес урожая микрозелени (кг-м"2):

Е?=1 mi

m =

n-Si

где mi -вес урожая свежей микрозелени одной пластиковой емкости, кг; n - количество емкостей, шт.; Si - площадь одной емкости, м2.

Сухой вес получен путем сушки свежего веса микрозелени в сушильной камере (Premed, Poland). Вес замерялся с помощью весов BK-300 (Massa-K, Россия).

Системы освещения с эффективным энергопотреблением (EUE) для производства единицы продукции (кВтчкг-1):

Р ■ Т

EUE =

m

где Р - потребляемая электрическая мощность систем освещения, кВт; Т - время работы систем освещения, ч.

Затраты руб.кг-1:

на покупную электроэнергию,

CE =

m

где Wi - потребленная электроэнергия системой освещения за каждый час в течение суток, кВт; О -стоимость электроэнергии в каждом часе в течение суток, руб./кВтч.

Эксперимент 1. Проведено исследование влияния спектра в рамках соотношения интенсивность света/фотопериод равным 100 цто1т"2^_1/16 Ь. Интенсивность света (плотность фотосинтетического фотонного потока) контролировалась спектрофотометром ТКА-спектр (ТКА, Россия). Для освещения использовались светодиодные установки с комбинацией синего (В): красного (Я): дальнего красного ^Я) света. Спектр вариантов освещения показан на рис. 2. Характеристики систем освещения показаны в таблице 1.

электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'

№ 1 № 2 № 3

Рис. 2. Варианты спектра систем освещения Fig. 2. Variants of the spectrum of lighting systems Источник: Спектрограммы, полученные авторами с применением спектрофотометра TKA-спектр

Таблица 1. Характеристики светодиодных установок Table 1. Characteristics of LED installations

Потребляемая электрическая мощность, кВт / Спектр, % / Spectrum, %

Electric power consumption, kW X = 400-500 нм X = 600-700 нм X = 700-800 нм

№ 1 0,105 29 58 13

№ 2 0,099 50 37 13

№ 3 0,090 70 17 13

Источник: Доли спектра, полученные авторами с применением спектрофотометра ТКА-спектр

Эксперимент 2. Проведено исследование влияния интенсивности света и фотопериода в рамках одного дневного интеграла света. Параметры и режимы работы систем освещения показаны в таблице 2. Система освещения включалась автоматически по заданному алгоритму с применением

программируемого контроллера. Цена на электроэнергию в течение суток показана на рис. 3 (поставщик электроэнергии ПАО «ТНС энерго НН», Нижний Новгород, Россия). Для освещения использовались светодиодные установки № 3 (рис. 2).

Таблица 2. Параметры и режимы работы систем освещения Table 2. Parameters and modes of operation of lighting systems

№ PPFD, ^mol m'V1

-•--•-•--2-Г

Свет/темнота, h / Light/Dark, h Время работы / Working time DLI, molm- d-

1 100 16/8 21.00-13.00

2 134 12/12 19.00-7.00

3 200 8/16 23.00-7.00 Источник: Режимы работы, разработанные авторами для выполнения эксперимента

5,76 5,76 5,76

0,14

S 0,12

S

S 0,1

ей 0,08 W 0,06

c0,04 Л 0,02 0

[Л_ГЛ

s

i 3 5 7 9 ii 13 15 17 19 21 23

Time, h

Рис. 3. Цена на электроэнергию в течение суток Fig. 3. The price of electricity during the day Источник: Данные из ранее опубликованного исследования авторов [16]

ч

OQ

ю

Electricity consumption. kW. • Kg"1 Потребление электроэнергии, кВт.ч • кг 1

О (Л О (Л О (Л О (л

оооооооо

о

Я "

<*>

а ^

о X

to о

о s=

g 8

О z

8 и

St (л

1

Я

02

о н 02

ф

hi

ft to s

о

n

Fresh weight, kg • m2 Свежий вес, кг • м-2

О (Л О (Л О (л О (л

оооооооо

¡Я о

Electricity costs, rub. • kg" Затраты на электроэнергию, руб кг1

¡Я О

В о

®t к»

I

л о $ 5

3 ft ф

hd

ft CO to &

° cr

Drv weight. % Сухой вес, %

к» о о

-й-

©

©

СТ\ 00 ©

О © О © © ©

{

ш

02 Q

» S

&S g."

