Kilang Tumbuhan dengan Pencahayaan Buatan (PFAL) dan Pertanian Menegak: Resipi Cahaya LED, Penggunaan Tenaga, Hasil dan Kebolehlaksanaan Ekonomi

Pengenalan

Kilang tumbuhan dengan pencahayaan buatan (plant factory with artificial lighting, PFAL) ialah sistem pengeluaran tanaman dalam bangunan tertutup sepenuhnya, di mana cahaya, suhu, kelembapan, CO2 dan nutrien dikawal secara tepat, dengan tanaman disusun berlapis-lapis secara menegak dan diterangi oleh lampu LED (Kumar et al., 2026). PFAL berbeza daripada rumah hijau kerana tidak bergantung langsung pada cahaya matahari. Konsep ini berkembang pesat di Jepun, Taiwan, Korea, China, Amerika Syarikat dan Eropah, dan kini mula diusahakan di Malaysia oleh syarikat pertanian bandar di Kuala Lumpur, Selangor dan Johor untuk menghasilkan sayur daun premium seperti salad, kale dan herba (pengetahuan am). PFAL menarik bagi negara yang terhad tanah atau ingin menghasilkan makanan dekat dengan pengguna bandar, tetapi menghadapi cabaran besar dari segi kos tenaga.

Ulasan ini bertajuk “Ulasan Penyelidikan Kilang Tumbuhan dengan Pencahayaan Buatan dan Pertanian Menegak: Resipi Cahaya LED, Penggunaan Tenaga, Hasil dan Kebolehlaksanaan Ekonomi”. Objektifnya ialah untuk merumuskan dapatan utama kajian saintifik mengenai (i) produktiviti dan kecekapan sumber pertanian menegak, (ii) resipi spektrum LED untuk hasil dan kualiti tanaman, (iii) gabungan fotoperiod dan intensiti cahaya untuk kecekapan tenaga, (iv) strategi pencahayaan tidak konvensional dan penjadualan optimum, serta (v) kesan alam sekitar dan kebolehlaksanaan ekonomi. Kajian yang diulas dijalankan di Jepun (Chiba), Itali (Bologna, Pisa), Belanda, Taiwan, China, Turki, Hungary dan India.

Bahan ulasan diperoleh melalui fungsi Literature Review di platform SciSpace (scispace.com) dalam mod High Quality pada November 2026, dengan memberi tumpuan kepada sepuluh kertas teratas yang dipaparkan. Dapatan diambil daripada ringkasan dan lajur “Insights/Results” dalam jadual SciSpace serta abstrak yang tersedia. Tiada kajian dari Malaysia atau Asia Tenggara dalam kertas teratas.

Produktiviti dan Kecekapan Sumber

Dapatan utama: Pertanian menegak yang dioptimumkan mencapai hasil 10–40 kali lebih tinggi per unit keluasan berbanding ladang terbuka bagi sayur daun dan herba, dengan kecekapan air 90–95% lebih baik; namun penggunaan elektrik 20–50 kWh per kilogram hasil kekal cabaran utama.

Kumar et al. (2026) dari India dalam Journal of Experimental Agriculture International mengulas produktiviti, kecekapan sumber dan kebolehskalaan pertanian bandar dan menegak dalam pertanian persekitaran terkawal. Sistem pertanian menegak yang dioptimumkan mampu mencapai hasil 10–40 kali lebih tinggi per unit keluasan berbanding pengeluaran ladang konvensional bagi sayur daun dan herba. Kecekapan penggunaan air adalah 90–95% lebih tinggi berbanding ladang terbuka. Namun, intensiti tenaga PFAL kekal cabaran utama, dengan penggunaan elektrik 20–50 kWh bagi setiap kilogram hasil sebagai pemacu dominan kos dan kesan alam sekitar. Integrasi tenaga boleh baharu, pemulihan haba sisa, pengoptimuman spektrum LED dan algoritma kawalan iklim lanjutan berpotensi meningkatkan keseimbangan tenaga. Bidang penyelidikan baharu termasuk manipulasi fotoperiod, pengurusan mikrobiom zon akar hidroponik, penuaian robotik dan pemodelan tanaman berpandukan kecerdasan buatan.

Petunjuk	Nilai	Sumber
Hasil per unit keluasan vs ladang terbuka	10–40 kali ganda	Kumar et al. (2026)
Kecekapan penggunaan air vs ladang terbuka	90–95% lebih baik	Kumar et al. (2026)
Penggunaan elektrik	20–50 kWh/kg hasil	Kumar et al. (2026)

Sumber: Kumar et al. (2026).

