Kapalı Bitkisel Üretim Sistemleri

Öz

İnsanlar binlerce yıldan beri, farklı tarım teknikleri kullanarak besin ihtiyaçlarını karşılamışlardır. Ancak insan nüfusunun artışına paralel olarak besin ihtiyacında da sürekli bir artış meydana gelmiştir. Bu artışı karşılamak amacı ile yoğun tarımsal üretime rağmen, gelecekte gıda temininde sorunlar yaşanabileceği düşünülmektedir. -Tarımsal üretimdeki artışa paralel olarak, mevcut kaynakların son limitlerine kadar kullanılması, iklim değişikliği, mevcut toprak ve su kaynaklarının azalması ve tarım ilacı kullanımının artması tarımsal üretimi tehdit etmektedir. Bu tehditleri azaltmak amacıyla sürdürülebilir tarım teknikleri kullanılmakta, fakat doğa ve çevre koşullarına bağımlılık tamamen ortadan kaldırılamamaktadır. Bu nedenle tam kontrollü bir üretim yapma arayışları sonucunda “kapalı bitkisel üretim sistemi” ortaya çıkmıştır. Bu sistemde üretim, tamamen izolasyonlu, doğal ışığın olmadığı yapılar içerisinde, tüm iklim elemanlarının hassas bir şekilde kontrol edildiği, çok katlı topraksız tarım tekniği ile yapılmaktadır. Bitki besin maddeleri ve suda, kapalı bir sirkülasyon sistemi ile bitki köklerine verilmekte, su ve gübre kullanımında da %90’a yakın tasarruf sağlanmaktadır. Böylece tamamen steril bir ortam sağlandığından tarım ilacı ve bitki büyüme düzenleyici kullanımına gereksinim de kalmamaktadır. Kapalı bitkisel üretim birçok avantajına rağmen bugüne kadar gelişmemesinin en önemli nedenlerinden biri aydınlatma maliyetinin yüksek olmasıdır. Ancak günümüzde LED teknolojisinin gelişimiyle beraber, daha düşük maliyetli bir aydınlatma yapılabilmekte ve hatta farklı dalga boylarında ışıklar kullanılarak, bitkinin daha yüksek fotosentez yapması ve hızlı büyümesi de sağlanabilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kapalı Tarım
• Dikey Tarım
• İklimlendirme
• Sulama-Beslenme
• Yapay Aydınlatma

Closed Plant Production System

Abstract

People have met their nutritional needs using different agricultural techniques for thousands of years. However, there has been a continuous increase in the need for food in parallel with the increase in the human population. In order to meet this increase, it is thought that there may be problems in food supply in the future, despite intensive agricultural production. Parallel to the increase in agricultural production, the use of existing resources to the limit, climate change, decrease in existing soil and water resources and increase in the use of pesticides threaten agricultural production. Sustainable agriculture techniques are used to reduce these threats, but dependence on nature and environmental conditions cannot be completely eliminated. Therefore, as a result of the search for a fully controlled production, a “closed plant production system” has emerged. In this system, production is carried out with multi-storey soilless farming technique in which all climate elements are precisely controlled in fully insulated structures without natural light. Plant nutrients and water are also given to plant roots through a closed circulation system. Thus, savings of nearly 90% are achieved in the use of water and fertilizers. Thus, as a completely sterile environment is provided, there is no need for pesticides and plant growth regulators. One of the most important reasons why closed plant production has not developed until today despite its many advantages is the high cost of lighting. However, today, with the development of LED technology, a lower cost illumination can be made and even higher photosynthesis and rapid growth of the plant can be achieved by using lights of different wavelengths.

Keywords

• Closed agriculture
• Vertical farm
• Climatization
• Irrigation-nutrition
• Artificial light

