Sera İklimlendirme Tekniği

Saydam örtü bitkiyi aşırı sıcaktan, soğuktan, yağmurlu, rüzgârlı olumsuz hava koşullarından korur; dış hava ile iç havayı ayırır. Bitki çevresinde atmosfere doğru olan hava alışverişini azaltır. Ancak, sera içindeki koşullar günlük ve mevsimsel dış değişimlerden sürekli etkilenir. Burada, sera dışındaki güneş ışınımı, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü, sıcaklık, bağıl nem gibi değişkenler belirleyici faktörlerdir.

Güneş ışınımı, sıcaklık, bağıl nem, karbondioksit konsantrasyonu ve hava hareketi seralardaki bitkilerin çimlenme, fide ve gelişim süreçlerinde etkili olan iklim bileşenleridir.

Bir maddenin sıcaklığını değiştirmeden durum değişimine neden olan ısıya gizli ısı adı verilir. Örnek olarak; buzu su ve suyu da buhar haline dönüştürebiliriz. Ancak bu dönüşümleri yapabilmek için yeteri kadar ısının eklenmesi yada uzaklaştırılması gerekir.

Birim zamanda bir sisteme verilen (alınan) enerji miktarına enerji akışı adı verilir; enerji akışı Joule/saniye (W) birimleriyle ifade edilir.

Seraya ulaşan güneş ışınımının bir bölümü örtü malzemesi ve sera iskeleti tarafından soğurulur, bir bölümü örtü malzemesinden gökyüzüne geri yansır; kalan kısmı sera içine girer. Sera içine giren güneş ışınımının bitki yüzeyleri tarafından geri yansıtılan kısmından sonra kalan miktarı, bitkiler ve sera içindeki diğer cisimler tarafından soğurulur. Bu ışınımın soğurulan kısmı transpirasyon için gizli ısı olarak kullanılırken, geri kalan bölümü de güneş enerjisini alan bu ortamların sıcaklığını artırır.

Toplam güneş ışınımı direkt ve difüz ışınımdan oluşur. Direkt ışınım güneşten doğrudan yeryüzüne ulaşan ışınımdır. Difüz ışınım ise atmosferde ve bulut tarafından dağıtılan ışınımdır.

Yaprakların klorofili gelen yeşil ışığı yansıtır; mavi ve kırmızı ışığı fotosentezde kullanmak için soğurur. Bitki yapraklarının yeşil görünmesinin nedeni yeşil ışığı yansıtmasından kaynaklanır. Klorofilin soğurma özelliği 450 nm dalga boyundaki mavi ve 650 nm dalga boyundaki kırmızı bölgelerde en yüksek seviyededir. Bitkilerin yüksek enerjili yakın kızılötesi ışınımı (NIR: 780 - 1200 nm) yansıtma özelliği, onların aşırı ısınmasını engelleyerek doğal koruma sağlar.

Işınımın kalitesi, yani dalga uzunluğu, çiçeklenmeyi, çimlenmeyi ve büyümeyi etkiler. Uzun gün bitkilerinde, 660 nm dalga uzunluğundaki kırmızı ışığın çiçeklenmeyi yavaşlatıcı etkisi vardır. Kırmızı ışık elmaların olgunlaşmasına, kırmızıya dönmesinde yardımcı olur, aynı zamanda mavi ve yeşil ışığın aksine kırmızı ışığın tohumların çimlenmesine yardımcı olduğu tespit edilmiştir.Bitkilerde klorofil oluşumu, fotosentez ve bitki gelişimi çoğunlukla PAR’ın mavi ve kırmızı ışık dalga uzunlukları ile 710-800 yakın kızılötesi dalga uzunluklarında oluşur. Yaprakların ışığa yönelimi görünür ışığın diğer bir etkisidir. Görünür ışıkta ışığa yönelim kırmızıdan maviye doğru artarken morötesinde tekrar azalır.

Görünür ışık bitkiler için temel enerji kaynağıdır. Bitkinin ışık enerjisini, karbondioksit ve suyu kullanarak, karbonhidrat (şeker) ve oksijen üretim sürecine fotosentez adı verilir.

Bitkiler besinlerin emilimi, proteinlerin oluşumu, hücrelerin bölünmesi, hücre duvarının yapımı için enerjiye gereksinim duyarlar. Fotosentez sonucu olarak oluşturulan bileşikler parçalandığında bu enerji açığa çıkar. Fotosentez işleminin tersi olarak gerçekleşen bu sürece solunum işlemi adı verilir. Solunum özümlenen şekerin yanması işlemidir ve solunum sıcaklığın yükselmesiyle artar.