в

и Я

л

Я

я р

о

X о

О

w ft

и

►в* ►в* ft

П

Я

£ a Р

Я f

о a

2 ^ 5 о

ft о р

W О

1 *

Я н

Й Я

я р

0

я ft

1

OJ р

On ,_„

»

OJ о

OJ ^

^ Ю

о

° ы

о Со

н ft

о ы ft Й ft Я

я

ft

to Я о Р

Ю

ю о

■»? й

о4- ft

и

о о

to о н w р

о

ъ

о

О

о

W

ft а

ft

о р

W

° £

W s

Р hS

Р U1 ft ft Н Й ft

я я

о я

я р

OJ

О) о и tr

в ft

л ft

о

W

ft

*

я яс

W ft о

° §

о s

о «

Н Я

Я S?

2 $

2 2

w S

ft " я

я Я о

и g

2 Я

Н <">

? р

« 2.

я а\

Я о

Z s

ё *

р а

я 5

ft J5

со ?! о 3

х S

CTl s:

w ft и я л я и о to

я р

ю о

ы ft ^ й

О ft

I— и

S

й ^ ° я

о

00

>

о ¿г а

ft „ ^ 5

я

Яс S

и ^ ft а

о ft

! i Я ft

о н

W

о

W

и

W ft

ft и Й я

л

W

сг

н »

н сг

о

W ft

ft

I "в

0

1

5/5

I

0

1

S

0

1

I

8з

^ (О

^ S 8 ^

I I

Э

й

еч §

2

0

1

0

1

Сч §

2 О

электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'

Увеличение урожая и более энергоэффективный источник света способствовали снижению финансовых затрат на покупную электроэнергию (рис. 4, D). При увеличении красной области спектра финансовые затраты на электроэнергию для микрозелени капусты и редиса снизились на 15,8 и 18,2 % соответственно. Финансовые затраты на покупную электроэнергию микрозелени редиса в сравнении с микрозеленью капусты ниже на 43,8 %.

Эксперимент 2. Соотношение фотопериод/интенсивность в рамках одного дневного интеграла света повлияло на урожайность обоих видов микрозелени (рис. 5, A). Наибольший свежий вес получен при режиме 16/100 и составил 2,26 и 3,74 кг/м2 для микрозелени капусты и редиса соответственно. При уменьшении фотопериода и повышении интенсивности света свежий вес снизился на 9,8 и 22,8 % для микрозелени капусты и редиса соответственно.

Капуста

■ Редис

A

ы и

S '->

£>в

4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5

|а L0

0,5 0,0

—I— 12

16

—I

20

Фотопериод, часы/сутки Photoperiod, hours/day

ад

^ s" • s

гГ 0) И

Cl

о ,

. & О.Й

й (D

ч

m

M

« о

СЛ Й О О

(D

S

и

(D

•-Ю

•9 а Б 2 <-> К

(D О

wc

К;

3,00 2,50 2,00 - 1,50 Г. 1,00

¡ч

^ 0,50 0,00

ста age

■ Редис Radish

С

8 12 16 Фотопериод, часы/сутки Photoperiod, hours/day

20

4

4

Cabbage

Radish

8,00 7,00 6,00

S о 5,00

I « ^-00

° 3,00

Q à 2,oo 1,00 0,00

12

—I— 16

Фо Ph(

«топсриод., часы/сутки otopcriod. hours/day

B

—I

20

Kanyc Cabi);

ад E

^ a

• <D

. И

x> fi

g Он

« ^ k

to M '

8 5 ю &

•9 Я

s h

О ce

.9 &

го

16 14 12 10 8 6 4 2 0

ста age

■ Редис Radish

12

Фотопериод, часы/су Photoperiod, hours/da

16

тки

ay

D

20

4

4

8

Рис. 5. Свежий вес (A), сухой вес (B), эффективность использования электроэнергии (C) и затраты на электроэнергию для производства свежего веса (D) микрозелени при различных фотопериодах в рамках одного дневного интеграла света Fig. 5. Fresh weight (A), dry weight (B), energy efficiency (C) and energy costs for the production of fresh weight (D) microgreens at different photoperiodes within the same daylight integral Источник: собственные исследования авторов

Для производства сухого веса микрозелени эффективность использования света возрастает по мере роста фотопериода при снижении интенсивности света (рис. 5, B). Величина сухого веса увеличилась в 1,3 раза для всех исследуемых сортов микрозелени.

