uso de luz de led na produção de flores -...
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Uso de luz LED na produção de flores
Márcia M. Rabelo Guimarães Kobori
Agrônoma – Doutoranda ESALQ
Sumário
- Conceito
- Histórico
- Mercado
- Fisiologia das plantas
- Vantagens
- Evolução das lâmpadas
- Características
- Espectro da luz
- Comprimento de onda
- Efeito nas plantas
- Aplicações
- Resultados de pesquisa
- Problemas
- Considerações finais
Conceito de LED
- LED: light-emitting diode = diodo emissor de luz
- É um dispositivo semicondutor em estado sólido, que quando energizado emite luz
- Transforma energia elétrica em energia luminosa
- É um chip com estrutura química e propriedades elétricas
Histórico do LED- Década 20: inventado (vermelho)
- Década 60: desenvolvido (vermelho) pela General Electric
- Década 70: lançamento laranja, amarelo e verde
- Década 90: lançamento do azul e do branco
Primeiros ensaios com LED
- LED vermelho e azul em alface
- Nasa – desde final década 80
- Bula et al. 1991, HortScience
- Resultados: similares a fluorescente
e incandescente
Porque LEDs não foram aplicados inicialmente?
- Custo elevado
- Não viáveis em larga escala
- Dificuldade de fabricação
- Desempenho irregular
LEDs evoluíram, são mais eficientes. E agora após 27 anos?
- Uso sob cultivo protegido
- 7% mercado em 2008 e em 2010 aumentou para 20%
HortScience, 2008 Bourget
Luz: fonte de energia para plantas no processo fotossíntese
Resposta da planta: depende intensidade, comprimento de onda e direção da luz emitida.
Desafio: controle da luz visando desenvolvimento planta
Plantas captam luz através fotoreceptores
Em que situações usar a luz suplementar?
- Melhorar disponibilidade de radiação luminosa
dias nublados, chuvosos, outono/inverno
- Substituição da luz natural (Lab. e cultivo em multicamadas)
- Aumento do comprimento do dia
Vantagens do uso de luz artificial
- Minimizar o auto-sombreamento das plantas
- Aumento da taxa fotossintética
- Uniformidade no porte
- Ganho em produtividade, com qualidade
- Precocidade
- Constância na produção ao longo do ano
Evolução uso de lâmpadas no cultivo de plantas na Noruega (Moe et al., 2006)
- Final década 20 e início 30: Incandescentes
- 1950: Fluorescente
- 1970: HPS – alta pressão de sódio (melhores que fluorescente e halogênio)
Ideia do uso de lâmpada elétrica em plantas
- Alemão, Inglês há 138 anos atrás
- 1 ano após Thomas Edison (norte americano)
criar luz elétrica (incandescente), disse:
“O horticultor terá os meios de se tornar
profissionalmente independente da luz solar
para produzir uma fruta de alta qualidade em
todas as estações do ano”.
As fontes de radiação mais comuns usadas em plantas:
- Fluorescentes
- Iodetos metálicos
- HPS
- Incandescentes
Foram desenvolvidas para iluminação de ambientes humanos, por issonão são ideais e tem limitações, pois os fotorreceptores são diferentes.
As lâmpadas fluorescentes emitem amplo espectro (350-750nm),incluindo parte que não promove crescimento das plantas.
O que regula a fisiologia da planta?
- Qualidade da luz (comprimento de onda)
- Intensidade da luz (µmol m-2 s-1)
- Fotoperíodo (no. horas luz/dia)
- Comprimento onda LEDs: 250 – 1000 nm (picos)
- Fotossíntese (RFA/PAR): 400/500 e 600/700 nm (picos)
- Fotorreceptores: clorofila (a e b), carotenóides, fitocromos
- Produtividade com qualidade da cultura
- Altera morfologia e composição das plantas
- LEDs não emitem calor pelo feixe luminoso (não tem IV)
- Mas emitem calor pela potência aplicada
- Precisa ter os dissipadores internos de calor
- Risco de danificar o chip da LED
- Diminui a durabilidade da LED
- Pode levar a degradação do fluxo luminoso, alterando sua energia
- Risco esquentar o ambiente
- A luz do LED é fria
- Cuidados com LED de baixa qualidade!!
