A agricultura contemporânea, está diante de um cenário global desafiador, devido ao aumento populacional e as mudanças climáticas. De um lado necessita aumentar sua produção, sem que haja o avanço para novas áreas, de outro, sofre com recorrente quebra de safra, devido eventos climáticos extremos.
Com o objetivo de transpor tais desafios, aliado ao advento da tecnologia LED, originou-se o conceito de agricultura indoor, a qual em perímetro urbano pode ocupar espaços subutilizados, devido ao controle das variáveis ambientais, garantindo aumento na previsibilidade da produção e proximidade entre o produto e o consumidor, reduzindo o risco da falta de abastecimento. Tais sistemas produtivos elevam a produtividade e reduzem a demanda por recursos ambientais e de logística, contribuindo diretamente para o desenvolvimento sustentável.
A utilização da iluminação artificial como fonte exclusiva de fótons (luz) para o cultivo de plantas, é recente no mundo (Pattisson et al., 2016 e 2018). A luz é um dos fatores mais importantes na modulação do crescimento e desenvolvimento das plantas, o fornecimento adequado de energia é fator chave para garantir rendimento e qualidade nutricional satisfatória.
Sendo assim, fatores como a qualidade e quantidade da radiação luminosa ofertada às culturas, passam a receber atenção, compondo uma nova esfera no manejo vegetal, denominado manejo da iluminação.
O potencial do cultivo indoor com a técnica de produção de microverde
Atrelado ao avanço do cultivo indoor, está a busca por eficiência na utilização da energia elétrica, o que significa eficiência no uso dos fótons, no que tange a quantidade de fótons gastos por massa de produto obtido (Jones-Baumgardt et al., 2020).
O microverde é comercializado fresco, portanto, sua produtividade está atrelada diretamente à produção de massa fresca (MF), característica adotada como base para quantificar a produtividade e atribuir valor ao produto no varejo (Murphy e Pill 2010).
Quando quantificada a produção com base na área, por exemplo g m-2 (produtividade), a relação entre o total de fótons emitidos (TFE) ao longo do ciclo, e a produtividade, é uma medida direta da eficiência no uso da luz (EUL), ou então, quando se objetiva, a quantificação do consumo energético, representada por biomassa produzida por energia gasta (g kWh-1), ponto essencial para a compreensão do sistema de produção indoor, no quesito custo energético e produtividade.
Porém, existe diferença no ambiente de cultivo em função da maneira na qual a iluminação é fornecida às plantas, podendo ser dinâmica ou estática. Mesmo que a quantidade total de fótons seja igual, exemplo 100 μmol m-2 s-1 por 16 h ou 200 μmol m-2 s-1 por 8 h, a interação com a planta é distinta.
Baixo PPFD combinado a fotoperíodo longo geralmente aumentam o crescimento com maior acúmulo de biomassa que PPFD elevado e fotoperíodo curto (Kitaya et al., 1998; Sysoeva et al., 2010; Kelly et al., 2020), para plantas adultas. Porém para os microverdes ocorre a contribuição advinda da semente, a qual nutre o embrião, até seu aparato fotossintético ser ativado, o que ocorre apenas após o início da fase clara, momento no qual, segundo Lima et al, (2022) já se atingiu entre 40 a 50 % da duração do ciclo. Dentre os produtos hortícolas cultivados indoor, os microverdes são os que necessitam de menor intensidade luminosa (PPFD), ponto que o colocam em destaque.
A eficiência no uso dos fótons, determina a aptidão da cultura para a produção comercial indoor, juntamente a técnica de cultivo aplicada, pontua-se que, a demanda energética para determinadas culturas, pode representar valor superior ao atribuído ao produto. Pattison et al, (2018) classifica plantas alimentícias com elevados percentual de água, e valor agregado, como baby leaf e microverde como de maior aptidão para produção comercial em sistema indoor. Neste quesito, estudos pontuam vantagens atreladas a produção de microverdes, devido suas características de produção.
