BÖLÜM 1 GİRİŞ
1.1 LİTERATÜR ÖZETİ
1.1.3 Yapay Yağmurlayıcı Kullanılarak Yüzeysel Akış Parsellerinde Gerçekleştirilen Çalışmalar Çalışmalar
Yunanistan’da toprak işlemesi yapılan arazi üzerinde gerçekleştirilen bir çalışmada yüzeysel akış parselleri kullanılmıştır ve çalışma toplam 31 yağmurun oluştuğu 39 ay süresince devam ettirilmiştir. % 7-21 arasında değişen eğime sahip yamaçlar üzerine, toplam 14 adet 0,75x0,55 m ebatlarında parseller tesis edilmiştir. Çalışmada toprak agregat stabilitesi, yamaç eğimi ve yağış şiddeti araşındaki ilişkilerin damla erozyonuna etkileri araştırılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlar kullanılarak damla erozyonu oranı (Ei);
Ei= 0,628β St1,3 e0,0967 I 30 (R2=0,939; P < 0,001) (1.1)
formülü (Eşitlik 1.1) ile tanımlanmıştır. Eşitlikte β toprak agregat stabilite değişim indeksini, St yamaç eğiminin tanjantını, I30 otuz dakikada gerçekleşen en yüksek yağmur miktarını belirtmektedir (Valmis vd. 2005).
Birleşik Amerika’da yüzeysel akış parsellerinden oluşan yüzeysel akış ve toprak kaybındaki farklılıkların araştırıldığı çalışmada 27,4x3,2 m boyutlarına sahip kırk parsel kullanılmıştır.
Çalışma süresince parseller üzerinde eğime paralel olarak periyodik tarım yapılmıştır.
Çalışma sonucu, yüzeysel akış parsellerinden elde edilen yüzeysel akış ve toprak kaybı verilerinin açıklanamayan farklılıklar içerdiğini ortaya koymuştur. Hatalı ölçümlerden kaynaklanmayan bu sonuçlar, anlaşılamayan bir süreç olarak değerlendirilmiştir.
Araştırmacılar bu durumu dikkate alarak, yüzeysel akış ve toprak kaybı ölçümü içeren karşılaştırmalı çalışmalarda, güvenli bir sonuca ulaşabilmek için çok tekrarlı denemeler yapılmasını önermektedir (Wendt vd. 1986).
Slovenya’da farklı arazi kullanımlarından gerçekleşen tabaka erozyonu, iki yıl süre ile yüzeysel akış parselleri kullanılarak ölçülmüştür. Üç farklı arazi kullanımında (genç zeytin tarlası içinde çıplak alana 2 adet, yabanlaşmış çayırlık üzerine 2 adet ve orman içine 4 adet olmak üzere) toplam sekiz adet bir metrekarelik parsel tesis edilmiştir. Sonuçlar en yüksek tabaka erozyonunun çıplak alandan gerçekleştiğini ortaya koymuştur (Zorn ve Petan 2008).
1.1.3 Yapay Yağmurlayıcı Kullanılarak Yüzeysel Akış Parsellerinde Gerçekleştirilen
tasarımlanan araştırma amaçlı araçlar (Chmelova ve Sarapatka 2002) şeklinde tanımlanmaktadır. Toprak erozyonu çalışmalarında 1930’lu yıllardan bu yana kullanılmakta olan (Clarke ve Walsh 2007) yapay yağmurlayıcılar; çalışma amaçları, kurulum maliyetleri gibi ölçütlere göre farklı tiplerde değerlendirilmektedir (Agassi ve Bradford 1999). Ancak genel olarak yapay yağmurlayıcıları, damla esaslı ve basınç başlıklı yapay yağmurlayıcılar şeklinde iki geniş grupta toplamak mümkündür (Blanquies vd. 2003). Yapay yağmurlayıcılar Clarke ve Walsh (2007) tarafından da basınçlı ve basınçlı olmayan tipler olarak iki genel grupta değerlendirilmiştir.
Yapay yağmurlayıcılarla gerçekleştirilen erozyon ve yüzeysel akış ölçümleriyle doğal yağmur altında gerçekleştirilenler karşılaştırıldığında; yapay yağmurlayıcıların fiyat/fayda oranının yüksek olması, daha az işgücü gerektirmesi, kontrolünün daha kolay ve güvenli olması, çalışmada harcanan zamanın çok daha az olması avantajlı taraflarıdır. Maliyetinin yüksek olması, kurulumunun işgücü gerektirmesi, yapay yağmurlayıcının özellikleri ve kapasitesine uygun olmayan çalışmalarda arazi üzerinde uygulanamaması, uygulama yapılan alanın genel alanı temsil kabiliyetinin çok düşük olması, bazı yapay yağmurlayıcıların doğal yağmurun bir ya da birkaç karakteristiğini (yoğunluk, damla büyüklüğü, damla düşme hızı, kinetik enerji vb. gibi) temsil edememesi dezavantajlı yönleridir (Renard 1985).