Эффективность использования световой энергии растений повлияла на эффективность использования электрической энергии, потребляемой системами освещения. Наименьшее потребление электроэнергии при производстве 1 кг микрозелени при 16-часовом фотопериоде и 100 цтоЬт"2^"1

i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex

(рис. 5, C). Затраты электроэнергии на единицу продукции микрозелени редиса в сравнении с микрозеленью капусты ниже на 39,5 %.

Финансовые затраты на покупную электроэнергию при производстве единицы продукции оказались при 16-часовом фотопериоде меньше, чем при 8-часовом фотопериоде на 13,4 % для микрозелени капусты и на 20 % для микрозелени редиса (рис. 5, D).

Обсуждение

Эксперимент 1. В исследовании [20] свежий и сухой вес микрозелени были больше при доле красного спектра 70-80 %, чем при доле красного спектра 20-30 %. В исследовании [21] растения микрозелени имели больший свежий и сухой вес при 75 % красного света, чем при 50 и 25 % соответственно. Много красного света предпочтительно для наибольшего урожая микрозелени также в исследовании [22]. Увеличение красного света больше 70 % слабо влияет на увеличение урожайности независимо от сорта микрозелени [23]. Наше исследование показывает, что большая доля красного спектра в составе системы освещения не только может увеличить свежий и сухой вес, а также снизить потребление электроэнергии и финансовые затраты. Это обусловлено тем, что красные светодиоды энергетически более эффективны, чем синие. И даже если урожай микрозелени будет одинаковым, потребление электроэнергии будет снижаться при увеличении красного света. Это согласуется с исследованиями на других растениях. Наименьшие затраты электроэнергии и наилучшее использование световой энергии при выращивании шпината были при обработке светодиодами с соотношением R:B = 1,2 по сравнению R:B = 0,9 [24]. В исследовании [25] наименьшие затраты электроэнергии при выращивании салата латука получены при соотношении R:B = 3 по сравнению с соотношениями 0,5-1-2-4 и белым светом. Такое же соотношение наиболее подходит для выращивания базилика с минимальными затратами электроэнергии [26].

Эксперимент 2. В исследовании [27] получены противоположные результаты для люминесцентных ламп ^^ = 1,8) и светодиодов ^^ = 1,2 и R:B = 2,2) при равном дневном интеграле света (DLI), разных фотопериоде и интенсивности света (12/200 и 16/150 соответственно). При увеличении фотопериода с 12 до 16 ч/д (уменьшении интенсивности света с 200 до 150 цтоЬт"2^"1) сырая масса

листьев салата для люминесцентных ламп увеличилась с 34,5 до 37,7 г/растение, для светодиодов с соотношением R:B = 1,2 и R:B = 2,2 сырая масса уменьшилась с 28,4 до 28,3 г/растение и с 34,9 до 30,7 г/растение соответственно. Сухая масса листьев для люминесцентных ламп уменьшилась с 1,34 до 1,27 г/растение, для светодиодов R:B = 1,2 увеличилась с 1,35 до 1,37 г/растение и для светодио-дов R:B = 2,2 уменьшилась с 1,6 до 1,38 г/растение. В исследовании [28] при высоком DLI 15,6 тоЬт" салат латук, выращенный при более низком PPFD и более длительном фотопериоде, имел большую свежую и сухую массу, чем салат латук, выращенный при более высоком PPFD и более коротком фотопериоде, в то время как при более низком DLI 10,4 тоЬт"2^"1 этого не происходило. В исследовании [29] надземная биомасса увеличилась на 16,0 % у латука и на 18,7 % у мизуны в ответ на увеличение фотопериода с 10 до 20 ч. Таким образом, продление фотопериода и снижение PPFD увеличило рост латука и мизуны за счет увеличения перехвата света и квантового выхода фотосистемы. Увеличение интенсивности света увеличивает витамин С и снижает нитраты, увеличение фотопериода не влияет на изменение витамина С и увеличивает нитраты в микрозелени капусты и китайской капусты [30]. Как мы видим, влияние соотношения интенсивность света/фотопериод в рамках одного дневного интеграла света не однозначно. Проанализированные исследования показывают, что реакция зависит от спектра и величины DLI. По результатам нашего исследования мы увидели, что продолжительный фотопериод при низкой интенсивности лучше, чем короткий фотопериод и высокая интенсивность света по энергетической и финансовой эффективности.

