A fotossíntese é apoiada porLuzes LED?
A fonte de luz natural que tem sustentado a vegetação terrestre há milhares de milhões de anos, a luz solar, está frequentemente ligada à fotossíntese, o processo pelo qual as plantas transformam a energia luminosa em energia química para impulsionar o desenvolvimento. Mas à medida que as cidades crescem, a jardinagem interior torna-se mais popular e os métodos agrícolas avançam para ambientes controlados (como quintas verticais), levanta-se a questão: podem as fontes de luz artificial, como as luzes LED, promover a fotossíntese? Sim, sem dúvida, mas a eficácia depende de saber como as plantas utilizam a luz, as características do LED e o ajuste meticuloso das condições de iluminação. Para investigar isto, devemos primeiro dissecar os fundamentos da fotossíntese, depois observar como os LEDs se adaptam às necessidades de luz das plantas e, em seguida, discutir questões e usos práticos.
A capacidade das plantas de usar pigmentos como carotenóides, clorofila a e clorofila b para absorver determinados comprimentos de onda de luz é o componente fundamental da fotossíntese. O pigmento principal, a clorofila a, é mais eficaz na absorção de luz em duas faixas de comprimento de onda: o espectro vermelho (600–700 nm) e o espectro azul (400–500 nm). Os carotenóides absorvem a luz azul-verde e protegem as plantas dos danos causados pela luz, enquanto a clorofila b melhora isso absorvendo um pouco mais de luz azul e um pouco de luz laranja. A razão pela qual as folhas parecem verdes ao olho humano é porque as plantas consomem muito pouca luz verde (500–600 nm), sendo a maior parte dela refletida. Embora todo o espectro de luz visível seja fornecido pela luz solar, as plantas usam apenas as porções azul e vermelha, que são chamadas de faixa de “radiação fotossinteticamente ativa” (PAR). Esta constatação crucial é essencial para a tecnologia LED: mesmo sem reproduzir todo o espectro do sol, os LED podem facilitar a fotossíntese se puderem emitir luz nas áreas PAR vermelhas e azuis.
LEDssão particularmente adequados-para a fotossíntese devido à sua capacidade excepcional de atingir comprimentos de onda específicos. Os LEDs podem ser projetados para emitir faixas estreitas de luz exatamente nas faixas azul e vermelha, em contraste com os tubos fluorescentes (que emitem alguma PAR, mas também luz verde e amarela desnecessária) ou lâmpadas incandescentes (que emitem luz de amplo-espectro, mas perdem a maior parte da energia na forma de calor). LEDs azuis de alta-eficiência, por exemplo (que usam semicondutores InGaN, como mencionado anteriormente), emitem luz em 450–470 nm, um comprimento de onda que é facilmente absorvido pela clorofila a e b. Em 660-670 nm, que também é outra faixa de pico de absorção para a clorofila a, os LEDs vermelhos, que geralmente são compostos de arsenieto de alumínio e gálio (AlGaAs) ou fosfeto de arsenieto de gálio (GaAsP), emitem luz. Os produtores podem produzir um espectro de luz "personalizado" que atenda aos requisitos fotossintéticos de suas plantas combinando LEDs azuis e vermelhos em uma determinada proporção, geralmente 1:3 a 1:5 azul-para-vermelho, dependendo da variedade da planta. Os LEDs são até 80% mais eficientes-em termos de energia do que as lâmpadas incandescentes, o que é um enorme benefício para a agricultura interna, onde os custos de iluminação são uma despesa importante. Esta abordagem focada não só garante que as plantas recebam a luz de que necessitam, mas também minimiza o desperdício de energia.
A capacidade dos LEDs de promover a fotossíntese-e, em certas situações, superar a luz solar natural-tem sido consistentemente verificada por estudos científicos. Um estudo de 2018 comparando o crescimento da alface sob condições vermelhas-azulIluminação LEDà luz solar foi publicado na Scientia Horticulturae. De acordo com as descobertas, a alface cultivada com LEDs tinha 20% mais biomassa (peso total da planta) e mais antioxidantes do que a alface produzida ao sol. Isso se deve ao fato de que os LEDs fornecem controle exato sobre o espectro, a duração e a intensidade da luz,-todos eles variados em ambientes naturais. Por exemplo, a fotossíntese é retardada em dias nublados, quando a intensidade da luz solar diminui. Os produtores podem usar LEDs para manter um nível de luz constante (medido em micromoles por metro quadrado por segundo, ou μmol/m²/s) que é ideal para o estágio de crescimento da planta. O “fotoperíodo”, ou número de horas de luz por dia, também pode ser alterado. Por exemplo, folhas verdes como o espinafre requerem 12 a 16 horas de luz para florescer, enquanto plantas com flores como o tomate requerem fotoperíodos mais curtos para iniciar a floração. Em quintas verticais ou tendas de cultivo, os LED maximizam a absorção de luz e a eficiência do espaço, produzindo menos calor do que outras fontes de luz, permitindo que sejam posicionados mais perto das plantas sem queimar as folhas.
