Tarımın Kurtuluşu: Dikey Tarım

Dünyanın en büyük sorunlarından biri de gün geçtikçe azalan işlenebilir tarım arazileridir. Nüfus arttıkça barınma ihtiyacı da artmış ve doğrudan inşaat sektörünü de hızlandırmıştır. Fakat bu durum işlenebilir tarım arazilerini de tehlike altına sokmuştur.

Bir diğer sorun da çorak arazilerin ve stres unsurları yüksek arazilerin kültüre alınmış bitkiler için uygun olmayışıdır. Birçok faktör sıralandığında aslında işlenebilir tarım arazilerinin kıt bir kaynak olduğunu görmek çok da zor değildir.

Bunun için ziraat mühendisleri, bilim insanları birçok araştırmalar yapmış ve az bir alanda nasıl çok ve etkili verim alabileceklerini araştırmışlardır. Bu araştırmaların sonuçlarından biri de kuşkusuz dikey tarımdır. Dikey tarım adından da anlaşılacağı üzere dar alandan çok ürün ve kaliteli ürünleri elde etmektir. Şimdi ise dikey tarım hakkında biraz daha bilgi sahibi olalım.

Dikey Tarım Nedir? 

Dikey tarım, ürünleri dikey yığılı katmanlarda ürün yetiştirme uygulamasıdır. Hidroponik, aquaponik ve aeroponik gibi topraksız tarım tekniklerini ve bitki yetiştirmeyi en uygun yapmayı hedefleyen kontrollü-ortam tarımını birleştirir. Dikey tarım sistemlerini barındıran bazı yaygın kullanılan yapı seçenekleri arasında binalar, nakliye konteynırları, tüneller ve terk edilmiş maden galerileri sayılabilir. 1999 yılında, Dickson Despommier tarafından ilk kez dile getirilen dikey tarım kavramı, yıllar içinde geliştirilerek bugün hayatımızın gerçeği halini almıştır.

Dikey tarım; kapalı bir alanda, güneşe veya toprağa ihtiyaç duyulmadan yapılan yenilikçi bir yöntem olarak tanımlanabiliyor. Yatay bir alan ihtiyacına bağlı kalmaksızın, dikey şekilde konumlandırılan özel basamaklı yapılarla tarımsal üretim yapmak mümkün olmuştur. Birim alanda daha verimli üretim sağlayan dikey tarımda, su, ışık, nem, sıcaklık ve rüzgar gibi faktörlerin tamamı üreticiler tarafından kontrol edilmiştir. Geliştirilen teknolojilerle, ekinlerin ideal düzeyde ışık alması, su ve besin kavuşması sağlanmıştır. Çimlenmeden filizlenmeye, gelişmeden hasada kadar tarımsal yetiştiriciliğin her aşaması kontrol altında tutulmuştur.

Güvenli, besleyici mahsul yetiştirmeye imkan veren dikey tarım yöntemi, daha az atık ile daha yüksek verim sağlıyor. Bu nedenle de stratejik önem taşıyor. Ayrıca bu yöntemle, organik meyve ve sebze yetiştirmek mümkün. Sağladığı birçok faydayla geleceğin tarım uygulamalarını işaret eden dikey tarımın ortalama 20 yıl içinde çok daha fazla rağbet görmesi bekleniyor. Peki dikey tarım sistemleri nelerdir? Hangi yöntemlerle yapılır? Şimdi ise bunlar hakkında bilgilerimizi sizlerle paylaşacağız

Dikey Tarımda Kullanılan Sistemler Nelerdir? 

Dikey tarım; hidroponik, aquaponik ve aeroponik uygulamalarla hayata geçiyor. Kontrollü ortamlarda yapılan tarım, kimi zaman geniş depolarda kimi zaman ise dar nakliye konteynırlarında hayata geçiyor. Özel LED ışıklarla, kontrollü ortamda yetiştirilen kimi bitkilerin 10 kat daha fazla verim sağladığı yapılan akademik çalışmalarda ispatlanıyor. Bu nedenle dünyanın birçok farklı ülkesinde dikey tarım sistemi uygulamaları hız kazanıyor. 

