Pengenalan
Sistem pencahayaan buatan, terutamanya teknologi diod pemancar cahaya (LED), telah merevolusikan persekitaran kilang tanaman dengan menyediakan keadaan pertumbuhan yang terkawal dan optimum. LED menawarkan kawalan tepat terhadap keamatan cahaya, spektrum, dan tempoh pencahayaan, yang kritikal untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman, hasil, dan kualiti nutrisi (Hasanah et al., 2024). Artikel ini meneroka peranan pencahayaan LED dalam kilang tanaman, dengan tumpuan kepada kesannya terhadap pertumbuhan tanaman, peningkatan nutrisi, kecekapan tenaga, dan tindak balas khusus tanaman.
Peningkatan Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman
Sistem pencahayaan LED telah terbukti secara signifikan meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan menyediakan keadaan cahaya optimum yang disesuaikan untuk tanaman tertentu. Kajian telah membuktikan bahawa lampu LED boleh meningkatkan pengeluaran biojisim, perkembangan akar, dan kesihatan tanaman secara keseluruhan.
Keamatan dan Spektrum Cahaya Optimum
Penyelidikan menunjukkan bahawa tanaman berbeza memberi tindak balas terbaik kepada keamatan dan spektrum cahaya tertentu. Sebagai contoh, anak benih tomato yang ditanam di bawah 240 mol m² s¹ LED merah dan biru menunjukkan berat kering akar dan pucuk, diameter batang, dan kadar fotosintesis yang lebih baik berbanding keamatan lain (Zheng et al., 2023). Begitu juga, kultivar selada dan bayam menunjukkan pertumbuhan optimum di bawah 240–300 ?mol m² s¹, dengan peningkatan berat segar, gula larut, dan kandungan asid askorbik (Miao et al., 2023).
Fotosintesis dan Morfogenesis
LED membolehkan kawalan tepat spektrum cahaya, yang mempengaruhi fotosintesis dan fotomorfogenesis. Cahaya merah (660 nm) menggalakkan pertumbuhan vegetatif dan pengumpulan biojisim, manakala cahaya biru (450–500 nm) meningkatkan fotosintesis dan kekonduksian stomata (Hasanah et al., 2024). Kombinasi cahaya merah dan biru telah terbukti mengoptimumkan kecekapan fotosintesis dan struktur tanaman, mencegah etiolasi berlebihan dan meningkatkan sintesis klorofil (Hasanah et al., 2024; Soufi et al., 2023).
Pencahayaan Berterusan (CL)
Pencahayaan berterusan, di mana tanaman terdedah kepada kitaran cahaya 24 jam, telah terbukti meningkatkan hasil dan mengurangkan kos tenaga. Sebagai contoh, mikrohijau yang ditanam di bawah CL dengan LED putih menunjukkan biojisim dan kandungan antioksidan yang lebih tinggi berbanding tempoh cahaya tradisional (“Continuous Lighting Can Improve Yield and Reduce Energy Costs While Increasing or Maintaining Nutritional Contents of Microgreens,” 2022).
Peningkatan Nutrisi dan Bioaktif
Pencahayaan LED bukan sahaja meningkatkan pertumbuhan tetapi juga meningkatkan kandungan nutrisi dan sebatian bioaktif tanaman, menjadikannya lebih berharga untuk penggunaan manusia.
Antioksidan dan Fitokimia
Kajian telah menunjukkan bahawa spektrum LED tertentu boleh meningkatkan pengumpulan antioksidan, seperti asid askorbik, karotenoid, dan antosianin, dalam tanaman seperti selada dan strawberi (Shen et al., 2024; Roosta et al., 2024). Sebagai contoh, cahaya biru telah ditemui meningkatkan sintesis fenolik dan flavonoid dalam mikrohijau, menyumbang kepada kapasiti antioksidan yang lebih tinggi (Vrki? et al., 2024).
Metabolisme Nitrogen dan Pengambilan Nutrien
Pencahayaan LED mempengaruhi metabolisme nitrogen dan pengambilan nutrien dalam tanaman. Sebagai contoh, LED merah dan biru telah terbukti meningkatkan pengumpulan nitrat, protein larut, dan asid amino bebas dalam selada, sambil mengurangkan kandungan nitrat daun (Soufi et al., 2023; Akodad et al., 2023). Begitu juga, kombinasi cahaya merah, biru, dan hijau meningkatkan nilai makanan alfalfa dengan mengawal metabolisme nitrogen dan meningkatkan kandungan protein kasar (Chen & Liu, 2024).
Kualiti Buah dan Fitokimia
Dalam tanaman berbuah seperti tomato dan timun, penambahan LED dengan panjang gelombang tertentu (contohnya, cahaya biru, merah, dan jauh merah) telah terbukti meningkatkan kandungan likopena dan karotenoid, meningkatkan kualiti buah dan sebatian bioaktif (Escobar-Hernández et al., 2024).
Kecekapan Tenaga dan Kos Efektif
Salah satu kelebihan paling signifikan pencahayaan LED dalam kilang tanaman adalah kecekapan tenaga dan kos efektifnya.
