İŞLENEN VE İŞLENMEYEN TOPRAKLARDA TOPRAK HİDROLİK ÖZELLİKLERİ DİNAMİĞİNİN
KARŞILAŞTIRILMASI Elif DEMİRAY Yüksek Lisans Tezi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme
Ana Bilim Dalı
Danışman: Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN 2010
TOPRAK BİLİMİ ve BİTKİ BESLEME ANABİLİM DALI
(YÜKSEK LİSANS TEZİ)
İŞLENEN VE İŞLENMEYEN TOPRAKLARDA TOPRAK HİDROLİK ÖZELLİKLERİ DİNAMİĞİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Elif DEMİRAY
TEZ BEYANI
Tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu tezin yazılmasında bilimsel ahlak kurallarına uyulduğunu, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezin içerdiği yenilik ve sonuçların başka bir yerden alınmadığını, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, tezin herhangi bir kısmının bu üniversite veya başka bir üniversitedeki başka bir tez çalışması olarak sunulmadığını beyan ederim.
i
İŞLENEN VE İŞLENMEYEN TOPRAKLARDA TOPRAK HİDROLİK ÖZELLİKLERİ DİNAMİĞİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Elif DEMİRAY
Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme
Anabilim Dalı
Danışman: Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN
Toprak hidrolik özellikleri; hacim ağırlığı (BD) ve por geometrisi gibi özelliklerdeki değişimlere karşı oldukça duyarlıdır. Bu özellikler ve toprak suyu yönetimi arasındaki etkileşimler toprak suyu yönetiminde dikkate alınmalıdır. Bu çalışma, birbirine komşu işlenmiş ve işlenmemiş (10 yıldan daha uzun zamandır yonca tarlası) alanlarda toprak hidrolik özelliklerinden infiltrasyon hızı (IR), doygun hidrolik iletkenlik (Ks), sorptivite
(S) ve makropor kapillar uzunluğunun ( c) dönemsel değişimlerini analiz etmek ve
karşılaştırmak amacıyla yapılmıştır. İşlenmiş ve işlenmemiş bu alanlarda 40 m2
genişliğindeki parsellerde belirlenen 10 noktada toprak hidrolik özellikleri IR, Ks, c,
tarla kapasitesi ve solma noktası su içerikleri ile BD ve agregat stabilitesi (AS) periyodik olarak ölçülmüştür. IR, Ks ve c değişkenlerini ölçmek için tansiyon
infiltrometresi, tarla kapasitesi ve solma noktası su içeriklerini ölçmek için ise basınç plakaları sistemi kullanılmıştır. Organik madde içeriği, kum, kil, silt, kireç içeriği ve katyon değişim kapasitesi çalışmanın başlangıcında temel toprak analiz yöntemleriyle belirlenmiştir. Veriler tanımlayıcı istatistiklerle değerlendirilmiş ve toprak hidrolik değişkenlerindeki farklılık ANOVA testi ve sonrasında LSD tekniğiyle karşılaştırılmıştır. Birinci dönemde; Ks, IR, S ve AS işlenmiş alanda işlenmeyen alandan
%5 önem düzeyinde farklı bulunmuştur. İşlenmiş alanda Ks, S ve λc deki dönemsel
farklılıklar önemsizken; BD ve AS 1. dönemde 2. dönemden farklı çıkmıştır. İşlenmemiş alanda AS 1. ve 3. dönemde 2. 4. ve 5. dönemlernden önemli şekilde farklı iken; Ks, S, λc 2. dönemde 1, 3, 4, 5 dönemlerinden farklıdır. Sonuçta, toprak kullanım
şeklinin toprak hidrolik özelliklerine zamansal (temporary) etkisinin önemli olduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar kelimeler: Tansiyon infiltrometresi, infiltrasyon oranı, sorptivite, doygun hidrolik iletkenlik, makropor kapillar uzunluk.
ii
COMPARING SOIL HYDRAULIC PROPERTIES DYNAMICS IN CULTIVATED AND UNCULTIVATED SOILS
Elif DEMİRAY
Gaziosmanpasa University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Soil Science Plant Nutrition
Supervisor: Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN
Soil hydraulic properties are very sensitive to changes in properties such as bulk density (BD), pore geometry, and water supply. The interactions among these variables and soil management should be understood well to effectively manage soil water. This study was conducted to analyze temporal changes of soil hydraulic properties such as infiltration rate (IR), saturated hydraulic conductivity (Ks), sorptivity (S), and
macropore capillary length ( c) in adjacent cultivated and uncultivated (alfalfa field for
more than 10 years) areas. Two large plots (each 40 m2) were set and soil hydraulic variables IR, Ks, c, BD, and aggregation index (AS) were measured periodically at 10
points in these plots. A tension infiltrometer was used to measure the variables IR, Ks, and c; and water content at field capacity and wilting point were measured with
pressure plate apparatus. Soil variables organic matter content, sand, silt, clay, and CaCO3 contents, and cation exchange capacity were measured by basic soil analysis
procedures at the beginning of the study. The data were evaluated by descriptive statistics and variables of soil hydraulics were compared by ANOVA and then LSD techniques. Except BD; Ks, IR, S, and AS were significantly different (P<0,005) in
cultivated area from uncultivated one, while c was not different. In cultivated area, BD
and AS were different in first period from the second one, while differences in Ks, S and c were insignificant. In uncultivated area; Ks, S, and c were significantly
different in 2nd period from 1th 3rd, 4th and 5th periods, while AS was significantly different in the periods of 1 and 3 from those of 2, 4, and 5. It was concluded that soil management significantly affected temporal changes in soil hydraulic properties.
Key Words: Tension infiltrometer, infiltration rate, sorptivity, saturated hydraulic conductivity, macropor capillary length, aggregation index.
2010, 83 page
iii ÖZET ... i ABSTRACT ... ii İÇİNDEKİLER ... iii ÇİZELGELER DİZİNİ ... v ŞEKİLLER DİZİNİ ... vi KISALTMALAR ... viii TEŞEKKÜR ... x 1. GİRİŞ ... 1 2. LİTERATÜR ÖZETLERİ ... 5 2.1. Toprakta İnfiltrasyon ... 5
2.2. Tarla Kapasitesi ve Solma Noktası ... 8
2.3. Toprakta Suyun Akışı ve Hidrolik İletkenlik ... 9
2.3.1. Doygun Hidrolik İletkenlik ... 10
2.3.2. Doygun Olmayan Hidrolik İletkenlik ... 11
2.3.3. Doygun ve Doygun Olmayan Akışların Karşılaştırılması ... 11
2.4. Sorptivite ... 12
2.5. Toprak İşleme ve Hidrolik Özellikler Arasındaki İlişkiler Üzerine Yapılan Çalışmalar ... 13
3. MATERYAL VE YÖNTEM... 22
3.1. Materyal ... 22
3.1.1 Çalışma Alanı ... 22
3.1.1.1. Çalışma Alanının Bitki Örtüsü …. ... 23
3.1.1.2. Çalışma Alanının Jeolojik yapısı ve Toprak Özellikleri ... 23
3.1.1.3. İklim ... 24
3.2. Yöntem ... 25
3.2.1. Tarla Denemeleri …………...25
3.2.2. Arazide toprak hidrolik özelliklerinin belirlenmesi ... 28
3.2.2.1. İnfiltrasyon Hızının Ölçümü ... 28
3.2.2.2. Hesaplamalar ... 30
iv
3.2.3.1. Toprakların Ağırlık ve Hacim Üzerinden Su İçeriği ... 33
3.2.3.2. Elekriksel İletkenlik (EC) ... 33
3.2.3.3. Tarla Kapasitesi ... 33
3.2.3.4.Daimi Solma Noktası……….……….…………...33
3.2.3.5. Toprak Reaksiyonu (pH) ... 34
3.2.3.6. CaCO3 (Kireç) İçeriği ... 34
3.2.3.7. Organik Madde İçeriği ... 34
3.2.3.8. Kuru Hacim ağırlığı ... 35
3.2.3.9. Toprak Tekstürü………...35
3.2.3.10. Agregat Stabilitesi ... 36
3.2.3.11. Katyon Değişim Kapasitesi ... 36
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA………..…...…………....…...37
4.1. ARAŞTIRMA BULGULARI ... 37
4.1.1. Tanıtıcı İstatistik Analizleri ... 37