Suda dikey tarım yapılabiliyor. Diğer adıyla hidroponik topraksız bitki yetiştirme yönteminin kullanıldığı sistemde, ekinlerin kökleri azot, fosfor, kükürt, potasyum, kalsiyum ve magnezyum solüsyonuna temas ediyor. Toprak yerine çakıl, kum, testere talaşı gibi ikame malzemeler kullanılarak kökler destekleniyor. Su kullanımının topraklı tarıma göre çok daha az olduğu sistemde,  akedemik çalışmaya göre marul verimi yaklaşık 11 kat artıyor. 

Aquaponik yöntemde, balıklar kullanılıyor. Karasal bitki üretimi su ürünleri yetiştiriciliği ile entegre edilerek çifte fayda sağlanıyor. Suda dikey tarımın bir adım daha ilerisi olan üretim sisteminde, balık tanklarının atıkları filtrelenerek nitrata dönüştürülüyor. Bitkiler bu besinlerle beslenirken bir yandan da balıkların ürettiği karbondioksiti tüketiyor. Yaygın olarak kullanılmayan bu yöntem, sağladığı tasarrufla geleceğin dünyasında yer alacak gibi görünüyor. 

Hidroponik: Hidroponik topraksız bitki yetiştirme tekniğidir. Hidroponik sistemlerde bitkilerin kökleri azot, fosfor, kükürt, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi makrobesinlerin yanında demir, klor, mangan, bor, çinko, bakır ve molibden içeren trake elemanlarını içeren sıvı solüsyonlara daldırılır. Ayrıca kökleri desteklemek için toprak ikameleri olarak çakıl, kum ve testere talaşı asal (kimyasal olarak pasif) ortamlar kullanılır. Hidroponiğin yararları alan başına ürün veriminin artması ve su kullanımının azalmasıdır. Bir çalışmada geleneksel tarıma kıyasla hidroponik tarımın alan başına marul verimini yaklaşık 11 kat artırabildiğini ve 13 kat daha az su kullanıldığını gösterdi. Bu avantajları nedeniyle hidroponik dikey tarımda kullanılan baskın yetiştirme sistemidir.

Akuaponik: Akuaponik terimi iki kelimeyi birleştirerek ortaya çıkar. Balık yetiştiriciliğini ifade eden su ürünleri yetiştiriciliği  ve topraksız bitki yetiştirme tekniği. Aquaponik karasal bitkilerin üretimini doğanın kendisini taklit eden kapalı döngü bir sistemde sucul organizmaların üretimiyle birleştirerek hidroponiği bir adım daha ileri götürür. Balık tanklarındaki besin açısından zengin atık su katı uzaklaştırma ünitesi ile filtrelenir ve daha sonra bir biyolojik filtreden geçer, burada toksik amonyak besleyici nitrata dönüştürülür. Bitkiler besinleri emerken arındırılan atık su balık tankına geri dönüştürülerek geri verilir. Ayrıca bitkiler balıklar tarafından üretilen karbondioksiti tüketir, balık tanklarındaki su ısıyı alır ve enerji tasarrufu için geceleri seranın sıcaklığını korumasına yardım eder. Ticari çoğu dikey tarım sistemi hızlı büyüyen birkaç sebzeyi üretmeye odaklandığından su ürünleri bileşenini de içeren aquaponik şu anda geleneksel hidroponik kadar yaygın değildir.