Untuk gambaran, dengan tarif elektrik komersial sekitar RM0.40–0.50 per kWh di Malaysia (pengetahuan am; tarif sebenar berbeza mengikut kategori), kos elektrik sahaja boleh mencecah RM8–25 sekilogram hasil pada penggunaan 20–50 kWh/kg. Ini menjelaskan mengapa PFAL lazimnya hanya berdaya maju untuk tanaman premium.

Resipi Spektrum LED

Dapatan utama: Gabungan spektrum merah dan biru menyokong biojisim tinggi dan meningkatkan nutrien dalam salad dan selasih; spektrum penuh dengan sistem aeroponik menghasilkan hasil tertinggi dan profil nutrien seimbang; resipi cahaya yang dioptimumkan meningkatkan antosianin salad merah.

Aldiyab et al. (2026) dari Çukurova University, Turki, dalam BMC Plant Biology mengkaji penyesuaian spektrum LED dan sistem penanaman untuk meningkatkan produktiviti dan kualiti pemakanan salad dalam pertanian menegak dalaman. Menurut ringkasan SciSpace, resipi cahaya yang menggabungkan spektrum penuh dengan sistem aeroponik menghasilkan hasil tertinggi dan profil nutrien yang seimbang, dan gabungan spektrum merah dan biru menyokong pengeluaran biojisim yang tinggi.

Makini et al. (2026) dari Hungary menjalankan ulasan sistematik mengenai komposisi spektrum LED dan integral cahaya harian (DLI) untuk pengeluaran selasih yang cekap tenaga dalam kilang tumbuhan. Menurut ringkasan SciSpace, gabungan merah dan biru meningkatkan biojisim dan kandungan nutrien.

Chung et al. (2018) dari Taiwan dalam HortTechnology menilai secara kuantitatif resipi cahaya elektrik untuk penanaman salad daun merah dalam kilang tumbuhan. Menurut ringkasan SciSpace, resipi yang menggabungkan spektrum merah dan biru pada peringkat awal dan akhir penanaman meningkatkan produktiviti antosianin dalam salad merah.

Nicole et al. (2016) dari Philips Lighting, Belanda, dalam Acta Horticulturae (dipetik 62 kali) mengoptimumkan pertumbuhan dan kualiti salad dalam kilang tumbuhan. Pendekatan pengoptimuman menghasilkan kecekapan pertumbuhan dan kualiti yang lebih baik, khususnya pengumpulan antosianin, pengoptimuman jarak dan hasil tiga kultivar salad merah. Pencahayaan LED dengan julat komposisi spektrum dan kawalan dinamik yang luas membolehkan sinaran dimalapkan mengikut warna sehingga 600 µmol/m²/s, menyumbang kepada kecekapan tenaga dan kawalan kualiti yang lebih baik.

Resipi / strategi	Kesan	Sumber
Spektrum penuh + aeroponik	Hasil tertinggi; nutrien seimbang	Aldiyab et al. (2026) (ringkasan SciSpace)
Merah + biru	Biojisim tinggi; nutrien meningkat (salad, selasih)	Aldiyab et al. (2026); Makini et al. (2026)
Merah + biru pada peringkat awal dan akhir	Antosianin salad merah meningkat	Chung et al. (2018)
Kawalan spektrum dinamik (sehingga 600 µmol/m²/s)	Kecekapan tenaga dan kualiti	Nicole et al. (2016)

Sumber: seperti dinyatakan dalam jadual.

Fotoperiod dan Intensiti Cahaya

Dapatan utama: Pada DLI tetap 9.75 mol/m²/hari, rejim 24 jam pada 115 µmol/m²/s memberi hasil morfologi terbaik untuk salad; rejim 24/115 dan 18/150 meningkatkan kecekapan tenaga pencahayaan tanpa menjejaskan hasil, manakala 14 jam pada 190 µmol/m²/s memberi kecekapan tenaga terendah bagi kebanyakan tanaman.