Gece sıcaklığının daha az olması hem enerji tasarrufu sağlar, hem de bitki gelişim hızı yavaşladığı için solunum kayıpları oluşmaz. Bitkinin ürün bağlama verimliliği artar.

Yüksek sıcaklıkların birçok sakıncalı sonuçları vardır. Yüksek sıcaklıkta solunum işlemi hızlanır. Daha fazla şeker yakılacağından daha düşük meyve gelişimi ve büyümesi oluşur. Sıcaklık meyve oluşumu ve olgunlaşma süreçlerinde etkili olan bir faktördür.

Bitkiler sürekli üretim için yeni dallar, yapraklar ve çiçekler yapmaya gereksinim duyarlar. Bitkinin gövde gelişimi ve yaprak oluşumunun hızlı olduğu büyüme vejetatif aşamasıdır. Bu nedenle genç bitkiler daha sıcak ortamda tutulurlar.

Bitkiler yeterli yaprak alanına sahip olunca, jeneratif aşamaya geçerler. Bu dönemde, sıcaklık aşamalı olarak düşürülür ve gelişme hızı yavaşlatılır. Gece sıcaklığı azaltılınca, meyve bağlama etkinliği artar. Gündüz sıcaklığı hücre genişlemesi üzerinde çok büyük etkiye sahiptir. Bu aşamada yüksek gündüz sıcaklığı gövdenin uzamasına, yaprak alanının artmasına neden olur.

Gündüz ve gece sıcaklığı arasındaki fark olan DIF, bitki dengesi açısından önemlidir. Daha büyük DIF jeneratif tarafa doğru bitkiyi yönlendirmek için kullanılan etkili bir araçtır. DIF kesme çiçek ve genç sebze bitkilerinde büyüme uzunluğunu kontrol etmek için vejetatif yönlendirme amacıyla kullanılabilir. Bitki iç dengesi yani gelişimin vejetatif ya da jeneratif yönde olması DIF ile yönetilebilir.

Normal koşullar altında, yaprak sıcaklığı ortam sıcaklığı ile denge halindedir. Ancak, güneş ışınımı arttıkça denge bozulur. Denge halinde, yaklaşık 33 °C’de yaprak ve hava sıcaklığı eşittir. Bu sıcaklığın altında, yapraklar havadan daha sıcak olma eğilimindedir. Bu sıcaklığın üstünde, transpirasyonla serinleme işlemi nedeniyle, yapraklar havadan daha soğuktur. Sıcaklık 33 °C’yi aştığı zaman yaprakların su stresinden olumsuz yönde etkilendiği görülür. Direkt güneş ışınımına maruz kalan bitkilerin yaprakları ile hava arasında sıcaklık farkı oluşur.

Karbondioksit (CO₂) konsantrasyonu arttıkça fotosentez hızı artar. Biyokimyasal işlemler sıcaklık ve CO₂ seviyesi ile doğrudan ilişkilidir. Fotosentez genellikle 18 - 28 °C sıcaklık bandında iyi sonuç verir. Fotokimyasal işlemlerde kullanılacak enerji için CO₂ emilim hızı yeterli olmalıdır. Bitki susuz kalırsa, savunma mekanizması gözenekleri kapatacağından CO2 girişi sınırlanır, bu da meyve kaybına yol açar. 

Sera içinde yetiştirilen meyve ve sebzelerin % 85 - 95’i sudan, geri kalanı kuru maddeden oluşur. Su bitki için birçok işleve sahip hayati bir kaynaktır. Su bitki hücrelerinden organlara kadar birçok yapı içinde yer alır. Su besinlerin taşınmasını, yaprakların serinletilmesini sağlar. Bitkinin su emilimi ile su kaybı denge halinde olmalıdır. Sera bitkilerinde bu durum yetiştirici tarafından kontrol altında tutulabilir. Su kaybı bitkiden transpirasyonla olan buharlaşma işlemidir.

Bitki yapraklarından suyun buharlaşması nedeniyle, seranın iç ortam havası dış ortamdan daha nemlidir. Normal bitki gelişmesi için en uygun bağıl nem değerleri genellikle % 70-85 arasında değişir. Bağıl nem değerinin çok düşük (<% 30) olması, özellikle güneş ışınımının yüksek olduğu koşullarda bitkilerin solmasına neden olur. Bağıl nemin düşük olması transpirasyonu artırır.

Nemli havada bulunan su buharı karışımlarının fiziksel ve termodinamik özellikleri ile ilgilenen bilim dalına psikrometri denir.