Os sistemas de controle incluem aqueles para iluminação, aquecimento, resfriamento, umidade relativa e enriquecimento de dióxido de carbono. Embora seja útil ter um ambiente totalmente controlado, o cultivo aquapônico também pode prosperar sem ele, ou com apenas alguns dos parâmetros sendo controlados.

Luz

A transmissão máxima de luz, da quantidade e qualidade adequadas (PAR, 400-700 nm), é crucial para a fotossíntese, crescimento e rendimento ideais. Se houver muita luz no verão, tinta de sombra ou lavagem branca pode ser pulverizada no exterior da estufa. Isso se desgastará até o final da estação de crescimento, ou pode ser lavado. Os panos de sombra de tecido externo feitos de diferentes graus de malhagem para excluir quantidades específicas de luz (por exemplo, 30%, 40%, 50% de sombra) podem ser colocados no exterior da estufa ou pendurados dentro dela. Se houver pouca luz durante o inverno, as coberturas brancas refletoras podem aumentar significativamente os níveis de luz para o dossel da planta (Rorabaugh 2015).

Luzes artificiais podem ser usadas para prolongar a estação de crescimento do inverno. Várias tecnologias de luz diferentes são usadas em estufas, mas o tipo mais comum é diodos emissores de luz (LEDs). Ao contrário de todos os outros sistemas de iluminação artificial, os LEDs não contêm componentes de vidro ou gasosos: todos os componentes são de estado sólido. Eles são, portanto, menos frágeis do que outros tipos de lâmpadas e podem estar localizados em locais onde outras lâmpadas podem ficar danificadas e representar um risco para a saúde e a segurança. No entanto, um potencial impacto negativo do uso da iluminação LED em estufas é a falta de calor radiativo que elas produzem, o que reduz a economia geral de energia, pois há maior demanda de aquecimento (Davis 2015).

Os LEDs estão agora disponíveis com quase qualquer comprimento de onda entre 200 e 4000 nm. As vantagens dos LEDs são (i) sua alta eficiência (saída de energia luz/energia elétrica) em comparação com outras fontes de iluminação; (ii) que a luz emitida é direcional, o que reduz a quantidade de luz perdida e garante que a quantidade máxima de luz atinge a cultura; e (iii) que o espectro global pode ser modificado para diferentes aplicações alterando o número e as cores dos LEDs instalados em uma unidade de iluminação. Os LEDs proporcionam, assim, o potencial de otimização de tratamentos leves que permitem melhorar as qualidades específicas das plantas ou controlar a morfologia das plantas e o tempo de floração. Para produzir plantas saudáveis, são necessárias luzes vermelhas e azuis. A luz vermelha é usada de forma mais eficaz para conduzir a fotossíntese, mas as plantas geralmente crescem de forma mais eficaz quando alguma luz azul está contida dentro do espectro de luz, porque ajuda a promover a absorção de CO₂ promotora do estômago. As respostas estomatais à luz, no entanto, diferem entre as espécies, portanto, nem todas as espécies se beneficiarão igualmente após a adição de luz azul. Na alface, por exemplo, verificou-se que as taxas de crescimento diminuíram com o aumento da luz azul (Davis 2015).

Há casos em que cores adicionais de luz podem proporcionar benefícios adicionais. A inclusão da luz verde tem demonstrado aumentar a acumulação de biomassa fresca e seca em plantas de alface quando a luz verde substitui parte da luz azul ou vermelha na mistura. A luz verde também pode penetrar mais profundamente no dossel da planta e, portanto, conduzir mais fotossíntese. A luz vermelha distante é importante para o desenvolvimento e o desempenho da planta ao longo da vida útil de uma cultura. Embora possa inibir a germinação de sementes de alface, pode, no entanto, aumentar a área foliar, permitindo potencialmente maiores taxas de captura de luz e crescimento. Durante os estágios posteriores do desenvolvimento das culturas, por outro lado, causará alongamento e aparafusamento. A área onde a luz vermelha distante pode talvez ser usada para maior efeito é para controlar o tempo de floração (Davis 2015).