Prandi et al. (2026) dari University of Bologna, Itali, dalam European Journal of Horticultural Science mengkaji gabungan fotoperiod dan intensiti cahaya optimum untuk sayur daun dalam ladang menegak komersial. Pada integral cahaya harian (DLI) tetap 9.75 mol/m²/hari, tiga rejim dibandingkan: 14 jam/190 µmol/m²/s, 18 jam/150 µmol/m²/s dan 24 jam/115 µmol/m²/s. Pendedahan berterusan 24/115 menghasilkan hasil morfologi terbaik bagi kedua-dua kultivar salad. Pak choi menunjukkan daun lebih lebar pada intensiti lebih tinggi dan fotoperiod lebih pendek. Kecekapan penggunaan tenaga pencahayaan (L-EUE) tidak terjejas bagi salad rangup, tetapi bagi tiga tanaman lain, rejim 14/190 memberi L-EUE terendah. Kecekapan penggunaan cahaya (LUE) hanya berbeza bagi pak choi, dengan 14/190 lebih tinggi berbanding 24/115. Strategi 24/115 dan 18/150 dikenal pasti sebagai sah untuk meningkatkan L-EUE tanpa menjejaskan hasil, tetapi kajian dengan DLI lebih tinggi diperlukan.

Rejim (jam / µmol/m²/s)	Hasil salad	L-EUE
14 / 190	Lebih rendah	Terendah (3 daripada 4 tanaman)
18 / 150	Baik	Meningkat
24 / 115	Terbaik (morfologi)	Meningkat

Sumber: Prandi et al. (2026). DLI tetap 9.75 mol/m²/hari.

Prinsip di sebalik dapatan ini ialah intensiti cahaya yang lebih rendah untuk tempoh lebih panjang lebih cekap kerana fotosintesis hampir linear pada intensiti rendah tetapi mula tepu pada intensiti tinggi (pengetahuan am).

Strategi Pencahayaan Tidak Konvensional dan Penjadualan Optimum

Dapatan utama: Pencahayaan berselang-seli, berkala dan berterusan berpotensi meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti; pencahayaan berselang-seli mengurangkan kerosakan fisiologi akibat pencahayaan berterusan; penjadualan pencahayaan fleksibel dan intensiti sederhana mengurangkan penggunaan elektrik sehingga 15.9% dan kos elektrik sehingga 17.8%.

Xu (2022) dari China dalam Agronomy (dipetik 22 kali) mengulas strategi pencahayaan dalam PFAL. Strategi tidak konvensional seperti pencahayaan berselang-seli, berkala dan berterusan menunjukkan potensi meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti, termasuk biojisim dan sifat pemakanan. Pencahayaan berselang-seli dapat mengurangkan kesan negatif pencahayaan berterusan, seperti kerosakan fisiologi dan klorosis antara urat daun, sambil meningkatkan kadar pertukaran karbon bersih dan biojisim dalam tanaman seperti tomato dan salad.

Ceccanti et al. (2026) dari University of Pisa, Itali, membangunkan kerangka pengoptimuman (MILP berasaskan model pengganti) daripada data tanaman dan tenaga untuk penjadualan pencahayaan dalam pertanian menegak. Menurut ringkasan SciSpace, strategi pencahayaan fleksibel dan intensiti cahaya sederhana dapat mengurangkan penggunaan elektrik sehingga 15.9% dan kos elektrik sehingga 17.8%. Pendekatan ini mengambil kira tarif elektrik yang berubah mengikut masa, contohnya menyalakan lampu pada waktu luar puncak.

Strategi	Kesan	Sumber
Pencahayaan berselang-seli	Kurang kerosakan fisiologi; biojisim meningkat	Xu (2022)
Penjadualan fleksibel + intensiti sederhana	Elektrik ?15.9%; kos elektrik ?17.8%	Ceccanti et al. (2026) (ringkasan SciSpace)

Sumber: seperti dinyatakan dalam jadual.

Kesan Alam Sekitar dan Kebolehlaksanaan Ekonomi

Dapatan utama: Kebolehlaksanaan ekonomi PFAL sangat bergantung pada kos tenaga dan hasil; kos awal yang besar dan kepekaan terhadap harga dan hasil merupakan cabaran utama; skala ekonomi penting; tenaga boleh baharu dan LED lebih cekap mengurangkan kesan pemanasan global.

Zhuang et al. (2026) dari Chiba University, Jepun, dalam Future Foods menilai kesan alam sekitar, keberkesanan kos dan potensi mampan pengeluaran herba dalam kilang tumbuhan. Menurut ringkasan SciSpace, integrasi sumber tenaga boleh baharu dan peningkatan kecekapan LED dapat mengurangkan penggunaan bahan api fosil dan potensi pemanasan global.