Damla çapının doğal yağmura yakın olması, damla düşme hızının yağmurun yere vurduğu andaki hıza yakın olması, düzenli yağış şiddeti ve rasgele damla dağılımının olması, dikey bir çarpma hızının olması ve yağış biçiminin belirli bir süre ve şiddette sürdürülebilmesi usulüne uygun bir yapay yağmurlama gerçekleştirebilmek için sağlanması gereken bazı koşullar olarak değerlendirilmektedir (Blanquies vd. 2003).
Birleşik Amerika’nın Mississippi eyaletinde yedi yıl süreyle üzerinde soya fasulyesi ekili ve geleneksel olarak işlenen arazide gerçekleşen erozyonla, üzerinde yedi yıl boyunca toprak işlemesi yapılmadan soya fasulyesi ekilen araziden gerçekleşen erozyon ölçülmüştür.
Yağmurlama öncesi her iki alan üzerinde hafif toprak işlemesi yapılıp, tırmıklanarak benzer yüzey pürüzlülüğü sağlanmış ve artıklar temizlenmiştir. Ardından alan üzerinde 10,67x 3,66 m ebatlara sahip, % 3-4 eğimli 12 parsel tesis edilmiştir. Ortalama damla çapının 2,4 mm ve yağış şiddetinin 66 mm sa-1 olduğu yapay yağmurlama üç parça halinde uygulanmıştır.
Öncelikli 1 saatlik yağışın ardından 4 saatlik bir ara verilmiştir. Yarım saatlik ikinci yağıştan sonra yine yarım saatlik bir ara verilmiş ve üçüncü yağmurlama da yarım saat sürmüştür.
Araştırma sonunda geleneksel olarak işlenen parsellerden gerçekleşen toprak kaybının % 30 oranında yüksek olduğu bulgusuna ulaşılmıştır (Auerswald vd. 1994).
Güney Fransa’da farklı toprak işleme yöntemlerinin toprak erodobilitesi, makro agregat stabilitesi ve üst toprağın (0-10 cm) karbon içeriğine etkileri araştırılmıştır. Araştırma sahasına yulaf ekilmiş; toprak örneklerinin alımı ve yapay yağmurlamanın uygulanması tohumların ekiminden on hafta sonra gerçekleştirilmiştir. Uygulama öncesinde yulaflar kökünden sökülmüş ve çalışma çıplak toprak üzerinde gerçekleştirilmiştir. 1x1 m mikro parseller, % 5-12 arasında değişen eğime sahip tepe üst kısmına yerleştirilmiştir. Yapay yağmurlama 4 m yüksekten 60 mm sa-1 şiddetinde uygulanmıştır. Çalışma sonunda toprak erodibilitesinin üst toprağın agregatlaşma ve karbon içeriği ile yakından ilişkili olduğu belirlenmiştir (Barthes vd. 1999).
Çin’de gerçekleştirilen bir çalışmada 5x1 m ebatlarında toplam on yüzeysel akış parseli kullanılarak toprak kabukluluğu ve yamaç eğiminin toprak kaybı ve yüzeysel akış oluşumuna etkileri araştırılmıştır. Eğim derecesi 5o, 10o, 15o, 20o ve 25o olan parsellere yapay yağmurlama uygulanmıştır. Yapay yağmurlamada damla büyüklüğü 0,35 ile 6,35 mm arasında (ortalama 2,40 mm), toplam kinetik enerji 0,57 J m-2, damla düşüş yüksekliği 4,57 m olarak uygulanmıştır. Yüzeysel akış ve sediment kaybı ölçümleri 5’er dakikalık aralarla gerçekleştirilmiştir. Yapay yağmurlama gerçekleştirilirken parsel kenarlarına yerleştirilen dört yağışölçer ile yağış şiddeti izlenmiştir. Elde edilen bulgular hem toprak kabuğunun hem de eğim derecesinin, yüzeysel akış oluşumuna ve toprak kaybına etki etmede önemli rol oynadığını ortaya koymuştur (Cheng vd. 2008).
Birleşik Amerika’da on yıllık bir koruma/dönüşüm programı çerçevesinde ekili tarım alanlarında yüzeysel akış, erozyon ve toprak kalitesi karakteristikleri araştırılmıştır.