Os LEDs também oferecem a oportunidade de iluminar culturas de maneiras não tradicionais. Os LEDs são fontes de luz fria e, como tal, podem ser colocados perto de culturas ou dentro de um dossel para folhas leves que normalmente receberiam pouca luz natural ou suplementar. Ao adicionar luz às folhas normalmente na região sombreada do dossel, as plantas são capazes de usar a luz de forma mais eficiente. Isto significa que a “interiluminação” tem o potencial de aumentar os rendimentos mais do que a mesma quantidade de luz adicionada no topo do dossel. Verificou-se que a luz azul interiluminada tem resultados mistos em rendimentos de plantas de pepino e tomates (Davis 2015).

A manipulação espectral também pode ser usada para melhorar a pigmentação. A luz azul é importante para conduzir a síntese de antocianina, que é um dos tipos de compostos que causam pigmentação vermelha. A luz também é importante na regulação da biossíntese de muitos dos compostos que funcionam para alterar diretamente o sabor e aroma das folhas, frutos e flores. A exposição à luz UVB foi associada ao aumento do óleo e dos teores voláteis em uma variedade de espécies de ervas, incluindo bálsamo de limão e manjericão [Davis 2015].

Na maioria das pesquisas, a influência da qualidade da luz na qualidade das culturas é considerada durante o período de crescimento das culturas, mas, mais recentemente, o efeito dos tratamentos leves pós-colheita também foi considerado. Os tratamentos pós-colheita fornecem o potencial de melhorar as qualidades das culturas durante o transporte para atrasar o início da senescência, prolongando assim a vida útil. Verificou-se que a exposição a duas horas de luz vermelha de baixa intensidade atrasou a senescência das folhas de manjericão por dois dias durante o armazenamento a 20 C no escuro (Davis 2015).

A reacção das plantas a várias cores do espectro luminoso pode, portanto, ser utilizada para manipular plantas para satisfazer diferentes necessidades, incluindo as seguintes:

• A luz ultravioleta pode ser usada para encurtar os entrenós

• A luz azul e ultravioleta pode ser usada para aumentar a tolerância ao estresse da planta antes do transplante

• A luz azul pode ser usada para estimular o crescimento vegetativo e evitar que plantas de dia curto floresçam durante seus estágios de propagação

• A luz vermelha pode ser usada para induzir a floração e alongar os entrenós para produzir plantas com caules mais longos e flores maiores

• A luz vermelha distante pode ser usada para controlar o fotoperiodismo das plantas

Os medidores Lux são amplamente utilizados na horticultura para medir a intensidade das lâmpadas de sódio de alta pressão (HPS). Os medidores Lux foram projetados para ter a mesma sensibilidade a diferentes regiões do espectro eletromagnético que o olho humano, que é mais sensível à luz verde. No entanto, para muitas das lâmpadas LED hortícolas, especialmente aquelas com LEDs predominantemente vermelhos e azuis, os espectros de emissão caem em regiões onde os medidores lux são relativamente insensíveis, e fornecem estimativas muito baixas mesmo quando a intensidade real desses espectros é alta. A medição de luz mais adequada para uso com plantas é a irradiância de fótons PAR (também chamada de densidade de fluxo de fotões fotossintéticos, PDFD). A irradiância fotográfica PAR indica o número de fótons que são incidentes numa superfície medida em micromoles por metro quadrado por segundo (µmol m^-2 s^-1 ). Como a fotossíntese é medida em unidades semelhantes (µmol\ [CO₂] m^-2 s^-1 ), o uso de irradiância de fótons PAR permite comparações diretas entre a quantidade de luz e a quantidade de fotossíntese a ser feita (Davis 2015).

