Soyut

Şu anda, bitki fabrikası salatalık, domates, biber, patlıcan ve kavun gibi sebze fidelerinin yetiştirilmesini başarıyla gerçekleştirmiş olup, çiftçilere yüksek kaliteli fideleri toplu halde sağlamakta ve dikim sonrası üretim performansı daha iyi olmaktadır. Bitki fabrikaları, sebze endüstrisi için önemli bir fide tedarik aracı haline gelmiş ve sebze endüstrisinin arz yönlü yapısal reformunu teşvik etmede, kentsel sebze tedarikini ve yeşil sebze üretimini güvence altına almada giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.

Bitki fabrikası fide yetiştirme sistemi tasarımı ve temel teknik ekipmanlar

Günümüzün en verimli tarımsal üretim sistemi olan bitki fabrikası fide yetiştirme sistemi, yapay aydınlatma, besin çözeltisi temini, üç boyutlu çevre kontrolü, otomatik yardımcı işlemler, akıllı üretim yönetimi vb. gibi kapsamlı teknik araçları entegre ederek biyoteknoloji, bilgi teknolojisi ve yapay zekâ gibi yüksek teknoloji başarılarını bir araya getiriyor ve sektörün sürekli gelişimini destekliyor. 

LED yapay ışık kaynağı sistemi

Yapay ışık ortamının oluşturulması, bitki fabrikalarındaki fide yetiştirme sisteminin temel teknolojilerinden biridir ve aynı zamanda fide üretimi için enerji tüketiminin ana kaynağıdır. Bitki fabrikalarının ışık ortamı güçlü bir esnekliğe sahiptir ve ışık kalitesi, ışık yoğunluğu ve fotoperiyot gibi çok boyutlu olarak düzenlenebilir; aynı zamanda, farklı ışık faktörleri optimize edilerek ve zaman sıralamasına göre birleştirilerek fide yetiştiriciliği için bir ışık formülü oluşturulabilir ve böylece fidelerin yapay yetiştiriciliği için uygun ışık ortamı sağlanabilir. Bu nedenle, farklı fide büyümesinin ışık ihtiyacı özelliklerine ve üretim hedeflerine dayanarak, ışık formülü parametreleri ve ışık sağlama stratejisi optimize edilerek, fidelerin ışık enerjisi dönüşüm verimliliğini büyük ölçüde artırabilen, fide biyokütlesinin birikimini teşvik edebilen ve fide üretim kalitesini iyileştirebilen, aynı zamanda enerji tüketimini ve üretim maliyetlerini azaltabilen özel bir enerji tasarruflu LED ışık kaynağı geliştirilmiştir. Ayrıca, ışık ortamı düzenlemesi, fidelerin evcilleştirilmesi ve aşılanmış fidelerin iyileştirilmesi sürecinde de önemli bir teknik araçtır.

Sökülebilir çok katmanlı dikey fide sistemi

Bitki fabrikasında fide yetiştirme işlemi, çok katmanlı üç boyutlu bir raf sistemi kullanılarak gerçekleştirilir. Modüler sistem tasarımı sayesinde, fide yetiştirme sisteminin hızlı montajı sağlanabilir. Raflar arasındaki mesafe, farklı fide çeşitlerinin yetiştirilmesi için gereken alan gereksinimlerini karşılayacak şekilde esnek bir şekilde ayarlanabilir ve alan kullanım oranı büyük ölçüde artırılabilir. Ayrıca, fide yatağı sistemi, aydınlatma sistemi ve sulama-gübreleme sisteminin ayrı ayrı tasarlanması, fide yatağının hem taşıma fonksiyonuna sahip olmasını (ekim, çimlenme ve evcilleştirme gibi farklı atölyelere taşınması kolay) hem de fide tepsisi taşıma iş gücünü azaltmasını sağlar.

Sökülebilir çok katmanlı dikey fide sistemi 

Su ve gübre sulaması esas olarak gelgit tipi, püskürtme tipi ve diğer yöntemleri benimser; besin çözeltisinin verilme zamanı ve sıklığının hassas kontrolü ile su ve mineral besin maddelerinin eşit dağılımı ve verimli kullanımı sağlanır. Fideler için özel besin çözeltisi formülü ile birleştirildiğinde, fidelerin büyüme ve gelişme ihtiyaçlarını karşılayabilir ve fidelerin hızlı ve sağlıklı büyümesini sağlayabilir. Ayrıca, çevrimiçi besin iyonu algılama sistemi ve besin çözeltisi sterilizasyon sistemi sayesinde, besin maddeleri zamanında yenilenebilirken, fidelerin normal büyümesini etkileyen mikroorganizmaların ve ikincil metabolitlerin birikmesi önlenir. 