4.1.2. İşlenmiş ve işlenmemiş Arazilerde Hidrolik Değikenlerin Karşılaştırılması ... 45
4.1.3. İşlenmiş Arazide Toprak Hidrolik Özelliklerinin Dönemsel Değişimi ... 46
4.1.4. İşlenmemiş Arazide Toprak Hidrolik Özelliklerinin Dönemsel Değişimi ... 47
4.2. TARTIŞMA ... 49
4.3. ÖNERİLER ... 56
KAYNAKLAR ... 58
EKLER…… ... 65
EK 1. Toprak Hidrolik Özellikleri………...65
v
Çizelge 3.2. İşlenmiş ve işlenmemiş arazilerde infiltrasyon çalışmalarının yapıldığı tarih aralıkları. ... 27 Çizelge 4.1. İşlenmiş arazide önceden belirlenen örnekleme noktalarının 0-15 cm
derinliğindeki toprakların bazı temel toprak özelliklerine ilişkin tanımlayıcı istatistikler (N=10)………37 Çizelge 4.2. İşlenmiş arazide önceden belirlenen örnekleme noktalarının 15-30 cm derinliğindeki toprakların bazı temel toprak özelliklerine ilişkin
tanımlayıcı istatistikler (N=10)………....39 Çizelge 4.3. İşlenmemiş arazide önceden belirlenen örnekleme noktalarının 0-15 cm derinliğindeki toprakların bazı temel toprak özelliklerine ilişkin
tanımlayıcı istatistikler (N=10)………..….…….……41
Çizelge 4.4. İşlenmemiş arazide önceden belirlenen örnekleme noktalarının 15-30 cm derinliğindeki toprakların bazı temel toprak özelliklerine ilişkin tanımlayıcı
istatistikler (N=10)...42 Çizelge 4.5. İşlenmiş ve işlenmemiş arazilerde tarla kapasitesi (TK) ve solma
noktasına (SN) ilişkin tanımsal istatistikler………..……….44 Çizelge 4.6. İşlenmiş ve işlenmemiş arazilerde hacim ağırlığı (HA), doymuş hidrolik
iletkenlik (Ks), sorptivite (S), makropor kapillar uzunluğu (λc) ve Agregat stabilitesi (AS) ne ilişkin ANOVA testine takiben ve LSD gruplamasına ait sonuçlar . ... 46 Çizelge 4.7. İşlenmiş arazide; hacim ağırlığı (HA), doymuş hidrolik iletkenlik (Ks),
sorptivite (S), makroskopik kapillar uzunluğu (λc) ve agregat stabilitesi (AS) zamansal değişimine ilişkin ANOVA testi ve LSD gruplamasına ait sonuçlar…………..………47 Çizelge 4.8. İşlenmemiş arazide; hacim ağırlığı (HA), doymuş hidrolik iletkenlik (Ks),
sorptivite (S), makroskopik kapillar uzunluğu (λc) ve agregat stabilitesi (AS) zamansal değişimine ilişkin ANOVA testi ve LSD gruplamasına ait sonuçlar………..……..48
vi
Şekil 1.1. İnfiltrasyon kapasitesinin zamana göre değişimi ... 3
Şekil 1.2. İnfiltrasyon kapasitesinin mevsimlere göre değişimi. ... 4
Şekil 2.1. İnfiltrasyonun mevsimlere göre değişimi. ... 6
Şekil 2.2. İnfiltrasyonda tk ile fk arasındaki ilişki. ... 7
Şekil 2.3. İnfiltrasyon hızının toprağın başlangıç su içeriğine göre değişimi ... 8
Şekil 2.4. İnfiltrasyonun grafikleme yöntemi ... 9
Şekil 3.1. Çalışma alanının yer bulduru haritası ... 22
Şekil 3.2. İşlenmiş arazideki deneme parseli………...……… …...26
Şekil 3.3. İşlenmemiş arazideki deneme parseli ... 27
Şekil 3.4. Çalışmada kullanılan tansiyon infiltrometresinin şematiği ... 28
Şekil 3.5. İnfiltrasyon hızının zamana bağlı değişimi ... 30
Şekil Ek 1.1. işlenmiş arazide birinci dönem (24.10.2009-28.10.2009) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doymuş hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler. ... 62
Şekil Ek 1.2. işlenmemiş arazide birinci dönem (28.10.2010-09.11.2009) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doymuş hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler………64
Şekil Ek 1.3. İşlenmiş arazide ikinci dönem (23.11.2009-26.11.2009) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doymuş hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler. ... 27
Şekil Ek 1.4. işlenmemiş arazide ikinci dönem (26.11.2009-24.12.2009) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doygun hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler. .... 69
vii
( c, cm) ve doygun hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler ... 72
Şekil Ek 1.6. işlenmemiş arazide dördüncü dönem (04.04.2010-11.04.2010) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doygun hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için
hesaplanan değerler. ... 74
Şekil Ek 1.7. işlenmemiş arazide beşinci dönem (24.04.2010-30.04.2010) yapılan testlere ilişkin infiltrasyon hızının zamana göre değişimini gösteren grafikler ve değişkenler soptivite (S, birimsiz), nihai infiltrasyon (Q, cm/sa), makroskopik kapillar uzunluk ( c, cm) ve doymuş hidrolik iletkenlik (Ks, cm/sa) için hesaplanan değerler. .... 72
viii Ks: Doygun Hidrolik İletkenlik
S: Sorptivite
c: Makropor Kapillar Uzunluğu
AS: Agregat Stabilitesi
tk: Toprağa İnfiltre Olan Su Miktarı
T: Yağış Süresi
TI: Tansiyon İnfiltrometresi
NT: Sıfır Toprak İşleme
MT: Elle Toprak İşleme
PP: Pullukla Toprak İşleme
PH: Pulluk Tırmıkla Toprak İşleme
pH: Toprak Reaksiyonu
EC: Elektriksel İletkenlik
KDK: Katyon Değişim Kapasitesi
TK: Tarla Kapasitesi
SN: Solma Noktası
OM: Organik Madde
VK: Varyasyon Katsayısı
x
esirgemeyen değerli hocam Prof. Dr. Sabit ERŞAHİN’e, çalışmalarım boyunca desteklerini esirgemeyen, attığım her adımda arkamda olan aileme ve nişanlım İlker KUŞCU’ya, tezimin başlangıcından sonuna kadar yanımda olan değerli arkadaşım Ayşe ERTAŞ’a, örnek aldığım ve her zaman izinden yürümeye çalıştığım, canım babacığım Ali DEMİRAY’a sonsuz şükranlarımı sunarım.
Elif DEMİRAY
1. GİRİŞ
Küresel ısınma nedeniyle bölgesel iklim değişiklikleri ve kuraklık giderek önem kazanmaktadır. Bu durum sahip olduğumuz su kaynaklarının daha etkin kullanılması gerektiğini gündeme taşımaktadır. Sulama suyunun etkin kullanılması bu bağlamda alınması gereken tedbirlerin başında gelmektedir. Bu ise toprakların hidrolik özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür.
Toprak suyunun hidrolojik döngüdeki yerini tayin eden yegane faktör toprak hidrolik özelliklerinin ortak bir fonksiyonu olarak beliren toprak suyu davranışıdır. Toprakta besin elementlerinin bitkiler tarafından alınması, besin elementlerinin ve kirleticilerin yıkanması, suyun bitkiler tarafından alınması ve yüzeyden buharlaşması gibi süreçlerin tamamı toprak hidrolik özellikleri tarafından kontrol edilir (Erşahin, 2001).
Toprak hidrolik özelliklerinin işleyişini anlamadan başarılı bir toprak yönetimi imkansızdır. Doymuş ve doymamış hidrolik iletkenlik, tarla kapasitesi ve solma noktası su içeriği, infiltrasyon hızı gibi dinamik özellikler toprak suyunun davranışını doğrudan etkilerken; toprak tekstürü, toprak strüktürü ve toprak sıkışması gibi nispeten statik özellikler ise dolaylı etkilidir. Toprak suyu davranışının anlaşılabilmesi için bu statik ve dinamik özellikler arasındaki etkileşimin bilinmesi gerekmektedir (Erşahin, 2001).
Doygun hidrolik iletkenlik değerleri sulama sistemlerinin projelenmesi ve toprak suyunun hareketini karakterize etmek için kullanılmaktadır. Toprak işleme hidrolik iletkenliği doğrudan etkileyen faktörlerden biridir (Munsuz, 1982).
Toprağın hidrolik özelliklerinin bozulması iki açıdan önem taşımaktadır. Birincisi toprağa infiltre olan su miktarının azalması, buna bağlı olarak toprakta depolanan yarayışlı su miktarı azalması, ikincisi ise yüzey akış kayıpları ve buna bağlı olarak erozyonun artmasıdır (Hardy ve ark, 1983; Buckman ve Brady, 1967; Miller ve Donahue, 1995).