- As diferentes cores dependem da composição dos semicondutores e da tensão aplicada
- A tendência é o uso de Leds com menor proporção de azul pois gastam mais energia e são mais caros
Energia solar
- Menos de 5% energia solar transforma em CHO na planta
- Radiação PAR (400-700nm): 85% absorvida: menos 5% CHO na planta
calor, fluorescência
15% refletido ou transmitido
- Tricomas, cera nas folhas: diminuiu 40% absorção e aumenta reflexão
- Sombra: menos de 20% PAR
Vantagens do uso de LED
- Menor consumo de energia elétrica- Vida útil longa - Alta conversão da energia em luz (e não em calor)- Lâmpadas frias- Emitem mais luz (alta eficiência)- Seleção de espectros ou combinações - Não emitem UV e IV- Usa baixa voltagem- Pode ser instaladas perto das plantas- Sem filamento, sem vidro
HortScience, 2008 Bourget
Aplicações LED
Laboratório cultura de tecido:
- Área menor
- Menores investimentos
Ambiente protegido
Campo aberto
Disposição das LEDs
- Topo
- Na parte mediana de plantas com porte alto
(Não queima mesmo perto das plantas)
LED no campo abertoEquador
Holanda LED em multicamadas
LED GreenPowerLaboratório
LED Redonda Philips LED Tubular no Topo
LED Refletor (Penzel)LED em Fita
Efeito nas plantas
- Luz vermelho (620-700nm)
- Luz vermelho-distante (710-850nm):
- Luz azul (400-500nm):
- 90% absorção luz pelas folhas: vermelha e azul
Eficazes na produção de fotoassimilados
- PAR: 400-700nm
- Luz verde: 500-580nm, parte é refletida
- Luz branca: 460-560nm
Influência da luz azul nas plantas
- Nas relações hídricas
- Nas trocas gasosas
- Abertura dos estômatos
- Na síntese de clorofila
- No desenvolvimento cloroplasto
- Promove ou reduz crescimento e produção - depende da espécie
- Variação muito grande de respostas fisiológicas nas plantas
- Usada em combinação com vermelho, pois é mais onerosa
- Gera mais energia que vermelha ao ser absorvida pela clorofila
Influência da luz vermelha nas plantas
- Muitas plantas produzem com luz monocromática vermelha, mas precisa testar se produz melhor em combinações com outras fontes especialmente com azul
- Eficientes na otimização da fotossíntese
- Aumento da parte aérea
- Oncidium aumento crescimento in vitro (Chung et al., 2010)
Alface roxa Cherokee. Owen & Lopez, 2015
Alface Outredegous (mais antocianina com a azul). Adaptado Stutte et al., 2009
Resultados de pesquisas
- Azul (450nm): mudas mais compactas, menor área foliar, melhor enraizamento
- Vermelho (660nm): mudas mais vigorosas, mais altas, maior área foliar, maior diâmetro
- Precisa equilíbrio entre diferentes comprimento de onda para ter qualidade
- Manipulação da morfologia e estatura da muda
(Wollaeger & Runkle, 2014, HortScience)
Pesquisas com LED na Horticultura (12.370)
Entraves no uso de LED
- Pouca pesquisa no Brasil: selecionar melhores combinações e melhor manejo por cultura
- Custo elevado (LEDs específicos para planta): produto importado, preço tende diminuir quando aumentar demanda
- Refletor: R$450,00 a 680,00. Resistente a umidade
Cultura PPF (µmol/m2/s) PAR (h/dia) DLI (mol/m2/dia) Produção hastes/m2/ano Autor
Rosa de Corte 230 18-24 25 300-400 Mortense et al. 1992a
Rosa de Vaso 200 20-24 12 a 14 Mortense, 2004
Lisianthus de Corte 200-240 início: 10 final: 24 10 a 20 Islam, 2002
Lisianthus de Vaso 240 início: 10 final: 24 10 a 25 Kangus, 2005
Alstroemeria (Corte) 180-200 18-20 15 Bakken & Baevre, 1999
Gérbera de Corte 200 20 (3-4 semanas 10) 15 400 Utne, 1996
Gérbera de Vaso 200 10 10 a 12
Poinsetia (Vaso) 150 10 15
Crisântemo de Corte 150 11 15 Baevre, 1996
Crisântemo de Vaso 200 10 a 11 15
Pesquisas no Brasil
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
Royal magenta - Estaca/planta
10:02 Test
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
White - Estacas/planta
08:04 Test
0
20
40
60
80
100
120
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Estaca/planta White
1-6a 7-12a 13-17a
0
10
20
30
40
50
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70
80
90
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Estaca/planta Royal Magenta
1-6a 7-12a 13-17a
0
50
100
150
200
250
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Estacas White (119 dias)0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Estacas Royal Magenta (119 dias)
38
40
42
44
46
48
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52
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Royal Magenta 1-6a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Royal Magenta 7-12a
0
10
20
30
40
50
60
70
10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test
Royal Magenta 13-17a
- UFV: Crisântemo (corte, vaso) (Milanez, 2017)
Tango, Hipérico (Assis, 2015)
LEDs foram eficientes para substituição incandescentes
Milanez, 2017 (UFV)
Crisântemo cv. Rage
60 dias
LI = luz incandescente 100W
A = LED 18W 2 m altura
B = LED 18W 1m altura
SL = sem iluminação
Milanez, 2017 (UFV)
Crisântemo cv. Rage
57 dias
LI = luz incandescente 100W
LED 18W: 0,0; 0,5; 1,0; 1,5 e
2 m (horizontal)
SL = sem iluminação
Zanotelle, 2009 (UFV)Crisântemo Yoko Ono
A: LED 8W (660nm)
C: LED 2W (660nm)
B: Incandescente 100W (1/7 m2)
Objetivo: não florescimento
PDC (abaixo 13h luz floresce)
Zanotelle, 2009 (UFV)Crisântemo Yoko Ono
LEDs: 2, 4, 6 e 8 W
LEDs: 660nm (vermelha)
Altura: 1,8m 4h luz
9 distâncias dos vasos até centro luz: 0,0 - 3,2m
LED 2W (2X2m): 2 anos retorno com economia energia.