Aeroponik: Aeroponiğin icadı NASA’nın (Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi) inisiyatifiyle 1990’larda uzayda bitki yetiştirmek amacıyla bulundu. Geleneksel hidroponik ve aquaponiğin aksine aeroponik bitki yetiştirmek için herhangi bir sıvı veya katı ortam gerekmez. Bunun yerine bitkilerin asıldığı hava odalarında besin maddelerine sahip sıvı bir çözelti sislenir. Açık arayla aeroponik en sürdürülebilir topraksız yetiştirme tekniğidir, en verimli geleneksel hidroponik sistemlerden %90’a kadar daha az su kullandığından ve yetiştirme ortamının değiştirilmesini gerektirmemektedir. Ayrıca büyütme ortamının olmaması aeroponik sistemlerin yerçekimi otomatik olarak fazla sıvıyı boşaltırken enerji tasarrufu sağlayan dikey tasarım benimsemesine izin verirken geleneksel yatay hidroponik sistemler genellikle fazla çözeltiyi kontrol etmek için su pompalarına gerek duyar. Halen aeroponik sistemler dikey çiftçiliğe yaygın olarak uygulanmamıştır ancak önemli ölçüde dikkat çekmeye başladı.

Kontrollü Çevrede Tarım: Kontrollü çevre tarımı (CEA) ürün verimini artırmak veya yetiştirme mevsimini uzatmak için doğal çevrenin değiştirilmesidir. CEA sistemleri hava, sıcaklık, ışık, su, nem, karbondioksit ve bitki beslenmesi gibi çevresel faktörler üzerinde kontrol uygulanabilen seralar veya binalar gibi kapalı yapılarda barındırılır. Dikey tarım sistemlerinde CEA genellikle topraksız tarım, su ürünleri ve aeroponik gibi topraksız tarım teknikleriyle birlikte kullanılır.

Siz değerli okurlarımıza biraz da dikey tarım türlerinden bahsetmek isteriz.

Bina Esaslı Dikey Çiftlikler: Eski bir mezbahadan dönüştürülen “The Plant” adlı Şikago’daki çiftlik gibi terk edilmiş binalar genellikle dikey tarım için yeniden kullanılır. Ancak bazen dikey tarım sistemlerini barındırmak için yeni yapılar da inşa edilir. Örneğin “Vertical Harvest” adlı bir şirket Jackson, Wyoming’deki park yerinin yanında üç katlı hidroponik sera inşa etti ve yılda 45,359 kg (100.000 pound) ürün yetiştirmeyi hedefliyor.

Nakliye Konteynırından Dikey Çiftlikler: Geri dönüştürülen nakliye konteynırları dikey tarım sistemlerini barındırmak için giderek daha popüler olan bir seçenektir. Nakliye konteynırları çeşitli bitkilerin yetiştirilmesi için standartlaştırılmış modüler odalar olarak işlev görür ve genellikle LED aydınlatma, dikey olarak istifli hidroponik, akıllı iklim kontrolleri ve izleme sistemleri ile donatılmıştır. Ayrıca, nakliye konteynırlarını istifleyerek çiftlikler yerden daha da çok tasarruf sağlayabilir ve metrekareye daha çok verim alabilir. Şu anda piyasada Freight Farms’ndan “Greenery (Yeşillik)” ve Local Roots’dan “TerraFarm” gibi birçok ticari nakliye konteynerı dikey tarım birimi vardır.

Derin Çiftlikler: “Derin çiftlik” yenilenmiş yeraltı tünellerinden veya terk edilmiş maden kuyularından inşa edilen dikey çiftliktir. Yeraltındaki sıcaklık ve nem genellikle ılıman ve sabit olduğundan derin çiftlikler ısıtma için daha az enerji gerektirir. Derin çiftlikler ayrıca su temin maliyetini azaltmak için yakındaki yeraltı sularını kullanabilir. Nottingham Üniversitesi’ndeki Sürdürülebilir Enerji kürsüsünden Saffa Riffat’a göre az maliyetine rağmen derin çiftlik aynı arazi alanındaki yerden geleneksel çiftliğe göre 7- 9 kat daha çok gıda üretebilir. Otomatik hasat sistemleri ile birleştiğinde bu yeraltı çiftlikleri tamamen kendi kendine yeterli olabilir.

