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

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

2 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

3 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

4 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

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6 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

7 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%

8 HortScience, 2008 Bourget

9 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

10 Plantas captam luz através fotoreceptores

11 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

12 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

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14 Evolução uso de lâmpadas no cultivo de plantas na Noruega (Moe et al., 2006) - Final década 20 e início 30: Incandescentes : Fluorescente : HPS alta pressão de sódio (melhores que fluorescente e halogênio)

15 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.

16 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 ( nm), incluindo parte que não promove crescimento das plantas.

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20 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)

21 - Comprimento onda LEDs: 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

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23 - 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!!

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25 - 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

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30 Energia solar - Menos de 5% energia solar transforma em CHO na planta - Radiação PAR ( nm): 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

31 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

32 HortScience, 2008 Bourget

33 Aplicações LED Laboratório cultura de tecido: - Área menor - Menores investimentos Ambiente protegido Campo aberto

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

35 LED no campo aberto Equador

36 Holanda LED em multicamadas

37 LED GreenPower Laboratório

38 LED Redonda Philips LED Tubular no Topo

39 LED Refletor (Penzel) LED em Fita

40 Efeito nas plantas - Luz vermelho ( nm) - Luz vermelho-distante ( nm): - Luz azul ( nm): - 90% absorção luz pelas folhas: vermelha e azul Eficazes na produção de fotoassimilados - PAR: nm - Luz verde: nm, parte é refletida - Luz branca: nm

41 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

42 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)

43 Alface roxa Cherokee. Owen & Lopez, 2015

44 Alface Outredegous (mais antocianina com a azul). Adaptado Stutte et al., 2009

45 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)

46 Pesquisas com LED na Horticultura (12.370)

47 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

48 Cultura PPF (µmol/m2/s) PAR (h/dia) DLI (mol/m2/dia) Produção hastes/m2/ano Autor Rosa de Corte Mortense et al. 1992a Rosa de Vaso a 14 Mortense, 2004 Lisianthus de Corte início: 10 final: a 20 Islam, 2002 Lisianthus de Vaso 240 início: 10 final: a 25 Kangus, 2005 Alstroemeria (Corte) Bakken & Baevre, 1999 Gérbera de Corte (3-4 semanas 10) Utne, 1996 Gérbera de Vaso a 12 Poinsetia (Vaso) Crisântemo de Corte Baevre, 1996 Crisântemo de Vaso a 11 15

49 Pesquisas no Brasil

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54 Royal magenta - Estaca/planta 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 10:02 Test 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 White - Estacas/planta 08:04 Test

55 Estaca/planta White Estaca/planta Royal Magenta 0 10:02 09:03 08:04 06:03:03 Test 1-6a 7-12a 13-17a :02 09:03 08:04 06:03:03 Test 1-6a 7-12a 13-17a

56 Estacas Royal Magenta (119 dias) :02 09:03 08:04 06:03:03 Test 250 Estacas White (119 dias) :02 09:03 08:04 06:03:03 Test

57 52 Royal Magenta 1-6a Royal Magenta 7-12a :02 09:03 08:04 06:03:03 Test :02 09:03 08:04 06:03:03 Test Royal Magenta 13-17a :02 09:03 08:04 06:03:03 Test

58 - UFV: Crisântemo (corte, vaso) (Milanez, 2017) Tango, Hipérico (Assis, 2015) LEDs foram eficientes para substituição incandescentes

59 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

60 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

61 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)

62 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

63 Pesquisas no exterior

64 Paradiso et al. (2011) Scientia Horticulturae Rosa Akito Holanda LED e HPS: 150 w/m2 16 h/dia Philips Fotossíntese máxima: nm (vermelho) Aumento fotossíntese LED comparado HPS: Folhas verdes: 12% Folhas vermelhas: 17% (devido antocianina)

65 Terfa et al. (2013) Physiologia Plantarum Rosa Toril Univ. 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

66 Terfa et al. (2013) Physiologia Plantarum Rosa

67 Terfa et al. (2013) Physiologia Plantarum Rosa

68 Ouzounis et al. (2014) Universidade Dinamarca J. Plant Physiology Rosa; Out./Inv. 200 µmol m -2 s 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 nm e nm

69 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

70 Ouzounis et al. (2014) Universidade Dinamarca J. Plant Physiology Campanula em vaso; Out./Inv. 200 µmol m -2 s 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

71 Ouzounis et al. (2014) Universidade Dinamarca J. Plant Physiology Crisântemo Aumento fotossíntese

72 Roni et al. (2017) Univ. Japão Câmaras crescimento: µmol m -2 s -1 Lisianthus Voyage 2 pink 16h/dia LED azul ( nm): folhas maior espessura, comprimento, largura, maior clorofila, maior fotossíntese, LED vermelho ( nm) LED branco ( nm)

73 Roni et al. (2017) Univ. Japão - Lisianthus

74 Akbarian, 2016 Problemas Fisiológicos: - Zinnia: epinastia com LED red - Gerânio: com aumento Azul diminuiu epinastia

75 Akbarian, 2016

76 Wollaeger, 2013 Problemas Fisiológicos: Marigold: ponto roxo escuro folhas LED: 80% vermelha 10% azul 10% verde

77 Currey & Lopez, Sem diferença entre LEDs e HPS

78 Salvia Wollaeger & Runkle, 2014

79 Impatiens walleriana

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83 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 - Precisa testar antes de investir

84 Muito obrigada!

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