Araştırmada dönüşüm programının birinci yılında, sarı sakalotu (Bothriochlora ischaemum L.) ve buğday (Triticum aestivum L.) örtüsü kaplı alan üzerinde meydana gelen yüzeysel akış ve erozyon miktarı; yüzeysel akış parselleri kullanılarak ölçülmüştür. Çalışmada toprak işlemesiz buğday örtüsü, korumalı toprak işlemesi yapılan buyday örtüsü, sarı sakalotu örtüsü ve koruma programı öncesi mevcut kullanım (kısa ve orta boylu ot) örtüsü üzerine 10,7x3,7 m ebatlarında parseller tesis edilmiştir. Düz yamaç üzerine, her örtü için iki tane tesis edilen parsellere, yapay yağmurlama uygulanmıştır. 64 mm sa-1 şiddetinde ve bir gün arayla birer saatlik iki ayrı uygulama şeklinde gerçekleştirilen yağmurlama sırasında beş dakikalık
aralıklarla yüzeysel akış örnekleri alınmıştır. Farklı deneme örtülerinden oluşan yüzeysel akış miktarında önemli farklılık bulunamamıştır (Gilley vd. 1997).
Birleşik Amerika’nın Nebraska eyaletinde gerçekleştirilen bir çalışmada yüzeysel akış miktarının bitki besin maddesi taşınımına etkisi 2x0,75 m ebatlarında toplam 48 adet yüzeysel akış parseli kullanarak araştırılmıştır. Çalışmada parseller üzerine 24 saat arayla yarım saat süreli ve yaklaşık 70 mm sa-1 şiddetinde üç yapay yağmurlama uygulanmıştır. Yüzeysel akış oranının sediment bünyesinde taşınan fosforu etkilediği belirlenmiştir. Toprak kaybı da yüzeysel akış oranından önemli ölçüde etkilenmektedir (Gilley vd. 2008).
İspanya Huelva’da yükseltisi 100-600 m arasında değişen bir çalışma alanında, taşlılığın toprak yüzeyinde oluşturduğu tıkanma oranı ve erozyona karşı koruyucu etkisi araştırılmıştır.
625 cm2’lik beş parsel üzerinde dört farklı düzeyde taşlılık oluşturulmuş (seyrek % 2-5, orta
% 15-30, yüksek % 40-60 ve çok yüksek % 60-80) ve her parsele üç farklı şiddette (50, 100 ve 150 mm sa-1) yağış uygulanmıştır. Bu şekilde (5 parsel x 4 farklı taşlılık sınıfı x 3 farklı yağış şiddeti) toplam 60 farklı örnekte çalışılmıştır. Taşlılık arttıkça yüzeysel akışın geç başladığı, sediment kaybının düşük olduğu ve infiltrasyonun da arttığı belirlenmiştir. Parmak erozyonu oluşumu yağış şiddetine bağlı olarak artış gösterirken, taşlılık arttıkça azalmıştır.
Taşlılık oranı % 75 ve daha yüksek seviyede olduğunda toprak kaybının hektarda 0,02-1,0 mg h-1 arasında değiştiği belirlenmiştir (Martinez-Zavala ve Jordan 2008).
Swaziland’da mera üzerinde gerçekleştirilen çalışmada 1x1 m ebatlarında dört parsel kullanarak bitki örtüsü oranının yüzeysel akış ve toprak kaybına etkileri araştırılmıştır.
Çalışmada yüzde 0, 15, 50 ve 90 oranlarında ot ile kaplı parsellere 75 mm sa-1 şiddetinde ve 15 dakika süren yapay yağmurlama uygulanmıştır. Ortalama damla büyüklük çapı 1,99 mm ve kinetik enerji 17,25 J m-2 mm-1 olarak uygulanmıştır. Yapay yağmurlama başlangıcıyla beraber üçer dakikalık aralarla sediment ve yüzeysel akış ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
Çalışma bulguları, bitki ile kaplı alan oranının artmasıyla, toprak kaybı miktarının azalması arasındaki ilişkinin katlamalı bir şekilde olduğunu ortaya koymuştur. Ancak bitki örtüsünün toprağın korunması ve erozyona dayanıklılığının sağlanması noktasında beklenen etkiyi ortaya koyamadığı da belirtilmektedir (Morgan vd. 1997).