İnfiltrasyon suyun toprağa girişi olarak tarif edilir. İnfiltrasyon hızı veya infiltrasyon kapasitesi ise toprağın birim yüzeyinden birim zamanda toprak profiline giren suyun hacmi olarak bilinir (Hillel, 1980). İnfiltrasyon hızı, toprağın (1) Yüzey koşulları; (2) başlangıç su içeriği; (3) hidrolik iletkenliği; (4) tekstür, strüktür, hacim ağırlığı ve gözenek büyüklük dağılımına bağlı olarak değişen değerler alabilir (Hillel, 1980). İnfiltrasyon hızı yukarıda sayılan etmenlerin karşılıklı etkisi sonucu mevsimlere göre oldukça değişken bir durum gösterir. Toprak işleme yüzeyde oluşan kabuk tabakasını kırarak infiltrasyonu artırmak, erozyonu azaltmak ve daha sonra yapılacak bitkisel üretim için toprakta daha fazla su depolamak için bütün topraklarda etkin olarak kullanılabilir (Jones ve ark., 1990).
Toprağın infiltrasyon hızını artırmada en etkili toprak işleme sistemleri, toprak yüzeyinde fazla anız bırakan veya toprak yüzeyini pürüzlü veya kabuk bağlamaya karşı dayanıklı bırakan sistemlerdir.
İnce tekstürlü toprakların infitrasyon hızı doğal olarak düşüktür. Ayrıca, yağmur damlalarının darbe etkilerine karşı bitki artıkları veya suya dayanıklı agregatlarca korunmayan toprakların yüzeylerinde zamanla oluşan kabuk, bu topraklarda infiltrasyon hızını önemli ölçüde düşürebilir. İnfiltrasyon hızı düştükçe, yüzey akışı artar ve dolayısıyla toprak kaybı hızlanır (Erşahin, 2001).
Bir toprağın infiltrasyon kapasitesi sabit değildir. Kuru bir toprak yüzeyine su uygulandığında, toprağın infiltrasyon hızı başlangıçta yüksek olup bu değer, giderek azalarak sabit bir düzeye gelir. Bununla beraber eğer toprak yüzeyi ıslanmazlık özelliğine sahip ise başlangıçta infiltrasyon kapasitesi düşük olup, sonradan yükselip tekrar azalır (Şekil 1.1).
İnfiltrasyon kapasitesindeki tipik azalma toprak kolloidlerinin şişmesi, havanın hapis olması, toprak nemi kapsamındaki artış sonucu kapillar güçteki azalma ve toprak gözenek miktarının azalmasından kaynaklanır. İnfiltrasyon kapasitesindeki sınırlama toprak içerisindeki perkolasyon oranına bağlı olup, bu zaman içerisinde çok az değişir (Özhan, 2004).
İnfiltrasyon kapasitesindeki mevsimlik değişim, toprağa organik maddenin eklenmesi donma/çözülme ve ayrışması, bitki gelişimi ve toprakta yaşayan hayvanların aktiviteleri ile iklim değişikliklerinden kaynaklanır. İnfiltrasyon kapasitesinin mevsimlik değişimine ilişkin genel seyir Şekil 1.2‘de görülmektedir.
Şekil 1.1. İnfiltrasyon kapasitesinin zamana göre değişimi (Satterlund, 1972)
Yağışın mevsimlere göre çok değişken olmadığı durumlarda maksimum infiltrasyon şiddeti vejetasyon dönemi sonuna doğru gerçekleşir. Havanın sıcaklığı suyun vizkozitesini etkiler ve dolayısıyla infiltrasyon şiddeti de etkilenir. Toprağın donması ile infiltrasyon kapasitesi şiddetli bir azalma gösterir. Kaba tekstürlü topraklarda infiltrasyon kapasitesinin mevsimlik değişimi genellikle daha düşüktür (Özhan, 2004).
Şekil 1.2. İnfiltrasyon kapasitesinin mevsimlere göre değişimi (Satterlund, 1972)
Toprak işleme faktörüyle birlikte infiltrasyon kapasitesinin zamanla değişimini değerlendirdiğimizde ise karşımıza şöyle bir sonuç çıkar. Toprak yüzeyinde oluşan kabuk, malç veya gelişen vejetasyon gibi yüzey koşulları, yağış yoğunluğunun fazla olduğu ilkbahar aylarında, suyun toprağa infiltrasyonunu etkileyebilir. Ayrıca, uzun süreli yağışların görüldüğü bahar aylarında, toprak profilinde bulunabilecek geçirimsiz bir tabaka, toprağın infiltrasyon hızını olumsuz yönde etkileyebilir. Bu koşulların oluşması halinde ortaya çıkacak olumsuzluklar toprak işleme ile kontrol edilebilir. Bunun yanında, bazı bitkilerin üretiminde, toprak işleme tamamen veya kısmen ihmal edilerek infiltrasyon hızı artırılabilir (Özhan, 2004).
Bu çalışma ile işlenen ve işlenmeyen alanlarda toprak hidrolik özelliklerinin zamanla değişiminin karşılaştırılması hedeflenmiştir. Bu bağlamda, birbirlerine bitişik işlenen ve işlenmeyen iki arazide tansiyon infiltrometesi ile farklı zamanlarda ölçülen infiltrasyon hızı, doygun hidrolik iletkenlik ve sorptivite karşılaştırılmıştır.
2. LİTERATÜR ÖZETLERİ
2.1. Toprakta İnfiltrasyon
Yağışların önemli bir miktarı toprak içine sızar. Geri kalan kısım su, sıcaklık ve toprak özellikleri tarafından kontrol edilir. Suyun toprak yüzeyinden toprak içine girmesi veya sızması olayına ‗‘infiltrasyon‘‘ denmektedir. Birim zamanda toprağa giren su miktarına ise ‗‘infiltrasyon hızı‘‘ veya ‗‘su alma hızı‘‘ adı verilir (Güngör ve ark., 1996).
Başlangıçta kuru bir toprağın infiltrasyon hızı maksimumdur. Yağmur devam ettikçe, infiltrasyon hızı da gittikçe azalır. Bu azalma; toprak gözeneklerinin su ile dolu olması yağmur damlalarının yüzey toprağını sıkıştırması, toprak kolloidlerinin şişmesi ve gözenekleri küçültmesi, yüzeydeki ince materyalin alt katlara taşınıp gözenekleri tıkaması, toprakta havasının sıkışarak suyun hareketini engellemesi vb faktörler tarafından kontrol edilir (Munsuz, 1984).
Yağış miktarı infiltrasyon kapasitesinin üstüne çıktığı zaman su yüzeyden akar. Bu sebeple bir toprağın infiltrasyon hızı yağış sırasında maksimumdan başlayarak minumuma yaklaşır ve yüzeyden akıp giden su da buna paralel olarak giderek fazlalaşır (Ergene, 1993).
Şiddetli yağışlarla oluşan su erozyonu yüzey akışı ile toprak kaybına neden olmaktadır. Yüzey akışı ise tarla toprağında su infiltrasyon hızının (oranının) yetersiz olmasından kaynaklanmaktadır. İnfiltre olacak su miktarı, pullukla sürüm ve düzeç eğrilerine paralel tarım yöntemleri ile artırılır. Toprak işleme derinliğinin artması ile toprağın su alımı kolaylaşmaktadır. Tarla toprağının iyi işlenmesi, özellikle başlangıç infiltrasyon oranını artırmaktadır. Tarım arazilerinde toprak işleme derinliğinde artan gözeneklilik yağmur sularının hızla emilmesini sağlamaktadır (Akalan, 1974).
Çalışmalar, başlangıçta infiltrasyon hızının yüksek olduğunu göstermektedir. Ancak birkaç dakika sonra; infiltrasyon şiddeti, boşlukların doluluğu ve serbest havanın direncine bağlı olarak, hızla azalma gösterir. Şekil 2.1‘de yaz ve kış mevsimlerindeki
infiltrasyon hızlarındaki değişme gösterilmiştir. Ortalama infiltrasyon şiddeti (fk); yağmurun yağış süresine (T) bağlıdır. Toprağa infiltre olan su miktarının tamamının (tk), yağış süresine (T) bölünmesi ile, ortalama infiltrasyon hızı veya şiddeti (fk) bulunur.
Şekil 2.1. İnfiltrasyonun mevsimlere göre değişimi
Ortalama infiltrasyon şiddetine (fk) bağlı olarak infiltrasyon sürelerinin değişimi Şekil 2.2‘de verilmiştir. Bu şekle göre, ortalama infiltrasyon şiddeti (fk) arttıkça, toprağa infiltre olan su miktarı/yağış süresi (tk/T) oranı da artmaktadır. İnfiltrasyonun başlangıç safhasında, infiltrasyon hızı, toprak üst tabakasının sahip olduğu nem içeriği tarafından önemli şekilde etkilenir.
