Determinação da integral ótima de luz diária (DLI) para cultivo interno de alface americana em sistema hidropônico vertical indígena

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10923 (2023) Citar este artigo

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O cultivo interno de alface em sistema hidropônico vertical (VHS) sob iluminação artificial é um processo que consome muita energia e acarreta um alto custo energético. Este estudo determina a integral ótima de luz diária (DLI) em função do fotoperíodo nos parâmetros fisiológicos, morfológicos e nutricionais, bem como a eficiência no uso de recursos da alface americana (cv. Glendana) cultivada em VHS indoor. As mudas foram cultivadas em fotoperíodo de 12 h, 16 h e 20 h com densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (PPFD) de 200 µmol m−2 s−1 usando luzes LED brancas. Os resultados obtidos foram comparados com VHS sem iluminação artificial dentro da estufa. Os valores de DLI para 12 horas, 16 horas e 20 horas foram 8,64, 11,5 e 14,4 mol m-2 dia-1, respectivamente. A massa fresca da parte aérea na colheita aumentou de 275,5 para 393 g à medida que o DLI aumentou de 8,64 para 11,5 mol m−2 dia−1. O DLI de 14,4 mol m−2 dia−1 teve impacto negativo na massa fresca, massa seca e área foliar. A transição do VHS sem iluminação artificial para o VHS com iluminação artificial resultou em aumento de 60% na massa fresca. Eficiência de uso de água significativamente maior de 71 g FW/L e eficiência de uso de energia de 206,31 g FW/kWh foram observadas sob um DLI de 11,5 mol m−2 dia−1. O estudo recomenda um DLI ideal de 11,5 mol m-2 dia-1 para alface americana cultivada em sistema hidropônico vertical interno.

Prevê-se que a população mundial atinja os 9,7 mil milhões de pessoas em 2050, dos quais 70% viverão em áreas urbanas1, o que colocará a infra-estrutura urbana sob pressão. Até 2023, prevê-se que a Índia ultrapasse a China como o país mais populoso do mundo, com a sua população a crescer à maior taxa entre agora e 20502,3. O efeito das alterações climáticas, o esgotamento dos recursos naturais e o aumento da urbanização levarão a menos terras disponíveis para a agricultura. Os efeitos das alterações climáticas nos rendimentos das culturas implicam que as reduções dos rendimentos poderão atingir até 60% até ao final do século, dependendo do tipo de cultura, da região e do cenário futuro das alterações climáticas4. Para enfrentar estes desafios, é necessário praticar técnicas modernas de cultivo, como a agricultura vertical, para garantir a segurança alimentar5,6. Estes sistemas podem produzir mais plantas por unidade de área do que os métodos tradicionais de cultivo, resultando numa maior produção agrícola. Isto é conseguido estabelecendo a produção agrícola na dimensão vertical7. A agricultura vertical pode ser realizada em estufas e fábricas de plantas, duas das formas típicas de agricultura em ambiente controlado8,9.

A alface é uma das culturas comercialmente mais significativas cultivadas em todo o mundo. A alface é a cultura ideal para a agricultura vertical devido ao seu curto ciclo de crescimento, baixa demanda energética, crescimento mais rápido, baixa contagem calórica e também contém níveis significativos de fibras, minerais e vitaminas, além de substâncias bioativas benéficas10. As alfaces Iceberg e dos Grandes Lagos são duas das variedades de alface mais comumente cultivadas na Índia. Depois da China e dos EUA, a Índia é o terceiro maior produtor de alface do mundo, representando 14% da área total semeada em todo o mundo, mas produzindo apenas 4,1% da produção total11. Conseqüentemente, há uma necessidade crescente de aumentar a produção e a produtividade da alface na Índia, usando técnicas modernas de cultivo intensivo, como a agricultura vertical.

A luz é uma das variáveis ​​ambientais mais significativas na agricultura vertical que influencia o desenvolvimento das plantas e governa a atividade das plantas com base na quantidade, qualidade e direção da luz12,13. A luz pode ser emitida naturalmente pelo sol, sofrer transformação de espectro ou até mesmo ser redirecionada. A principal fonte de energia para o cultivo tradicional é a luz solar, e a luz que as plantas interceptam num ambiente natural é flutuante e complexa14. Durante os dias nublados e especialmente no inverno as plantas recebem muito menos luz do que a necessária para o seu crescimento e desenvolvimento normais. As luzes de cultivo artificiais podem ser usadas como luz suplementar quando a luz solar natural é inadequada, e as luzes de cultivo são a única fonte de luz para fazendas verticais internas com luzes artificiais15,16. A iluminação artificial gera radiação que serve tanto como fonte de energia para a fotossíntese quanto como sinal biológico que pode modificar a morfologia e a qualidade das plantas. Para uma produção interior eficaz, durante todo o ano, de culturas de alto rendimento, é importante maximizar o crescimento das plantas sob iluminação artificial e, ao mesmo tempo, reduzir despesas17,18,19. Os LEDs têm a maior eficiência de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) de todas as fontes de luz artificial. Permitem também atingir o nível ideal de irradiância em termos de produção de biomassa e custos globais de energia20. Estudos anteriores21,22 demonstraram que as plantas cultivadas sob uma combinação de LEDs vermelhos e azuis têm uma aparência avermelhada, o que dificulta a identificação de sinais de doenças e problemas de crescimento. Não houve alterações significativas em todas as características fisiológicas e de produção das plantas de alface entre LEDs brancos e lâmpadas fluorescentes brancas frias. No entanto, os LED brancos consumiram menos eletricidade, indicando que os LED brancos podem efetivamente substituir as lâmpadas fluorescentes clássicas23,24.