Egilea: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, etab. Iturria: Nekazaritza Ingeniaritza Teknologia (berotegiko baratzezaintza)

Landare-fabrikak industria modernoa, bioteknologia, mantenugaien hidroponia eta informazio-teknologia konbinatzen ditu instalazioko ingurumen-faktoreen kontrol zehatza ezartzeko. Guztiz itxita dago, inguruko ingurunearekiko eskakizun gutxi ditu, landareen uzta-aldia laburtzen du, ura eta ongarriak aurrezten ditu, eta pestizidarik gabeko ekoizpenaren eta hondakinik ez isurtzearen abantailekin, lurzoruaren erabilera-eraginkortasuna eremu irekiko ekoizpenarena baino 40 eta 108 aldiz handiagoa da. Horien artean, argi-iturri artifizial adimendunak eta haren argi-ingurunearen erregulazioak zeregin erabakigarria dute ekoizpen-eraginkortasunean.

Ingurune fisikoaren faktore garrantzitsu gisa, argiak funtsezko zeregina du landareen hazkuntza eta materialen metabolismoa erregulatzeko. "Landare-fabrikaren ezaugarri nagusietako bat argi-iturri artifizial osoa eta argi-ingurunearen erregulazio adimenduna gauzatzea da" adostasun orokorra bihurtu da industrian.

Landareen argi beharra

Argia da landareen fotosintesiaren energia-iturri bakarra. Argiaren intentsitateak, argiaren kalitateak (espektroak) eta argiaren aldizkako aldaketek eragin handia dute laboreen hazkuntzan eta garapenean, eta horien artean, argiaren intentsitateak du eragin handiena landareen fotosintesian.

■ Argiaren intentsitatea

Argiaren intentsitateak laboreen morfologia alda dezake, hala nola loraldia, internodoen luzera, zurtoinaren lodiera eta hostoen tamaina eta lodiera. Landareek argi-intentsitatearen beharrak hauetan bana daitezke: argia maite dutenak, argi ertaina maite dutenak eta argi gutxiko tolerantzia dutenak. Barazkiak gehienbat argia maite duten landareak dira, eta haien argi-konpentsazio puntuak eta argi-saturazio puntuak nahiko altuak dira. Argi artifizialeko landare-lantegietan, laboreek argi-intentsitatearen beharrak kontuan hartzea oinarri garrantzitsua da argi-iturri artifizialak hautatzeko. Landare desberdinen argi-beharrak ulertzea garrantzitsua da argi-iturri artifizialak diseinatzeko. Oso beharrezkoa da sistemaren ekoizpen-errendimendua hobetzea.

■ Argiaren kalitatea

Argiaren kalitatearen (espektroaren) banaketak eragin garrantzitsua du landareen fotosintesian eta morfogenesian ere (1. irudia). Argia erradiazioaren parte da, eta erradiazioa uhin elektromagnetikoa da. Uhin elektromagnetikoek uhin-ezaugarriak eta kuantu-ezaugarriak (partikulak) dituzte. Argiaren kuantuari fotoi deitzen zaio baratzezaintzaren arloan. 300~800nm-ko uhin-luzera-tarteko erradiazioari landareen erradiazio fisiologikoki aktiboa deitzen zaio; eta 400~700nm-ko uhin-luzera-tarteko erradiazioari landareen erradiazio fotosintetikoki aktiboa (PAR) deitzen zaio.

Klorofila eta karotenoak dira landareen fotosintesian garrantzitsuenak diren bi pigmentuak. 2. irudiak pigmentu fotosintetiko bakoitzaren xurgapen-espektro espektrala erakusten du, non klorofila xurgapen-espektroa banda gorri eta urdinetan kontzentratzen den. Argiztapen-sistema laboreen behar espektraletan oinarritzen da, argia artifizialki osatzeko, landareen fotosintesia sustatzeko.