Şekil 2.2. İnfiltrasyonda tk ile fk arasındaki ilişki
İşlenmiş tarla topraklarında, yağış sularının infiltrasyon hızının çok düşük olduğu, buna karşın 10 cm derinlikte toprak sürümü ile infiltrasyon oranında önemli bir artış sağlandığı araştırmalar sonucu belirlenmiştir. Çalışmalar drenajı iyi olmayan topraklarda, infiltrasyon oranın artırmada en elverişli toprak işleme aracının pulluk olduğunu ortaya koymaktadır. Sürüm derinliğinin artması ile toprak infiltrasyon oranını ve gözenekliliğinin büyük ölçüde arttığı, toprak hacim ağırlığının ise azaldığı görülmüştür. Ayrıca sürüm derinliğinin artması ile toprağın su tutma kapasitesininde arttığı belirlenmiştir (Browning ve Varto, 1945).
İnfiltrasyon hızlarının toprakların başlangıç su içeriklerine göre değişimi Şekil 2.3‘te verilmiştir (Rethati, 1983).
Şekil 2.3. İnfiltrasyon hızının toprağın başlangıç su içeriğine göre değişimi
İnfiltrasyon denilince genellikle suyun toprağa düşey doğrultuda ve tek boyutlu olarak girmesi anlaşılmaktadır. Ancak suyun toprağa tek doğrultuda girmesi ve doymamış ortamdaki tek boyutlu akımı söz konusu değildir. İki boyutlu girişlerden ve yayılmalardan söz edilebilir.
2.2. Tarla Kapasitesi ve Solma Noktası
Serbest drenaj şartları altında bir toprağın tutabildiği maksimum su içeriğine, toprağın tarla kapasitesi denir. Tarla kapasitesi yerçekimi ve kapillar kuvvetler arasında dengede tutulan su olarak ta tarif edilebilir (İpek, 2006). Bu tutulan su; kılcal ve elektriksel kuvvetlere bağlı olduğu için tarla kapasitesi; toprağın bünyesine, dane şekline ve boşluk geometrisine bağlı olarak önemli farklılıklar gösterir. Sonuç olarak tarla kapasitesi; ağır bünyeli topraklar için yüksek, hafif bünyeli topraklarda düşük değerlere sahiptir. Tarla kapasitesine sahip bir toprakta toprak-nem tansiyonu (gerilimi), 1/10-2/3 atm arasında bulunmaktadır. Ağır bünyeli topraklarda tarla kapasitesine karşı gelen gerilim 2/3 atm,
hafif bünyeli topraklarda ise 1/10 atm dolaylarında bulunur. Uygulamada ise ortalama bir değer olarak 1/3 atm‘e karşı gelen su içeriği tarla kapasitesi olarak alınır (Tekinsoy, 2002).
Toprak rutubet seviyesi öyle bir seviyeye gelir ki toprak rutubet basıncı yükselir. Bitki köklerinin emme kuvveti suyun toprak daneleri tarafından tutulma kuvvetini yenemez. Bitki kökleri su alamaz ve solmaya başlar (İpek, 2006). Toprağın solma noktasına karşı gelen su içeriği ağır bünyeli topraklarda yüksek, hafif bünyeli topraklarda ise düşüktür. Yine solma noktasına karşı gelen toprak-nem gerilimi 7-40 atm arasında değişir. Ağır bünyeli topraklarda toprak-nem gerilimi 40 atm, hafif bünyeli topraklar için 7 atm dolaylarındadır. Pratik amaçlar için solma noktasına karşı gelen nem içeriği toprak daneleri tarafından 15 atm‘de tutulduğu yaklaşımı yapılmaktadır (İpek, 2006).
2.3. Toprakta Suyun Akışı ve Hidrolik İletkenlik
Toprak gibi gözenekli ortamlarda sıvı akışının ölçümü oldukça karmaşıktır. Eğer toprak gözeneklerinin tümü tekdüze yarıçapta düzgün ve doğrusal borular şeklinde olsa idi, toplam akım, bireysel gözeneklerdeki (borulardaki) akımın toplamı olabilirdi.
Toprak gözenekleri homojen yarıçaplı düzgün borular şeklinde olmayıp çok değişik biçimlerde ve kıvrımlılık gösteren birbirine bağlı kanalcıklar halinde bulunurlar. Toprak içerisinde boyunlar, bükülmeler ve kapalı yollar vardır ve akım sayısız engelle karşılaşır. Bu bakımdan bir toprak örneğinde akımın desenini ve gerçek geometrisini mikroskobik ölçekte tanımlamak imkansızdır. Akım hızı bir noktadan diğerine değiştiği gibi, aynı akım yolunda da değişebilir. Bu nedenle toprak gibi karmaşık bir sistemde, toplam toprak hacmi içerisindeki mikroskobik hızların ortalaması olan makroskopik akım hızının konu edilmesi daha uygundur. Yani gerçek akım deseni (ayrıntılı akım) bilerek ihmal edilir ve toprak gözeneklerinin ve katı fazın benzer dağılım gösterdiği kabul edilerek işlem yapılır (Özdemir, 1998).
Toprak gözenekli bir ortam olup, su hareketi toprak gözenekleri içerisinde yer almaktadır. Toprakta sıvı fazda iki farklı tipte su hareketi gözlenmektedir. Toprakta
suyun hareketi gözeneklerin tamamının akış halindeki sıvı ile dolu olup olmamasına göre doygun ve doygun olmayan koşullarda ifade edilmektedir (Özdemir, 1998).
2.3.1. Doygun Hidrolik İletkenlik
Toprakta gözeneklerin tümünün değilse çoğunluğunun su ile dolu olduğu koşullardaki toprağın suyu geçirme kapasitesidir. Bu duruma taban suyu tablası altındaki bölgede veya bazen ağır yağış ve sulama anında ya da sonrasında geçici olarak üst toprakta rastlanmaktadır. Bu koşullarda toprak suyu basınç potansiyeli veya hidrolik yük altındadır. Makroskopik bakımdan tekdüze doymuş bir toprak gövdesindeki doygun akış Darcy yasası ile birinci eşitlikte olduğu gibi ifade edilir;
J Ksi (1.1) Burada, J, gözenekli ortamda sıvının akışı, Ks, doygun hidrolik iletkenlik, i ise hidrolik
eğimdir (Özdemir, 1998).
Toprakta su akış hızı birim zamanda toprağın birim kesit alandan birim yük farkı altında geçen su miktarıdır ve birimi, uzunluğun zamana oranı olarak ifade edilir (Özdemir, 1998).
Darcy yasasına göre doygun hidrolik iletkenlik birim hidrolik eğim altında su akış yönüne dik olan gözenekli ortamın birim kesit alanından birim zamanda geçen suyun miktarı olarak tanımlanabilir.
Hidrolik iletkenlik, doygun koşullarda toprakların su iletim kabiliyetleri arasındaki farlılıkların belirlenmesine hizmet eden bir değişkendir. Özellikle tarımsal ve mühendislik amaçlı drenaj sorunlarının çözümünde toprağın hidrolik iletkenlik değerinin bilinmesi gerekir. Ayrıca toprakların strüktürü ve strüktür stabilitesi hakkında bilgi verir (Özdemir, 1998).
2.3.2. Doygun Olmayan Hidrolik İletkenlik
Toprakta doymuş koşullarda su hareketi önemli ise de arazi koşullarında genellikle topraklar doymuş halde değildirler. Yani toprak-bitki-su ilişkileri ve bitki kök bölgesindeki su hareketleri genellikle doygun olmayan koşullarda oluşur. Doymamış olan koşullardaki su hareketin açıklaması doymuş akışa göre çok daha zordur. Çünkü akım esnasında toprak suyunun miktarı ve durumu değişebilir. Bu durum toprağın nem kapsamı, emiş değerleri ve iletkenlikteki değişimleri içermekte olup histerisisin etkisi bu değişimleri daha da kompleks hale getirmektedir (Özdemir, 1998).
Doygun olmayan akışın doygun akıştan en büyük farkı, hidrolik eğimdeki toplam potansiyelin basınç potansiyeli yerine matrik potansiyelden meydana gelmesidir. Doymamış topraklarda bir noktaya ait suyun toplam potansiyeli toprak tarafından suyun tutulmasını ifade eden matrik potansiyel ile yer çekimi potansiyelinin bileşkesine eşittir. Bu durumda doygun akışta Darcy yasasındaki sabite olarak verilen hidrolik iletkenlik değeri doygun olmayan akışta sabit bir değer olmayıp matrik potansiyel veya hacimsel su içeriğinin bir fonksiyonu olarak ifade edilmektedir (Özdemir, 1998).
2.3.3. Doygun ve Doygun Olmayan Akışların Karşılaştırılması
Topraktaki akım, iki nokta arasında bir potansiyel farkın bulunduğu koşullarda ortaya çıkan itici kuvvetin etkisinde meydana gelir ve azalan potansiyel doğrultusunda gerçekleşir. Akımın hızı potansiyelin eğimi ile orantılı olup, akım gözeneklerin geometrik karakterinden etkilenir. Bu ilkeler doymuş ve doymamış koşullardaki her iki akım içinde geçerlidir (Özdemir, 1998).