Kaynakça

1. Al-Kodmany, K, 2018. The Vertical Farm: A Review of Developments and Implications for the Vertical City. Buildings. 8(2):24. DOI: 10.3390/buildings8020024.
2. Alexandratos, N., Bruinsma, J., 2012. World agrıculture towards 2030/2050, The 2012 Revision. ESA Working Paper No. 12-03. http://www.fao.org/3/a-ap106e.pdf.
3. Anonim, 2019. Yapay bitki aydınlatması. http://www.forfarming.co/yapay-bitki-aydinlatmasi/ (Erişim tarihi: 18.05.2019).
4. Anonim, 2020a. Dikey çiftçilik hakkında dikkat edilecek hususlar 2020. https://tr.routestofinance.com/what-you-should-know-about-vertical-farming (Erişim tarihi: 20.06.2020)
5. Anonim, 2020b. Land use in agriculture by the numbers. http://www.fao.org/sustainability/ news/detail/en/c/1274219 (Erişim tarihi: 21/08/2020).
6. Anonim, 2020c. Horticulture lighting metrics light measuring, spectral photometry. https://gossen-photo.de/en/horticulture-lighting-metrics/ (Erişim tarihi: 23.08.2020).
7. Ayaz, A., Yurttagül, M., 2006. Sebzelerin nitrat ve nitrit içeriklerine etki eden faktörler. Beslenme ve Diyet Dergisi / J Nutr and Diet 34(2):51-64.
8. Birişik, N., 2019. Küresel ve Ulusal Ölçekte Tarım ve Gıda Politikaları “Gerçekler, Sorunlar ve Çözüm Önerileri” Memur-Sen Konfederasyonu Toç Bir-Sen Tarım-Orman Çalışanları Birliği Sendikası Yayınları, ISBN 978-605-85250-2-3. 303 s.