Заключение Проведенные исследования показывают, что спектр и соотношение интенсивность света/фотопериод влияют на энергоемкость продукции. Это влияние обусловлено не только полученным урожаем, а также разной энергоэффективностью светодиодов разного спектра и ценой на электроэнергию в различные часы суток. Объединяя результаты по сухому весу, как качественному показателю, потребляемой электроэнергии и финансовым затратам на свежий вес, считаем предпочтительным вариантом для выращивания микрозелени систему освещения с параметрами B:R:FR = 29:58:13, PPFD = 100 цто1т"2^-1/16 к

XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX

XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Eigenbrod C., Gruda N. Urban vegetable for food security in cities // Agronomy for Sustainable Development. A review. 2015. № 35 (2). P. 483-498.

2. Al-Kodmany K. Vertical Farm: a Review of Developments and Implications for the Vertical City // The Buildings. 2018. № 8 (2). P. 24.

3. Safikhani T., Abdullah A. M., Ossen D. R., Baharvand M. A review of energy characteristic of vertical greenery systems // Renew. Sustain. Energy. 2014. P. 450-462.

4. Barbosa G., Gadelha F., Kublik N., Proctor A., Reichelm L., Weissinger E., Halden R. Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2015. № 12 (6). P. 6879-6891.

5. Кондратьева Н. П., Филатов Д. А., Терентьев П. В. Исследование режимов работы системы «светодиодный источник света с управляемым УУ - симисторный светорегулятор» // Светотехника. 2020. № 2. С. 63-66. EDN CLZKCA.

6. Кондратьева Н. П., Филатов Д. А., Терентьев П. В. О зависимости уровня гармоник тока тепличных облучателей от уровня питающего напряжения // Светотехника. 2019. № 5. С. 20-22. EDN DSBJZL.

7. Xiao Z., Rausch S. R., Luo Y., Sun J., Yu L., Wang Q., Chen P., Yu L., Stommel J. R. Microgreens of Brassica-ceae: Genetic diversity of phytochemical concentrations and antioxidant capacity // LWT. 2019. № 101. P. 731-737.

8. Toscano S., Cavallaro V., Ferrante A., Romano D., Patané C. Effects of Different Light Spectra on Final Biomass Production and Nutritional Quality of Two Microgreens // Plants. 2021. № 10. 1584. DOI org/10.3390/ plants10081584

9. Lobiuc A., Vasilache V., Oroian M., Stoleru T., Burducea M., Pintilie O., Zamfirache M. Blue and Red LED Illumination Improves Growth and Bioactive Compounds Contents in Acyanic and Cyanic Ocimum basilicum L. Microgreens // Molecules. 2017. № 22 (12). 2111. DOI 10.3390/molecules22122111

10. Qinglu Ying, Chase Jones-Baumgardt, Youbin Zheng, Gale Bozzo. The Proportion of Blue Light from Light-emitting Diodes Alters Microgreen Phytochemical Profiles in a Species-specific Manner // Hortscience. 2021. № 56 (1). P. 13-20. DOI 10.21273/Hortscience 5371-20

11. Liang W., Xue A., Hao Y., Luo L. Effects of Led Light Quality on the Growth and Phenolic Compounds of Broccoli Microgreens // SSRN. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4057879

12. Naznin M. T., Lefsrud M., Gravel V., Azad M. O. K. Blue Light added with Red LEDs Enhance Growth Characteristics, Pigments Content, and Antioxidant Capacity in Lettuce, Spinach, Kale, Basil, and Sweet Pepper in a Controlled nvironment // Plants. 2019. № 8 (93). DOI 10.3390/plants8040093

13. Joshua R. G., Joshua K. C., Jennifer K. B., Roberto G. L. Light Intensity and Quality from Sole-source Light-emitting Diodes Impact Growth, Morphology, and Nutrient Content of Brassica Microgreens // Hortscience. 2016. № 51 (5). P. 497-503.

