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Cultivo

O impacto da qualidade e da intensidade da luz na produção de canábis com LED

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Foto: D.R. | Fluence by OSRAM

A adopção do LED na última década revolucionou o cultivo de canábis em ambiente controlado e promete continuar a sua ascensão meteórica em todo o mundo. De acordo com o relatório “State of the Cannabis Lighting Market” de 2021, a iluminação LED é o método preferido dos cultivadores norte-americanos nos três principais estágios de crescimento: propagação, vegetação e floração.

O uso de LED aumentou mais de 45% em todos os estágios de crescimento desde o relatório inicial de 2016. Em relação à adopção futura, 68% dos produtores que não está a usar LED durante a floração, está a pensar fazê-lo nos próximos 12 meses.

Por quê escolher iluminação LED para o cultivo de canábis?

Embora a tendência de adopção total de LEDs na América do Norte, Europa e outras regiões possa ser atribuída a inúmeros factores – custos de capital em declínio, composição espectral personalizável, intensidade de luz regulável, um corpo crescente de pesquisas – isso pode ser explicado através das três vantagens dos LEDs interligados: maior eficiência, maior controle ambiental e melhores rendimentos e qualidade.

1. Maior eficiência
Existem duas correntes a nível do mercado sobre iluminação de canábis que afectam a grande maioria dos cultivadores em todo o mundo. O primeiro, que vem a acontecer desde que os LEDs foram introduzidos no mercado e com o qual os produtores estão mais familiarizados, gira em torno dos benefícios e desafios de mudar de soluções de iluminação herdadas, como luminárias de sódio de alta pressão (HPS) para LEDs.

A adopção inicial do LED foi impulsionada principalmente pela sua eficiência energética e economia de custos. Por exemplo, luzes LED comerciais de amplo espectro atingem 2,6 micromoles de fluxo de fótons fotossintéticos (PPF) por joule de eletricidade ao longo da sua vida útil, em comparação com as luzes HPS, que atingem, em média, 1,9 micromoles por joule. Os LEDs também reduzem drasticamente os custos de manutenção e substituição que os sistemas legados incorrem com mais frequência. Essas eficiências estimularam várias instituições e programas a oferecer subsídios e descontos generosos aos produtores que actualizam para sistemas de LED. Essas economias, juntamente com as reduções nos custos de HVAC, tornaram os LEDs um investimento de longo prazo, que vale a pena para cultivadores de todo o mundo.

A segunda, uma discussão relativamente nova para muitos cultivadores, aplica-se àqueles que já adoptaram LEDs, mas estão à procura de pesquisas e insights para identificar o espectro e a composição de luz correctos, que resolvem as suas condições únicas de cultivo, incluindo geografia, tipo de instalação, condições ambientais e cultivares.

Ambas as conversas quase sempre envolvem uma componente de eficiência. Mas onde a supremacia dos LEDs sobre a iluminação legada foi bem estabelecida, alguns cultivadores que já usam LEDs podem ser tentados a implantar estratégias de iluminação que favoreçam baixa intensidade de luz e comprimentos de onda como vermelho distante, vermelho ou rosa, num esforço para reduzir o consumo de energia.

No entanto, na busca por maior eficiência, eles podem estar a sacrificar maiores receitas. Muitas culturas – a canábis entre elas – favorecem estratégias de alta intensidade e amplo espectro, que melhoram os rendimentos gerais e a qualidade das plantas, em atributos cruciais como morfologia, perfis de terpenos e conteúdo de canabinóides aprimorados.

Eficiência não significa optimização, e economia de custos significa pouco se também não estiver maximizando o potencial de receita. Toda a operação de canábis baseada em LED que tenta ganhos de eficiência deve contrabalançar isso com uma análise da estratégia de iluminação, que tirará o máximo proveito das suas colheitas.

2. Controlo aprimorado
Os LEDs fornecem controlo aprimorado sobre quase todos os parâmetros de uma operação de canábis. O mais crítico é, claro, a capacidade de manipular a intensidade da luz e a composição espectral, de forma a maximizar os rendimentos e a produção.

Compreender o impacto dos LEDs nos controlos ambientais, no entanto, é tão importante, especialmente para os cultivadores que recentemente mudaram de iluminação legada ou estão a pensar fazê-lo.