■ fotoperiodoa
Landareen fotosintesiaren eta fotomorfogenesiaren eta egunaren iraupenaren (edo fotoperiodoaren denboraren) arteko erlazioari landareen fotoperiodismoa deritzo. Fotoperiodismoa argi-orduekin estuki lotuta dago, hau da, laborea argiz irradiatzen den denborari. Laborantza ezberdinek argi-ordu kopuru jakin bat behar dute fotoperiodoa osatzeko loratu eta fruituak emateko. Fotoperiodismo ezberdinen arabera, egun luzeko laboreak bana daitezke, hala nola aza, etab., 12-14 orduko argi-ordu baino gehiago behar dituztenak hazkuntza-etapa jakin batean; egun laburreko laboreek, hala nola tipulak, sojak, etab., 12-14 orduko argi-ordu baino gutxiago behar dituzte; eguzki ertaineko laboreek, hala nola pepinoek, tomateek, piperrek, etab., loratu eta fruituak eman ditzakete eguzki-argia luzeagoa edo laburragoa denean.
Inguruneko hiru elementuen artean, argi-intentsitatea oinarri garrantzitsua da argi artifizialaren iturriak hautatzeko. Gaur egun, argi-intentsitatea adierazteko modu asko daude, batez ere honako hiru hauek barne.
(1) Argiztapenak argiztatutako planoan jasotako argi-fluxuaren gainazaleko dentsitatea (azalera-unitateko argi-fluxua) adierazten du, lux-etan (lx).

(2) Fotosintetikoki aktiboa den erradiazioa, PAR, unitatea: W/m².

(3) PPFD edo PPF fotoi-fluxuaren dentsitate fotosintetikoki eraginkorra denbora-unitate eta azalera-unitatera iristen edo igarotzen den erradiazio fotosintetikoki eraginkorraren kopurua da, unitatea: μmol/(m²·s). Batez ere fotosintesiarekin zuzenean lotutako 400~700nm-ko argi-intentsitateari egiten dio erreferentzia. Landare-ekoizpenaren arloan ere gehien erabiltzen den argi-intentsitatearen adierazlea da.

Argi-iturrien analisia argiztapen-sistema osagarri tipikoa
Argi artifizialaren osagarria helburu-eremuko argi-intentsitatea handitzea edo argi-denbora luzatzea da, landareen argi-eskaria asetzeko argi-sistema osagarri bat instalatuz. Oro har, argi-sistema osagarriak argi-ekipo osagarriak, zirkuituak eta haien kontrol-sistema barne hartzen ditu. Argi-iturri osagarriek hainbat mota ohiko dituzte, hala nola, bonbilla gori-goriak, bonbilla fluoreszenteak, haluro metalikozko bonbillak, sodio-presio handiko bonbillak eta LEDak. Bonbilla gori-gorien eraginkortasun elektriko eta optiko baxua, energia-eraginkortasun fotosintetiko baxua eta beste gabezia batzuk direla eta, merkatuak kendu egin ditu, beraz, artikulu honek ez du analisi zehatzik egiten.

■ Lanpara fluoreszentea
Fluoreszenteak presio baxuko gas-deskargako lanparei dagozkie. Beirazko hodia merkurio-lurrunez edo gas geldoz betetzen da, eta hodiaren barneko horma fluoreszente-hautsez estalita dago. Argiaren kolorea hodian estalitako material fluoreszentearen arabera aldatzen da. Fluoreszenteak espektro-errendimendu ona, argi-eraginkortasun handia, potentzia txikia, bizitza luzeagoa (12000 ordu) bonbilla goriekin alderatuta eta kostu nahiko baxua dute. Fluoreszenteak berak bero gutxiago igortzen duenez, landareetatik gertu egon daiteke argiztatzeko eta hiru dimentsioko laborantzarako egokia da. Hala ere, fluoreszenteak duen espektro-diseinua ez da arrazoizkoa. Munduan ohikoena den metodoa islatzaileak gehitzea da, laborantza-eremuko laboreen argi-iturri eraginkorra maximizatzeko. Japoniako adv-agri enpresak ere HEFL argi-iturri osagarri mota berri bat garatu du. HEFL, hain zuzen ere, fluoreszente-lanparen kategorian sartzen da. Katodo hotzeko fluoreszente-lanparen (CCFL) eta kanpoko elektrodo fluoreszente-lanparen (EEFL) izen orokorra da, eta elektrodo mistoko fluoreszente-lanpara bat da. HEFL hodia oso mehea da, 4 mm inguruko diametroarekin, eta luzera 450 mm-tik 1200 mm-ra doi daiteke laborantzaren beharren arabera. Ohiko fluoreszente-lanpara baten bertsio hobetua da.