14. Giménez A., Martínez-Ballest, Egea-Gilabert C., Gómez P. A., Artés-Hernández F., Pennisi G., Orsini F., Crepaldi A., Fernández J. A. Combined Effect of Salinity and LED Lights on the Yield and Quality of Purslane (Por-tulaca oleracea L.) microgreens // Horticulturae. 2021. № 7. 180. DOI horticulturae7070180.

15. Johnson R. E., Kong Y., Zheng Y. Elongation growth mediated by blue light varies with light intensities and plant species: A comparison with red light in arugula and mustard seedlings // Environmental and Experimental Botany. 2019. 103898. DOI 10. 1016/j.envexpbot.2019.103

16. Filatov D. A., Vetchinnikov A. A., Olonina S. I., Olonin I. Yu. Intermittent LED lighting helps reduce energy costs when growing microgreens on vertical controlled environment farms // Improving Energy Efficiency, Environmental Safety and Sustainable Development in Agriculture : International Scientific and Practical Conference, Saratov. 2021 год. London. IOP Publishing Ltd., 2022. p. 01296. DOI 10.1088/1755-1315/979/1/012096. EDN KFOQLB.

17. Samuoliené G., Brazaityté A., Jankauskiené J., Virsilé A., Sirtautas R., Novickovas A., Duchovskis P. LED irradiance level affects growth and nutritional quality of Brassica microgreens // Open Life Sciences. 2013. № 8 (12). DOI 10.2478/s11535-013-0246-1.

18. Brazaityté A., Sakalauskiené S., Samuoliené G., Jankauskiené J., Virsilé A., Novickovas A., Duchovskis P. The effects of LED illumination spectra and intensity on carotenoid content in Brassicaceae microgreens // Food Chemistry. 2015173. Р. 600-606. DOI 10.1016/j.foodchem.2014.10.0.

99

Вестник НГИЭИ. 2024. № 1 (152). C. 91-102. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2024. № 1 (152). P. 91-102. ISSN 2227-9407 (Print)

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

electrical technologies, electrical equipment

xxxxxxxx and power supply of the agro-industrial complex xxxxxxxx_

19. Gao M., He R., Shi R., Zhang Y., Song S., Su W., Liu H. Differential Effects of Low Light Intensity on Broccoli Microgreens Growth and Phytochemicals // Agronomy. 2021. № 11. 537. DOI org/ 10.3390/agronomy 11030537.

20. Kamal K. Y., Khodaeiaminjan M., El-Tantawy A. A., Abdel Moneim D., Abdel Salam A., Ash-shormillesy S. M. A. I., Fawzy Ramadan M. Evaluation of growth and nutritional value of Brassica microgreens grown under red, blue and green LEDs combinations // Physiologia. 2020. Plantarum. DOI 10.1111/ppl.13083.

21. Brazaityte A., Miliauskiene J., Vastakaite-Kairiene V., Sutuliene R., Lauzike K., Duchovskis P., Malek S. Effect of different ratios of blue and red LED light on Brassicaceae microgreens under a controlled environment // Plants. 2021. № 10 (4). 801.

22. Bantis F. Light spectrum differentially affects the yield and phytochemical content of microgreen vegetables in a plant factory // Plants. 2021. № 10 (10). 2182.

23. Ying Q., Kong Y., Jones-Baumgardt C., Zheng Y. Responses of yield and appearance quality of four Brassicaceae microgreens to varied blue light proportion in red and blue light-emitting diodes lighting // Scientia Horticul-turae. 2020. № 259. 108857.

24. Gao W., He D., Ji F., Zhang S., Zheng J. Effects of daily light integral and LED spectrum on growth and nutritional quality of hydroponic spinach // Agronomy. 2020. № 10 (8). 1082.