Existem quatro parâmetros de controlo principais que os LEDs aprimoram:

● A gestão do déficit de pressão de vapor (VPD) torna-se possível
As luzes HPS produzem uma quantidade significativa de calor. Quando desligado, no entanto, as mudanças resultantes no ambiente podem deixar as culturas mais vulneráveis ​​à condensação e patógenos, pois esfriam mais rapidamente do que outras superfícies.

Sob LEDs, o ambiente é menos afectado pelo calor produzido pela iluminação, contando com o sistema HVACD mais preciso, projectado exactamente para a gestão da manutenção de pontos de ajuste de temperatura e humidade.

Essa estabilidade aprimorada dos LEDs traduz-se em menos condensação nas plantas, menos uso de água e menos ventilação de desumidificação.

● Alcançar a temperatura perfeita com LEDs.

A temperatura ambiente desempenha um papel importante nas funções fisiológicas e no desenvolvimento do pólen de certas culturas, como pepinos e tomates. Com os sistemas HPS, é muito mais caro e difícil manter níveis adequados de calor, levando a flutuações que stressam as plantas. Embora as lâmpadas HPS possam realizar duas diferentes tarefas – tanto iluminação quanto aquecimento, elas não realizam nenhuma tarefa particularmente bem e representam um perigo muito maior para as plantas, caso falhem. Em última análise, a manutenção de temperaturas ideais deve ser responsabilidade do sistema HVACD.

Um retrofit de LED pode exigir a adicção de um sistema de aquecimento, mas os produtores geralmente verão cargas de aquecimento reduzidas em geral e, mais importante, favorecerão o maior controlo dos seus ambientes.

● Os LEDs estabilizam o CO2, evitando a ventilação
À medida que o PPFD aumenta, a manutenção dos níveis suplementares de CO2 é fundamental para maximizar as respostas fotobiológicas e a produção geral. Uma concentração de 1.200 a 2.000 ppm costuma ser a faixa ideal na produção de canábis.

No entanto, os produtores que usam luzes HPS precisam ventilar as suas instalações para desumidificar ou resfriar os seus ambientes, criando grandes flutuações de temperatura, humidade e níveis de CO2.

Os sistemas de LED diminuem a necessidade de ventilação, o que permite melhor controle climático, preservação de CO2, aumento da fotossíntese, melhor morfologia e menor ocorrência de doenças.

● Níveis mais altos de PPFD e maiores rendimentos
A canábis tem um apetite quase insaciável por luz e muitos pesquisadores que estudam os efeitos dos LEDs na canábis estão a observar cada vez mais pontos de saturação mais altos, criando novos caminhos para melhorar a lucratividade dos produtores através de estratégias de iluminação de alta produção e alta PPFD.

3. Melhor qualidade e rendimento
Embora as economias projectadas tenham impulsionado a adopção antecipada de LEDs, a sua maior eficácia e ROI (retorno no investimento) surgiram como os principais factores da sua popularidade sustentada. Entende-se agora que o aumento da intensidade da luz e da qualidade espectral se correlaciona com aumentos substanciais no rendimento, morfologia e saúde de uma cultura. Num estudo, os investigadores descobriram que um aumento de 1% na radiação fotossinteticamente activa (PAR) correspondia a um aumento de 1% no produto colhido até níveis de luz de 1.500 µmol/m2/s. Ao optimizar as instalações com LEDs e racks verticais, os cultivadores estão a perceber que podem obter lucros que superam em muito as economias já significativas.

Que tipo de iluminação LED é melhor para o cultivo de canábis?

À medida que cresce o corpo de pesquisa sobre os vários impactos dos LEDs na produção de canábis, também aumentará a capacidade dos produtores de aproveitar todo o potencial dos LEDs – principalmente a sua capacidade de fornecer estratégias de amplo espectro e alta intensidade – para alcançar novos níveis de produção e rentabilidade.

1. Impacto da luz de amplo espectro no cultivo de canábis
A mudança dramática e global em direcção ao uso de LED estimulou cientistas e pesquisadores a descobrir todo o seu potencial. Os LEDs são tecnologicamente mais eficientes e termorregulados do que seus antecessores, mas os LEDs avançados também oferecem recursos aprimorados, como controlo espectral, escurecimento, foto-aclimatação e PPFD mais alto, entre outros. A capacidade de controlar todos os aspectos da produção de canábis, no entanto, foi acompanhada por uma clara necessidade do mercado de entender os efeitos que diferentes espectros e intensidades têm nas plantas e operações em geral.