Doygun bir toprakta suyu hareket ettirici kuvvet, basınç potansiyelinin eğimidir. Doygun olmayan toprakta su gözenekler içerisinde kılcal kuvvetler tarafından tutulmaktadır. Toprak tarafından oluşturulan negatif basınç veya emişte oluşan suyu hareket ettirici kuvvet ise matrik potansiyelinin eğimidir. Toprakta su emiş kuvvetinin az olduğu yerden fazla olduğu yere doğru hareket eder. Hareket iki nokta arasında denge oluşuncaya kadar devam eder. Başlangıçta kuru olan bir toprağa suyun girişi
esnasında, ‗‘ıslaklık cephesi‘‘ boyunca suyu hareket ettiren kuvvet oldukça fazladır. Bu tip bir potansiyel eğim yerçekimi kuvvetinin birkaç katı olabilir (Özdemir, 1998).
Doygun olmayan koşullardaki akışı etkileyen başlıca toprak özellikleri; toprak nem miktarı, tekstür ve strüktür olarak belirtilebilir. Diğer taraftan kil tipi, organik madde miktarı, değişebilir katyonların tabiatı ve konsantrasyonu gibi diğer bazı fiziksel ve kimyasal toprak özelliklerinin de akışı etkilediği ifade edilebilir (Özdemir, 1998).
Doygun ve doygun olmayan koşullar arasındaki en önemli fark hidrolik iletkenlik ile ilişkilidir. Doygun koşullarda bütün gözenekler su ile doludur. Bu nedenle hidrolik iletkenlik yüksektir ve sabit bir değere sahiptir. Toprak su miktarı azalarak doygunluk durumundan uzaklaşmaya başlayınca daha geniş gözenekler hava ile dolmaya başlar ve toprağın iletken olan kısmı aynı oranda giderek azalır. Böylece doygun olmayan koşullarda nem miktarındaki azalmaya paralel olarak su daha küçük gözeneklerde hareket etmek zorunda kalır. Toprakta boş gözenekler arttığı için kuruma anında bükümlülük artar. Kaba tekstürlü topraklarda veya iyi agregatlaşmış topraklarda doygun koşullarda suyun hızlı iletimini sağlayan geniş gözeneklerin boşalmaları nedeni ile bu gözenekler yalıtkan hale geçer suyun bir gözenekten diğerine geçmesine engel olurlar.
Yukarıda anlatılan nedenlerden dolayı doygun koşullardan doygun olmayan koşullara gidildikçe, hidrolik iletkenlikte önemli bir azalma meydana gelir. Bu azalma bazen doygunluktaki değerin çok altına düşebilir ve su içeriği o kadar azalır ki, bir miktar akımın oluşması için çok uzun süre beklemek gerekebilir (Özdemir, 1998).
2.4. Sorptivite
Sorptivite daha çok hidrolojik çalışmalarla yararlanılan bir değişkendir. Toprak hidrolik özelliklerinin oluşmasında gözeneklerin büyüklüğü, dağılımı ve boşluk geometrisi ve onun toprak içerisindeki birbirleri ile olan ilişkileri önemli rol oynar. Bu özellikler hidrolik iletkenlik, matrik ve tansiyon akı potansiyelleri ve toprak sorptivitesi üzerinde başlıca etkiye sahiptirler. Sorptivite yerçekimi etkisi olmadan toprak tarafından suyun emilmesinin bir ölçüsüdür. Sorptivite, infiltrasyonun erken kısımlarında süreci idare
eden en önemli değişkendir. Bilindiği gibi sorptivite, değişik topraklara göre değişik değerler alan bir özelliktir. Bu değer toprağın başlangıçta içerdiği su içeriğine bağlı olarak da değişir (Tekinsoy, 2002).
Sorptivite, istatistiksel olarak log-normal bir dağılım gösterir. Bu yargı, sorptiviteyi Ks
doygun hidrolik iletkenlik cinsinden ifade eden denklemlere dayanmaktadır. Nielsen ve ark. (1973) tarafından gösterildiğine göre, Ks (doygun hidrolik iletkenlik)‘nin dağılımı
log-normal olduğuna göre, sorptivitenin de aynı dağılımı göstermesi gerekir. Ancak pratik olarak sorptivitenin normal dağılım gösterdiğinin kabul edilmesi, çok fazla hata getirmemektedir. Çünkü geniş alanlara ait sorptivitedeki değişmeler, kabul edilebilir mertebede kalmaktadır. Pek çok araştırmacı Ks ve sorptivitesi arasındaki ilişkiyi
araştırmıştır. Bunun başlıca nedeni sorptivitenin arazide kolayca ölçülebilmesidir (Tekinsoy, 2002).
Bazı araştırıcılar Sorptivite (S(θ)) ile Ks arasında bir ilişkinin olup olmadığını istatistik
olarak ele almışlardır. Sharma ve ark. (1980) ve Talsma (1969) S(θ) ile Ks arasında zayıf bir ilişkinin olduğunu rapor etmiştir. Bu çalışmalarda sonuca etki eden asıl etmenin, ölçülen sorptivite değerinin toprağa ait başlangıç su içeriğine bağlı olması ve etkilenmesidir. Ayrıca Ks tanım olarak da su içeriğinden (θ ) bağımızdır. Fakat sorptivite
θ ya bağlı olarak değişir. Tek bir su içeriğindeki toprak için S(θ) nın arazi ölçmelerine dayanan θ nın farklı değerleri için sorptiviteyi tahmin için geliştirilen doğrusal bir yöntem bulunmaktadır. Doğrusal kabul ilk kez Chapman (1970) tarafından yapılmıştır. Yöntemin uygunluğu ise arazi deneyleri ile teyit edilmiş bulunmaktadır.
2.5. Toprak İşleme ve Hidrolik Özellikler Arasındaki İlişkiler Üzerine Yapılan Çalışmalar
Toprak işleme ile toprağın hidrolik özellikleri arasındaki ilişkileri konu alan az sayıda araştırma yapılmıştır. Örneklemedeki karmaşıklık ve bu özelliklerin belirlenmesinde kullanılan tekniklerdeki zorluklar, bir çok araştırmacının bu konudan uzak kalmasına neden olmuştur. Araştırmacılar daha çok kolayca elde edilen ve yorumlanan, toprağın
statik özellikleri ile toprak işleme arasındaki ilişkileri araştırmayı tercih etmişlerdir (Klute, 1982).
Ehlers ve Van der Ploeg (1977), gri kahverengi bir podzolik toprakta (Eutroboralf) sıfır toprak işleme ve diğer farklı toprak işleme uygulamalarının toprağın hidrolik özellikleri üzerine olan etkilerini araştırmıştır. Hidrolik iletkenliğin 34 cm3
cm-3‘den daha yüksek su içeriğinde, işlenmiş toprağın 10 – 20 cm derinliğinde işlenmemiş toprağınkinden daha yüksek olduğunu bulmuşlardır. Buna karşın, düşük su içeriklerindeki toprak su yayınmasının işlenmiş toprağın 10-20 cm derinliğinde işlenmemiş olandan daha yüksek olduğunu bulmuşlardır. Bu çalışmada, toprak işleme toprağın makrogözeneklerini tahrip ederek yüksek su içeriklerinde toprağın hidrolik iletkenliğini düşürmüştür. Ancak, daha yüksek emişlerde, hidrolik iletkenlik ile toprağın mezo-gözenek içeriği arasındaki yakın ilişki nedeniyle, toprak işleme ile toprağın mezo-gözenek içeriği arttığı için işlenen topraktaki hidrolik iletkenlik işlenmeyen topraktakine göre daha yüksek bulunmuştur. İşlenen toprakta, toprak işleme derinliğinin altında yer alan 20-30 cm derinlikteki toprak tabakasında hidrolik iletkenlik, toprak işlemenin neden olduğu sıkışma nedeniyle, işlenmeyen topraktakine nazaran daha düşük bulunmuştur (Erşahin, 2001).
Allmaras ve ark. (1977) tarafından walla walla siltli kili (coarse-silty, mixed, mesic Typic Haploxeroll) üzerinde yürütülen bir arazi çalışmasında, işlenen toprağın 50 ile -300 mb arasında tuttuğu su miktarı işlenmemiş olan toprağa nazaran biraz daha düşük bulunmuştur. Ancak, -50 mb‘dan daha yüksek potansiyellerde tutulan su miktarları için iki toprağın su içerikleri arasında fark bulunmamıştır (Erşahin, 1990).