Zhuang (tesis, Chiba University) menganalisis kebolehlaksanaan ekonomi pengeluaran tanaman dalam PFAL. Menurut ringkasan SciSpace, kebolehlaksanaan ekonomi sangat bergantung pada kos tenaga dan hasil tanaman. Walaupun terdapat potensi keuntungan yang tinggi, kos awal yang besar dan kepekaan terhadap perubahan harga dan hasil merupakan cabaran utama. Skala ekonomi memainkan peranan penting, dengan skala lebih besar menawarkan potensi keuntungan lebih tinggi. Banyak syarikat pertanian menegak di Amerika Syarikat dan Eropah telah muflis sekitar 2022–2023 akibat kenaikan kos tenaga dan modal, menunjukkan risiko kewangan sektor ini (pengetahuan am).

Faktor ekonomi	Kesan	Sumber
Kos tenaga	Penentu utama kebolehlaksanaan	Zhuang (t.t.); Kumar et al. (2026)
Kos awal	Besar	Zhuang (t.t.)
Kepekaan harga dan hasil	Tinggi	Zhuang (t.t.)
Skala	Skala besar lebih menguntungkan	Zhuang (t.t.)
Tenaga boleh baharu, LED cekap	Kurangkan kesan pemanasan global	Zhuang et al. (2026)

Sumber: seperti dinyatakan dalam jadual (ringkasan SciSpace).

Perbincangan

Kajian yang diulas menunjukkan bahawa PFAL menawarkan produktiviti dan kecekapan air yang luar biasa: hasil 10–40 kali ganda per unit keluasan dan kecekapan air 90–95% lebih baik (Kumar et al., 2026). Namun, penggunaan elektrik 20–50 kWh/kg merupakan “kelemahan Achilles” sistem ini. Semua strategi pengoptimuman yang dibincangkan, iaitu resipi spektrum, fotoperiod panjang dengan intensiti rendah, pencahayaan berselang-seli dan penjadualan pintar, bertujuan mengurangkan tenaga per unit hasil.

Bagi Malaysia, terdapat kelebihan dan kekurangan tersendiri. Kelebihannya, tarif elektrik di Malaysia secara relatif lebih rendah berbanding Eropah dan Jepun, dan permintaan bandar terhadap sayur premium bebas racun semakin meningkat (pengetahuan am). Kekurangannya, iklim panas memerlukan penyejukan yang intensif kerana lampu LED dan peralatan menghasilkan haba di dalam bangunan, menambah beban tenaga berbanding PFAL di negara beriklim sejuk.

Dapatan Prandi et al. (2026) bahawa fotoperiod panjang dengan intensiti rendah lebih cekap tenaga boleh digabungkan dengan dapatan Ceccanti et al. (2026) mengenai penjadualan fleksibel. Contohnya, lampu boleh dinyalakan lebih lama pada waktu luar puncak apabila tarif lebih rendah dan suhu luar lebih sejuk, sekali gus mengurangkan kos elektrik dan beban penyejukan.

Dari segi tanaman, PFAL paling sesuai untuk tanaman berkitaran pendek, bernilai tinggi dan kecil saiz seperti salad, herba (selasih), microgreens dan sayur daun premium. Tanaman berbuah dan bijirin biasanya tidak berdaya maju dalam PFAL kerana keperluan cahaya yang tinggi.

Implikasi untuk Pengusaha di Malaysia

1. Pilih tanaman bernilai tinggi: Salad premium, herba dan microgreens (Kumar et al., 2026; Zhuang et al., 2026).

2. Optimumkan spektrum LED: Merah + biru atau spektrum penuh mengikut tanaman (Aldiyab et al., 2026; Makini et al., 2026).

3. Gunakan fotoperiod panjang, intensiti rendah: Contohnya 18–24 jam pada 115–150 µmol/m²/s untuk sayur daun (Prandi et al., 2026).

4. Manfaatkan tarif luar puncak: Penjadualan pencahayaan fleksibel boleh jimat kos elektrik sehingga 17.8% (Ceccanti et al., 2026).

