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L'impatto della qualità e dell'intensità della luce sulla produzione di cannabis a LED

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Foto: DR | Fluenza di OSRAM

L'adozione del LED nell'ultimo decennio ha rivoluzionato la coltivazione della cannabis in un ambiente controllato e promette di continuare la sua fulminea ascesa in tutto il mondo. Secondo il rapporto “Stato del mercato dell'illuminazione della cannabis” del 2021, l'illuminazione a LED è il metodo preferito dai coltivatori nordamericani nelle tre fasi principali della crescita: propagazione, vegetazione e fioritura.

L'utilizzo dei LED è aumentato di oltre il 45% in tutte le fasi di crescita rispetto al rapporto iniziale del 2016. Per quanto riguarda l'adozione futura, il 68% dei coltivatori che non utilizzano i LED durante la fioritura sta valutando la possibilità di farlo nei prossimi anni.

Perché scegliere l'illuminazione a LED per coltivare cannabis?

Sebbene la tendenza verso l'adozione completa dei LED in Nord America, Europa e altre regioni possa essere attribuita a numerosi fattori – costi di capitale in calo, composizione spettrale personalizzabile, intensità della luce dimmerabile, un numero crescente di ricerche – ciò può essere spiegato attraverso i tre vantaggi di LED interconnessi: maggiore efficienza, maggiore controllo ambientale e migliori rese e qualità.

1. Maggiore efficienza
Ci sono due tendenze nel mercato dell'illuminazione di cannabis che interessano la stragrande maggioranza dei coltivatori di tutto il mondo. Il primo, in corso da quando i LED sono stati introdotti sul mercato e che i produttori conoscono meglio, ruota attorno ai vantaggi e alle sfide del passaggio da soluzioni di illuminazione legacy come gli apparecchi di illuminazione al sodio ad alta pressione (HPS) per LED.

L'adozione iniziale del LED è stata guidata principalmente dalla sua efficienza energetica e dal risparmio sui costi. Ad esempio, le luci LED commerciali ad ampio spettro raggiungono 2,6 micromoli di flusso di fotoni fotosintetici (PPF) per joule di elettricità nel corso della loro vita, rispetto alle luci HPS, che hanno una media di 1,9 micromoli per joule. I LED riducono inoltre drasticamente i costi di manutenzione e sostituzione che i sistemi legacy spesso devono sostenere. Queste efficienze hanno spinto diverse istituzioni e programmi a offrire generosi sussidi e sconti ai produttori che stanno passando ai sistemi LED. Questi risparmi, insieme alla riduzione dei costi HVAC, hanno reso i LED un utile investimento a lungo termine per i coltivatori di tutto il mondo.

Il secondo, una discussione relativamente nuova per molti coltivatori, si applica a coloro che hanno già adottato i LED ma sono alla ricerca di ricerca e intuizioni per identificare lo spettro luminoso e la composizione corretti che rispondano alle tue condizioni di crescita uniche, inclusi geografia, tipo di struttura, condizioni ambientali e cultivar.

Entrambe le conversazioni coinvolgono quasi sempre una componente di efficienza. Ma laddove la supremazia dei LED sull'illuminazione tradizionale è ben consolidata, alcuni coltivatori che già utilizzano i LED potrebbero essere tentati di implementare strategie di illuminazione che favoriscono una bassa intensità della luce e lunghezze d'onda come il rosso lontano, il rosso o il rosa, nel tentativo di ridurre il consumo di energia .

Tuttavia, nella ricerca di una maggiore efficienza, potrebbero sacrificare maggiori entrate. Molte colture, tra cui la cannabis, favoriscono strategie ad alta intensità e ad ampio spettro che migliorano i raccolti complessivi e la qualità delle piante, su attributi cruciali come la morfologia, i profili terpenici e il contenuto di cannabinoidi migliorato.

Efficienza non significa ottimizzazione e il risparmio sui costi significa poco se non si massimizza anche il potenziale di guadagno. Qualsiasi operazione di cannabis basata su LED che cerchi guadagni di efficienza deve bilanciare questo con un'analisi della strategia di illuminazione che otterrà il massimo dalle loro colture.

2. Controllo migliorato
I LED forniscono un controllo migliorato su quasi tutti i parametri di un'operazione di cannabis. La cosa più critica è, ovviamente, la capacità di manipolare l'intensità della luce e la composizione spettrale al fine di massimizzare i raccolti e la produzione.

Comprendere l'impatto dei LED sui controlli ambientali, tuttavia, è altrettanto importante, soprattutto per i coltivatori che sono passati di recente dall'illuminazione tradizionale o stanno pensando di farlo.