Microverdes são plântulas que tem durante o ciclo produtivo, forte contribuição da fase autotrófica (reservas da semente) (Jones-Baumgardt et al. 2019). Colhidos em sua maioria entre 7 e 15 dias após a semeadura (Renna et al. 2016, Di Gioia et al. 2015, Di Gioia et al. 2017), possuem elevado valor nutricional (Xiao et al. 2012, Pinto et al. 2014, Xiao et al. 2015) e produtividade que varia entre 2 e 8 kg m-2 (Lima et al., 2022).
As dimensões do microverde (< 10 cm), entre outras espécies e produtos, favorece a verticalização do cultivo, transformando o cultivo em um plano para diversos planos. Com metros cúbicos em detrimento de metros quadrados, o que potencializa o aproveitamento da área, como observado por Lima et al, (2022), onde 0,5 m-2 em um plano foi substituído por 3 m-2 de área produtiva, verticalizado com apenas 35 cm entre vãos da estante.
Lima et al, (2022) considerou ideal a utilização da PPFD de 50 µmol m-2 s-1, para produção de microverde, valor 40 ou mais vezes inferior ao atingido em campo aberto, e inferior em 10 e 5 vezes as PPFD consideradas ideais para produção indoor de alface por Fu et al. (2012) e Zhang et al. (2018).
O impacto da quantidade de fótons na produtividade e qualidade
As espécies cultivadas para a obtenção de microverdes em sua maioria possuem o metabolismo de assimilação de carbono C3, que tem como resposta a luz três fases, inicialmente no escuro a respiração causa liberação de CO2; com a presença de luz inicia a segunda fase, fotossíntese para produção de fotoassimilados, no ponto de compensação o consumo se iguala à produção, e deste ponto em diante o aumento da quantidade de radiação fotossinteticamente ativa, aumenta a assimilação de CO2, podendo atingir ponto de saturação, que altera o metabolismo da planta, afim de tentar dissipar o excesso de energia presente, para que não prejudique o aparato fotossintético, através da fotorrespiração, produção de calor e fluorescência (Taiz e Zeiger, 2017).
O emprego inadequado de PPFD resulta em decréscimo da eficiência produtiva em fazendas indoor, afetando a produtividade dos microverdes (Virsile e Sirtautas 2013, Samuoliene et al. 2013). E o custo com energia elétrica (Lima et al., 2022). Segundo Fu et al, (2012) PPFD entre 400 e 600 µmol m-2 s-1, para alface (baby leaf), resultou em máxima produtividade, porém de 600 a 800 µmol m-2 s-1, verificou se ponto de saturação com estabilização na mesma.
Estudos retratam diferentes PPFD para o cultivo de microverde, sendo necessária a identificação do ponto que contemple os aspectos fito-técnico e econômico do sistema de produção (Jones-Baumgardt et al. 2020).
Segundo Samuoliene et al. (2013), PPFD entre 330 e 440 µmol m-2 s -1 são consideradas ideais para o cultivo de microverde da família Brassicaceae, enquanto 545 µmol m-2 s -1 induz estresse foto-oxidativo.
Entretanto, existem resultados discordantes sugerindo que menores PPFD são ótimas para o cultivo, como 150 µmol m-2 s-1 (Vaštakaite e Virsile 2015). Porém existem estudos com redução ainda maior como a utilização de 42 µmol m-2 s -1, para o cultivo de rabanete (Xiao et al. 2014), intensidade próxima ao indicado como ideal por Lima, et al (2020) 50 µmol m-2 s -1, para girassol, rabanete, repolho-verde e roxo.
Segundo Gerovac et al. (2016) o aumento de 105 para 315 µmol m-2 s -1 elevou a produtividade de couve-mizuna em 15%. Nesse caso, houve pequeno ganho de produtividade com aumento de 3 vezes na PPFD, o que demostra redução na eficiência do uso dos fótons (Jones-Baumgardt et al. 2020). Resultado semelhante foi observado por Lima et al, (2022) em experimento com repolho-verde, sendo que, o aumento na PPFD de 50 para 150 µmol m-2 s -1 resultou em aumento de 11% na produtividade (0,4 kg m-2) porém, com redução na EUF de 0,17 para 0,06 respectivamente.