Figura 13: Crescimento sob luz UV < https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Aquaponics#/media/File:Light_on_Aquaponics.jpg >

Temperatura e umidade

Os dispositivos de aquecimento manterão a temperatura dentro da faixa ideal durante períodos de tempo frio. O material isolante (cortinas de pano ou filme) pode ser posicionado acima da cultura ou perto do telhado para reter o calor perto da cultura. O material isolante usado durante a noite pode ser o mesmo que o material usado para sombreamento durante o dia (Rorabaugh 2015).

As altas temperaturas podem prejudicar o crescimento da planta, especialmente se houver baixa disponibilidade de luz. Altas temperaturas podem causar problemas como caules finos e fracos, tamanho reduzido da flor, floração retardada e/ou polinização/fertilização pobre e conjunto de frutas, e aborto de flores e brotos/frutas. Os sistemas de ventilação passiva incluem panos de sombra ou tintura/lavagem branca que, além de regular a intensidade da luz, também pode ajudar a esfriar a estufa. As aberturas de cume no telhado de uma estufa permitem que o ar quente e interior escape. A área das aberturas deve ser de 25% da área do chão. As paredes laterais enroladas podem ser usadas em estufas de vidros flexíveis (filme de polietileno) para permitir um fluxo horizontal natural de ar sobre as plantas. Tal como acontece com as aberturas de cume, a área das aberturas da parede lateral deve ser de 25% da área do chão. As almofadas refrigeradas a água na parte superior das torres de resfriamento podem ser usadas para resfriar o ar circundante, que então cai, deslocando assim o ar mais quente abaixo. Projetos recentes de estufa podem incluir um telhado que se retrai completamente para ventilação natural. Isso permite que as plantas cultivadas com efeito de estufa se adaptem às condições externas (Rorabaugh 2015).

Os sistemas de resfriamento ativos envolvem “resfriamento evaporativo” do ventilador e da almofada, onde o ar do lado de fora é puxado através de almofadas porosas e úmidas (geralmente papel celulose). O calor do ar de entrada evapora a água das almofadas, resfriando assim o ar. O resfriamento evaporativo também ajudará a aumentar a umidade relativa na estufa. Alternativamente, os sistemas de nebulização também usam resfriamento evaporativo, mas incorporam uma dispersão de gotículas de água que evaporam e extraem calor do ar. Este sistema proporciona uma melhor uniformidade, uma vez que o nebulizamento é distribuído por toda a estufa, e não apenas perto de uma extremidade de almofada, como com o sistema de ventilador e almofada. Quanto menor o tamanho da gota, mais rápido cada gota evapora e, portanto, mais rápida a taxa de resfriamento. A umidade relativa pode ser aumentada executando as almofadas de resfriamento ou por embaçamento, e pode ser reduzida por aquecedores de funcionamento ou simplesmente por ventilação (Rorabaugh 2015).

Dióxido de carbono (CO₂)

A taxa de fotossíntese depende da disponibilidade de dióxido de carbono. A ventilação pode fornecer CO₂ suficiente durante a primavera, verão e outono, mas no inverno, ou a qualquer momento em climas frios, resultará em ar frio sendo trazido para a estufa. O aquecimento será então necessário para manter a temperatura adequada, o que pode se tornar antieconômico. A geração de CO₂ é, portanto, uma forma eficaz de aumentar os níveis na estufa durante o inverno ou em climas frios. Os geradores CO₂ podem queimar vários tipos de combustível, incluindo gás natural (mais econômico) ou propano. Geradores de chama aberta também produzem calor e vapor de água como subprodutos. Portanto, os produtores hidropônicos às vezes usam geradores de CO₂ no inverno, quando a produção de calor extra é bem-vinda, e engarrafados CO₂ e dosadores no verão, uma vez que não produzem calor ou umidade extra. Uma vez que o CO₂ é liberado pelas plantas através da respiração à noite, não é incomum que os níveis se acumulem entre 0,045% e 0,070% na sala de crescimento pela manhã. Definir o temporizador para iniciar a dosagem de CO₂ uma hora após as luzes acenderem, com a última dose uma hora antes das luzes se apagarem, é a maneira mais econômica de fornecer CO₂ suplementar. Para manter o CO₂ em níveis ideais, é melhor administrar durante curtos períodos de tempo em volumes mais elevados do que a dose durante períodos de tempo mais longos em volumes baixos. (Rorabaugh 2015. Na aquapônica, os tanques de peixes estão frequentemente na mesma sala que o componente hidropônico. A respiração dos peixes aumenta os níveis de CO₂ da água do sistema, e CO₂ também entra na atmosfera. Portanto, entradas adicionais de CO₂ não são necessárias ou são muito baixas (Körner et al. 2014).

