1. Regulamentação da Qualidade da Luz: Quebrando o Código de Luz da Planta
As plantas são bastante exigentes quanto ao uso da luz. As plantas só podem absorver luz visível na faixa de 400–700nm (que representa cerca de 43%–52,5% da radiação solar) para a fotossíntese. Os principais picos de absorção são a luz vermelha (610–720nm) e a luz azul (400–510nm). As luzes LED para plantas usam as capacidades fotoelétricas de materiais semicondutores para enviar luz de apenas uma cor por vez. Eles também podem realizar um controle preciso do espectro combinando chips.
A luz vermelha de 660 nm pode ativar pigmentos fotossensíveis nas plantas, o que ajuda as plantas a produzir mais clorofila e armazenar mais carboidratos. Quando a quantidade de luz vermelha no tomateiro sobe para 60%, o teor de açúcar solúvel da fruta aumenta 18% e o teor de vitamina C aumenta 25%. Um estudo da Universidade Agrícola de Nanjing descobriu que os segmentos do caule do crisântemo enraízavam 100% do tempo quando expostos à luz vermelha, o que representava 40% mais raízes do que quando expostos à luz natural.
Regras para luz azul: A luz azul de 450 nm é a mais importante para produzir clorofila e cultivar caules e folhas. Num ambiente com 30% de luz azul, as folhas da alface tinham 22% mais clorofila e os caules eram 15% mais grossos. A luz azul também pode impedir que as plantas cresçam muito, tornando-as mais compactas e ajudando-as a usar melhor o espaço.
A luz vermelha distante de 730 nm funciona com o fotossensibilizador vegetal B (PhyB) para modular o alongamento celular e o tempo de floração. Adicionar 10% de luz vermelha extrema aos morangueiros pode tornar os entrenós dos caules rastejantes 20% mais curtos e acelerar o amadurecimento dos frutos em 5 dias.
Simulação de-espectro completo: sistemas de LED-de última geração podem copiar o espectro solar, que inclui luz ultravioleta (380–400 nm) e luz infravermelha (700–1000 nm). As plantas podem produzir mais metabólitos secundários, incluindo licopeno e antocianinas, quando expostas à luz ultravioleta. A luz infravermelha ajuda as plantas a respirar e a permanecer na temperatura certa.
2. Controlar a intensidade da luz e o fotoperíodo: garantir que as necessidades de desenvolvimento sejam atendidas exatamente
Na fotossíntese das plantas, existem pontos de compensação de luz (onde a taxa fotossintética é igual à taxa respiratória) e pontos de saturação de luz (onde a taxa fotossintética não aumenta com mais luz). O sistema LED utiliza tecnologia de dimerização inteligente para se ajustar automaticamente às necessidades das plantas em diferentes estágios de crescimento.
Durante a fase de muda, use uma mistura de 40% de luz azul e 50% de luz vermelha para ajudar as raízes a crescer e as folhas a se expandirem. Na Fazenda Yuntai em Lianyungang, na sala de cultivo inteligente de Phalaenopsis, a luz LED suplementar reduz o tempo de enraizamento de mudas cultivadas em tecido-em 7 dias e aumenta a taxa de mudas de-alta qualidade em 30%.
Durante o período de crescimento nutricional, aumente a quantidade de luz vermelha (60% –70%) para acelerar a fotossíntese nas folhas. Esta fórmula espectral encurta o ciclo de crescimento da alface numa fábrica de 60 para 45 dias e aumenta o rendimento por unidade de área em 40%.
Período de crescimento reprodutivo: Para fazer as plantas florescerem, altere a proporção da luz vermelha para a luz vermelha extrema (5:1). Para evitar que cresçam muito, adicione luz azul. Esta proposta aumenta o teor de açúcar dos morangos em 15% e adianta o prazo de mercado em 10 dias.
Regulação do fotociclo: Utilize um cronômetro para fazer com que o período de floração das plantas siga um ciclo circadiano. Sob condições de 12 horas de luz e 12 horas de escuridão, as plantas de dias curtos, como os crisântemos, florescem 20 dias mais cedo do que em seu ambiente nativo.
3. Sistema de controle inteligente: criando um ambiente de luz em circuito-fechado
O novo sistema de iluminação LED para plantas usa sensores IoT, algoritmos de IA e atuadores para regular o ambiente de luz em um circuito fechado.
Camada de percepção ambiental: use sensores quânticos de luz (para medir PPFD), analisadores de espectro e equipamentos para monitorar o fenotípico das plantas e obter dados-em tempo real sobre intensidade de luz, distribuição espectral e fatores de crescimento das plantas.
Camada para tomada de decisões: algoritmos de IA alteram as fórmulas espectrais e a duração da luz em tempo real com base em modelos de como as plantas crescem. Por exemplo, se a concentração de clorofila nas folhas de tomate diminuir, o sistema aumenta automaticamente a quantidade de luz vermelha e mantém as luzes acesas por mais tempo.
Camada executiva: Usando um módulo de driver de LED regulável para obter escurecimento contínuo de 0% a 100%. Em um sistema de cultivo multi-camadas, você pode ajustar cada camada de iluminação separadamente para garantir que a luz seja uniforme.
Equipe responsável pela gestão de energia: Utilizar dispositivos de geração e armazenamento de energia fotovoltaica em conjunto para aproveitar ao máximo a energia. A Zona de Desenvolvimento Agrícola Moderno de Shanghai Sunqiao utiliza uma tecnologia integrada de armazenamento de luz que reduz o uso de energia do sistema LED em 30% e as emissões de carbono em 45%.
4. Avanço tecnológico: do laboratório à fábrica
As luzes LED para plantas mudaram de três maneiras ao longo do tempo:
A primeira geração (2000–2010) era composta principalmente por LEDs vermelhos e azuis que funcionavam apenas em uma cor. Eles tinham uma eficiência luminosa de cerca de 50lm/W e não combinavam muito bem com o espectro. Eles foram utilizados principalmente para atividades de pesquisa científica.
Segunda geração (2010–2020): criou uma combinação de LED de vários-comprimentos de onda com melhor eficiência de luz (150lm/W), incluiu um recurso de dimerização inteligente e começou a ser amplamente utilizado na produção de estufas.
Terceira geração (2020 até agora): A eficiência luminosa ultrapassou 250lm/W graças ao LED de pontos quânticos e aos materiais perovskita, que permitem o controle dinâmico de espectro total. A Universidade Agrícola de Nanjing produziu uma lâmpada LED para cultura de tecidos que dura 50 mil horas, usa 69,7% menos eletricidade do que as lâmpadas fluorescentes e se paga em 1,5 ano.
5. Caso de aplicação: melhoria da produção agrícola
A Fazenda Lianyungang Yuntai usa luzes LED para plantas em um rack de cultivo tridimensional de 10-camadas. Isto faz com que a densidade de plantio de Phalaenopsis seja três vezes maior, o rendimento por unidade de área seja dez vezes maior do que em estufas padrão e o uso de água seja 90% menor.
A Estufa Xiaotangshan de Pequim possui um sistema de iluminação suplementar de modo duplo superior + interplanta que liga automaticamente quando a intensidade da luz cai abaixo de 200 μ mol/m²/s. Isto encurta o ciclo de crescimento dos vegetais verdes em 15 dias e cumpre os critérios de qualidade da União Europeia.
O primeiro projeto de demonstração "Plant Factory 5.0" do mundo foi construído na Universidade de Wageningen, na Holanda. Ele usa regulamentação ambiental de luz LED para cultivar 100 quilos de tomates por metro quadrado por ano e usa 92% da energia luminosa da superfície da Terra.