25. Pennisi G., Orsini F., Blasioli S., Cellini A., Crepaldi A., Braschi I., Marcelis L. F. Resource use efficiency of indoor lettuce (Lactuca sativa L.) cultivation as affected by red: blue ratio provided by LED lighting // Scientific reports. 2019. № 9 (1). P. 1-11.

26. Pennisi G., Blasioli S., Cellini A., Maia L., Crepaldi A., Braschi I., Gianquinto G. Unraveling the Role of Red:Blue LED Lights on Resource Use Efficiency and Nutritional Properties of Indoor Grown Sweet Basil // Frontiers in Plant Science. 2019. № 10. DOI 10.3389/fpls.2019.00305

27. Zhang X., He D. X., Niu G. H., Yan Z. N., Song J. X. Effects of environment lighting on the growth, photosynthesis, and quality of hydroponic lettuce in a plant factory // Int J Agric & Biol Eng. 2018. № 11 (2). P. 33-40.

28. Kelly N., Choe D., Meng Q., Runkle E. S. Promotion of lettuce growth under an increasing daily light integral depends on the combination of the photosynthetic photon flux density and photoperiod // Scientia Horticulture. 2020. P. 272.

29. Palmer S., van Iersel M. W. Increasing growth of lettuce and mizuna under sole-source LED lighting using longer photoperiods with the same daily light integral // Agronomy. 2020. № 10 (11). DOI: 10.3390/agronomy10111659

30. Liu K., Gao M., Jiang H., Ou S., Li X., He R., Li Y., Liu H. Light Intensity and Photoperiod Affect Growth and Nutritional Quality of Brassica Microgreen // Molecules. 2022. № 27. P. 883. DOI: org/10.3390/molecules27030883.

Дата поступления статьи в редакцию 26.10.2023, одобрена после рецензирования 27.11.2023,

принята к публикации 30.11.2023.

Информация об авторах: И. Ю. Олонин - аспирант;

Д. А. Филатов - к.т.н., доцент, Spin-код: 8417-4833; С. И. Олонина - к.э.н., доцент, Spin-код: 9542-1130; Р. Н. Мамедов - магистрант.

Заявленный вклад авторов: Олонин И. Ю. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Филатов Д. А. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Олонина С. И. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста. Мамедов Р. Н. - обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX

REFERENCES

1. Eigenbrod C., Gruda N. Urban vegetable for food security in cities, Agronomy for Sustainable Development. A review, 2015, No. 35 (2), pp. 483-498.

2. Al-Kodmany K. Vertical Farm: a Review of Developments and Implications for the Vertical City, The Buildings, 2018, No. 8 (2), pp. 24.

3. Safikhani T., Abdullah A. M., Ossen D. R., Baharvand M. A review of energy characteristic of vertical greenery systems, Renew. Sustain. Energy, 2014, pp. 450-462.

4. Barbosa G., Gadelha F., Kublik N., Proctor A., Reichelm L., Weissinger E., Halden R. Comparison of Land, Water, and Energy Requirements of Lettuce Grown Using Hydroponic vs. Conventional Agricultural Methods, International Journal of Environmental Research and Public Health, 2015, No. 12 (6), pp. 6879-6891.

5. Kondrat'eva N. P., Filatov D. A., Terent'ev P. V. Issledovanie rezhimov raboty sistemy «sveto-diodnyj isto-chnik sveta s upravlyaemym UU - simistornyj svetoregulyator» [Investigation of the operating modes of the system «LED light source with a controlled UU - triac light regulator»], Svetotekhnika [Lighting Engineering], 2020, No. 2, pp. 63-66. EDN CLZKCA.

6. Kondrat'eva N. P., Filatov D. A., Terent'ev P. V. O zavisimosti urovnya garmonik toka teplichnyh obluchate-lej ot urovnya pitayushchego napryazheniya [On the dependence of the harmonic current level of greenhouse irradiators on the supply voltage level], Svetotekhnika [Lighting Engineering], 2019, No. 5, pp. 20-22, EDN DSBJZL.