Çevresel Kontrol Sistemi

Bitki fabrikası fide yetiştirme sisteminin temel özelliklerinden biri, hassas ve verimli çevresel kontroldür. Bitki fabrikasının dış bakım yapısı genellikle opak ve yüksek yalıtım özelliğine sahip malzemelerden oluşturulur. Bu temelde, ışık, sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve CO2'nin düzenlenmesi dış ortamdan neredeyse hiç etkilenmez. Hava kanalının yerleşimini optimize etmek için CFD modelinin oluşturulması ve mikro çevre kontrol yönteminin birleştirilmesiyle, yüksek yoğunluklu kültür alanında sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve CO2 gibi çevresel faktörlerin homojen dağılımı sağlanabilir. Akıllı çevre düzenlemesi, dağıtılmış sensörler ve temas kontrolü ile gerçekleştirilir ve tüm yetiştirme ortamının gerçek zamanlı düzenlenmesi, izleme ünitesi ile kontrol sistemi arasındaki bağlantı yoluyla yapılır. Ayrıca, su soğutmalı ışık kaynaklarının ve su sirkülasyonunun kullanımı, dış mekan soğuk kaynaklarının eklenmesiyle birleştirildiğinde, enerji tasarruflu soğutma sağlanabilir ve klima enerji tüketimi azaltılabilir.

Otomatik yardımcı işletim ekipmanı

Bitki fabrikasında fide yetiştirme işlemi sıkı, işlem yoğunluğu yüksek, alan dar ve otomatik yardımcı ekipman vazgeçilmezdir. Otomatik yardımcı ekipman kullanımı sadece iş gücü tüketimini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda yetiştirme alanının verimliliğini de artırır. Şimdiye kadar geliştirilen otomasyon ekipmanları arasında toprak örtme makinesi, tohum ekme makinesi, aşılama makinesi, AGV lojistik taşıma arabası vb. yer almaktadır. Destekleyici akıllı yönetim platformunun kontrolü altında, fide yetiştirme sürecinin tamamının insansız olarak gerçekleştirilmesi temel olarak mümkün olmaktadır. Ayrıca, makine görüş teknolojisi de fide yetiştirme sürecinde giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Sadece fidelerin büyüme durumunu izlemeye, ticari fidelerin yönetimine yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda zayıf ve ölü fidelerin otomatik olarak taranmasını da sağlar. Robot el, fideleri çıkarır ve doldurur.

Bitki fabrikasında fide yetiştiriciliğinin avantajları

Yüksek düzeyde çevre kontrolü, yıllık üretime olanak tanır.

Fide yetiştiriciliğinin kendine özgü yapısı nedeniyle, yetiştirme ortamının kontrolü çok önemlidir. Bitki fabrikası koşullarında, ışık, sıcaklık, su, hava, gübre ve CO2 gibi çevresel faktörler yüksek düzeyde kontrol edilir; bu da mevsim ve bölgelerden bağımsız olarak fide yetiştiriciliği için en iyi büyüme ortamını sağlayabilir. Ayrıca, aşılı fide ve çelik fide yetiştiriciliği sürecinde, aşı yarası iyileşmesi ve kök farklılaşması süreci daha yüksek çevresel kontrol gerektirir ve bitki fabrikaları bu konuda da mükemmel birer taşıyıcıdır. Bitki fabrikasının kendi çevresel koşullarının esnekliği güçlüdür, bu nedenle yetiştirme dışı mevsimlerde veya aşırı ortamlarda sebze fidesi üretimi için büyük önem taşır ve sebzelerin sürekli tedarikini sağlamak için fide desteği sağlayabilir. Ek olarak, bitki fabrikalarında fide yetiştiriciliği alan sınırlaması olmaksızın, şehirlerin banliyölerinde ve kamusal alanlarda yerinde gerçekleştirilebilir. Özellikleri esnek ve değiştirilebilir olup, yüksek kaliteli fidelerin seri üretimini ve yakın tedarikini mümkün kılarak kentsel bahçeciliğin gelişimine önemli bir destek sağlar. 