■ Metal haluroen lanpara
Metal haluroen lanpara intentsitate handiko deskarga-lanpara bat da, elementu desberdinak kitzikatu ditzakeena uhin-luzera desberdinak sortzeko, hainbat metal haluro (eztainu bromuroa, sodio ioduroa, etab.) deskarga-hodian gehituz, presio handiko merkurio-lanpara baten arabera. Halogeno-lanparek argi-eraginkortasun handia, potentzia handia, argi-kolore ona, bizitza luzea eta espektro zabala dute. Hala ere, argi-eraginkortasuna presio handiko sodio-lanparena baino txikiagoa denez, eta bizitza presio handiko sodio-lanparena baino laburragoa denez, gaur egun fabrika gutxi batzuetan bakarrik erabiltzen da.

■ Presio handiko sodiozko lanpara
Presio handiko sodio-lanparak presio handiko gas-deskargako lanparei dagozkie. Presio handiko sodio-lanpara eraginkortasun handiko lanpara bat da, non presio handiko sodio-lurruna deskarga-hodian sartzen den, eta xenon (Xe) eta merkurio metal-haluro kantitate txiki bat gehitzen zaion. Presio handiko sodio-lanparek elektro-optiko bihurketa-eraginkortasun handia dutenez fabrikazio-kostu txikiagoekin, presio handiko sodio-lanparak dira gaur egun nekazaritza-instalazioetan argi osagarria aplikatzeko gehien erabiltzen direnak. Hala ere, espektroan fotosintesi-eraginkortasun txikia duten gabeziengatik, energia-eraginkortasun txikia dute gabeziak. Bestalde, presio handiko sodio-lanparek igortzen dituzten osagai espektralak batez ere hori-laranja argi-bandan kontzentratzen dira, eta horrek ez ditu landareen hazkuntzarako beharrezkoak diren espektro gorri eta urdinak.

■ Argi-igorle diodoa
Argi-iturrien belaunaldi berri gisa, argi-igorle diodoek (LED) abantaila asko dituzte, hala nola, bihurketa-eraginkortasun elektro-optiko handiagoa, espektro erregulagarria eta fotosintesi-eraginkortasun handia. LEDek landareen hazkuntzarako beharrezkoa den argi monokromatikoa igor dezake. Ohiko fluoreszentezko lanparekin eta beste argi-iturri osagarri batzuekin alderatuta, LEDek energia aurrezteko, ingurumena babesteko, bizitza luzeko, argi monokromatikoa izateko, argi-iturri hotza izateko eta abar abantailak ditu. LEDen eraginkortasun elektro-optikoa areagotu eta eskala-efektuak eragindako kostuak murriztu ahala, LED hazkuntza-argiztapen sistemak nekazaritza-instalazioetan argia osatzeko ekipamendu nagusia bihurtuko dira. Ondorioz, LED hazkuntza-argiak landare-lantegien % 99,9an baino gehiagotan erabili dira.

Konparaketaren bidez, argi-iturri osagarri desberdinen ezaugarriak argi uler daitezke, 1. taulan erakusten den bezala.

