Tarımın Geleceği: Mars Seraları-4

Sera Otomasyonu

Akan su kültürüyle (hidroponik) bitki köklerinin devamlı olarak besin çözeltili suyla beslendiğinden söz etmiştik. Bilindiği üzere her bitki, su ve oksijenin yanında yaşam döngüsünü sürdürebilmek için çeşitli inorganik bileşenlere de ihtiyaç duyar.

Gübre olarak da bildiğimiz bu bileşikler çoğunlukla azot, fosfor, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi elementlerden oluşur. Her bitki türünün gelişimi için ihtiyaç duyduğu inorganik bileşiklerin çeşidi ve miktarı farklılık gösterir. Dolayısıyla bir bitkinin gelişiminde optimum verimin sağlanabilmesi için uygun elementlerin doğru oranlarda verilmesi oldukça önemlidir.

Topraksız tarım uygulamalarında yetiştirilen bitkinin türüne göre özel olarak seçilen besin elementleri, depolama tankında bulunan suyla karıştırılarak çözelti haline getirilir. Ancak buradaki önemli husus, besinin depolama tankındaki suya doğru miktarda ilave edilmesidir.

Bitki, kökleri aracılıyla suyu içerisindeki besinlerle birlikte emer. Bu işlem osmoz denilen, köklerin çevresindeki suyla yoğunluk farkından kaynaklanan bir süreçle sağlanır.

Besin çözeltili suyun yoğunluğu, köklerdeki suyun yoğunluğundan daha az olduğunda emilim gerçekleşir. Fakat besinli su, köklerdeki sudan daha yoğunsa, bitki tersine bir süreçle su kaybına uğrar. Bu sürecin sağlıklı bir şekilde işlemesi için suya katılacak besin miktarının iyi ayarlanması ve sürekli kontrol edilmesi gerekir.

Elektriksel iletkenlik (electrical conductivity- EC), bir iletkenin elektrik akımını geçirme kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Aynı zamanda direnç kavramının tersi olan iletkenlik değeri arttıkça, iletkenin elektrik akımına karşı gösterdiği direnç azalır.

Diğer bir deyişle elektriksel iletkenlik, maddenin elektriği ne kadar iyi iletebildiğinin bir göstergesidir. Geçmiş bilgilerinizden hatırlayacağınız üzere tamamen saf olan bir su elektriksel açıdan iletken değildir. Akımın su içerisinde ilerleyebilmesinin tek yolu içerisinde çözünmüş iyonların yer almasıdır.

Sudaki çözünmüş madde miktarı (ya da yoğunluk) arttıkça akım daha rahat, kayıpsız olarak iletilebilir. İşte bu basit ilkeden hareketle, suya küçük bir akım uygulayarak yoğunluğu ölçebilen EC metreler geliştirilmiştir.

Topraksız tarım uygulaması yapan üreticilerin, bitkilerin ideal bir şekilde su ve besin alımını sürdürebilmeleri için devamlı olarak suyun EC değerlerini takip etmeleri gerekir. Genellikle bu takip, ana su tankından alınan bir çözelti numunesinin taşınabilir bir EC metre kullanarak iletkenlik değerinin ölçümü şeklinde yapılır.

Yetiştiriciliği yapılan her bitki türünün kendine has karakteristik bir EC değeri bulunur. Örneğin, bu değer marul için 0,8-1,2 mS/cm iken domates için 2,0-5,0 mS/cm aralığındadır. Besin tankındaki suyun iletkenlik (ya da yoğunluğunun) seviyesinin bu değer aralıklarının dışında olması bitkinin gelişimi için olumsuz bir etki doğurur.

Hidroponik yetiştiricilikte bu parametrenin günde en az bir kez takibi yapılmalıdır. Ölçülen numune değer aralığının altındaysa su tankına daha fazla besin, üzerindeyse daha fazla su ilave edilerek çözeltinin iletkenliği uygun aralığa getirilir.

Tüm bu ölçümlerin yanında besin çözeltisinden alınan numunenin pH değeri de kontrol edilmelidir. Nasıl ki her bitki türü için özel bir EC değeri mevcutsa, aynı şekilde her bitkinin sağlıklı besin emilimi yapabilmesi için de besin takviyeli suyun uygun bir pH aralığında olması gerekir.

Genellikle bu değer 6.0-7.0 aralığındadır. Bir pH metre kullanılarak asiditesi ölçülen çözeltiye gerekmesi halinde pH artırıcı veya pH azaltıcı ilave edilir.

Geleneksel tarımla kıyaslandığında, topraksız uygulamalarda ortamın sürekli izlenmesi ve sistemin ihtiyaç duyduğu müdahalenin uygun zamanda yapılması gerekliliği bir dezavantaj gibi görünebilir. Ancak tüm çevresel koşulların bitki gelişimine en uygun şekilde düzenlenmesi sayesinde elde edilen ürün verimi, toprak bazlı tarıma göre oldukça yüksektir.