Yetiştirme döngüsünü kısaltın ve fidelerin kalitesini iyileştirin.

Bitki fabrikası koşullarında, çeşitli büyüme çevresel faktörlerinin hassas kontrolü sayesinde, fide yetiştirme döngüsü geleneksel yöntemlere göre %30 ila %50 oranında kısaltılmaktadır. Yetiştirme döngüsünün kısaltılması, fide üretim partisini artırabilir, üreticinin gelirini yükseltebilir ve piyasa dalgalanmalarından kaynaklanan işletme risklerini azaltabilir. Yetiştiriciler için, erken dikim ve ekime, erken pazar lansmanına ve pazar rekabet gücünün artmasına olanak sağlar. Öte yandan, bitki fabrikasında yetiştirilen fideler düzgün ve sağlamdır, morfolojik ve kalite göstergeleri önemli ölçüde iyileştirilmiştir ve kolonizasyondan sonraki üretim performansı daha iyidir. Çalışmalar, bitki fabrikası koşullarında yetiştirilen domates, biber ve salatalık fidelerinin sadece yaprak alanı, bitki boyu, gövde çapı, kök canlılığı ve diğer göstergeleri iyileştirmekle kalmayıp, aynı zamanda kolonizasyondan sonra adaptasyon, hastalık direnci, çiçek tomurcuğu farklılaşması gibi özelliklerde de belirgin avantajlara sahip olduğunu göstermiştir. Bitki fabrikalarında yetiştirilen salatalık fidelerinin dikiminden sonra, bitki başına dişi çiçek sayısı %33,8, bitki başına meyve sayısı ise %37,3 oranında artmıştır. Fide gelişim ortamının biyolojisi üzerine yapılan teorik araştırmaların sürekli derinleşmesiyle, bitki fabrikaları fide morfolojisinin şekillendirilmesinde ve fizyolojik aktivitenin iyileştirilmesinde daha hassas ve kontrol edilebilir hale gelecektir.

 Sera ve bitki fabrikalarındaki aşılanmış fidelerin durumunun karşılaştırılması

Fidan maliyetlerini düşürmek için kaynakların verimli kullanımı

Bitki fabrikası, standartlaştırılmış, bilgi işlem odaklı ve endüstriyel ekim yöntemlerini benimseyerek, fide üretiminin her aşamasının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini ve kaynak kullanım verimliliğinin önemli ölçüde artırılmasını sağlar. Tohumlar, fide yetiştiriciliğinde en büyük maliyet kalemidir. Geleneksel fide yetiştiriciliğinde düzensiz çalışma ve yetersiz çevre kontrolü nedeniyle, tohumların çimlenmemesi veya zayıf büyümesi gibi sorunlar ortaya çıkar ve tohumdan ticari fideye kadar olan süreçte büyük bir israf yaşanır. Bitki fabrikası ortamında, tohum ön işlemi, hassas ekim ve yetiştirme ortamının hassas kontrolü sayesinde, tohum kullanım verimliliği büyük ölçüde artırılır ve dozaj %30'dan fazla azaltılabilir. Su, gübre ve diğer kaynaklar da geleneksel fide yetiştiriciliğinde en büyük maliyet kalemleridir ve kaynak israfı ciddi bir sorundur. Bitki fabrikaları koşullarında, hassas sulama teknolojisinin uygulanmasıyla, su ve gübre kullanım verimliliği %70'ten fazla artırılabilir. Ayrıca, bitki fabrikasının yapısının kompaktlığı ve çevre kontrolünün homojenliği sayesinde, fide çoğaltma sürecinde enerji ve CO2 kullanım verimliliği de önemli ölçüde artırılır.

Geleneksel açık alan fide yetiştiriciliği ve sera fide yetiştiriciliğiyle karşılaştırıldığında, bitki fabrikalarında fide yetiştiriciliğinin en büyük özelliği, çok katmanlı ve üç boyutlu bir şekilde gerçekleştirilebilmesidir. Bitki fabrikasında, fide yetiştiriciliği düzlemden dikey alana genişletilebilir, bu da birim arazi başına fide yetiştirme verimliliğini büyük ölçüde artırır ve alan kullanım verimliliğini önemli ölçüde iyileştirir. Örneğin, bir biyolojik şirket tarafından geliştirilen standart fide yetiştirme modülü, 4,68 m²'lik bir alanı kaplama koşulu altında, tek seferde 10.000'den fazla fide yetiştirebilir ve 3,3 Mu (2201,1 m²) sebze üretim ihtiyacını karşılayabilir. Yüksek yoğunluklu çok katmanlı üç boyutlu yetiştirme koşullarında, otomatik yardımcı ekipman ve akıllı lojistik taşıma sistemini desteklemek, iş gücü kullanım verimliliğini büyük ölçüde artırabilir ve iş gücünden %50'den fazla tasarruf sağlayabilir.

