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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

60

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

50

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

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


Rosa; Out./Inv.

Condutância estomática: Quanto mais fechados estiverem os estômatos, maior será a chamada resistência estomática e menor será a condutância estomática


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


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

Muito obrigada!

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011-94170 6003

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