Bouma ve ark. (1975) Tama siltli tını ve Oshkosh kilin‘e ait işlenmiş ve işlenmemiş pedon çiftlerine ait başlıca horizonların morfolojisi ve hidrolik özelliklerini araştırmışlardır. Araştırma sonucunda; makrogözeneklerin sayılarındaki düşme nedeniyle, kultivasyon altındaki toprakların doygunluktaki hidrolik iletkenlikleri işlenmeyen alanlarınkinden daha düşük bulunmuştur. Tama siltli tınının Ap ve A1 horizonları dışında bütün işlenen toprakların belirli bir tansiyonun altındaki hidrolik iletkenlikleri işlenmeyen topraklardan daha yüksek bulunmuştur. Bu durum, toprak
işlemenin neden olduğu toprağın mezo ve mikro gözeneklerindeki artıştan ileri gelmiştir (Klute, 1982).
Toprak işlemenin infiltrasyon üzerine etkilerini konu alan birçok araştırma yapılmıştır. Bu araştırmaların sonuçları, bazı koşulları altında infiltrasyonu önemli şekilde etkileyen faktörlerin, diğer bazı koşullar altında çok az etkilediklerini veya hiç etkilemediklerini göstermiştir. Ayrıca, yapılan bir araştırmada, toprak yüzeyinde oluşan kabuğun kültivatörle kırılmasının infiltrasyon hızını önemli şekilde artırdığı görülmüştür (Edwards, 1982).
Toprak profili su ile doygunluğa ulaştığında, toprağın infiltrasyon hızı toprak içerisindeki en geçirimsiz tabaka tarafından belirlenir (Hillel, 1980). Geçirimsiz tabakanın dip kazanla parçalanması bir dereceye kadar infiltrasyon hızını artırabilir (Edwards, 1982).
Yapılan birçok araştırma işlenmeyen toprakların infitrasyon hızlarının daha yüksek olduğunu göstermiştir. İşlenmeyen topraklardaki yüksek infiltrasyon hızı bu toprakların süreklilik gösteren ve yüzeye kadar uzanan makro-gözenek ağlarından ileri gelmektedir (Erşahin, 2001). Yüzeyle bağlantılı bu makro-gözeneklerin infiltrasyon hızına katkısı, bu gözeneklerin hidrolik özellikleri, orijinleri, şekilleri, ve bükümlülükleri tarafından belirlenir (Edwards 1982).
Ehlers ve ark. (1977). Almanya‘da lösden oluşmuş bir toprağın geleneksel toprak işleme yöntemiyle işlendiğinde, solucanlarca oluşturulmuş makro-gözenek ağının tamamen tahrip edilmesi nedeniyle, infiltrasyon hızının önemli şekilde düştüğünü belirtmektedir.
Geleneksel toprak işleme ve sıfır toprak işlemenin toprağın infiltrasyon hızına etkilerinin araştırıldığı bir araştırmada, geleneksel toprak işlemenin sürdürüldüğü su toplama havzasında yüzey akışının sıfır toprak işlemenin sürdürüldüğü havzadakinden 20 kat daha fazla olduğu gözlenmiştir (Edwards, 1982).
Longsdon ve ark. (1993) toprak suyu basıncının (h) bir fonksiyonu olarak doymamış hidrolik iletkenlik K(h) tespitinde hesaplama yöntemlerini ve tansiyon infiltrometresi tekniklerini karşılaştırmak amacıyla yaptıkları bir çalışmada; Ankey ve ark., (1988)‘in açıkladığı gibi rezervin ve hava kabarcık tüpünün kaldırılamaması ve transducerlerle donatılmış olması gibi birbirlerinden bazı farklılıklar gösteren iki değişik infiltrometre (geniş yüzey-küçük yüzey) kullanmışlardır. White ve Sully Metodu, Smettem ve Clothier Metodu, Ankey ve ark. Metodu ve Regression metotları arasındaki faklılıkları karşılaştırmak amacıyla, dört farklı alanda yaptıkları çalışmalar sonucunda; Tansiyon infiltrometresinin doyuma yakın K(h) değerini belirlemek için kullanılabileceğine, K bir basınç değerindeyse ve toprak önceden ıslatılmamışsa; White ve Sully (1987) prosedürünün kullanışlı olabileceğine, Smettem ve Clothier (1989) metodunun iki infiltrometre büyüklüğü kullanıldığında gerçek olmayan hesaplamalarla sonuçlandığına, ve S‘nin tahminlerindeki benzerliğin farklı büyüklükler için geçersiz olduğuna ulaşmışlardır.
Reynolds ve ark. (2000) doymuş hidrolik iletkenliğin tahmininde (Ks) tansiyon
infiltrometre (TI), basınç infiltrometre (PI) ve toprak kabuk (SC) metodlarını kullanmış ve bu metodları kumlu, tınlı, killi tınlı olmak üzere üç farklı tekstür ve geleneksel toprak işleme, sıfır toprak işleme (no-till) ve doğal vejetasyon uygulamalarında karşılaştırmıştır. Çalışmada TI metodu akışı sınırlayan faktörlerden dolayı Ks değerini
diğer iki metoda göre beklenilenin altında belirlerken, SC metodu ise toprak tipine bağlı kalmaksızın sıfır toprak işleme ve doğal vejetasyon uygulamalarında Ks değeri için TI
metoduna göre daha yüksek değer vermiştir. Ks değerindeki bu artış yarıklar, kök kanalları ve solucan kanalları yoluyla olan akışa bağlanmıştır. PI metodunun ise killi tınlı toprakta geleneksel işleme ve sıfır toprak işleme uygulamalarında istenilen sonucu vermediği görülmüştür.
Waduwawate ve ark. (2004), Kanada Satkatchevan‘da eğimli yüzeylerde toprak hidrolik özelliklerinin belirlenmesinde tansiyon ve çift halkalı infiltrometre kullanımı üzerine çalışma yapmışlardır. Araştırmacılar; % 0, 7, 15 ve 20 eğimli toprak yüzeylerinde -3, -6, -10, -13 ve -22 cm su basıncında tansiyon ve çift infiltrometreleri kullanmış ve sabit-durum infiltrasyon oranı, doymuş hidrolik iletkenlik, su basıncının
bir fonksiyonu olan doymamış hidrolik iletkenlik, makroskopik kapilar uzunluk ve makro-mezo gözeneklilik değişkenliklerini karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda değişkenlerin düz ve eğimli yüzeylerde P<0,05 önemli derecede farklı olmadığını bildirmişlerdir. Ayrıca çalışma %20 den yukarı eğimlerde toprak hidrolik özelliklerinin belirlenmesinde tansiyon ve çift infiltrometrelerinin kullanılabileceğini vurgulamışlardır .
Watson ve Luxmoore. (1986), Roone şehrinde küçük ormanlık alanında tansiyon infiltrometresini kullanarak makro gözenekliliği tahmin etmişlerdir. Araştırmacılar; 0, -3, -6 ve -15 cm basınçta göl akış koşullarında üç farklı infiltrasyon ölçümleri yapmışlar, ölçümler sonucunda 0-3 cm arasındaki basınçta infiltrasyonda büyük azalış görülmesinin nedeni olarak doymuş akış koşullarında büyük gözeneklerin varlığına bağlamışlardır.
Waduwawatte ve ark. (2004), tansiyon infiltrometre ile makro-mezo gözenekliliği belirlemek için yaptıkları çalışmada tansiyon infiltrometre ile -0,3 den -2,2 kPa kadar farklı basınçlarda, çift silindir infiltrometresi ile 0,35 kPa basınçtan elde ettikleri verilerle gözenekliliğin hesaplamasında gerekli olan ölçümlerin sayısını azaltan yeni bir metod geliştirmişlerdir.
Walker ve ark (2006) tansiyon infiltrometresinde disk ile toprak teması arasındaki daimi basınç miktarını belirlemeye çalışmışlardır. İki farklı tekstürde 0,-10,-20 ve 60 mm basınçta infiltrasyon ölçümleri alınmıştır. Bu araştırmacılar, akışın yüksek olduğu gözenekli topraklarda hidrolik özelliklerin belirlenmesinde tansiyon infiltrometrelerinin kullanılabileceğini vurgulamışlardır.
Elliott ve Efetha (1999) Kanada‘da yapılan bir çalışmada %6 dan %30‘ a kadar eğimli yüzeylerde geleneksel ve sıfır toprak işleme (no-till) uygulamaların varlığında infiltrasyon oranlarını belirlemişlerdir. Joel ve Messing (2000) tansiyon infiltrometrelerini kullanarak eğimli alanlarda doymuş koşullarda hidrolik iletkenliğin belirlenmesi üzerine çalışmışlardır.