“Growing Underground (Büyüyen Yeraltı)” adlı bir şirket dünyanın ilk yeraltı çiftliğini inşa ettiğini iddia etmekte ve Londra Clapham’ın 33 metre altındaki yenilenmiş İkinci Dünya Savaşı bomba sığınağında yeşillikler yetiştirmektedir. Ürünleri Whole Foods, Planet Organic ve M&S gibi yerel süpermarketlerde vardır.

Dikey tarımın hangi türünü ve hangi sistemini yaparsanız yapın ışığı doğru kullanmazsınız, tamamen verimli ürün alamazsınız. Bunun için ışığı fototropizim konularını iyi derecede kavramamız gerekmektedir çünkü dikey yetiştirmede ışığın geliş açısı yaprak ayası açıklıkları gibi önemli konuları bilmemizde fayda vardır.

Işık hakkındaki parçamızı da dikkatle okumanızı şiddetle tavsiye ederiz.

Işığın Parametreleri: Bitki büyüme ve gelişmesi için en etkili spektrum, görülebilir spektrum (400 – 700 nm) ve çevresindeki dalga boylarıdır (UV ve IR). Bitkiler, spektrumun yeşil bölgesini görece az soğurduklarından yeşil renkte görünürler (Dou ve Niu, 2020). Bitkiye ulaşan ışığın bitkide yapacağı etkiyi tahmin edebilmek için ışığın bazı özelliklerini bilmek gerekmektedir. Bu özelliklerden kısaca “ışığın yedi boyutu” olarak bahsedilmektedir ve bunlar; ışığın şiddeti, kalitesi, periyodu, tekdüzeliği, yönü, polarizasyonu ve uyumluluğudur.

Işığın Şiddeti: Tarımda kullanılan ışığın şiddetinin ifadesi için PPFD değeri kullanılmaktadır. Birimi µmol·m-2·s-1 ’dir. Fotosentezde kullanılabilen spektrumdaki (PAR) fotonların bir metrekareye bir saniyede düşen miktarının Avogadro sayısı (6,022 x 1023) cinsinden ifade edilmesidir. Bir başka ışık ölçüm birimi olan lux ile PPFD arasında doğrudan bir çevrim imkânı bulunmamaktadır.

Işığın Kalitesi: Diğer bir önemli konu ise ışığın kalitesidir. Tarımsal aydınlatmada ışığın kalitesi, ışığın spektral kompozisyonudur. Bitkisel üretimde ışığın farklı dalga boylarının farklı etkileri olmaktadır. İnsan gözü tarafından aynı renkte algılanan ışıklar, farklı spektral kompozisyona sahip olabilirler. Günümüz teknolojisi ile dikey tarım tesislerini aydınlatmak için kullanılan LED lambalar, geniş ve dar spektrumlarda üretilebilmektedir. LED lambalar, bir armatür içine çeşitli spektrumlarda LED çiplerinin çeşitli adetler ve dizilimlerle birleştirilmesi ile üretilmektedir. Böylece çok farklı spektral kompozisyonlar elde edilebilmektedir. 

Işığın Periyodu: Işık bitkilere gün içinde belirli bir süre boyunca verilmekte, geri kalan süre karanlık olarak geçirilmektedir. Güneş ışığıyla aydınlatılan tarım alanlarında sabah yavaş yavaş artan bir eğri ile şiddetini artırıp sonrasında yavaş yavaş azalarak karanlık evreye geçilirken, dikey tarım tesislerinde ışık kaynakları ile genellikle aynı anda başlayan tam şiddette aydınlatma yapılmakta ve ışıklar aynı anda sönmektedir. Bitkilerin aydınlık ve karanlık evrelerde geçirdiği sürelerin toplamına gün uzunluğu denilmektedir. Kapalı dikey tarım tesislerinde gün uzunluğu istenen şekilde ayarlanabilmektedir.