A Fluence investiu bastante em pesquisas empíricas para resolver essa necessidade. Em parceria com a Wageningen University & Research, na Holanda, produtores de canábis sediados nos EUA e outros, a pesquisa da Fluence descobriu que, embora a sensibilidade do espectro seja dependente da cultivar, estratégias de iluminação de amplo espectro – que incluem luz verde e outros comprimentos de onda amplamente ausentes em espectros de banda estreita – melhor rendimento das colheitas, morfologia e desempenho geral em cultivares de canábis seleccionadas quando comparados a espectros de banda estreita com altas proporções de comprimentos de onda vermelho e vermelho distante.

Num estudo realizado com o Texas Original Compassionate Cultivation (TOCC), os pesquisadores estudaram a resposta da canábis Tipo I, Tipo II e Tipo III à iluminação de amplo espectro, usando várias percentagens de luz vermelha sob alta PPFD. Em cada caso, o amplo espectro com menores quantidades de luz vermelha gerou o maior peso seco por planta. Na canábis Tipo I, um espectro equilibrado de luz branca gerou rendimentos 17% maiores do que a próxima solução espectral de maior rendimento, que continha uma concentração maior de luz vermelha. A canábis cultivada sob o espectro mais equilibrado também melhorou significativamente a morfologia. As plantas cultivadas sob um espectro equilibrado de luz branca também estavam livres de fotodegradação nos seus botões superiores, um desenvolvimento que normalmente ocorre em plantas cultivadas com uma fracção mais alta de luz vermelha.

No estudo WUR, os investigadores descobriram que em alguns cultivares, o teor de monoterpeno e canabinóides, incluindo THC, CBD e CBG, era significativa e inversamente proporcional à fracção de luz vermelha no espectro de produção. Com esses cultivares, o espectro de luz branca mais equilibrado induziu um aumento de 20% nos compostos canabinóides, em comparação com espectros com proporções de luz vermelha de até 90% ou mais. Noutras palavras, mais luz vermelha equivale a menos traços desejáveis.

2. Os benefícios das estratégias de alta intensidade de luz
Os produtores de canábis há muito entendem a natureza integral da luz e plantas, mas pesquisas recentes sugerem que a canábis tem um limiar ainda maior para a intensidade da luz do que se pensava anteriormente, quando o espectro certo é usado.

Um recente teste de pesquisa de alta PPFD, conduzido pela Fluence em colaboração com o TOCC, estudou intensidades de luz variando de 1100 a 2100 µmol/m2/s. Três cultivares foram analisados – com alto teor de THC (Tipo I), THC e CBD equilibrados (Tipo II) e baixo teor de THC (Tipo III) – sob um espectro equilibrado de luz branca.

O estudo descobriu que o maior aumento de rendimento ocorreu entre 1.100 e 1.500 µmol/m2/s. Um aumento de 26% na intensidade da luz aumentou os rendimentos em 27%. O rendimento continuou a subir mesmo em direcção a 2.100 µmol/m2/s, onde os pesquisadores observaram um pico de rendimento. Os parâmetros ambientais foram monitorizados de perto durante todo a experiência. Os investigadores notaram que, sob tratamentos superiores a 1.500 µmol/m2/s, a gestão desses parâmetros se tornou muito mais desafiadora.

Inovações na tecnologia LED e revelações nas áreas de fotobiologia e agricultura abriram um futuro empolgante para os mercados de canábis em todo o mundo. A capacidade de pesquisadores, engenheiros e produtores de continuar a desenvolver e refinar estratégias e métodos de amplo espectro e alta intensidade traduzir-se-á numa nova era de crescimento e lucratividade para aqueles que os adoptarem.

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* Timo Bongartz passou mais de uma década a ajudar empresas a inovar os seus modelos de negócio e iniciar novos empreendimentos. A sua paixão por acelerar a transformação dos negócios – combinada com uma afinidade infantil pelo cultivo – o levou ao sector de horticultura. Hoje, Timo actua como gerente geral da região EMEA da Fluence, capacitando produtores de alimentos, ornamentais e de canábis em toda a Europa, Médio Oriente e África, para atingir os seus objectivos de cultivo através de tecnologias avançadas de iluminação hortícola. Juntamente com a sua equipa interdisciplinar e multinacional, Timo apoia produtores de estufas e agricultores verticais em mais de 20 países e gere pesquisas de fotobiologia líderes do sector.

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