Pengurangan Penggunaan Tenaga
LED sangat cekap tenaga berbanding sistem pencahayaan tradisional. Sebagai contoh, pencahayaan berterusan dengan LED keamatan rendah boleh mengurangkan kos elektrik dengan mengalihkan penggunaan tenaga ke waktu luar puncak, tanpa menjejaskan pertumbuhan tanaman atau kualiti nutrisi (“Continuous Lighting Can Improve Yield and Reduce Energy Costs While Increasing or Maintaining Nutritional Contents of Microgreens,” 2022).
Sistem Pencahayaan Boleh Disesuaikan
Keupayaan untuk menyesuaikan spektrum dan keamatan cahaya membolehkan penanam mengoptimumkan pencahayaan untuk tanaman tertentu, mengurangkan pembaziran tenaga dan meningkatkan penggunaan sumber. Sebagai contoh, kombinasi LED merah dan biru telah terbukti meningkatkan pengambilan nutrien dan pengeluaran biojisim dalam sistem hidroponik sambil meminimumkan penggunaan tenaga (Soufi et al., 2023).
Pengeluaran Lestari
Kilang tanaman berasaskan LED adalah penyelesaian lestari untuk pertanian bandar, membolehkan pengeluaran sepanjang tahun dengan kesan alam sekitar minimum. Penggunaan pencahayaan LED dalam sistem pertanian menegak telah terbukti mengurangkan penggunaan air dan nutrien sambil meningkatkan hasil tanaman dan kualiti nutrisi (Nájera et al., 2022).
Tindak Balas Tanaman Khusus Terhadap Pencahayaan LED
Tanaman berbeza bertindak balas secara unik terhadap pencahayaan LED, dan mengoptimumkan keadaan cahaya untuk tanaman tertentu adalah penting untuk memaksimumkan pertumbuhan dan kualiti.
Selada dan Sayuran Berdaun
Kultivar selada seperti “Crunchy” dan “Deangelia” menunjukkan pertumbuhan optimum di bawah 240–300 mol m² s¹ cahaya LED, dengan peningkatan berat segar dan kandungan nutrien. Walau bagaimanapun, keamatan lebih tinggi boleh menyebabkan terbakar hujung, menunjukkan keperluan untuk strategi pencahayaan khusus spesies (Miao et al., 2023; Chen et al., 2023).
Strawberi
Tanaman strawberi yang ditanam di bawah kombinasi LED merah/biru (contohnya, nisbah 3:1) menunjukkan peningkatan pertumbuhan vegetatif dan kualiti buah, dengan peningkatan kandungan klorofil dan pengumpulan antosianin (Roosta et al., 2024; Chen et al., 2024).
Mikrohijau
Mikrohijau, seperti brokoli dan garden cress, mendapat manfaat daripada pencahayaan LED biru dan merah, yang meningkatkan kapasiti antioksidan dan kandungan sebatian bioaktif mereka. Cahaya biru, khususnya, telah terbukti meningkatkan kandungan asid askorbik dan fenolik dalam mikrohijau (Vrki et al., 2024; Akodad et al., 2023).
Alfalfa dan Tanaman Makanan Ternakan
Alfalfa yang ditanam di bawah LED merah-biru dengan penggantian cahaya hijau separa menunjukkan pertumbuhan yang lebih baik, kandungan nutrien, dan metabolisme nitrogen. Pendekatan ini meningkatkan nilai makanan alfalfa sambil mengekalkan tahap nitrogen yang stabil (Chen & Liu, 2024).
Arah Masa Depan dan Cabaran
Walaupun pencahayaan LED telah merevolusikan sistem kilang tanaman, masih terdapat cabaran yang perlu ditangani. Ini termasuk mengoptimumkan spektrum dan keamatan cahaya untuk tanaman tertentu, mengurangkan kos tenaga, dan meningkatkan skala sistem LED untuk pengeluaran berskala besar. Selain itu, penyelidikan lanjut diperlukan untuk meneroka kesan jangka panjang pencahayaan LED terhadap kesihatan tanaman dan kualiti nutrisi.
Kesimpulan
Sistem pencahayaan buatan, terutamanya teknologi LED, telah mengubah persekitaran kilang tanaman dengan menyediakan kawalan tepat terhadap keadaan cahaya. LED meningkatkan pertumbuhan tanaman, memperbaiki kualiti nutrisi, dan mengurangkan kos tenaga, menjadikannya penyelesaian lestari dan cekap untuk pertanian moden. Dengan mengoptimumkan spektrum cahaya, keamatan, dan tempoh cahaya untuk tanaman tertentu, penanam boleh memaksimumkan hasil, meningkatkan kualiti tanaman, dan menyumbang kepada masa depan keselamatan makanan yang lebih terjamin.