Portanto, mais fótons foram emitidos na PPFD de 150 µmol m-2 s-1, com pequeno impacto na produtividade. Desta forma, nem sempre o acréscimo exponencial na PPFD justifica sua adoção, por haver redução na EUF além do custo desnecessário.
A luz influencia o metabolismo secundário das plantas. Estudos sugerem, que o manejo da PPFD, pode aumentar o valor nutricional de microverdes, pois a resposta a mesma pode alterar os teores de diferentes compostos, benéficos a saúde, presentes nas plântulas (Kopssel et al. 2012) como o teor de antioxidantes (Sun et al. 2013).
Porém, até então, restam dúvidas a respeito de como a radiação deve ser manejada em aspecto amplo, ou seja, que envolva a combinação entre PPFD, fotoperíodo e a duração do ciclo (dias). Já que a alteração de tais fatores podem aumentar ou reduzir a eficiência do processo produtivo afetando, custos, produtividade, qualidade, e viabilidade da produção indoor de microverdes.
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Espécies de microverdes
Podem ser de espécies alimentícias não convencionais, olerícolas, medicinais e condimentares (Di Gioia et al., 2017). As espécies utilizadas para produção dos microverdes pertencem a famílias botânicas, como Brassicaceae, Asteraceae, Apiaceae, Amarantácea, Cucurbitáceas, Fabaceae como alfafa, lentilha, ervilha, bem como oleaginosas como girassol além de espécies aromáticas como alho-poró, manjericão, cebolinha e coentro (Di Gioia et al., 2015). É possível avaliar e testar todas as espécies disponíveis e conhecidas como comestíveis, no entanto espécies que não possuem as mudas comestíveis devem ser excluídas, como por exemplo as pertencentes à família das Solanaceas, tomate, berinjela e pimentas, que no estágio de mudas contém anti-nutrientes (Di Gioia e Santamaria, 2015).
A família das Brassicaceae é popular para o cultivo de microverde, pois tem germinação rápida, ciclo de crescimento curto, varia entre espécies tanto em coloração como sabor e possui elevadas concentrações de compostos benéficos à saúde humana (Xiao et al., 2012).Como a técnica de produção é nova, seu mercado também é, ainda com poucas empresas disponibilizando no mercado interno sementes direcionadas ao cultivo de microverdes, bem como a ausência de parâmetros e recomendações quanto a densidade de semeadura a ser utilizada, e a sua expectativa de produtividade, de materiais comercializados nacionalmente.
Características nutricionais
Pesquisadores encontraram maiores quantidades de ácido ascórbico, β-caroteno, α- tocoferol, filoquinona e minerais (Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Se e Mo), e menor teor de nitrato em relação às folhas de plantas maduras (Pinto et al., 2015; Xiao et al., 2012).Exemplo disso são os microverdes de repolho-roxo, que apresentam 40 vezes mais vitamina E, 6 vezes mais vitamina C, 260 vezes mais β-caroteno, 28,6 vezes maior concentração de luteína/zeaxantina do que as folhas na sua fase adulta (Xiao et al., 2012); microverdes de brócolis, que apresentam 50 vezes mais sulfurofano, o qual é um composto relacionado à prevenção de câncer (Xiao et al., 2014); microverdes de coentro, que possuem 3 vezes mais β-caroteno, 11,2 vezes maior concentração de luteína/zeaxantina e 5 vezes mais violaxantina (Xiao et al., 2012).
Neste sentido, Treadwell (2010) considera microverdes como alimento funcional ou superalimento. Exemplo deste atributo é um adulto de peso mediano por exemplo, consumindo 41 g de microverdes de repolho-roxo ou 15 g de rabanete, supre sua necessidade diária de vitamina C e E, respectivamente (Xiao, et al., 2012).