Bitkilerin gün içinde aldıkları toplam foton miktarını ifade etmek için Günlük Işık İntegrali (DLI) kavramı kullanılmaktadır DLI’nın birimi mol·m-2 ’dir. Dikey tarım sistemlerinde genellikle yaprağı yenen sebzeler yetiştirildiğinden DLI ihtiyacının 12-17 mol·m-2 arasında olması beklenmektedir. Açıkta yetiştiricilikte DLI değerinin, güneşten gelen toplam ışınım değerinden hesaplanması veya gün boyunca ölçülmesi gerekmektedir ancak dikey tarım tesislerinde yapay aydınlatma kullanıldığı için anlık PPFD değeri kullanılarak Eşitlik 1 yardımıyla DLI değeri kolaylıkla hesaplanabilmektedir.  DLI (mol · m¯²) = 3,6 • 10¯³ • PPFD (µmol · m¯² · s¯¹) • süre (h) formülü ile hesaplanmaktadır.

Işığın Tekdüzeliği: Bitkilerin dikili olduğu yetiştirme alanını üzerinde ışık şiddeti ve spektral özelliklerinin eşit şekilde dağılması, en iyi ve tekdüze bitki gelişimi için önemlidir. Tüm bitkilerin eşit ışık almasını sağlamak için armatür ile bitki arasındaki mesafe ve armatür aydınlatma açısının uygun seçilmesi gerekmektedir.  Armatür ile yetiştirme alanı arasındaki mesafe arttıkça ışık dağılım düzgünlüğü artmakta fakat merkezdeki PPFD değeri düşmektedir.

Işığın Yönü: Günümüzde fototropizmin altında yatan biyokimyasal, moleküler ve hücresel aktiviteler ile ilgili araştırmalar yürütülmektedir Bazı dik olarak gelişen bitkilerde ise yukarıdan gelen ışığın bitki tarafından alınması zordur. Örneğin taze soğan yetiştirilmek istendiğinde ışığın büyük bir kısmı bitkiye ulaşamamaktadır. Bu nedenle dikey tarım tesislerinde geniş yapraklı ve görece büyük çapa ulaşan bitkilerin üretimi daha verimli olmaktadır.

Işığın Polarizasyonu: Işık, bir elektromanyetik dalga biçimidir. Neredeyse tüm kaynaklardan çıkan ışık, mümkün olan her yöne doğru hızla yayılmaktadır. Bu durumdaki ışık dalgaları rastgele titreşmektedir. Polarize ışıkta ise tüm ışık dalgaları aynı yönde titreşerek bitki yüzeyine ulaşmaktadır. Tüm ışık dalgalarının bitki yüzeyine dik olarak gönderilmesiyle ışığın bitkinin iç dokularına girmesinin sağlanması ve etkinliğinin artırılması mümkündür. Polarizasyon, çeşitli filtreler ile mümkündür. Polarize edilmiş ışığın, edilmemiş olana göre dokuların içine daha çok girişim yapabildiği bilinmektedir Doğal ve yapay ışık kaynaklarından çıkan fotonların her biri kendine özgü enerji seviyesi, frekans, polarizasyon ve yöne sahiptir. Bu tipteki fotonların bir arada bulunduğu ışığa “uyumsuz ışık” denmektedir. Uyumsuz ışıkta fotonlar arasında herhangi bir ilişki bulunmamaktadır.  

Dikey tarım tesislerinde yapılacak yapay aydınlatma için ışığın yedi boyutu olarak tanımlanan özelliklerden üç tanesi oldukça önem taşımaktadır. Bu özelliklerden, uygun şiddete, uygun kaliteye ve periyoda sahip olarak yapılacak aydınlatma, bitkisel üretim için yeterli olmaktadır.

Peki dikey tarımın avantajları ve dezavantajları var mıdır, varsa nelerdir? Onları da sizin için araştırdık ve değerli okurlarımıza sunduk.

Dikey Tarımın Avantajları Nelerdir?

