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Iluminação em ambiente protegido e indoor

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Só o mercado global de iluminação LED para horticultura aumentou 49% em 2020 e atingiu US $ 1,3 bilhões

Simone da Costa MelloEngenheira agrônoma, mestre, doutora e professora – ESALQ/USP, Departamento de Produção Vegetalscmello@usp.br

Alasse Oliveira da Silvaalasse.oliveira77@gmail.com

Stella Andressa Collegaristella.collegari@usp.br 

Engenheiros agrônomos e mestrandos em Fitotecnia – ESALQ/USP, Departamento de Produção Vegetal

Iluminação – Fotos: Simone Mello

A demanda crescente por alimentos saudáveis com baixos teores de açúcar e gorduras tem colocado as hortaliças em destaque nas campanhas contra a desnutrição, obesidade e fome oculta. A Organização Mundial da Saúde (OMS) estimula o consumo de hortaliças e frutas e a recomendação mínima é de 400 a 450 g/dia para uma vida mais saudável para a população mundial.

Nesse sentido, essa valorização no segmento das hortaliças exige um avanço no setor de produção, visando sustentabilidade e qualidade para abastecer o mercado consumidor cada vez mais exigente.

Mas, para produzir com elevada qualidade e produtividade, o cultivo em ambiente protegido no Brasil tem crescido 30% ao ano nos últimos anos, pois permite ao produtor cultivar o ano todo sem a interferência direta das adversidades climáticas.

Também visando ambientes que permitem o cultivo o ano todo, as indústrias verticais (cultivo indoor) vêm se destacando no cenário mundial, e mais recentemente no Brasil. Nas indústrias verticais, a produção é determinada por metro cúbico, pois o cultivo é realizado em andares.

Iluminação

Nos ambientes protegidos e fechados (cultivo indoor) a iluminação artificial se faz presente como suplementação luminosa em ambiente protegido e como única fonte de iluminação no cultivo indoor.

Para isso, as lâmpadas com diodos emissores de luz, conhecidas como tecnologia LED permitem o uso controlado de comprimentos de ondas específicos e de intensidade luminosa, adequados para as diferentes espécies de hortaliças.

Além disso, podem ser inseridas próximas às plantas, sem provocar danos por queimaduras dos tecidos vegetais. A luz é essencial para o crescimento e desenvolvimento das hortaliças, interferindo direta ou indiretamente nos processos fisiológicos e morfológicos, como precocidade, desenvolvimento das folhas, florescimento, crescimento e qualidade dos frutos.

O emprego de LED’s no ambiente protegido tem sido utilizado por produtores de mudas, hortaliças folhosas, frutos e flores para suplementar a luz natural proveniente do sol em períodos de menor incidência (outono/inverno), garantindo mudas de alta qualidade, hortaliças de folhas mais precoces e com padrão de desenvolvimento adequado (sem estiolamento ou folhas mais estreitas) e hortaliças com maior produtividade e qualidade dos frutos, como o tomate, pepino e pimentão.

No cultivo indoor, os LEDs são a única fonte de luz, usada de maneira geral por um período entre 12 e 16 horas.

Vantagens

Estudos abordam que o uso de iluminação artificial aumenta a produtividade e qualidade das hortaliças, e para desenvolver esse setor, pesquisas com suplementação luminosa no cultivo hortaliças em ambiente protegido e indoor vêm sendo desenvolvidas na ESALQ/USP, sob coordenação da professora Simone Mello e participação de alunos de graduação e de pós-graduação do Grupo de Estudos e Práticas em Olericultura (GEPOL), com resultados publicados em revistas científicas.

As pesquisas resultaram no aumento de 15 a 30% de produtividade em tomate, pimentão e mini pepino cultivado em ambiente protegido pelo uso de luminárias compostas por 80% de LEDs vermelhos e 20% de LEDs azuis, instaladas entre o dossel das plantas.

Para microverdes cultivados em ambiente protegido também, o coentro, manjericão roxo e verde apresentaram maior qualidade nutricional, com maiores concentrações de ácido ascórbico, ferro, e zinco sob iluminação artificial, quando comprado com o cultivo sob luz do sol. Em ambiente fechado (indoor), o cultivo de folhosas como alface e manjericão teve elevada produtividade, com luminárias compostas por LEDs vermelhos (87,5%) e azuis (12,5%).

Orientação

Em ambiente protegido, a iluminação artificial pode ser utilizada de diferentes maneiras na produção de hortaliças. Porém, para o produtor ter sucesso com o uso dessa tecnologia, são recomendados testes em uma pequena área da sua estufa agrícola, cultivando as espécies de seu interesse comercial, em períodos diferentes do ano, antes de adquirir as lâmpadas para a área total do seu sistema de cultivo.

O produtor pode usar painéis refletores ou barras de LED para o cultivo de hortaliças. Os produtos têm custos variáveis em função da tecnologia e empresa produtora. Deve-se levar em consideração não somente o preço, mas a qualidade dos LEDs, para evitar falhas no sistema de iluminação.