Topraksız yetiştiricilikte insan gücünü en aza indirmek adına hidroponik tekniğin sistematik yapısı bir artı olabilir. Yapılması elzem olan rutin EC ve pH kontrolleri, bir mikrodenetleyiciye bağlı sensörler aracılığıyla devamlı olarak izlenebilir. Örneğin;

Ana tankın içindeki bir sensör, EC değeri olması gerekenin altına düştüğünde, besin (sıvı gübre) içeren harici bir tankın valfini açabilir ve ana tanka besin takviyesi sağlayabilir. Tam tersi durumda; besin çözeltisinin EC değeri yükseldiğinde veya depodaki su azalmaya başladığında, şebekeden gelen suyu ana tanka bağlayan valfi aktif ederek, normalde bir insanın yapması gereken su takviyesini otomatik olarak yapabilir. Bitki köklerine suyu ulaştıran borularda ya da NFT kanallarda bir su kaçağı olması durumundaysa ana tanka bağlı su pompasını geçici olarak durdurabilir.

Çok sayıda su kanalı ve bağlantı noktasının yer aldığı büyük seralarda, boru eklem noktalarına yerleştirilecek basit su sensörleriyle kaçak tespiti anında yapılabilir. Yaşanan su kaçakları yalnızca suyun değil, aynı zamanda sıvı gübrenin de kaybına neden olacağından meydana gelebilecek ekonomik zararın da önüne geçilmiş olunur.

Seralarda ısı dengesinin önemli olduğundan bahsetmiştik. Havanın özellikle sıfır derecenin altına indiği kış aylarında fideleri ve bitkileri don olayından korumak için zaman zaman sera sobaları kullanılır. Jeodezik kubbenin geometrisi, ortamdaki ısı kaybını minimum dereceye indirir.

Bu kubbenin tam merkezî noktasına 360 derecelik açıyla ısı veren bir ısıtıcı yerleştirilebilir. Bu sayede ısı, kubbenin küresel yüzeyinin de yardımıyla tüm noktalara eşit oranda dağılabilir. Sıcaklı sensörleri aracılığıyla ortam, yetiştirilen bitkinin türüne göre uygun sıcaklıkta tutulabilir.

Sera ortamında nem yoğunluğu da önemle izlenmesi gereken bir değişkendir. Seralar yeterince havalandırılmadığında bağıl nemin ortamda birikmesine neden olur. Aşırı neme gereğinden fazla maruz kalan bitkilerde çeşitli hastalıkların ortaya çıkması yüksek olasılıktır.

Bu durumun önüne geçebilmek için ortam nem sensörleriyle sürekli izlenebilir. Nem oranı istenmeyen sınır değeri aştığında havalandırmalar otomatik çalıştırılabilir. Karbondioksit ve oksijen sensörleri de havalandırma sistemine bağlı olarak çalışabilir.

Sensörler aracılığıyla ortam değişkenlerinden alınan veriler, sera içinde kurulan bir yerel ağ bağlantısına aktarılabilir. Verilerin ağa bağlı bir bilgisayarda sürekli gözlemlenebilir olması ve zaman kaydıyla veri tabanına kaydedilmesi mümkündür.

Bitki türüne göre hangi parametrelerde daha hızlı ve kayıpsız üretim yapıldığı saptanarak gelecekte daha verimli ürünler yetiştirilmesi sağlanabilir. Zaman içinde biriken büyük veri, ileriki dönemlerde araştırmacıların kullanımına da açılabilir.

Sera otomasyonu yalnızca kontrol ve geri bildirim sistemleriyle sınırlandırılmamalıdır. Yetiştiricilik, büyük talepleri karşılayacak kitle üretimi seviyelerine ulaştığında, bitkilerin ekimi ve hasadı gibi süreçler yoğun insan gücünden makinelere devredilebilir.

Topraksız tarımda bitki ekimi, toprağa ekimden farklı olarak NFT kanallar üzerinde yer alan slotlara fidelerin yerleştirilmesiyle gerçekleştirilir.

Topraksız ekim oldukça basit ve hızlıdır. Kanal üzerinde önceden belirlenmiş sabit aralıklı yuvalara bitkileri hareketli robotik kollarla yerleştirmek daha seri bir üretim metodu sunabilir. Gelişimini tamamlayan bitkiler de kısa bir sürede benzer şekilde toplanabilir.

Resim-1. Robotik biliminin ilerlemesiyle gelecekte bitkilerin ekim, hasat ve bakım gibi rutin işlemleri makineler tarafından yapılabilir.

Jeodezik kubbeler içerisinde, otomasyon entegre edilerek yapılabilecek hidroponik bir üretimle geniş ve kapalı ekosistemler yaratmak pekala mümkündür. Toprağı kirletmeden, yeni tarım alanları yaratmak amacıyla ormanları tahrip etmeden de, artmakta olan nüfusu besleyecek gıda üretim arzı sağlanabilir.