Ci sono quattro parametri di controllo principali che i LED migliorano:

● Diventa possibile la gestione del deficit di pressione di vapore (VPD).
Le luci HPS producono una notevole quantità di calore. Quando è spenta, tuttavia, i cambiamenti ambientali che ne derivano possono lasciare le colture più vulnerabili alla condensa e agli agenti patogeni poiché si raffreddano più velocemente rispetto ad altre superfici.

Sotto i LED, l'ambiente è meno influenzato dal calore prodotto dall'illuminazione, con il più accurato sistema HVACD, pensato proprio per gestire il mantenimento dei set point di temperatura e umidità.

Questa migliore stabilità dei LED si traduce in una minore condensazione sugli impianti, un minor consumo di acqua e una minore ventilazione deumidificante.

● Ottieni la temperatura perfetta con i LED.

La temperatura ambiente gioca un ruolo importante nelle funzioni fisiologiche e nello sviluppo del polline di alcune colture come cetrioli e pomodori. Con i sistemi HPS, è molto più costoso e difficile mantenere livelli di calore adeguati, portando a fluttuazioni che stressano le piante. Sebbene le lampade HPS possano svolgere due compiti diversi, sia l'illuminazione che il riscaldamento, non svolgono alcun compito particolarmente bene e rappresentano un pericolo molto maggiore per le piante se si guastano. In definitiva, il mantenimento di temperature ottimali dovrebbe essere responsabilità del sistema HVACD.

Un retrofit a LED può richiedere l'aggiunta di un sistema di riscaldamento, ma i coltivatori vedranno generalmente carichi di riscaldamento ridotti in generale e, soprattutto, favoriranno un maggiore controllo dei loro ambienti.

● I LED stabilizzano la CO2, impedendo la ventilazione
Con l'aumento della PPFD, il mantenimento dei livelli supplementari di CO2 è fondamentale per massimizzare le risposte fotobiologiche e la produzione complessiva. Una concentrazione compresa tra 1.200 e 2.000 ppm è spesso l'intervallo ottimale per la produzione di cannabis.

Tuttavia, i produttori che utilizzano le luci HPS devono ventilare i propri locali per deumidificare o raffreddare i propri ambienti, creando grandi fluttuazioni di temperatura, umidità e livelli di CO2.

I sistemi a LED riducono la necessità di ventilazione, che consente un migliore controllo del clima, la conservazione della CO2, una maggiore fotosintesi, una migliore morfologia e una minore incidenza di malattie.

● Livelli PPFD più elevati e rendimenti più elevati
La cannabis ha un appetito quasi insaziabile per la luce e molti ricercatori che studiano gli effetti dei LED sulla cannabis vedono sempre più punti di saturazione più elevati, creando nuove strade per migliorare la redditività dei coltivatori attraverso strategie di illuminazione ad alto rendimento e PPFD elevato.

3. Migliore qualità e resa
Sebbene i risparmi previsti abbiano guidato l'adozione anticipata dei LED, la loro maggiore efficacia e il ROI (ritorno sull'investimento) sono emersi come fattori chiave per la loro costante popolarità. È ormai chiaro che l'aumento dell'intensità della luce e della qualità spettrale è correlato a sostanziali aumenti della resa, della morfologia e della salute di una coltura. In uno studio, i ricercatori hanno scoperto che un aumento dell'1% della radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) corrispondeva a un aumento dell'1% del prodotto raccolto fino a livelli di luce di 1.500 µmol/m2/s. Ottimizzando le installazioni con LED e rack verticali, i coltivatori si stanno rendendo conto che possono realizzare profitti che superano di gran lunga i risparmi già significativi.

Quale tipo di illuminazione a LED è la migliore per coltivare cannabis?

Con la crescita del corpo di ricerca sui vari impatti dei LED sulla produzione di cannabis, crescerà anche la capacità dei produttori di sfruttare tutto il potenziale dei LED, in particolare la loro capacità di fornire strategie ad ampio spettro e ad alta intensità, per raggiungere nuovi livelli di produzione e redditività.

1. Impatto della luce ad ampio spettro sulla coltivazione della cannabis
Il drammatico e globale cambiamento verso l'uso del LED ha spronato scienziati e ricercatori a scoprirne il pieno potenziale. I LED sono tecnologicamente più efficienti e termoregolati rispetto ai loro predecessori, ma i LED avanzati offrono anche funzionalità avanzate come controllo spettrale, dimming, foto-acclimatazione e PPFD più elevato, tra le altre. La capacità di controllare tutti gli aspetti della produzione di cannabis, tuttavia, è stata accompagnata da una chiara esigenza del mercato di comprendere gli effetti che spettri e intensità diversi hanno sulle piante e sulle operazioni in generale.