Yeşil üretime yardımcı olmak için yüksek dirençli fide ıslahı

Bitki fabrikasının temiz üretim ortamı, yetiştirme alanında zararlı ve hastalıkların görülme sıklığını büyük ölçüde azaltabilir. Aynı zamanda, kültür ortamının optimize edilmiş konfigürasyonu sayesinde, üretilen fideler daha yüksek direnç gösterecek ve bu da fide çoğaltma ve dikim sırasında pestisit püskürtme ihtiyacını büyük ölçüde azaltacaktır. Ek olarak, aşılı fideler ve çelik fideler gibi özel fidelerin yetiştirilmesi için, bitki fabrikasında ışık, sıcaklık, su ve gübre gibi yeşil kontrol önlemleri, geleneksel işlemlerdeki büyük ölçekli hormon kullanımının yerini alarak gıda güvenliğini sağlayabilir, çevre kirliliğini azaltabilir ve yeşil fidelerin sürdürülebilir üretimini sağlayabilir.

Üretim maliyeti analizi 

Bitki fabrikalarının fide üretiminden elde edilen ekonomik faydaları artırmanın yolları esas olarak iki bölümden oluşmaktadır. Bir yandan, yapısal tasarımın optimize edilmesi, standartlaştırılmış işletme ve akıllı tesis ve ekipman kullanımı ile fide yetiştirme sürecinde tohum, elektrik ve iş gücü tüketimi azaltılabilir ve su, gübre, ısı ve enerji tüketimi iyileştirilebilir. Gaz ve CO2 kullanım verimliliği, fide yetiştirme maliyetini düşürür; diğer yandan, çevrenin hassas kontrolü ve süreç akışının optimizasyonu ile fide yetiştirme süresi kısaltılır ve yıllık yetiştirme partisi ve birim alan başına fide verimi artırılarak piyasada daha rekabetçi hale gelinir. 

Bitki fabrikası teknolojisinin gelişmesi ve fide yetiştiriciliğine ilişkin çevresel biyoloji araştırmalarının sürekli derinleşmesiyle birlikte, bitki fabrikalarında fide yetiştirmenin maliyeti temelde geleneksel sera yetiştiriciliğiyle aynı seviyeye gelmiş, ancak fidelerin kalitesi ve piyasa değeri daha yüksek olmuştur. Salatalık fidelerini örnek alacak olursak, üretim malzemeleri toplam maliyetin yaklaşık %37'sini oluşturmaktadır ve tohum, besin çözeltisi, fide tepsileri, substratlar vb. içerir. Elektrik enerjisi tüketimi ise toplam maliyetin yaklaşık %24'ünü oluşturmaktadır ve bitki aydınlatması, klima ve besin çözeltisi pompası enerji tüketimi vb. içerir; bu da gelecekteki optimizasyonun ana yönüdür. Ayrıca, düşük işçilik oranı bitki fabrikası üretiminin bir özelliğidir. Otomasyon derecesinin sürekli artmasıyla birlikte, işçilik tüketim maliyeti daha da azalacaktır. Gelecekte, yüksek katma değerli ürünlerin geliştirilmesi ve değerli orman ağaçlarının fideleri için endüstriyel yetiştirme teknolojisinin geliştirilmesi yoluyla bitki fabrikalarında fide yetiştiriciliğinin ekonomik faydaları daha da artırılabilir.

