Uso de luz LED na produção de flores. Márcia M. Rabelo Guimarães Kobori Agrônoma Doutoranda ESALQ

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

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

Histórico do LED

- Década 20: inventado (vermelho)

- Década 60: desenvolvido (vermelho) pela General Electric - Década 70: lançamento laranja, amarelo e verde

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

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

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

Evolução uso de lâmpadas no cultivo de

plantas na Noruega (Moe et al., 2006)

- Final década 20 e início 30: Incandescentes - 1950: Fluorescente

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 isso não 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₎

- 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

- 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

- 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

Aplicações LED

Laboratório cultura de tecido: - Área menor

- Menores investimentos Ambiente protegido

Disposição das LEDs

- Topo

- Na parte mediana de plantas com porte alto (Não queima mesmo perto das plantas)

LED no campo aberto

Equador

Holanda

LED GreenPower

Laboratório

LED Refletor (Penzel)

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

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

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

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

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

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

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

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

- UFV: Crisântemo (corte, vaso) (Milanez, 2017) Tango, Hipérico (Assis, 2015)

Milanez, 2017 (UFV)

Milanez, 2017 (UFV)

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

Paradiso et al. (2011)

Scientia Horticulturae

Aumento fotossíntese LED comparado HPS:

Folhas verdes: 12%

Folhas vermelhas: 17% (devido antocianina)

Terfa et al. (2013)

Physiologia Plantarum

Rosa Toril

Univ. Noruega

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

Terfa et al. (2013)

Physiologia Plantarum

Rosa

Terfa et al. (2013)

Physiologia Plantarum

Rosa

Ouzounis et al. (2014)

Universidade Dinamarca

J. Plant Physiology

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

Ouzounis et al. (2014)

Universidade Dinamarca

J. Plant Physiology

Crisântemo

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)

Akbarian, 2016

Problemas Fisiológicos:

- Zinnia: epinastia com LED red - Gerânio: com aumento Azul

Wollaeger, 2013

Problemas Fisiológicos:

Marigold: ponto roxo escuro folhas

LED: 80% vermelha

Currey & Lopez, 2013.

Considerações finais

- LEDs têm muitas vantagens como fonte radiação para plantas, mas dificuldades retardam sua implementação

- Eficiência varia entre os espectros de luz e suas combinações com as espécies e cultivares de plantas

- Necessário maior incentivo nos estudos para melhor ajuste da tecnologia

Muito obrigada!

Kobori.marcia@gmail.com