# Circulação

Uma das razões para ter uma estufa é criar um “ambiente controlado” para todas as plantas. No entanto, especialmente nos momentos em que os sistemas de aquecimento e arrefecimento não estão em funcionamento, podem desenvolver-se bolsas de alta ou baixa temperatura, umidade relativa ou dióxido de carbono que podem ser menos do que ideais para o crescimento das plantas ou o desenvolvimento de flores/frutos. Os ventiladores de fluxo de ar horizontal (HAF) podem ser colocados nas vigas da estufa para circular o ar acima da cultura. Isso ajuda a minimizar bolsas de ar quente ou frio e alta ou baixa umidade ou dióxido de carbono. Os ventiladores HAF podem ser usados em conjunto com sistemas de aquecimento de ar quente para circular ar quente em toda a estufa (Rorabaugh 2015).

Sistemas de controle ambiental

Os sistemas de controle ambiental podem ser muito simples ou muito complexos. Os sistemas mais simples envolvem enrolar manualmente um respiradouro lateral, abrir um respiradouro ou porta, ou ligar um aquecedor ou refrigerador. Controladores simples operam a partir de um termostato na estufa e ajustam automaticamente as faixas de temperatura diurnas e noturnas, abrem e fecham aberturas e ligam ou desligam aquecedores e refrigeradores. Os controladores de passo também controlam automaticamente 1 ou 2 estágios de aquecimento, dependendo do número de aquecedores, e controlam vários estágios de resfriamento usando ventiladores de resfriamento e bombas para molhar as almofadas. Os sistemas de controle ambiental mais complexos usam computadores sofisticados que operam a partir de um sensor de temperatura na estufa e ajustam automaticamente as faixas de temperatura diurna e noturna, controlam equipamentos de aquecimento, incluindo caldeiras, aquecimento de zona radicular, cortinas de retenção de calor, etc., controlam outros equipamentos incluindo ventiladores HAF, ventiladores de escape, aberturas de ventilação, bombas de almofada, sistemas de nevoeiro, etc., controle de umidade relativa e cortinas de sombra de controle e iluminação artificial, dependendo dos requisitos de luz. Computadores sofisticados também podem monitorar uma estação meteorológica externa e usar os dados coletados (luz, temperatura, umidade relativa, chuva e vento) para controlar as condições internas na estufa. Eles também podem operar o sistema fertirrigador usando automaticamente a quantidade leve (por exemplo, X ml de solução/quantidade Y de luz) e controlando o tempo de rega, a duração da rega, a solução de nutrientes pH e CE, e nebulização (Rorabaugh 2015).

*Copyright © Parceiros do Projeto Aqu @teach. Aqu @teach é uma Parceria Estratégica Erasmus+ no Ensino Superior (2017-2020) liderada pela Universidade de Greenwich, em colaboração com a Universidade de Zurique de Ciências Aplicadas (Suíça), a Universidade Técnica de Madrid (Espanha), a Universidade de Liubliana e o Centro Biotécnico Naklo (Eslovénia) . *