Sistemas de cultivo
As técnicas para obtenção do microverde são de baixo impacto ambiental, considerado, portanto, um produto sustentável (Choe et al. 2018). Os sistemas de produção com utilização de bandejas plásticas, e substrato com irrigação por capilaridade são os mais corriqueiros.O cultivo pode ser feito com ou sem substratos, inertes ou férteis. Areia, turfa, casca de arroz carbonizado, perlita, vermiculita, fibra de coco e misturas, são considerados eficazes para o cultivo (Lee et al. 2004, Muchjijab et al. 2015, Lobiuc et al. 2017). Além dos substratos de origem vegetal, existem materiais de origem sintética, como os elaborados a partir de PET (tereftalato de polietileno) (Di Gioia et al. 2015, Xiao 2015).
Não apenas o tipo de substrato utilizado, mas a espessura da camada, afetam a produtividade (Allred e Mattson 2018). Para a escolha do substrato adequado, aspectos como a facilidade de aquisição, custo, e há a necessidade de que este não esteja contaminado com patógenos de plantas e humanos, deve ser levado em consideração (Di Gioia et al. 2015, Riggio et al. 2018, Verlinden 2019).Em relação à adubação, microverde pode ser cultivado com êxito sem necessariamente recebê-la. No entanto, estudos demostram aumento de produtividade quando se faz o uso da mesma.
Experimento de Murphy (2010) com adubação pré-plantio de nitrato de cálcio e a aplicação pós-plantio, demostraram aumento de produtividade em 20% para microverde de rúcula, assim como a adubação com ureia e nitrato de amônio influenciaram a produtividade.Além de impactos na produtividade Sun et al. (2015) observou efeito na qualidade de microverde de brócolis, quando adubado com cloreto de cálcio, em comparação a não adubação, os teores de glucosinolatos foram maiores, sugerindo o potencial do manejo da adubação em enriquecer o valor nutricional (biofortificação).
Wieth et al. (2019) conclui que a solução nutritiva de condutividade elétrica 2 dS m-1 é recomendada, para obtenção de maior produtividade, impactando também na redução em 2 dias do ciclo de cultivo de microverdes de rúcula. Seu cultivo pode ser realizado em ambientes de diferentes graus tecnológicos, com impacto direto no capital investido.
Para o cultivo destas plântulas ainda não existe um método estabelecido, pode ser realizado de diversos modos e em diferentes ambientes (Ciuta et al. 2021). De maneira geral, fatores ambientais e de manejo (temperatura, umidade, iluminação e adubação) quando controlados garantem maior previsibilidade de colheita e uniformidade do produto ao longo do ano.
Créditos: Felipe Lima, DNA Microverdes.
No entanto, o cultivo a campo aberto, não é recomendado sem que haja ao menos o fechamento total por telado, para que se garanta da sanidade, além da proteção ao excesso de radiação.Em relação ao comprimento do ciclo de cultivo, o fator temperatura reduz em 35 a 40 % o mesmo, quando se eleva a temperatura de 14 °C para 22 °C (Allred e Mattson 2018). Em ambientes controlados diferentes autores trabalham com temperaturas que variam de 17 °C e 21 °C e umidade relativa do ar entre 60 e 90% (Gerovac et al. 2016, Jones-Baumgardt et al. 2019, Samuoliene et al. 2019, Ciuta et al. 2020, Ghoora et al. 2020, Jones-Baumgardt et al. 2020, Ying et al. 2020).
Os sistemas de cultivo encontrados na literatura, diferem em relação à disposição da estrutura, em horizontal e vertical, no cultivo horizontal utiliza-se apenas um plano com iluminação natural ou suplementação; já o vertical, que consiste na utilização de andares, faz se indispensável o uso da iluminação artificial, aumentando neste caso o aproveitamento da área devido a verticalização (Kopsell et al. 2012, Al-Chalabi 2015, Touliatos et al. 2016, Di Gioia et al. 2017, Benke e Tomkins 2018).
O conceito de verticalizar o cultivo traz consigo grandes benefícios, como aumento de produtividade e controle da qualidade, a exclusão dos efeitos adversos do clima, geração de novas vagas de emprego e a possibilidade de aproximar a produção dos consumidores, integrando-a aos espaços urbanos (Besthorn 2013).
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