Salatalık fidesi maliyet bileşimi /%

Sanayileşme Durumu

Son yıllarda, Çin Tarım Bilimleri Akademisi Kentsel Tarım Araştırma Enstitüsü'nün temsil ettiği bilimsel araştırma kurumları ve yüksek teknoloji şirketleri, bitki fabrikalarında fide yetiştirme endüstrisini hayata geçirmiştir. Bu sayede, tohumdan filizlenmeye kadar verimli bir endüstriyel üretim hattı ile fideler sağlanabilmektedir. Bunlardan, 2019 yılında Shanxi'de inşa edilen ve faaliyete geçen bir bitki fabrikası 3.500 m²'lik bir alanı kaplamakta ve 30 günlük bir döngüde 800.000 biber fidesi veya 550.000 domates fidesi yetiştirebilmektedir. İnşa edilen bir diğer fide yetiştirme fabrikası ise 2300 m²'lik bir alanı kaplamakta ve yılda 8-10 milyon fide üretebilmektedir. Çin Tarım Bilimleri Akademisi Kentsel Tarım Enstitüsü tarafından bağımsız olarak geliştirilen aşılı fideler için mobil iyileştirme tesisi, aşılı fidelerin yetiştirilmesi için bir montaj hattı iyileştirme ve evcilleştirme platformu sağlayabilmektedir. Tek bir çalışma alanında aynı anda 10.000'den fazla aşılı fide işlenebilmektedir. Gelecekte, bitki fabrikalarındaki fide yetiştirme çeşitliliğinin daha da genişlemesi ve otomasyon ile zekâ seviyesinin sürekli olarak iyileşmesi beklenmektedir.

Çin Tarım Bilimleri Akademisi Kentsel Tarım Enstitüsü tarafından geliştirilen, aşılanmış fideler için mobil şifalı bitki.

Görünüm

Fabrika tipi fide yetiştiriciliğinde yeni bir yöntem olarak bitki fabrikaları, hassas çevre kontrolü, kaynakların verimli kullanımı ve standartlaştırılmış işlemler açısından geleneksel fide yetiştirme yöntemlerine kıyasla büyük avantajlara ve ticarileşme potansiyeline sahiptir. Tohum, su, gübre, enerji ve insan gücü gibi kaynakların tüketimini azaltarak ve birim alan başına fide verimini ve kalitesini artırarak, bitki fabrikalarında fide yetiştirme maliyeti daha da düşürülecek ve ürünler piyasada daha rekabetçi hale gelecektir. Çin'de fideye olan talep çok büyüktür. Sebze gibi geleneksel ürünlerin yanı sıra, çiçek, Çin bitkisel ilaçları ve nadir ağaçlar gibi yüksek katma değerli fidelerin de bitki fabrikalarında yetiştirilmesi ve ekonomik faydaların daha da artırılması beklenmektedir. Aynı zamanda, endüstriyel fide yetiştirme platformunun, farklı mevsimlerdeki fide yetiştirme pazarının ihtiyaçlarını karşılamak için farklı fide yetiştirme yöntemlerinin uyumluluğunu ve esnekliğini dikkate alması gerekmektedir.

Fide yetiştirme ortamının biyolojik teorisi, bitki fabrikası ortamının hassas kontrolünün temelini oluşturmaktadır. Işık, sıcaklık, nem ve CO2 gibi çevresel faktörlerin fide bitki şekli, fotosentez ve diğer fizyolojik aktiviteleri üzerindeki düzenleyici etkisine ilişkin derinlemesine araştırmalar, fide üretiminin enerji tüketimini azaltabilecek ve fide kalitesini ve üretimini artırabilecek bir fide-çevre etkileşim modelinin oluşturulmasına yardımcı olacaktır. Bu temel üzerinde, ışığı temel alan ve diğer çevresel faktörlerle birleştirilen kontrol teknolojisi ve ekipmanları ile, bitki fabrikalarında yüksek yoğunluklu yetiştirme ve mekanize işletme gereksinimlerini karşılamak üzere özel bitki tiplerine sahip, yüksek homojenlik ve yüksek kaliteli fidelerin özel olarak üretimi geliştirilebilir. Sonuç olarak, dijital bir fide üretim sisteminin kurulması için teknik bir temel sağlar ve bitki fabrikalarında standartlaştırılmış, insansız ve dijital fide yetiştiriciliğini gerçekleştirir.

Yazar: Xu Yaliang, Liu Xinying, vb. 

Kaynak bilgileri:

Xu Yaliang, Liu Xinying, Yang Qichang. Bitki fabrikalarında fide yetiştiriciliğinin temel teknik ekipmanları ve sanayileştirilmesi [J]. Tarım Mühendisliği Teknolojisi, 2021,42(4):12-15.