Üretim sırasında iklime bağımlılık ortadan kalkıyor. Böylelikle dört mevsim her ekinin yetiştirilmesi mümkün hale geliyor. Dolaylı olarak mevsimi olmayan sebzelerin fiyatlarında düşüş sağlanmasını ön görebilirsiniz. Yapılan çalışmalar dikey tarım ile 10 kadar daha fazla verim alınabileceğini gösteriyor. Dış etkenler kontrollü olarak sağlandığı için ekinler sadece büyümeye odaklanabiliyor, böylelikle verim yükseliyor. Dikey tarım yaparken geleneksel yöntemlere göre %90 daha az su kullanılıyor. 

Dikey Tarımın Dezavantajları Nelerdir? 

Maliyet ilk dezavantajı oluşturuyor.  Geleneksel tarımda daha çok ürün çeşidinde üretim yapılabiliyor. Oysa henüz dikey tarım için kısıtlı ürün çeşitlerinden bahsedebiliyoruz. Yüksek teknoloji ve teknik yetkinlik gereken yöntem, birçok çiftçimiz için karmaşık olarak niteleniyor. Düşük iş gücü gerektiren dikey tarım, tarım alanında istihdamı azaltacağı için işsizlik sorunu ortaya çıkıyor. Doğadaki tozlanma gibi doğal süreçlere müdahale olduğu için dikey tarım eleştirilerin odağında yer alıyor. 

Dikey tarım da neler yetişiyor diye merak eden okurlarımız için de küçük bir bilgi vermeden geçemeyeceğiz.

Dikey tarım ile birçok sebze üretilebiliyor ancak şimdilik daha çok mikro yeşilliklerin yetiştirilmesi tercih ediliyor. Özellikle  marul gibi kısa boylu yeşillik üretimi için dikey tarım sistemleri kullanılıyor. Nane, ıspanak, fesleğen, fasulye gibi ekinlerin üretimi dikey tarım ile yapılabiliyor.  ^[1]“Vertical Farming”. ATTRA Sustainable Agriculture Program. Ocak 2016. 11 Şubat 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ekim 2019.^[2]“Dickson Despommier | Columbia University Mailman School of Public Health”. www.mailman.columbia.edu. 25 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Kasım 2019.^[3]“Going Up? Vertical Farming in High-Rises Raises Hopes”. Pacific Standard (İngilizce). 8 Ağustos 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Kasım 2019.^[4]Benke (1 Ocak 2017). “Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture”. Sustainability: Science, Practice and Policy. 13 (1): 13-26.^[5]Çağlayan ve Ertekin, 2018; Folta, 2004; Folta ve Maruhnch, 2007; Kim, vd., 2004; Lin, Huang, Huang, Hsu, Yang ve Yang, 2013; Viršilė, Olle ve Duchovskis, 2017 (Xu, 2016)^[6]Zeidler, C., Schubert, D., Vrakking, V. (2017). Vertical Farm 2.0: Designing an Economically Feasible Vertical Farm – A combined European Endeavor for Sustainable Urban Agriculture.^[7]Zheng, J., Ji, F., He, D., Niu, G. (2019). Effect of Light Intensity on Rooting and Growth of Hydroponic Strawberry Runner Plants in a LED Plant Factory. Agronomy, 9(12), 875. … Continue reading^[8]Zwinkels, J. (2014). Light, Electromagnetic Spectrum. R. Luo (Ed.), Encyclopedia of Color Science and Technology, 1-8. Springer Berlin Heidelberg. https:// doi.org/10.1007/978-3-642-27851-8_204-1^[9]Aguilar, C., Dominguez Pacheco, A., Cruz-Orea, A. (2015). ermal Changes of Maize Seed by Laser Irradiation. International Journal of ermophysics, 36. https://doi. org/10.1007/s10765-015-1882-7^[10]Anonim, 2022. Yetiştirme Modülleri | SPECTBEE. https://www.spectbee.com /kopyas%C4%B1- d o k u – k % C3 % BCl t % C3 % BCr % C3 % BCarmat%C3%BCrleri Erişim tarihi: 19/12/2022