5. Resipi untuk kualiti: Merah + biru pada peringkat akhir untuk antosianin salad merah (Chung et al., 2018).

6. Rancang skala dan pasaran: Kos awal tinggi; skala dan harga premium penting (Zhuang, t.t.).

7. Pertimbangkan tenaga solar: Mengurangkan kos dan kesan karbon (Zhuang et al., 2026; Kumar et al., 2026).

8. Urus haba: Reka bentuk penyejukan cekap tenaga untuk iklim panas (pengetahuan am).

Jurang Penyelidikan

9. Kajian PFAL di bawah keadaan iklim dan tarif elektrik Malaysia.

10. Resipi cahaya untuk sayur dan herba tempatan seperti kangkung, bayam, pegaga dan ulam.

11. Analisis tenaga penyejukan dan pencahayaan dalam PFAL tropika.

12. Integrasi tenaga solar dan bateri dengan PFAL.

13. Kajian kebolehlaksanaan ekonomi dan model perniagaan PFAL tempatan.

14. Penerimaan pengguna dan harga premium sayur PFAL di Malaysia.

Kesimpulan

Kilang tumbuhan dengan pencahayaan buatan menawarkan hasil 10–40 kali ganda per unit keluasan dan kecekapan air 90–95% lebih baik berbanding ladang terbuka, tetapi penggunaan elektrik 20–50 kWh/kg merupakan cabaran utama yang menentukan kos dan jejak karbon. Resipi spektrum LED, terutamanya gabungan merah dan biru atau spektrum penuh, meningkatkan biojisim dan kualiti seperti antosianin. Fotoperiod panjang dengan intensiti rendah (24/115 atau 18/150) meningkatkan kecekapan tenaga tanpa menjejaskan hasil, dan penjadualan pencahayaan fleksibel boleh mengurangkan kos elektrik sehingga 17.8%. Kebolehlaksanaan ekonomi bergantung pada kos tenaga, hasil, harga dan skala. Bagi Malaysia, PFAL berpotensi untuk tanaman premium di kawasan bandar jika diintegrasikan dengan tenaga boleh baharu, pengurusan haba yang cekap dan strategi pencahayaan yang dioptimumkan.

Rujukan

15. Kumar, S., Katiyar, H., & Kumar, S. (2026). Urban and vertical farming: Productivity, resource efficiency, and scalability in controlled environment agriculture. Journal of Experimental Agriculture International, 48(4). https://doi.org/10.9734/jeai/2026/v48i44160

16. Prandi, R., Carotti, L., Pennisi, G., et al. (2026). Inspecting the optimal photoperiod and light intensity combination for indoor cultivation of leafy vegetables in a commercial vertical farm. European Journal of Horticultural Science. https://doi.org/10.1079/ejhs.2026.0019

17. Zhuang, Y., Zhang, C.-Y., Lu, N., et al. (2026). Herb production in plant factories: Environmental impacts, cost-effectiveness, and sustainable potential. Future Foods, 100905. https://doi.org/10.1016/j.fufo.2026.100905

18. Xu, Y.-L. (2022). Rerouting artificial light for efficient crops production: A review of lighting strategy in PFALs. Agronomy, 12(5), 1021. https://doi.org/10.3390/agronomy12051021

19. 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

20. Aldiyab, A., Da?gan, H. Y., ?kiz, B., et al. (2026). Tailoring LED spectra and cultivation systems enhances lettuce productivity and nutritional quality in vertical indoor farming. BMC Plant Biology. https://doi.org/10.1186/s12870-026-09420-x

21. Chung, H.-Y., Chang, M.-Y., Wu, C.-C., et al. (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

22. Makini, G. V., Pék, Z., Nemeskéri, E., et al. (2026). LED spectral composition and daily light integral for energy-efficient basil production in plant factory systems: A systematic review. Preprints. https://doi.org/10.20944/preprints202609.2555.v1

23. Ceccanti, F., Baccioli, A., & Bischi, A. (2026). From crop and energy data to optimized lighting scheduling: A surrogate-based MILP framework for vertical farming. arXiv. https://doi.org/10.48550/arxiv.2607.26968

24. Zhuang, Y. (t.t.). Economic feasibility analysis of crop production in plant factories with artificial lighting. Tesis, Chiba University. https://doi.org/10.20776/900122118

Sumber carian: SciSpace Literature Review (mod High Quality), November 2026.

Kata kunci: kilang tumbuhan, PFAL, pertanian menegak, pencahayaan LED, resipi cahaya, spektrum merah-biru, fotoperiod, integral cahaya harian, kecekapan tenaga, kWh per kg, penjadualan pencahayaan, antosianin, kebolehlaksanaan ekonomi, pertanian bandar