Potensi Light-emitting Diodes (LeD) sebagai Pencahayaan Buatan untuk Tanaman

Penerapan LeD pada tanaman (sumber: https://unsplash.com/)

Cahaya merupakan sumber energi utama yang dibutuhkan untuk proses fotosintesis dan banyak proses fisiologis lainnya yang berkaitan dengan pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Tumbuhan menyerap cahaya dalam rentang panjang gelombang 400-700 nm, yang didefinisikan sebagai radiasi aktif fotosintesis (PAR).

Ada beberapa jenis sumber cahaya untuk budidaya tanaman, seperti lampu sodium bertekanan tinggi, lampu halida logam, lampu neon, dan dioda pemancar cahaya atau light-emitting diodes (LeD). Meskipun lampu halida logam dan fluoresen menginduksi peningkatan tingkat fluks fotosintesis, lampu tersebut tidak efisien secara energetik dan tidak menawarkan opsi untuk proses manipulasi spektral. Lampu neon digunakan secara populer di pabrik tanaman.

Namun, spektrum cahaya fluoresen luas dan beberapa bagian tidak diperlukan untuk proses fotosintesis. Baru-baru ini, lampu LeD muncul sebagai sumber cahaya baru yang populer. LeD memiliki kinerja yang baik, kemampuan hemat energi, berbagai panjang gelombang, dan emisi radiasi termal yang rendah.

Selain itu, intensitas dan kualitas cahaya dapat dikontrol dengan mudah dengan LeD. Menggabungkan beberapa LeD dengan panjang gelombang berbeda memungkinkan produksi berbagai jenis kualitas cahaya. Saat ini, LeD telah menjadi sumber cahaya utama yang digunakan di pabrik tanaman.

Beberapa penelitian telah membahas status dan pencapaian terkini teknologi pencahayaan LeD di bidang produksi tanaman. Pengelolaan lingkungan pencahayaan untuk produksi selada dalam pabrik tanaman adalah teknik yang efektif untuk mendorong laju pertumbuhan, kualitas tanaman, dan mencapai efisiensi penggunaan cahaya tertinggi.

Oleh karena itu, karakteristik cahaya yang paling penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah kuantitas cahaya (intensitas), kualitas cahaya (distribusi spektral), dan durasi cahaya (fotoperiode).

Kuantitas Cahaya (Intensitas)

Intensitas cahaya mempengaruhi banyak proses fisiologis yang berkaitan dengan pertumbuhan tanaman dan reaksi fotokimia yang mengubah CO2 menjadi karbohidrat dan dianggap sebagai faktor kunci dalam mengatur biosintesis pada tanaman.

Intensitas cahaya secara langsung mempengaruhi transportasi CO2 dan H2O melalui stomata selama proses fotosintesis dan transpirasi. Intensitas cahaya yang optimal dapat meningkatkan laju fotosintesis dan meningkatkan produksi panen.

Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa intensitas cahaya merupakan faktor dominan dalam produktivitas tanaman dan efisiensi penggunaan cahaya. Peneliti melaporkan bahwa hasil tanaman selada tertinggi terjadi seiring dengan peningkatan intensitas cahaya.

Intensitas cahaya berkisar antara 200 – 600 µmol m-2 s-1 dapat meningkatkan efisiensi penggunaan cahaya dan hasil selada. Intensitas cahaya yang tinggi dan rendah masing-masing 800 dan 100 µmol m-2 s-1, menghasilkan efisiensi penggunaan cahaya yang rendah dan berdampak negatif pada produksi selada.

Kualitas Cahaya (Distribusi Spektral)

LeD untuk tanaman (sumber: https://www.freepik.com/)

Kualitas cahaya atau distribusi spektral mengacu pada porsi cahaya dengan panjang gelombang merah, biru, hijau, atau cahaya lainnya yang tampak atau tidak tampak (visible atau non-visible light).

Tumbuhan mampu merasakan dan merespons spektrum cahaya dengan rentang yang luas, dari daerah UV (280-400 nm) hingga merah jauh (700-800 nm). Dua kualitas cahaya utama dideteksi oleh sistem pigmen pada tumbuhan, fitokrom, dan pigmen penyerap warna biru.

Fitokrom paling sensitif terhadap cahaya merah dan cahaya merah jauh, sedangkan pigmen penyerap warna biru dipengaruhi oleh panjang gelombang cahaya biru dan UV-A. Oleh karena itu pemilihan kualitas cahaya yang tepat sesuai kebutuhan tanaman sangat penting dalam pengaturan dan arah pertumbuhan tanaman.

LeD saat ini tersedia dalam banyak kualitas cahaya yang dapat dikontrol dengan mudah sesuai kebutuhan masing-masing spesies tanaman. LeD dengan kualitas cahaya berbeda mempengaruhi karakteristik pertumbuhan tanaman, kualitas nutrisi, dan akumulasi total biomassa.