Fluence ha investito molto nella ricerca empirica per rispondere a questa esigenza. In collaborazione con la Wageningen University & Research nei Paesi Bassi, i coltivatori di cannabis con sede negli Stati Uniti e altri, la ricerca di Fluence ha scoperto che mentre la sensibilità dello spettro dipende dalle cultivar, le strategie di illuminazione ad ampio spettro – che includono la luce verde e altre lunghezze d'onda in gran parte assenti negli spettri a banda stretta – meglio resa del raccolto, morfologia e prestazioni complessive in cultivar di cannabis selezionate rispetto agli spettri a banda stretta con alte proporzioni di lunghezze d'onda rosse e rosse.

In uno studio condotto con Texas Original Compassionate Cultivation (TOCC), i ricercatori hanno studiato la risposta della cannabis di tipo I, tipo II e tipo III all'illuminazione ad ampio spettro, utilizzando varie percentuali di luce rossa con PPFD elevato. In ogni caso, l'ampio spettro con le quantità più basse di luce rossa ha generato il peso secco più alto per pianta. Nella cannabis di tipo I, uno spettro equilibrato di luce bianca ha generato rendimenti superiori del 17% rispetto alla successiva soluzione spettrale a più alta resa, che conteneva una maggiore concentrazione di luce rossa. La cannabis coltivata con lo spettro più equilibrato ha anche migliorato significativamente la morfologia. Le piante coltivate con uno spettro equilibrato di luce bianca erano anche prive di fotodegradazione nelle cime superiori, uno sviluppo che si verifica normalmente nelle piante coltivate con una frazione più elevata di luce rossa.

Nello studio WUR, i ricercatori hanno scoperto che in alcune cultivar il contenuto di monoterpeni e cannabinoidi, inclusi THC, CBD e CBG, era significativamente e inversamente proporzionale alla frazione di luce rossa nello spettro di produzione. Con queste cultivar, lo spettro di luce bianca più equilibrato ha indotto un aumento del 20% dei composti cannabinoidi, rispetto agli spettri con proporzioni di luce rossa fino al 90% o più. In altre parole, più luce rossa equivale a meno tratti desiderabili.

2. I vantaggi delle strategie ad alta intensità luminosa
I coltivatori di cannabis hanno capito da tempo la natura integrale della luce e delle piante, ma ricerche recenti suggeriscono che la cannabis ha una soglia di intensità luminosa ancora più alta di quanto si pensasse in precedenza, quando viene utilizzato lo spettro giusto.

Un recente studio di ricerca con PPFD elevato, condotto da Fluence in collaborazione con TOCC, ha studiato intensità luminose comprese tra 1100 e 2100 µmol/m2/s. Sono state analizzate tre cultivar – ricche di THC (Tipo I), bilanciate THC e CBD (Tipo II) e basse di THC (Tipo III) – sotto uno spettro equilibrato di luce bianca.

Lo studio ha rilevato che il maggiore aumento della resa si è verificato tra 1.100 e 1.500 µmol/m2/s. Un aumento del 26% dell'intensità della luce ha aumentato i rendimenti del 27%. La resa ha continuato a salire anche verso 2.100 µmol/m2/s, dove i ricercatori hanno osservato un picco di resa. I parametri ambientali sono stati attentamente monitorati durante l'esperimento. I ricercatori hanno notato che con trattamenti superiori a 1.500 µmol/m2/s, la gestione di questi parametri è diventata molto più difficile.

Le innovazioni nella tecnologia LED e gli sviluppi nei campi della fotobiologia e dell'agricoltura hanno aperto un futuro entusiasmante per i mercati della cannabis in tutto il mondo. La capacità di ricercatori, ingegneri e produttori di continuare a sviluppare e perfezionare strategie e metodi ad ampio spettro e ad alta intensità si tradurrà in una nuova era di crescita e redditività per coloro che li adottano.

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* Timo Bongartz ha trascorso più di un decennio ad aiutare le aziende a innovare i propri modelli di business e avviare nuove iniziative. La sua passione per l'accelerazione della trasformazione aziendale, unita a un'affinità infantile per la coltivazione, lo ha portato nel settore dell'orticoltura. Oggi, Timo ricopre il ruolo di direttore generale per la regione EMEA di Fluence, consentendo ai produttori di cibo, piante ornamentali e di cannabis in Europa, Medio Oriente e Africa di raggiungere i loro obiettivi di crescita attraverso tecnologie di illuminazione orticole avanzate. Insieme al suo team interdisciplinare e multinazionale, Timo supporta i coltivatori in serra e gli allevatori verticali in oltre 20 paesi e gestisce la ricerca fotobiologica leader del settore.

 

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[Disclaimer: tieni presente che questo testo è stato originariamente scritto in portoghese ed è tradotto in inglese e in altre lingue utilizzando un traduttore automatico. Alcune parole potrebbero differire dall'originale e potrebbero verificarsi errori di battitura o errori in altre lingue.]

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