7. Xiao Z., Rausch S. R., Luo Y., Sun J., Yu L., Wang Q., Chen P., Yu L., Stommel J. R. Microgreens of Brassicaceae: Genetic diversity of phytochemical concentrations and antioxidant capacity, LWT, 2019, No. 101, pp.731-737.

8. Toscano S., Cavallaro V., Ferrante A., Romano D., Patané C. Effects of Different Light Spectra on Final Biomass Production and Nutritional Quality of Two Microgreens, Plants, 2021, No. 10, 1584, DOI org/10.3390/ plants10081584

9. Lobiuc A., Vasilache V., Oroian M., Stoleru T., Burducea M., Pintilie O., Zamfirache M. Blue and Red LED Illumination Improves Growth and Bioactive Compounds Contents in Acyanic and Cyanic Ocimum basilicum L. Mi-crogreens, Molecules, 2017, No. 22 (12), 2111, DOI 10.3390/molecules22122111

10. Qinglu Ying, Chase Jones-Baumgardt, Youbin Zheng, Gale Bozzo. The Proportion of Blue Light from Light-emitting Diodes Alters Microgreen Phytochemical Profiles in a Species-specific Manner, Hortscience, 2021, No. 56 (1), pp. 13-20, DOI 10.21273/Hortscience 5371-20

11. Liang W., Xue A., Hao Y., Luo L. Effects of Led Light Quality on the Growth and Phenolic Compounds of Broccoli Microgreens, SSRN, http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4057879

12. Naznin M. T., Lefsrud M., Gravel V., Azad M. O. K. Blue Light added with Red LEDs Enhance Growth Characteristics, Pigments Content, and Antioxidant Capacity in Lettuce, Spinach, Kale, Basil, and Sweet Pepper in a Controlled nvironment, Plants, 2019, No. 8 (93), DOI 10.3390/plants8040093

13. Joshua R. G., Joshua K. C., Jennifer K. B., Roberto G. L. Light Intensity and Quality from Sole-source Light-emitting Diodes Impact Growth, Morphology, and Nutrient Content of Brassica Microgreens, Hortscience, 2016, No. 51 (5), pp. 497-503.

14. Giménez A., Martínez-Ballest, Egea-Gilabert C., Gómez P. A., Artés-Hernández F., Pennisi G., Orsini F., Crepaldi A., Fernández J. A. Combined Effect of Salinity and LED Lights on the Yield and Quality of Purslane (Por-tulaca oleracea L.) microgreens, Horticulturae, 2021, No. 7, 180, DOI horticulturae7070180.

15. Johnson R. E., Kong Y., Zheng Y. Elongation growth mediated by blue light varies with light intensities and plant species: A comparison with red light in arugula and mustard seedlings, Environmental and Experimental Botany, 2019, 103898, DOI 10. 1016/j.envexpbot.2019.103

16. Filatov D. A., Vetchinnikov A. A., Olonina S. I., Olonin I. Yu. Intermittent LED lighting helps reduce energy costs when growing microgreens on vertical controlled environment farms, Improving Energy Efficiency, Environmental Safety and Sustainable Development in Agriculture : International Scientific and Practical Conference, Saratov. 2021 god. London. IOP Publishing Ltd., 2022. p. 01296. DOI 10.1088/1755-1315/979/1/012096. EDN KFOQLB.

17. Samuoliené G., Brazaityté A., Jankauskiené J., Virsilé A., Sirtautas R., Novickovas A., Duchovskis P. LED irradiance level affects growth and nutritional quality of Brassica microgreens, Open Life Sciences, 2013, No. 8 (12), DOI 10.2478/s11535-013-0246-1.

¥¥¥¥¥¥¥¥¥ г/rrTPfr/if тргнмп!nizirs fi ргтшгл! рпшрмрмт^^^^^^^^^Ё

electrical technologies, electrical equipment

XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_

18. Brazaityte A., Sakalauskiene S., Samuoliene G., Jankauskiene J., Virsile A., Novickovas A., Duchovskis P. The effects of LED illumination spectra and intensity on carotenoid content in Brassicaceae microgreens, Food Chemistry, 2015173, pp. 600-606. DOI 10.1016/j.foodchem.2014.10.0.