Como os LEDs são ajustáveis, eles podem ser ajustados para atender às diferentes necessidades de luz das diferentes espécies de plantas. Como seu crescimento está centrado no desenvolvimento da folhagem, os vegetais folhosos (alface, couve e espinafre) requerem luz azul e vermelha acima de tudo. Um arranjo simples de LED vermelho-azul é adequado e tem um preço razoável para essas plantas. No entanto, adicionar pequenas quantidades de luz verde ou vermelha-extrema (700–800 nm) à iluminação pode ajudar as plantas que florescem e dão frutos, como tomates, pimentões e rosas. Por exemplo, a-luz vermelha distante ajuda a controlar a "fotomorfogênese", ou como as plantas respondem à luz aumentando coisas como o comprimento do caule e o início da flor. 10% da luz vermelha-adicionada a um espectro de LED vermelho-azul melhorou a produção de frutos de tomate em 15%, incentivando a formação de flores, de acordo com um estudo de 2020 publicado na Plant Physiology. Os LEDs podem ajudar até mesmo plantas que gostam de pouca-luz-, como plantas domésticas comuns, como pothos ou cobras, que podem sobreviver em espaços sem luz solar natural graças a uma lâmpada LED vermelha-azul-de baixa intensidade que pode oferecer PAR suficiente para mantê-las saudáveis. Devido à sua adaptabilidade, os LEDs não são apenas perfeitos para a agricultura industrial, mas também para jardineiros domésticos que desejam cultivar plantas domésticas ou ervas durante todo o ano.
Embora os LEDs sejam muito bons na fotossíntese, há algumas coisas que você deve ter em mente para aproveitá-los ao máximo. Primeiro, a intensidade da luz deve ser adequada às demandas da planta. Por exemplo, as plantas adultas podem necessitar de 400–600 μmol/m²/s para o crescimento máximo, enquanto as plântulas necessitam de menor intensidade (100–200 μmol/m²/s) para prevenir o stress. À medida que a planta envelhece, os agricultores podem alterar a intensidade usando LEDs com capacidade de regulação de intensidade. O segundo factor crucial é a proporção do espectro: demasiada luz vermelha pode resultar em plantas fracas e esguias, enquanto demasiada luz azul impedirá o crescimento (folhas finas, caules curtos). É crucial testar várias proporções para cada espécie, como 1:4 de azul-para-vermelho para alface e 1:3 para tomates. Terceiro, os LEDs de-alta{17}}potência de gerenciamento de calor, que são utilizados em fazendas comerciais, podem, no entanto, produzir calor que afeta a temperatura da planta e a vida útil do LED, apesar do fato de que os LEDs emitem menos calor do que as lâmpadas tradicionais. As luminárias LED podem evitar o superaquecimento adicionando ventiladores ou dissipadores de calor. Por último, embora as despesas com energia sejam inferiores às da iluminação incandescente ou fluorescente, elas ainda podem aumentar para empresas-de grande escala. As despesas-de longo prazo podem ser reduzidas selecionando LEDs-de alta eficiência, que são medidos em lúmens por watt (lm/W) ou PAR por watt (μmol/J).
A ascensão da agricultura interna e da agricultura vertical já é uma evidência dos efeitos práticos da fotossíntese-apoiada por LED. Milhares deLEDs vermelhos-azuissão usados por empresas como a Plenty e a AeroFarms para cultivar folhas verdes nas cidades, consumindo 95% menos água do que a agricultura convencional e produzindo colheitas-durante todo o ano. Os LED tornam possível a produção local de alimentos em áreas com temperaturas extremas, como o Ártico, onde a luz solar é escassa durante meses seguidos, diminuindo a necessidade de vegetais importados. Os estudos da NASA para criar sistemas alimentares para viagens espaciais prolongadas (como viagens a Marte) também utilizam LEDs para cultivar plantas em condições controladas. Em menor escala, os produtores domésticos transformam áreas sombrias em jardins frutíferos usando luzes LED para plantar vegetais, ervas e microverdes em porões ou apartamentos. Esses usos mostram que os LEDs são uma tecnologia revolucionária que amplia o leque de locais e métodos em que as plantas podem ser cultivadas, além de ser um substituto prático da luz solar na fotossíntese.
Resumindo,Luzes LEDpodem, sem dúvida, ajudar na fotossíntese, e podem fazê-lo de forma mais eficaz, precisa e versátil do que muitas fontes de luz convencionais. Os LEDs fornecem às plantas a luz precisa de que necessitam para a fotossíntese, emitindo certos comprimentos de onda nas faixas PAR vermelha e azul. Os produtores também podem modificar o espectro, a intensidade e a duração da luz para se adequar às diferentes espécies de plantas e estágios de crescimento. Os LEDs podem aumentar o crescimento, o rendimento e a qualidade das plantas, de acordo com estudos científicos e aplicações práticas (como hortas caseiras e fazendas verticais). Embora existam factores a ter em conta, como o controlo do calor e a maximização da intensidade da luz, estes podem ser facilmente resolvidos com um design cuidadoso. A contribuição da tecnologia LED para a fotossíntese só aumentará à medida que ela se desenvolver (em termos de custo, eficiência e ajuste do espectro), abrindo a porta para uma agricultura mais acessível, produtiva e sustentável no futuro.
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