Çevresel koşullardan kısmen bağımsız üretim, şehir çeperlerinde yoğunlaşarak yerel talebi karşılayabilir. Özellikle şehir tarımı uygulamalarının yaygınlaşması bahsettiğimiz bu teknikle daha yaygın bir hale gelebilir.

Şehirlerin nüfusu ve ihtiyacı kadar üretim, ülkelerin tarım planlamalarını kolaylaştırır, gıda israfını azaltır ve nakliye giderlerini ciddi oranda düşürür. Sonuç olarak dünyada, gıdanın herkes için güvenli ve ulaşılabilir olmasına giden sürecin yolu açılabilir.

Mars Seraları

Yakın gelecekte Mars’a yapılması planlanan insanlı görevler, şu an için aşılması gereken birçok bilimsel zorluğu da beraberinde getiriyor. İnsanları başka bir gezegene sağ salim indirmek başarı olsa da, tehlikeli çevresel koşulların hüküm sürdüğü bir gezegende hayatı idame ettirebilmek ayrı bir zorluktur.

İlk aşamada Mars yüzeyindeki insanlı görevlerin kısa süreli ve bilimsel amaçlı olacağını düşünebiliriz. Ancak uzay endüstrisindeki maliyetlerin düşmesi, gezegene yapılan yolculuk sayısını artıracak ve Mars üzerinde kalıcı istasyonların kurulmasını bir noktadan sonra zaruri hale getirebilir.

Bu durumda artan Mars nüfusunu beslemek için gerekli gıdayı sürekli olarak Dünya’dan tedarik etmek zorlaşır. Bu istasyonların ya da üslerin, belli bir aşamadan sonra temel ihtiyaçlarını kendi kaynaklarıyla elde etmeleri ve sürdürülebilir hale getirmeleri Mars görevlerinin devamlılığı için önem taşır.

Mars’taki ilk görevlerde astronotların kalacağı yapılar, muhtemelen bir bütün olarak roketlere eklemlenmiş hazır modüllerin yüzeye indirilmesi şeklinde olacaktır. Tıpkı Ay modülüne benzer, fakat Mars koşullarına göre dizayn edilmiş daha büyük, daha komplike yapılar bir bütün olarak Dünya’da hazırlanarak doğrudan gezegene gönderilebilir.

Zaman içinde araştırma istasyonlarının genişletilmesi, doğrudan Dünya’dan gönderilemeyecek, ancak gezegen yüzeyinde astronotlar tarafından birleştirilebilecek demonte modüler parçalarla mümkün olabilir. Bu parçalar hafif, kimyasal ve termodinamik dayanımı yüksek, kas gücü ve az sayıda ekipmanla kısa zaman içinde bir araya getirilebilecek özelliklerde olmalıdır. Tıpkı jeodezik yapılar gibi…

Resim-2. Mars yüzeyindeki yapıları tasvir eden bir illüstrasyon.

Gelecekteki olası bir Mars kolonizasyonunu tasvir eden birçok görselde yarım küre veya kubbe gibi tasarımları sıkça görebilirsiniz. Başka bir gezegende bu yapıları inşa etmek elbette şu an için bir düşüncedir. Ancak, insanlı görevleri simüle etmek için tasarlanan çeşitli analog Mars habitatlarında bu yapılar kullanılmaktadır.

Dünya’da tarım verimliliğini artırmak için önerdiğimiz yöntemler, gelecekteki bir Mars üssünün besin ihtiyacını karşılamak adına kurulacak yapay ekosistemlere de örnek teşkil edebilir.

Jeodezik kubbeler içinde yapılan topraksız tarım Mars koşullarına adapte edilerek araştırma istasyonlarında bulunan mürettebatın gıda sorununu sürdürebilir bir şekilde çözebilir.

Resim-3. Gelecekteki Mars üslerinin bir tasviri.

Günün sonunda esas mesele, insanları yabancı bir gezegende hayatta tutmak ve uzun vadede Dünya’yı yedeklemekse, gıda üretiminin bir şekilde yapılması zorunludur. Mars ortamının koşulları Dünya’ya kıyasla epey farklı ve sert olsa da bitki yetiştirmenin temel mantığı her yerde aynıdır.

Kim bilir; belki de yabancı bir gezegeni yaşanabilir kılmak için geliştireceğimiz teknikler, dünyamızın içinde bulunduğu sosyal ve iklimsel sorunların da çözümü olabilir.

Yazı Dizisinin Diğer Bölümleri

• Tarımın Geleceği: Yarını Tasarlamak-1
• Tarımın Geleceği: Topraksız Tarım-2
• Tarımın Geleceği:Jeodezik Kubbeler-3