Pengenalan
Kilang tumbuhan dengan pencahayaan buatan (PFAL) menanam sayur dalam bangunan tertutup berbilang tingkat menggunakan lampu LED, tanpa cahaya matahari. Beberapa syarikat di Malaysia telah memulakan operasi kilang tumbuhan untuk salad dan sayur daun (pengetahuan am). Kos elektrik untuk lampu ialah perbelanjaan operasi terbesar, maka resipi cahaya yang tepat sangat penting. Resipi cahaya merangkumi sekurang-kurangnya empat pemboleh ubah: keamatan cahaya (PPFD), tempoh pencahayaan harian (fotoperiod), komposisi spektrum (contohnya nisbah merah kepada biru) dan jumlah cahaya harian (DLI) yang terhasil daripada gabungan keamatan dan fotoperiod.
Artikel ini meringkaskan kajian bertajuk “Effects of environment lighting on the growth, photosynthesis, and quality of hydroponic lettuce in a plant factory” (Zhang et al., 2018) yang dijalankan di China (Universiti Pertanian China). Objektifnya ialah menentukan keadaan pencahayaan optimum untuk pertumbuhan, fotosintesis dan kualiti salad hidroponik. Dapatan dilengkapi oleh kajian lanjutan kumpulan yang sama (Yan et al., 2019), serta kajian dari Belanda (Nicole et al., 2016), Taiwan (Chung et al., 2018) dan Jepun (Zhuang et al., 2022).
Sorotan Kajian Lepas
Usaha mengoptimumkan pertumbuhan dan kualiti salad dalam kilang tumbuhan telah dijalankan di beberapa negara. Nicole et al. (2016), dalam kertas yang dipetik 62 kali, menggunakan LED dengan komposisi spektrum luas dan kawalan dinamik yang boleh dimalapkan mengikut warna sehingga 600 µmol/m²/s. Pendekatan ini menyumbang kepada kecekapan tenaga dan kawalan kualiti yang lebih baik bagi tiga kultivar salad merah, dan menunjukkan bahawa keamatan serta spektrum boleh dilaraskan secara berasingan untuk mencapai matlamat berbeza.
Chung et al. (2018) di Taiwan menilai secara kuantitatif beberapa resipi cahaya elektrik untuk salad daun merah. Menurut ringkasan SciSpace, nisbah merah kepada biru 80:20 pada peringkat awal dan 20:80 pada peringkat akhir meningkatkan antosianin dan berat segar. Dapatan ini menunjukkan bahawa nisbah R:B bukan sahaja mempengaruhi pertumbuhan, tetapi juga sebatian kualiti seperti pigmen.
Dari sudut ekonomi, Zhuang et al. (2022), dipetik 22 kali, mendapati, menurut ringkasan SciSpace, pengeluaran salad kini berdaya saing secara komersial dengan teknologi PFAL paling maju, tetapi sangat sensitif terhadap perubahan hasil dan harga. Kepekaan ini menjadikan setiap keputusan berkaitan pencahayaan, yang menentukan kedua-dua hasil dan kos elektrik, amat kritikal. Dalam konteks inilah Zhang et al. (2018) berusaha mencari titik di mana keamatan cahaya mencukupi untuk kualiti tanpa membazir tenaga.
Dapatan Utama
250 µmol/m²/s mencukupi. Zhang et al. (2018), dipetik 128 kali, mendapati salad yang ditanam pada ketumpatan fluks foton fotosintesis (PPFD) 250 µmol/m²/s dengan fotoperiod 16 jam dan nisbah merah kepada biru (R:B) 2.2 menghasilkan pertumbuhan dan kualiti optimum.
Kualiti setara dengan cahaya lebih tinggi. Berat segar daun, nitrat, gula larut dan vitamin C pada 250 µmol/m²/s setara dengan 300 µmol/m²/s.
Fotosintesis lebih cekap pada 250. Kadar fotosintesis bersih salad pada 250 µmol/m²/s secara konsisten lebih tinggi berbanding 300 µmol/m²/s, menunjukkan keamatan lebih rendah lebih cekap tenaga.
LED putih tambah merah. Yan et al. (2019), dipetik 72 kali, mendapati LED putih ditambah merah dengan R:B 2.7 menghasilkan berat segar daun lebih tinggi berbanding dua jenis LED putih biasa. Peningkatan pecahan cahaya merah daripada 24.2% kepada 48.6% meningkatkan kecekapan penggunaan cahaya lebih 20%.