Argiztapen gailu mugikorra
Argiaren intentsitatea oso lotuta dago laboreen hazkuntzarekin. Hiru dimentsioko laborantza askotan erabiltzen da landare-lantegietan. Hala ere, laborantza-apalen egituraren mugak direla eta, argiaren eta tenperaturaren banaketa irregularrak apalen artean eragina izango du laboreen errendimenduan eta uzta-aldia ez da sinkronizatuko. Pekingo enpresa batek eskuzko altxatze-argiaren osagarri gailu bat (HPS argiztapena eta LED hazkuntza-argiztapena) garatu zuen 2010ean. Printzipioa ardatz eragilea eta bertan finkatutako bobina biratzea da, heldulekua astinduz film-bobina txikia biratzeko, alanbrezko soka atzeratu eta askatzeko helburua lortzeko. Hazkuntza-argiaren alanbrezko soka igogailuaren gurpil bihurgarriarekin lotuta dago alderantzikatzeko gurpil multzo anitzetatik, hazkuntza-argiaren altuera doitzeko efektua lortzeko. 2017an, aipatutako enpresak argiaren osagarri gailu mugikor berri bat diseinatu eta garatu zuen, eta horrek argiaren osagarriaren altuera automatikoki doi dezake denbora errealean, laboreen hazkuntza-beharren arabera. Doikuntza-gailua orain 3 geruzako argi-iturri altxatze-motako hiru dimentsioko laborantza-apalean instalatuta dago. Gailuaren goiko geruza argiztapen-baldintza onenak dituen maila da, beraz, presio handiko sodiozko lanparak ditu; erdiko eta beheko geruzak LED hazkuntza-argiak eta altxatze-doikuntza sistema bat dituzte. Hazkuntza-argiaren altuera automatikoki doi dezake laboreentzako argiztapen-ingurune egokia eskaintzeko.

Hiru dimentsioko laborantzarako egokitutako argi osagarri gailu mugikorrarekin alderatuta, Herbehereek LED hazkuntza-argi osagarri gailu horizontalki mugikor bat garatu dute. Hazkuntza-argiaren itzalak eguzkitan landareen hazkuntzan duen eragina saihesteko, hazkuntza-argi sistema euskarriaren bi aldeetara bultzatu daiteke teleskopiozko irristagailuaren bidez norabide horizontalean, eguzkia landareetan guztiz irradia dadin; eguzki-argirik gabeko egun lainotsu eta euritsuetan, bultzatu hazkuntza-argi sistema euskarriaren erdialdera hazkuntza-argi sistemaren argiak landareak uniformeki bete ditzan; mugitu hazkuntza-argi sistema horizontalki euskarriaren irristagailuaren bidez, saihestu hazkuntza-argi sistema maiz desmuntatzea eta kentzea, eta murriztu langileen lan-intentsitatea, horrela lan-eraginkortasuna eraginkortasunez hobetuz.

Hazkuntza-argiztapen sistema tipiko baten diseinu-ideiak
Ez da zaila argiztapen mugikorreko gailu osagarriaren diseinutik ikustea landare-fabrikaren argiztapen-sistema osagarriaren diseinuak normalean laboreen hazkuntza-aldi desberdinen argi-intentsitatea, argi-kalitatea eta fotoperiodoaren parametroak hartzen dituela diseinuaren oinarrizko eduki gisa, kontrol-sistema adimenduna erabiliz, energia aurreztea eta errendimendu handia lortzeko azken helburua lortuz.

Gaur egun, hosto-barazkientzako argi osagarriaren diseinua eta eraikuntza pixkanaka heldu da. Adibidez, hosto-barazkiak lau etapatan bana daitezke: plantulen etapa, erdi-hazkundea, hazkuntza berantiarra eta amaiera-etapa; fruta-barazkiak plantulen etapan, hazkuntza begetatiboaren etapan, loraldi-etapa eta uzta-etapa bana daitezke. Argi osagarriaren intentsitatearen atributuetatik, plantulen etapan argi-intentsitatea apur bat txikiagoa izan behar da, 60~200 μmol/(m²·s) artean, eta gero pixkanaka handitu. Hosto-barazkiek 100~200 μmol/(m²·s) izatera irits daitezke, eta fruta-barazkiek 300~500 μmol/(m²·s) izatera irits daitezke, landareen fotosintesiaren argi-intentsitatearen beharrak hazkuntza-aldi bakoitzean bermatzeko eta errendimendu handiko beharrak asetzeko; Argiaren kalitateari dagokionez, gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa oso garrantzitsua da. Landare-hazien kalitatea handitzeko eta landare-hazien fasean gehiegizko hazkundea saihesteko, gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa maila baxuan ezartzen da normalean [(1~2):1], eta gero pixkanaka murrizten da landareen argi-morfologiaren beharrak asetzeko. Gorriaren, urdinaren eta hosto-barazkien arteko erlazioa (3~6):1-era ezar daiteke. Fotoperiodoari dagokionez, argi-intentsitatearen antzera, handitzeko joera erakutsi beharko luke hazkuntza-aldia luzatu ahala, hosto-barazkiek fotosintesi-denbora gehiago izan dezaten fotosintesia egiteko. Fruta eta barazkien argi-osagarrien diseinua konplexuagoa izango da. Aipatutako oinarrizko legeez gain, loraldi-aldian fotoperiodoa ezartzean jarri behar dugu arreta, eta barazkien loraldia eta fruitua sustatu behar dira, atzera ez egiteko.