9. Bingöl, B., 2015. Dikey Tarım. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi 11(2): 92-99.
10. Blom‐Zandstra, M., 1989. Nitrate accumulation in vegetables and its relationship to quality. Annals of Applied Biology, 115(3), 553-561.
11. Briggs, W. R., Huala, E., 1999. Blue-light photoreceptors in higher plants. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 15(1): 33-62.
12. Cha, M.K., Cho, J.H., Cho, Y.Y., 2013. Growth of leaf lettuce as affected by light quality of LED in closed-type plant factory system. Protected Horticulture and Plant Factory, 22(4):291-297.
13. Cho, R., 2011. Vertical Farms: From Vision to Reality. State of the Planet, Blogs from the Earth Institute, http://blogs.ei.columbia.edu/2011/10/13/vertical-farms-from-vision-to-reality/comment-page-1/ (Erişim Tarihi 23/08/2020).
14. Demir, K., Çakırer, G., 2014. Akuaponik Kültür. Tarım Gündem Dergisi, 23: 32-34.
15. de Carbonnel, M., Davis, P., Roelfsema, M.R.G., Inoue, S.I., Schepens, I., Lariguet, P., Fankhauser, C., 2010. The Arabidopsis phytochrome kınase substrate2 protein is a phototropin signaling element that regulates leaf flattening and leaf positioning. Plant Physiology, 152(3): 1391-1405.
16. Dockrill, P., 2015. The world has lost a third of its farmable land in the last 40 years. https://www.sciencealert.com/the-world-has-lost-a-third-of-its-farmable-land-in-the-last-40-years. (Erişim tarihi: 11.08.2020).
17. Eguchi, T., Hernandez, R., Kubota, C., 2016. Far-red and blue light synergistically mitigate intumescence injury of tomato plants grown under ultraviolet-deficit light environment. HortScience, 51: 712-719.
18. Gökmen, V., Öztan, A., 1995. Gıdaların Raf Ömrünü Etkileyen Faktörler ve Raf Ömrünün Belirlenmesi. Gıda 20(5):265-271.
19. Granath, B., 2017. Lunar, Martian Greenhouses Designed to Mimic Those on Earth. NASA's Kennedy Space Center, Florida. https://www.nasa.gov/feature/lunar-martian-greenhouses-designed-to-mimic-those-on-earth (Erişim tarihi: 20.05.2019).
20. Heo, J.W., Kim, D.E., Han, K.S., Kim, S.J., 2013. Effect of light-quality control on growth of Ledebouriella seseloides grown in plant factory of an artificial light type. Korean Journal of Environmental Agriculture, 32(3):193-200.
21. Kang, J.H., KrishnaKumar, S., Atulba, S.L.S., Jeong, B.R., Hwang, S.J., 2013. Light intensity and photoperiod influence the growth and development of hydroponically grown leaf lettuce in a closed-type plant factory system. Horticulture, Environment, and Biotechnology, 54(6); 501-509.
22. Kargın, H., Bilgüven, M., 2018. Akuakültürde Akuaponik Sistemler ve Önemi. Bursa Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 32(2):159-173.
23. Kasım, R., Kasım, M.U., 2004. Topraksız Yetiştiricilik. Kocaeli Üniversitesi Yayınları.
24. Kasım, M.U., Kasım, R., 2015. Postharvest UV-B treatments increased fructose content of tomato (Solanum lycopersicon L. cv. Tayfun F1) harvested at different ripening stages. Food Science and Technology (Campinas), 35(4):742-749.
25. Kasım, R., Kasım M.U., 2017. Işık Yayan Diyot (LED) Teknolojisinin Meyve ve Sebzelerin Hasat Sonrası Dönemindeki Uygulamaları. Meyve Bilimi, Cilt 1 (Özel) s:86-93. Keleş, Y., 2015. Antosiyanin Pigmentlerin Biyokimyası ve Analizi. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 8 (1): 19-25.
26. Kim, H., You, Y., 2013. Effects of red, blue, white, and far-red LED source on growth responses of Wasabia japonica seedlings in plant factory. Korean Journal of Horticultural Science & Technology, 31(4):415-422.
27. Kitayama, M., Nguyen, D. T. P., Takagaki, M., 2019. Effect of Light Quality on Physiological Disorder, Growth, and Secondary Metabolite Content of Water Spinach (Ipomoea aquatica Forsk) Cultivated in a Closed-type Plant Production System. 37(2):207-212.
28. Koca, İ., Karadeniz, B., Tural, S., 2006. Antosiyaninlerin antioksidan aktivitesi. Türkiye 9. Gıda Kongresi, Bolu, 24-26 Mayıs, 133.
29. Koca, N., Saatli, T.E., Urgu, M., 2018. Gıda Sanayisinde Ultraviyole Işığın Yüzey Uygulamaları. Akademik Gıda 16(1):88-100.
30. Kürklü, A., Çağlayan, N., 2005. Sera Otomasyon Sistemlerinin Geliştirilmesine Yönelik Bir Çalışma. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 18(1), 25-34.
31. Laouchez, M., 2016. As arable land disappears, here come the vertical farmers. https://phys.org/news/2016-10-arable-vertical-farmers.html (Erişim tarihi: 20.05.2019).
32. Lee, J.G., Oh, S.S., Cha, S.H., Jang, Y.A., Kim, S.Y., Um, Y.C., Cheong, S.R., 2010. Effects of red/blue light ratio and short-term light quality conversion on growth and anthocyanin contents of baby leaf lettuce. Protected Horticulture and Plant Factory, 19(4): 351-359.
33. Meriç, M.K., Öztekin, G.B., 2008. Topraksız Tarımda Kapilar Sistemler. Ege Üniv. Ziraat Fak. Derg., 45(2):145-152.
34. Nicole, C., 2017. Vertical farming: a revolution in food production enabled by LED lighting. Philips Lighting Research Vertical Farming Conference, Venlo, Hollanda, 28 June.
35. Ohi, N., Lassak, K., Watson, R., Strader, J., Du, Y., Yang, C., Kilic, C. 2018. Design of an autonomous precision pollination robot. In 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) pp. 7711-7718.
36. Ouzounis, T., Rosenqvist, E., Ottosen, C.O., 2015. Spectral effects of artificial light on plant physiology and secondary metabolism: a review. HortScience,50(8):1128-1135. Padem, H., Özdamar, H., 2016. Sebze büyüme ve gelişiminde fotoreseptörler. Derim, 19(2):2-8.
37. Potts, S.G., Neumann, P., Vaissière, B., Vereecken, N.J., 2018. Robotic bees for crop pollination: Why drones cannot replace biodiversity. Science of the total environment, 642: 665-667.
38. Santamaria, P., Elia, A., Serio, F., Todaro, E., 1999. A survey of nitrate and oxalate content in fresh vegetables. Journal of the Science of Food and Agriculture, 79(13):1882-1888.
39. Sevgican, A., 1999a. Örtüaltı Sebzeciliği Cilt I (Topraklı Tarım). Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 528, Ege Üniversitesi Basımevi, İzmir.
40. Sevgican, A., 1999b. Örtüaltı Sebzeciliği Cilt II (Topraksız Tarım). Ege Üniv. Ziraat Fakültesi Yayınları No: 526, Bornova, İzmir.
41. Shoji, K., Goto, E., Hashida, S.N., Goto, F., Yoshihara, T., 2010. Effect of red light and blue light on the anthocyanin accumulation and expression of anthocyanin biosynthesis genes in red-leaf lettuce. Journal of Science and High Technology in Agriculture, 22(2):107-113.
42. Tezcan, A., Atılgan, A., Öz, H., 2011. Seralarda Karbondioksit Düzeyi, Karbondioksit Gübrelemesi ve Olası Etkileri. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 6(1):44-51.
43. Usami, T., Mochizuki, N., Kondo, M., Nishimura, M., Nagatani, A., 2004. Cryptochromes and phytochromes synergistically regulate Arabidopsis root greening under blue light. Plant and Cell Physiology, 45(12):1798-1808.
44. Van Der Schaft, P., 2018. Pollination drones deen as assistants for ailing bees. https://www.roboticsbusinessreview.com/agriculture/pollination-drones-assist-ailing-bees/ (Erişim tarihi: 18.05.2020).