Kanada Alberta’da ayrık (Agropyron), buğday (Triticum) sarkaçotu (Bouteloua) ve sorguçotu (Stipa) türlerinin ağırlığını oluşturduğu doğal bir meraya, yem üretimi amaçlı otlak ayrığı
(Agropyron cristatum L.) ve yabani otlakarpası (Elymus junceus Fisch.) ekilmiş ve tüm türlerin erozyon oluşumu ve bitki besin maddesi taşınımına etkileri araştırılmıştır. Çalışmada 1x1 m ebatlarda parseller kullanılmıştır. Yapay yağmurlama 0,8 m yüksekten 105 mm sa-1 şiddetinde ve yarım saat süreyle uygulanmıştır. Sediment kaybı bakımından türler arasında fark bulunmamıştır. Yüzeysel akışla kaybedilen toplam N ve P düşük değerde (<2 mg N l-1,
<1 mg P l-1) bulunmuştur (Murphy vd. 2008).
Farklı iki yapay yağmurlayıcının, yüzeysel akış karakteristiklerine (başlangıç zamanı, miktar, pik akım değeri, boşaltma oranı), fosfor yoğunlaşmasına (çözünmüş ve toplam) ve parsel boyutlarına bağlı olarak sediment oluşumuna etkisinin karşılaştırıldığı bir çalışmada; % 4-5 eğimli arazi üzerine tesis edilen 2x1 (2 m2) ve 10,7x3,05 (32,6 m2) m ebatlarında parseller kullanılmıştır. Toplam dört parselin tesis edildiği çalışmada yüzeysel akışın 2x1 m boyutlarındaki parsellerde daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Parsel uzunluğunun, yüzeysel akış miktarını ve yüzeysel akışta bulunan fosfor yoğunluğunu etkilediği belirlenmiştir (Sharpley ve Kleinman 2003).
İran’da gerçekleştirilen bir çalışmada yamaç dikliği, bitki örtüsü, kil, kum, toz miktarları ve toprağın nem içeriğinin yüzeysel akışa etkileri, arazi üzerinde 1,2x0,89 m ebatlarında 145 parsel üzerinden ölçülmüştür. Çalışmada 24,5 ve 32 mm sa-1 şiddetinde iki ayrı yapay yağmurlama uygulanmıştır. Çalışma sonuçları bitki örtüsünün ve toprağın nem içeriğinin en etkili faktörler olduğunu ortaya çıkarmıştır (Vahabi ve Mahdian 2008).
Birleşik Amerika New Mexico’da, yarı kurak yamaçlar üzerinde oluşan parmak erozyonuna;
yamaç, bitki örtüsü, taşlılık ve toprak özelliklerinin etkisi yaklaşık bir metrekare yüzey alanına sahip 88 küçük parsele yapay yağmurlama uygulanarak araştırılmıştır. Parmak erozyonunun en fazla yamaç eğiminden etkilendiği belirlenmiştir. Bitki örtüsünün parmak erozyonunu büyük ölçüde azalttığı elde edilen sonuçlar arasındadır. Taşlılığın artması, her ne kadar bitki örtüsü azalsa da, parmak erozyonuna karşı ilave bir koruma sağlamaktadır.
Özellikle dik yamaçlarda toprak tekstürü ve derinliği erozyona etki eden en önemli toprak özellikleri olarak belirlenmiştir (Wilcox ve Wood 1989).
Birleşik Amerika’nın Minnesota eyaletinde iki yıl süreyle düz, içbükey ve dışbükey yamaç şekilleri üzerinde yüzeysel akış parselleri kullanarak erozyon ve yüzeysel akış ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Mısır, yulaf ve nadas kullanımı olan ortalama % 8,5 eğime sahip
yamaçlara, yaklaşık 22,8x4 m ebatlarında parseller tesis edilmiştir. Yapay yağmurlama 24 saat arayla, bir saatlik iki ayrı uygulama şeklinde ve saatte yaklaşık 63,5 mm şiddetinde gerçekleştirilmiştir. Toprak kaybı düz ve dışbükey yamaçlarda büyük bir fark oluşturmazken, içbükey yamaçlarda düz yamaçlara oranla hektarda yaklaşık 20 ton, dışbükey yamaçlara oranla hektarda yaklaşık 22 ton daha az gerçekleşmiştir (Young ve Mutchler 1969a).
Birleşik Amerika’nın Güney Dakota eyaletinde arazi koşullarında yaklaşık 22,8x4 m ebatlarında yüzeysel akış parselleri kullanılarak düz, içbükey ve dışbükey yamaçlar üzerinde oluşan toprak kaybı ve yüzeysel akış miktarları ölçülmüştür. İçbükey yamaçlardan gerçekleşen toprak kaybı, düz ve dışbükey yamaçlara göre oldukça düşük miktardadır (Young ve Mutchler 1969b).