Kombinasi LeD merah dan biru adalah gabungan paling efektif untuk pertumbuhan dan perkembangan banyak tanaman, termasuk selada. Berikut adalah rangkuman panjang gelombang dan warna LeD yang tersedia secara komersial dan umum digunakan dalam pabrik tanaman.

1. Cahaya ultraviolet (280-400)

Efek positif pada fotosintesis, konduktansi stomata, dan produk sekunder pada tanaman.

2. Cahaya violet (400-450)

Penyerapan cahaya oleh pigmen tanaman.

3. Cahaya biru (450 500)

Penyerapan puncak oleh pigmen tanaman dan efek langsung pada pertumbuhan dan laju fotosintesis.

4. Cahaya hijau (500-570)

Lebih sedikit penyerapan oleh pigmen tanaman. Lebih sedikit efek pada pertumbuhan dan tingkat fotosintesis.

5. Cahaya kuning (570-590)

Lebih sedikit penyerapan oleh pigmen tumbuhan. Lebih sedikit efek pada pertumbuhan dan tingkat fotosintesis.

6. Cahaya oranye (590-610)

Lebih sedikit penyerapan oleh pigmen tanaman. Lebih sedikit efek pada pertumbuhan dan tingkat fotosintesis.

7. Cahaya merah (610-760)

Penyerapan tinggi oleh pigmen tanaman. Efek yang kuat pada tingkat pertumbuhan dan fotosintesis, pembungaan, dan tunas.

8. Inframerah (760-1000)

Penyerapan rendah oleh pigmen tanaman. Efek pada perkecambahan dan pembungaan.

Durasi Cahaya (Fotoperiode)

Durasi cahaya atau lama penyinaran mempengaruhi tanaman melalui pengaturan tahap pertumbuhan dari perkecambahan hingga pembungaan. Mode cahaya bergantian memberikan pemahaman yang lebih dalam tentang pertumbuhan dan kualitas tanaman.

Tingkat pertumbuhan dan kualitas selada dapat disesuaikan dengan mengadopsi interval lampu merah dan biru yang berbeda. Penelitan melaporkan bahwa efek cahaya merah dan biru secara bergantian yang disediakan oleh LeD dapat berdampak positif terhadap pertumbuhan dan kandungan gizi selada.

Pergantian selama 8 jam menyebabkan rasio tinggi dan lebar tanaman terbesar dan rasio panjang dan lebar daun tertinggi. Pergantian setiap 2 jam atau 4 jam menunjukkan kandungan asam askorbat tertinggi dan kandungan nitrat terendah.

Cahaya merah dan biru bergantian dengan fotoperiode secara signifikan dapat meningkatkan laju pertumbuhan selada dibandingkan dengan lampu neon putih dan mempertahankan kandungan gula larut, asam askorbat, dan antosianin yang tinggi.

Penyediaan lingkungan pertumbuhan tanaman dengan intensitas cahaya tinggi dan penyinaran yang pendek menghasilkan perbaikan yang memadai dalam laju pertumbuhan dan perkembangan.

Sebaliknya, pemberian intensitas cahaya rendah dengan penyinaran panjang meningkatkan laju pertumbuhan dan meningkatkan kapasitas fotosintesis.

Potensi LeD

Pencahayaan LeD telah menawarkan banyak perspektif untuk produksi sayuran berdaun, tetapi wawasan lebih lanjut diperlukan untuk efisiensi penggunaan sumber daya mereka. Oleh karena itu, penghematan energi merupakan aspek penting lain yang harus diperhatikan dalam pencahayaan LeD.

Umumnya kendala utama pada pencahayaan LeD adalah faktor biaya, ini menjadi paling penting diantara kendala lainnya seperti kebutuhan (media tanam, benih/ stek, pupuk dan bahan kimia, CO2, air, dll).

Penggunaan teknologi LeD menghasilkan pengurangan yang signifikan dalam konsumsi energi karena efisiensi energi yang tinggi dan umur yang panjang (waktu operasi). Selain itu, optimalisasi kualitas spektral oleh LeD berpotensi untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman, efisiensi fotosintesis, kualitas nutrisi, dan efisiensi penggunaan cahaya secara signifikan.

LeD putih adalah tren terkini dalam teknologi LeD. LeD putih memiliki warna yang familier dan alami, harga rendah, dan penggantian yang mudah, yang semuanya akan membantu menciptakan tampilan yang realistis.

Meskipun banyak keunggulan yang ditawarkan LeD putih, LeD merah dan biru tetap lebih efisien untuk tanaman. Oleh karena itu, efisiensi penggunaan energi listrik dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan kondisi lingkungan dan penggunaan sumber daya.

Namun, penelitian tambahan harus dilakukan dalam pengendalian interaktif kondisi lingkungan, dan dengan mempertimbangkan biaya operasional dan meningkatkan efisiensi penggunaan sumber daya.