Angulo-Jaramillo ve ark. (1997) Akdeniz bölgesininde kumlu (Xerochrept) ve taşlı kumlu (Alfisol) topraklarda, tansiyon infiltrometresini kullanarak sorptivite, gözenek çapları ve hidrolik iletkenliğin doymamış karakteristiklerini tahmin etmişlerdir. Mısır ile kaplı her iki toprağa farklı toprak işleme ve sulama sistemleri uygulanmış, çalışmada infiltrasyon ölçümleri için iki farklı periyot seçilmiştir. Sulamaya ve hasada başlamadan önce klor kimyasalıyla dolu tansiyon infiltrometresiyle ölçüm dönemlerinde disk altından alınan toprak örnekleriyle hareketli su içeriğinin belirlenmesine çalışılmıştır. Mısırın yetişme dönemi boyunca kumlu toprakların hidrolik özelliklerinde önemli bir azalma görülmüştür. Hacim ağırlığında ise, toprak yüzeyinde birbirleriyle bağlantılı küçük porların bulunmasının sonucu olarak artış gözlenmemiştir. Taşlı toprakta ise; hidrolik iletkenlikteki değişim mısırın yetişme döneminde önemsiz bulunmuştur. Mısırın gelişme dönemi boyunca su içeriğindeki artış, hidrolik iletkenlik ve sorptivitedeki değişimleri ve tansiyon infiltrometresinde gözeneklerin kaynağını en iyi şekilde anlamamızı sağlamıştır.
Blevins ve ark. (1984), Almanya‘da yaptıkları toprak işleme çalışmalarında klasik yöntemle anıza ekim yönteminin siltli topraklardaki hidrolik iletkenlik özelliğine etkisini araştırmışlardır. Araştırmacılar, doygun olmayan koşullarda ve düşük gerilim sınırlarındaki hidrolik iletkenliği toprak işlemeye göre; anıza ekimde daha yüksek bulmuşlardır. Araştırmacılar bunda geniş gözeneklerin, toprak solucanlarının etkileri gibi sebeplerle hidrolik iletkenliğin sürekliliğinin sağlanmasında bir faktör olduğunu fakat temelde anıza ekimde toprağın yapısının bozulmaması nedeniyle toprak tabakaları arasındaki küçük gözeneklerin hidrolik iletkenlik sistemin sürekliliğinin korunmasına yardımcı olduğu sonucuna varmıştır (Hocaoğlu, 2007).
Makine trafiğinin artışı toprağın hacim ağırlığını artırmakta, bu durum ise; ürün verimini olumsuz etkilemektedir. Toprak hacim ağırlığının artışı, toprak içine kök penetrasyonunu, oksijen kullanılabilirliğini ve toprak içine su infiltrasyonunu azaltır (Dittman, 1976).
Keçecioğlu ve Gülsoylu (2002) toprak işlemenin genelde; parçalama ve ufalama ile gözenek büyüklüğü dağılımını ve gözenekliliği (poroziteyi) değiştirmek suretiyle,
toprağın strüktür özelliklerini etkilemekte olduğunu belirlemişlerdir. Esasında şayet toprak iyi bir strüktüre sahipse, fazla bir toprak işlemeye gerek kalmaz. Ancak yabancı ot kontrolü ve bitki artıklarının toprağa karıştırılması amacıyla toprak işleme gereklidir. Toprak birim hacminin ve gözenekliliğinin değişmesi; toprak nemi, toprak sıcaklığı ve kök penetrasyon direncini etkilemektedir (İpek, 2008).
Nadas toprak işleme derinlik ve yöntemlerinin infiltrasyona etkilerinin araştırıldığı bir araştırmanın iki yıllık deneme sonuçlarına göre; birikimli infiltrasyon miktarında ilk sürümden sonra işleme derinliğine bağlı olarak önemli derecede artış gözlenmiştir. Derin işlemeyle sağlanan infiltrasyon hızı özellikle başlangıç döneminde, yüzlek sürüme göre önemli derecede üstünlük sağlamıştır. İşleme derinliğinin etkinliği ekim döneminden sonra da gözlenmiştir. Pulluk ile devirerek işleme; sağladığı toprağa su girişi ve infiltrasyon hızı açısından en etkili yöntem olarak ortaya çıkarken, kazayağı ile alttan yırtarak işleme ikinci, çizel ile dikine işleme ise son sırada yer almıştır (Karaca ve Munsuz, 1984).
Bir Oksisol üzerinde yapılan ve değişik toprak işleme sistemlerinin infiltrasyon hızı üzerine etkilerinin araştırıldığı denemede, araştırıcılar diskli pulluk kullanılarak yapılan geleneksel toprak işleme, çizel kullanılarak yapılan minimum toprak işleme ve sıfır toprak işleme sistemlerini karşılaştırmışlardır. Sonuçta soya fasulyesinin bütün gelişme dönemlerinde sıfır toprak işlemenin infiltrasyon hızı bakımından en uygun sonucu verdiğini bulmuşlardır (Roth ve ark., 1986).
Toprak yüzeyinde meydana gelen kabuk sık sık suyun infiltrasyonunu ve meyve ağaçlarında verimi sınırlayabilir. Vegetatif örtü ve jips uygulamaları toprak strüktür stabilitesini artırması nedeniyle uzun vadede kabuk oluşumunu azaltmaktadır. Kısa vadede ise, toprak işleme ile kabuk parçalanarak suyun toprağa girişi geçici olarak artırılabilir. (Modre ve Ark., 1989).
Osunbitan ve ark. (2005), kumlu tınlı toprağın hacim ağırlığı ve hidrolik özellikleri üzerine farklı toprak işleme sistemlerinin etkilerini incelemişlerdir. Uyguladıkları farklı toprak işleme sistemleri; sıfır toprak işleme (NT), elle toprak işleme (MT), pullukla
toprak işleme (PP) ve pulluk tırmıkla toprak işleme (PH) dir. Her bir uygulama için toprak hacim ağırlığı, doymuş hidrolik iletkenlik ve su tutma özellikleri belirlenmiştir. Tüm toprak işleme sistemlerinin hacim ağırlıklarına etkilerinin önemli olduğu ve yüksek hacim ağırlığının (1,28g/cm3
) NT de ve en düşük hacim ağırlığının ise (1,09 g/cm3) pulluk tırmık uygulamasında elde edildiği rapor edilmiştir. Toprak işlemeden sekiz hafta sonra toprağın doygun hidrolik iletkenliğinin toprak işleme yoğunluğundaki artış ile azaldığını, en yüksek iletkenliğin NT de ve en düşük iletkenliğin ise pulluk-tırmık uygulamasından elde edildiği belirtilmiştir (İpek, 2008).
Holmstrom ve ark. (2006) Kanada‘da patates tarımında sıfır toprak işleme ve geleneksel toprak işleme yöntemlerinin toprağın fiziksel özelliklerine etkilerini inceledikleri denemelerinde, toprak erozyonunun korumalı toprak işleme yöntemlerinde, geleneksel toprak işleme yöntemine kıyasla azaldığını belirtmişlerdir. Ayrıca toprak su içeriğinin korumalı toprak işleme yöntemlerine nazaran %12 oranında daha fazla olduğunu belirtmişlerdir (Asiltürk, 2010).
Hatfield ve ark. (1998) soya ve mısır üretiminde, sıfır toprak işleme yöntemi ile toprak işlemesiz (no-till) ve birinci toprak işleme yöntemlerini karşılaştırmışlardır. Sırta işleme yöntemlerinin diğer yöntemlere göre, zayıf ve normal drenajlı topraklarda düzgün su dağılımı, soğuk iklimlerde toprak sıcaklığının artmasından dolayı değişimlerin ürün çimlenmesi için toprak şartlarının iyileştirme ve erkencilik sağladığını bildirmişlerdir. Araştırmacılar sırta işlemede sıra aralarında su infiltrasyonunun arttığını ve daha fazla azotlu gübre ve herbisitin kök bölgelerine nüfuz ettiğini açıklamışlardır.
Husnjak ve ark. (2002) toprak işleme sistemlerinin toprağın fiziksel özellikleri ve ürün verimi üzerine etkilerini incelemişler; kışlık buğday sezonunda hacim ağırlığı, toplam gözeneklilik, su tutma kapasitesi ve hava kapasitesi bakımından toprak işleme sistemleri arasındaki farklılık önemli değilken, soya fasülyesi sezonunda bazı toprak işleme sistemleri arasındaki farklılıkların önemli olduğunu bildirmişlerdir.
Çarman (1997) Orta Anadolu‘da farklı toprak özellikleri ve buğday verimi üzerine farklı toprak işleme yöntemlerinin etkilerini incelemiş; toprak işleme yöntemlerinin
toprak su içeriği, hacim ağırlığı, ortalama agregat ağırlıklı çapı ve yüzey pürüzlülüğü ile infiltrasyonu üzerine etkilerinin önemli olduğunu rapor etmiştir (Asiltürk, 2010).