Custo benefício: 2,3
Viável, pl. qualidade similar
Pesquisas no exterior
Paradiso et al. (2011) Scientia Horticulturae
Rosa Akito
Holanda
LED e HPS: 150 w/m2 16 h/dia
Philips
Fotossíntese máxima: 640-680nm (vermelho)
Aumento fotossíntese LED comparado HPS:
Folhas verdes: 12%
Folhas vermelhas: 17% (devido antocianina)
Terfa et al. (2013)Physiologia PlantarumRosa TorilUniv. Noruega
Câmaras crescimento
20h/dia 100 µmol m-2 s-1
HPS 5% azul: ciclo igual
LED 80% vermelho (630nm) e 20% azul (465nm): maior peso seco, 20% aumento fotossíntese, maior no. células paliçádicas mais alongadas e mais estômatos
HPS LED
Terfa et al. (2013)Physiologia PlantarumRosa
Terfa et al. (2013)Physiologia PlantarumRosa
Ouzounis et al. (2014)Universidade Dinamarca J. Plant Physiology
Rosa; Out./Inv.
200 µmol m-2 s-1
16 h/dia; Philips
A: LED 100% Vermelho – folha anormal
B: LED Branco (32/46/22% = blue/green/vermelho) – menor biomassa
C: LED 40/60%: Azul/Vermelho –Porte menor
D: LED 20/80%: Azul/Vermelho
450-485nm e 650-670nm
Ouzounis et al. (2014)Universidade Dinamarca J. Plant Physiology
Rosa; Out./Inv.
Condutância estomática: Quanto mais fechados estiverem os estômatos, maior será a chamada resistência estomática e menor será a condutância estomática
Ouzounis et al. (2014)Universidade Dinamarca J. Plant Physiology
Campanula em vaso; Out./Inv.
200 µmol m-2 s-1
16 h/dia; Philips
A: LED 100% Vermelho
B: LED Branco (32/46/22% = blue/green/vermelho)
C: LED 40/60%: Azul/Vermelho: porte menor, menor área foliar
D: LED 20/80%: Azul/Vermelho
Ouzounis et al. (2014)Universidade Dinamarca J. Plant Physiology
Crisântemo
Aumento fotossíntese
Roni et al. (2017) Univ. Japão
Câmaras crescimento: 85-125 µmol m-2 s-1
Lisianthus Voyage 2 pink
16h/dia
LED azul (410-550nm): folhas maior espessura, comprimento, largura, maior clorofila, maior fotossíntese,
LED vermelho (580-670nm)
LED branco (420-750nm)
Roni et al. (2017) Univ. Japão - Lisianthus
Akbarian, 2016
Problemas Fisiológicos:
- Zinnia: epinastia com LED red
- Gerânio: com aumento Azul diminuiu epinastia
Akbarian, 2016
Wollaeger, 2013
Problemas Fisiológicos:
Marigold: ponto roxo escuro folhas
LED: 80% vermelha
10% azul 10% verde
Currey & Lopez, 2013. Sem diferença entre LEDs e HPS
Salvia – Wollaeger & Runkle, 2014
Impatiens walleriana
Considerações finais
- LEDs têm muitas vantagens como fonte radiação para plantas, masdificuldades retardam sua implementação
- Eficiência varia entre os espectros de luz e suas combinações com asespécies e cultivares de plantas
- Necessário maior incentivo nos estudos para melhor ajuste datecnologia
- Precisa testar antes de investir