19. Gao M., He R., Shi R., Zhang Y., Song S., Su W., Liu H. Differential Effects of Low Light Intensity on Broccoli Microgreens Growth and Phytochemicals, Agronomy, 2021, No. 11, 537, DOI org/ 10.3390/agronomy 11030537.

20. Kamal K. Y., Khodaeiaminjan M., El-Tantawy A. A., Abdel Moneim D., Abdel Salam A., Ash-shormillesy S. M. A. I., Fawzy Ramadan M. Evaluation of growth and nutritional value of Brassica microgreens grown under red, blue and green LEDs combinations, Physiologia, 2020, Plantarum, DOI 10.1111/ppl.13083.

21. Brazaityte A., Miliauskiene J., Vastakaite-Kairiene V., Sutuliene R., Lauzike K., Duchovskis P., Malek S. Effect of different ratios of blue and red LED light on Brassicaceae microgreens under a controlled environment, Plants, 2021, No. 10 (4), 801.

22. Bantis F. Light spectrum differentially affects the yield and phytochemical content of microgreen vegetables in a plant factory, Plants, 2021, No. 10 (10), 2182.

23. Ying Q., Kong Y., Jones-Baumgardt C., Zheng Y. Responses of yield and appearance quality of four Bras-sicaceae microgreens to varied blue light proportion in red and blue light-emitting diodes lighting, Scientia Horticul-turae, 2020, No. 259, 108857.

24. Gao W., He D., Ji F., Zhang S., Zheng J. Effects of daily light integral and LED spectrum on growth and nutritional quality of hydroponic spinach, Agronomy, 2020, No. 10 (8), 1082.

25. Pennisi G., Orsini F., Blasioli S., Cellini A., Crepaldi A., Braschi I., Marcelis L. F. Resource use efficiency of indoor lettuce (Lactuca sativa L.) cultivation as affected by red: blue ratio provided by LED lighting, Scientific reports, 2019, No. 9 (1), pp. 1-11.

26. Pennisi G., Blasioli S., Cellini A., Maia L., Crepaldi A., Braschi I., Gianquinto G. Unraveling the Role of Red:Blue LED Lights on Resource Use Efficiency and Nutritional Properties of Indoor Grown Sweet Basil, Frontiers in Plant Science, 2019, No. 10, DOI 10.3389/fpls.2019.00305

27. Zhang X., He D. X., Niu G. H., Yan Z. N., Song J. X. Effects of environment lighting on the growth, photo-synthesis, and quality of hydroponic lettuce in a plant factory, Int JAgric & Biol Eng., 2018, No. 11 (2), pp. 33-40.

28. Kelly N., Choe D., Meng Q., Runkle E. S. Promotion of lettuce growth under an increasing daily light integral depends on the combination of the photosynthetic photon flux density and photoperiod, Scientia Horticulturae, 2020, pp.272.

29. Palmer S., van Iersel M. W. Increasing growth of lettuce and mizuna under sole-source LED lighting using longer photoperiods with the same daily light integral, Agronomy, 2020, No. 10 (11), DOI: 10.3390/agronomy10111659

30. Liu K., Gao M., Jiang H., Ou S., Li X., He R., Li Y., Liu H. Light Intensity and Photoperiod Affect Growth and Nutritional Quality of Brassica Microgreen,Molecules, 2022, No. 27, pp. 883, DOI: org/10.3390/molecules27030883.

The article was submitted 26.10.2023; approved after reviewing 27.11.2023; accepted for publication 30.11.2023.

Information about the authors: I. Yu. Olonin - graduate student;

D. A. Filatov - Ph.D. (Engineering), assistant professor, Spin-code: 8417-4833; S. I. Olonina - Ph.D. (Economy), assistant professor, Spin code: 9542-1130; R. N. Mamedov - master student.

The declared contribution of the authors: Olonin I. Yu. - general management of the project, analysis and addition of the text of the article. Filatov D. A. - general management of the project, analysis and addition of the text of the article. Olonina S. I. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Mamedov R. N. - processing of materials, preparation of the initial version of the text.

The authors declare no conflicts of interests.