Aipatzekoa da argi-formulak ingurune argitsuetarako azken tratamendua barne hartu behar duela. Adibidez, argi-osagarri jarraituak asko hobetu dezake hosto-barazki hidroponikoen landareen etekina eta kalitatea, edo UV tratamendua erabiltzea kimuen eta hosto-barazkien (batez ere hosto moreen eta hosto gorrizko letxugen) nutrizio-kalitatea nabarmen hobetzeko.

Hautatutako laboreentzako argi-osagarriak optimizatzeaz gain, argi artifizialeko landare-lantegi batzuen argi-iturriaren kontrol-sistema ere azkar garatu da azken urteotan. Kontrol-sistema hau, oro har, B/S egituran oinarritzen da. Ingurumen-faktoreen urrutiko kontrola eta kontrol automatikoa, hala nola tenperatura, hezetasuna, argia eta CO2 kontzentrazioa, laboreen hazkuntzan zehar WIFI bidez lortzen dira, eta, aldi berean, kanpoko baldintzek mugatzen ez duten ekoizpen-metodo bat lortzen da. Argi-sistema osagarri adimendun mota honek LED hazkuntza-argia erabiltzen du argi-iturri osagarri gisa, eta urrutiko kontrol-sistema adimendunarekin konbinatuta, landareen uhin-luzeraren argiztapenaren beharrak ase ditzake, bereziki egokia da argi-kontrolatutako landareen hazkuntza-inguruneetarako, eta merkatuaren eskaera ondo ase dezake.

Amaierako oharrak
Landare-fabrikak XXI. mendeko munduko baliabide, biztanleria eta ingurumen arazoak konpontzeko modu garrantzitsutzat hartzen dira, eta etorkizuneko goi-teknologiako proiektuetan elikagaien autosufizientzia lortzeko modu garrantzitsua. Nekazaritza-ekoizpen metodo mota berri gisa, landare-fabrikak oraindik ikaskuntza eta hazkunde fasean daude, eta arreta eta ikerketa gehiago behar dira. Artikulu honek landare-fabriketako argiztapen osagarriko metodo arrunten ezaugarriak eta abantailak deskribatzen ditu, eta laboreen argiztapen osagarriko sistema tipikoen diseinu-ideiak aurkezten ditu. Ez da zaila alderaketaren bidez aurkitzea, laino eta laino jarraituak bezalako eguraldi txarrak eragindako argitasun eskasari aurre egiteko eta instalazioetako laboreen ekoizpen handia eta egonkorra bermatzeko, LED Hazkuntzako argi-iturri ekipamendua da egungo garapen-joerekin bat datorrena.

Landare-fabriken etorkizuneko garapen-norabideak zehaztasun handiko eta kostu baxuko sentsore berrietan, urrutitik kontrola daitezkeen eta espektro erregulagarriko argiztapen-gailuen sistemetan eta kontrol-sistema adituetan zentratu beharko luke. Aldi berean, etorkizuneko landare-fabrikak kostu baxuko, adimentsu eta autoegokitzaileen bilakaera jarraituko dute. LED hazkuntza-argi iturrien erabilerak eta ezagutarazteak landare-fabriken ingurumen-kontrol zehatza bermatzen du. LED argi-ingurunearen erregulazioa prozesu konplexua da, argiaren kalitatea, argi-intentsitatea eta fotoperiodoa erabat erregulatzen dituena. Aditu eta ikertzaile garrantzitsuek ikerketa sakona egin behar dute, LED argiztapen osagarria sustatuz argi artifizialeko landare-fabriketan.