Quanto às formas de aplicação, ele pode usar como:

a) Suplementação luminosa durante o dia, em que a luz do sol não é suficiente para as suas plantas. Nesse sistema, as lâmpadas serão acionadas quando a luminosidade do ambiente estiver abaixo da intensidade luminosa recomendada para o cultivo das suas hortaliças. Para isso, há necessidade de um sistema automatizado, com monitoramento da intensidade luminosa do ambiente por sensores, para que o sistema acione ou não a iluminação artificial. Essa forma de suplementar a luz é economicamente mais viável em relação ao uso da luz LED por um período fixo ao longo do dia;

b) Uso da iluminação artificial durante a noite para aumentar o fotoperíodo, em que as lâmpadas LED são acionadas por um determinado período noturno, que pode ser realizado inclusive durante as horas de menor custo de energia elétrica. Este sistema de iluminação artificial atua no ciclo circadiano das plantas, podendo estimular o crescimento vegetativo, induzir o florescimento de plantas de dias longos e aumentar a produtividade e qualidade de hortaliças de frutos, como o tomate, pimentão e pepino.  

Não confunda

Além da forma de aplicação, a composição espectral (comprimentos de ondas) afeta as respostas das culturas à iluminação artificial. Por isso, é preciso saber quais são os comprimentos de ondas que a sua espécie ou grupo de espécies mais respondem para alcançar maior produtividade e/ou qualidade.

As luzes vermelha e azul são mais eficientes para as plantas realizarem fotossíntese. A luz azul (420-490 nm) promove compactação das plantas e estimula a produção de clorofilas e a luz vermelha (620-700 nm) estimula o crescimento vegetativo e o florescimento.

A luz verde (490-570 nm) penetra nas camadas mais profundas das folhas e nas camadas mais inferiores do dossel das plantas tutoradas, como o tomate, pepino e pimentão, aumentando a fotossíntese. Também a luz branca tem mostrado efeitos positivos na produção de hortaliças, além de outros comprimentos de ondas.

As lâmpadas de LEDs brancos podem ser produzidas combinando LEDs com diferentes picos de comprimentos de ondas nas faixas do azul, verde e vermelho (Método 1); ou usando LEDs azuis com revestimento de fósforo, sendo que, neste caso, o fósforo absorve alguma fração dos fótons emitidos pelos LEDs azuis e reemite luz com comprimentos de ondas maiores (Método 2).


Na medida certa

Os componentes do revestimento de fósforo normalmente determinam as porcentagens de luz vermelha, verde e azul disponíveis para o crescimento das plantas; ou adicionando um  chip de LED vermelho em uma lâmpada LED branco feita pelo segundo método para realçar a luz vermelha (Método 3).

Os LEDs brancos são classificados em três tipos: branco frio (CW), com uma maior participação da densidade de fluxo de fótons na banda azul, com uma temperatura da cor de 6500, 6000 e 5000 K; branco quente (WW), com menor participação na faixa da azul e maior participação na faixa do vermelho, com uma temperatura da cor de 4000, 3000, 2700 e 2000K; e branco neutro (NW), com maior participação na faixa verde. O LED branco frio é usado para a fase vegetativa e o LED branco quente para o florescimento.


Dicas valiosas

Outro aspecto importante é a intensidade luminosa, ou seja, a quantidade de fótons que são emitidos por unidade de área e tempo, expressa em µmol m-2 s-1.  A intensidade pode variar em função da espécie e cultivar, fase fenológica da cultura, sistema de cultivo adotado e período do ano.

Para o cultivo em ambiente protegido, intensidades luminosas geralmente variam entre 100 e 400 µmol m-2 s-1 nas nossas condições de clima tropical e subtropical, sendo os valores mais elevados empregados em hortaliças de frutos como o tomate, pimentão e pepino, que apresentam elevada exigência luminosa na fase reprodutiva.

Para o cultivo em ambiente fechado (indoor), intensidades mais elevadas em relação àquelas empregadas no cultivo protegido podem ser aplicadas em espécies de eleva exigência luminosa pelo fato de a luz LED ser a única fonte de luz nesse ambiente.

Tendência

O mercado de iluminação artificial, bem como as tecnologias de cultivo em ambiente protegido e indoor sofrerão ainda grande evolução nos próximos anos. Só o mercado global de iluminação LED para horticultura aumentou 49% em 2020 e atingiu US $ 1,3 bilhões.

O mercado é projetado para chegar a US $ 4,7 bilhões em 2025, sendo que dois fatores impulsionarão esse crescimento substancial: a) aumento na frequência de adversidades climáticas extremas e a pandemia de Covid-19, que destacaram a importância da segurança alimentar para os consumidores; e b) expansão dos mercados recreativos e de cannabis medicinal (TrendForce, 2021).

Nos próximos anos, espera-se que os mercados de iluminação para horticultura nas Américas se expandam rapidamente. Neste cenário, o cultivo indoor terá grande destaque, pois permite a produção de alimentos sem contaminação por metais pesados, microrganismos e pesticidas, que têm provocado sérios problemas de saúde pública.

Porém, o fator limitante ainda é o alto custo de produção, sendo os principais responsáveis a eletricidade e mão de obra, que serão reduzidos nos próximos anos com a maior eficiência energética dos LEDS, uso de energia elétrica a partir fontes sustentáveis (painéis solares mais eficientes; energia eólica), uso da robótica e inteligência artificial para a produção de plantas de alta qualidade.

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