Jadual: Kesan Pencahayaan LED Terhadap Pertumbuhan dan Kualiti Tanaman
| Tanaman | Keadaan Pencahayaan Optimum | Kesan Utama |
|---|---|---|
| Anak Benih Tomato | 240 mol m² s¹ (LED Merah dan Biru) | Peningkatan berat kering akar dan pucuk, kadar fotosintesis, dan diameter batang (Zheng et al., 2023) |
| Selada (Lactuca) | 240–300 mol m² s¹ (LED Merah/Biru) | Peningkatan berat segar, gula larut, dan kandungan asid askorbik (Miao et al., 2023; Chen et al., 2023) |
| Strawberi | LED Merah/Biru (nisbah 3:1) | Pertumbuhan vegetatif yang lebih baik, hasil buah, dan kandungan antosianin (Roosta et al., 2024; Chen et al., 2024) |
| Mikrohijau | LED Biru dan Merah (nisbah 50:50) | Kapasiti antioksidan yang lebih tinggi, asid askorbik, dan kandungan fenolik (Vrki? et al., 2024; Akodad et al., 2023) |
| Alfalfa | LED Merah/Biru dengan Penggantian Cahaya Hijau | Pertumbuhan yang lebih baik, kandungan nutrien, dan metabolisme nitrogen (Chen & Liu, 2024) |
Rujukan
Akodad, M., Skalli, A., Moumen, A., Elhani, S., Urrestarazu, M., Kolar, M., Imperl, J., Petrova, P. P., & Baghour, M. (2023). Effects of Light-Emitting Diodes (LEDs) on Growth, Nitrates and Osmoprotectant Content in Microgreens of Aromatic and Medicinal Plants. Horticulturae, 9(4), 494. https://doi.org/10.3390/horticulturae9040494
Chen, J., Ji, F., Gao, R., & He, D. (2024). Reducing red light proportion in full-spectrum LEDs enhances runner plant propagation by promoting the growth and development of mother plants in strawberry. Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1465004
Chen, R., Wang, Z., Liu, W., Ding, Y., Zhang, Q., & Wang, S. (2023). Side Lighting of Red, Blue and Green Spectral Combinations Altered the Growth, Yield and Quality of Lettuce (Lactuca sativa L. cv. “Yidali”) in Plant Factory. Plants, 12(24), 4147. https://doi.org/10.3390/plants12244147
Chen, Y., & Liu, W. (2024). Substituting green light for partial red light promoted the growth and quality, and regulated the nitrogen metabolism of Medicago sativa grown under red-blue LEDs. Environmental and Experimental Botany. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105623
Continuous lighting can improve yield and reduce energy costs while increasing or maintaining nutritional contents of microgreens. (2022). Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.983222
Escobar-Hernández, D. I., González-GarcÃa, Y., López-Barbosa, L. A., & Juárez?Maldonado, A. (2024). Las longitudes de onda especÃfica modifican el sistema antioxidante de tomate y pepino. Ecosistemas y Recursos Agropecuarios. https://doi.org/10.19136/era.a11n3.4177
Hasanah, K. M., Öztekin, T., & Akta?, L. Y. (2024). Enhancing Plant Growth: The Importance of LED Lighting in Greenhouse and Hydroponic Systems. https://doi.org/10.52460/issc.2024.006
Miao, C., Yang, S., Wang, H., Zhang, Y., Zhang, H., Jin, H.-X., Lu, P., He, L., Yu, J., & Ding, X. (2023). Effects of Light Intensity on Growth and Quality of Lettuce and Spinach Cultivars in a Plant Factory. Plants, 12(18), 3337. https://doi.org/10.3390/plants12183337
Nájera, C., Gallegos-Cedillo, V. M., Ros, M., & Pascual, J. A. (2022). LED Lighting in Vertical Farming Systems Enhances Bioactive Compounds and Productivity of Vegetables Crops. https://doi.org/10.3390/iecho2022-12514
Roosta, H. R., Bikdeloo, M., & Ghorbanpour, M. (2024). The growth, nutrient uptake and fruit quality in four strawberry cultivars under different Spectra of LED supplemental light. BMC Plant Biology. https://doi.org/10.1186/s12870-024-04880-5
Shen, W., Zhang, W., Li, J., Huang, Z., Tao, Y., Hong, J., Zhang, L., & Zhou, Y. (2024). Pre-harvest short-term continuous LED lighting improves the nutritional quality and flavor of hydroponic purple-leaf lettuce. Scientia Horticulturae. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113304
Soufi, H. R., Roosta, H. R., Fatehi, F., & Ghorbanpour, M. (2023). Spectral composition of LED light differentially affects biomass, photosynthesis, nutrient profile, and foliar nitrate accumulation of lettuce grown under various replacement methods of nutrient solution. https://doi.org/10.1002/fsn3.3735
Vrki?, R., Žlabur, J. Š., Dujmovi?, M., & Benko, B. (2024). Can LED Lighting Be a Sustainable Solution for Producing Nutritionally Valuable Microgreens? Horticulturae, 10(3), 249. https://doi.org/10.3390/horticulturae10030249
Zheng, Y., Zou, J., Lin, S., Jin, C., Shi, M., Yang, B., Yang, Y., Jin, D., Li, R., Li, Y. F., Wen, X., Yang, S., & Ding, X. (2023). Effects of different light intensity on the growth of tomato seedlings in a plant factory. PLOS ONE. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0294876
Number of View :70