DLI 12.6 mol/m²/hari memadai. Berat daun dan akar meningkat secara linear dengan integral cahaya harian (DLI), tetapi kecekapan cahaya dan elektrik menurun. Tiada perbezaan signifikan dalam berat segar, nitrat dan vitamin C antara DLI 12.60 dan 15.12 mol/m²/hari.
| Parameter | Nilai disyorkan | Sumber |
|---|---|---|
| PPFD | 250 µmol/m²/s | Zhang et al. (2018) |
| Fotoperiod | 16 jam | Zhang et al. (2018) |
| Nisbah R:B (LED merah/biru) | 2.2 | Zhang et al. (2018) |
| Nisbah R:B (LED putih + merah) | 2.7 | Yan et al. (2019) |
| DLI | 12.60 mol/m²/hari | Yan et al. (2019) |
Perbincangan
Dapatan utama kedua-dua kajian ialah lebih banyak cahaya tidak semestinya lebih baik. Menurunkan PPFD dari 300 ke 250 µmol/m²/s menjimatkan sekitar 17% tenaga lampu tanpa kehilangan kualiti (pengiraan berdasarkan nisbah keamatan). Fenomena ini berlaku kerana fotosintesis daun menghampiri tepu apabila cahaya meningkat; setiap foton tambahan memberi pulangan yang semakin berkurang (pengetahuan am). Dapatan Yan et al. (2019) bahawa berat meningkat secara linear dengan DLI tetapi kecekapan elektrik menurun menyokong prinsip ini dari sudut tenaga.
LED putih tambah merah juga menghasilkan cahaya yang lebih mudah untuk pekerja memeriksa tanaman berbanding cahaya merah-biru yang berwarna ungu (pengetahuan am). Ini memudahkan pengesanan awal gejala seperti terbakar hujung daun (tipburn) atau kekurangan nutrien. Peningkatan pecahan merah yang meningkatkan kecekapan penggunaan cahaya lebih 20% juga menunjukkan bahawa spektrum ialah tuil penjimatan tenaga yang sama penting dengan keamatan.
Resipi Zhang et al. (2018) dan Yan et al. (2019) bersifat statik, iaitu sama sepanjang kitaran tanaman. Kajian Chung et al. (2018) dan Nicole et al. (2016) menunjukkan langkah seterusnya: resipi dinamik yang berubah mengikut peringkat untuk meningkatkan warna dan kualiti sebelum tuaian. Bagi operator kilang tumbuhan di Malaysia, resipi statik 250 µmol/m²/s dan 16 jam boleh menjadi titik permulaan sebelum disesuaikan dengan varieti tempatan dan permintaan pasaran.
Implikasi kepada Operator Kilang Tumbuhan
1. Tetapkan PPFD sekitar 250 µmol/m²/s untuk salad.
2. Gunakan fotoperiod 16 jam dan DLI sekitar 12.6 mol/m²/hari.
3. Pertimbangkan LED putih tambah merah dengan R:B sekitar 2.7.
4. Ukur kecekapan tenaga, bukan hasil sahaja.
5. Uji resipi dinamik mengikut peringkat untuk varieti berwarna merah.
Kesimpulan
Salad hidroponik dalam kilang tumbuhan tumbuh optimum pada PPFD 250 µmol/m²/s, fotoperiod 16 jam dan R:B 2.2–2.7, dengan DLI sekitar 12.6 mol/m²/hari. Keamatan lebih tinggi tidak menambah kualiti tetapi meningkatkan kos tenaga, manakala penambahan cahaya merah meningkatkan kecekapan penggunaan cahaya.
Rujukan
1. Zhang, X., He, D., Niu, G., et al. (2018). Effects of environment lighting on the growth, photosynthesis, and quality of hydroponic lettuce in a plant factory. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 11(2). https://doi.org/10.25165/ijabe.v11i2.3420
2. Yan, Z., He, D., Niu, G., et al. (2019). Growth, nutritional quality, and energy use efficiency of hydroponic lettuce as influenced by daily light integrals exposed to white versus white plus red light-emitting diodes. HortScience, 54(10). https://doi.org/10.21273/HORTSCI14236-19
3. Nicole, C. C. S., Charalambous, F., Martinakos, S., et al. (2016). Lettuce growth and quality optimization in a plant factory. Acta Horticulturae, 1134. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2016.1134.31
4. Chung, H.-Y., Chang, M.-Y., Wu, C.-C., & Fang, W. (2018). Quantitative evaluation of electric light recipes for red leaf lettuce cultivation in plant factories. HortTechnology, 28(6). https://doi.org/10.21273/HORTTECH04024-18
5. Zhuang, Y. F., Lu, N., Shimamura, S., et al. (2022). Economies of scale in constructing plant factories with artificial lighting and the economic viability of crop production. Frontiers in Plant Science, 13, 992194. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.992194
Sumber carian: SciSpace Literature Review (mod High Quality), November 2026.
Kata kunci: kilang tumbuhan, PFAL, LED, salad, PPFD, nisbah merah biru, DLI, kecekapan tenaga