3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1. Materyal
3.1.1 Çalışma Alanı
Bu çalışma, Çankırı ilinde Tatlıçayın 1500 m kuzeyinde bulunan Çankırı Tarım Meslek Lisesi yerleşkesinde yer alan deneme arazisinde yapılmıştır. Çankırı ili; İç Anadolu Bölgesi‘nin kuzeyinde Kızılırmak ile kısmen Batı Karadeniz Bölgesi ana havzalarına geçişte, Greenwich‘e göre 40º 30′- 41º Kuzey enlemleri ile 32º 30′- 34º Doğu boylamları arasında yer almaktadır. İl topraklarının güney yarısı İç Anadolu bölgesinde, kuzey yarısı Batı Karadeniz bölgesindedir. İlin yüzölçümü 7 404 km² olup Türkiye topraklarının % 0,94′ünü teşkil etmektedir. Denizden yüksekliği 723-800 m arasında değişmektedir. Doğu-Batı uzunluğu 128 km; Kuzey-Güney uzunluğu ise 72 km dir.
Şekil 3.1. Çalışma alanının yer bulduru haritası (Anonim, 2009a)
Kuzeyden gelen Tatlı çay ile kuzeydoğudan gelen Acı çay kasabasının güneydoğusunda birleşmektedir. Çankırı şehrinin eski kısmı denizden 900 metre kadar yükseklikte bulunan Karatekin tepesinin güney eteğindeki meyilli bir arazide kurulmuş olup, şehir zamanla vadinin ortasından akmakta olan Tatlı Çay'ın kenarlarına kadar genişlemiştir (Anonim, 2008).
Kızılırmak nehrine dökülen ve şehri kuzey - güney ve güneydoğu yönünde akan çaylarla bunların kolları derin vadiler meydana getirmiştir. Orta Anadolu ile Kuzey Anadolu arasındaki geçiş alanı üzerinde bulunan bu ilin arazisinin kuzey kısmi diğer bölgelere göre daha dalgalıdır (Anonim, 2007a).
3.1.1.1. Çalışma Alanının Bitki Örtüsü
Karadeniz kıyıları boyunca nemcil türlerden oluşan gür; onların güneyinde şiddetli kış soğuklarına dayanıklı kuru ormanlar yer alırken, iç kısmın step iklimi ile kuzeyin yağışlı Karadeniz iklimi arasında geçiş bölgesi olan Çankırı‘da buna bağlı olarak kuzeyden güneye inildikçe bitki deseninde değişmeler gözlenmektedir. İlin güneyi ve güneybatısı tipik step (bozkır) özelliklerini gösterir. Yükseklerde orman bakiyelerine rastlanırken, kuzeyde iğne yapraklı ormanlar yer alır. Kara çam 35.993 ha ve sarı çam 5332 ha., köknar, ardıç, kayın, meşe 18.783 ha., gürgen 2.030 ha ormanlarda egemen olan ağaç türleridir. Su boylarında söğüt ve kavak 457 ha. gibi su seven türlerle, yüksek kısımlarda yabani ağaç türleri, yabani meyve, ardıç ve çalılıklara rastlanır (Anonim, 2007b).
Çankırı ili birbirine çok benzeyen çıplak, dik tepeler ile sarılıdır. Özellikle doğusunda kalan tepeler kaya tuzu maden rezervlerinden dolayı çıplak görünümlüdür. Kentin etrafındaki vadiler ise yeşillik, bağ ve bahçelerle kaplıdır (Anonim, 2007b).
3.1.1.2. Çalışma Alanının Jeolojik Yapısı ve Toprak Özellikleri
Çankırı‘nın bulunduğu bölge (65-1,6 milyon yıl önce) 3. Jeolojik zamanda (Senezoyik) ve Oligosen (38-25 milyon yıl) yaştaki alçıtaşı (jips), volkanik orijinli lav, andezit, spilit, bazalt, marn, kil ve kalker serilerden oluşmuştur. Çankırı‘nın güney ve güneydoğusu, Merkez ilçe ve Kızılırmak bölgelerinin altında kalın tabakalar halinde tuz yatakları vardır (Anonim, 2007c).
Sahanın jeolojik yapısı genellikle mesozeik devrenin karışık tektonik fasiyeslerinden kalker, kumtaşı ve kumlu sistlerini ihtiva etmektedir. Genellikle tınlı ve kumlu-tınlı topraklar yaygındır. Mutlak ve fizyolojik derinlik bakımından derin topraklardandır. Topraklar fazla taşlı değildir. Eğim %10-50 arasında değişiklik göstermektedir (Anonim, 2006).
3.1.1.3. İklim
İç Anadolu‘nun step iklimi ile Batı Karadeniz iklimi arasında bulunan Çankırı‘nın güney kısmında kışlar soğuk ve yağışlı, yazlar ise kurak ve sıcak geçerken kuzeyi daha yağışlı ve yumuşak geçen Karadeniz iklim kuşağının özelliklerini gösterir. Bölgede rüzgar yıl içinde önemli sayılacak değişmeler göstermemektedir. Fakat azda olsa yaz aylarında havanın sıcak olması nedeniyle alçak basınç egemen olmaktadır. Çankırı meteorolojik istasyonda yapılan son on yıllık (1999-2009) ölçümlere göre yıllık ortalama sıcaklık 11 Cº dir. Aylık ortalama sıcaklıklar - 0.4 Cº (Ocak) ile 23.39 Cº (Temmuz) arasında değişmektedir. Çankırı‘da sıcaklık, Ocak ayında sıfırın altına düşmekte, daha sonra Mart ayından itibaren Temmuza kadar artmakta, Ağustosta aynı sıcaklık hemen hemen devam etmekte ve Ağustostan itibaren başlayan sıcaklık azalması Aralığa kadar devam etmektedir (Anonim, 2009b).
Çalışma alanında; yıllık ortalama yağış 418 mm olup, en yüksek yağış 53.3 mm ile Nisan ayında, en düşük yağış ise 15.5 mm ile Temmuz ayında ölçülmüştür. Yaz dönemlerinde sürekli olarak bir hava akımı egemendir. Nemlilik Çankırı‘da ortalama olarak % 64‘tür. Nispi nem sıcaklığın yüksek olduğu aylarda azalmaktadır. Nitekim en düşük nispi nem %53.4 ile Haziran ve Temmuz aylarındadır (Çizelge 3.1).
Yıllık ortalama toprak sıcaklığının 8 Cº‘den fazla fakat 15 Cº‘den düşük olması ve ortalama yaz sıcaklığı ile ortalama kış sıcaklığı arasındaki farkın 5 Cº‘tan fazla olması nedeniyle toprak sıcaklık rejimi Mesic tir.
Çizelge 3.1. Çalışma alanına ait (1999-2009 ) meteorolojik veriler (Anonim, 2009a).
Aylar/ Veriler (ort) O& Ş M N M H T A E E K A Ort sıcaklık (ºC) -0,4 0,8 6,2 11,3 15,9 20,3 23,9 23,3 17,6 12,1 5,5 0,7 Max sıcaklık (ºC) 15,0 18,1 27,8 30,6 34,2 38,0 42,4 41,0 37,3 34,2 24,4 17,6 Yağış (mm) 37,8 36,0 34,8 53,3 36,4 28,0 15,5 21,6 23,5 25,5 22,6 37,1 Max yağış 33,8 21,6 22,7 35,1 26,4 19,8 17,4 26,3 22,0 30,5 26,8 40,5 Ortalama nem (%) 76,2 71,8 62,1 62,4 59,4 55,5 53,4 56,0 61,8 65,4 70,9 74,6 Ort rüzgar hızı (m/sn ) 0,6 0,9 1,0 0,9 0,9 1,0 1,0 0,8 0,7 0,7 0,6 0,5 Toprak sıcaklığı (50cm) 3,3 3,0 7,6 13,2 18,4 23,4 27,7 28,2 23,4 17,2 9,6 4,4
&:Büyük harfler ayları göstermektedir.
3.2. Yöntem
3.2.1. Tarla Denemeleri
Çalışma alanı Çankırı-Kastamonu karayoluna 7 km uzaklıkta Tarım Meslek Lisesi yerleşkesinde yer almaktadır.
Tatlıçay akarsuyunun 1500 m kuzeyinde yer alan çalışmanın yapıldığı araziler kuzey-güney yönünde yaklaşık %5 eğime sahiptir. Arazinin kuzeyi 90-100 m yüksekliğinde bir yamaçla sınırlandırıldığından kuzey esintilerinden korunmuştur. Hakim rüzgar yönü güneybatı istikametindedir. Toprak tekstürü tınlı olup organik madde bakımından fakirdir.
Çalışmada toprak tekstürü, topografya ve diğer özellikleri bakımından olabildiğince homojen işlenmiş ve işlenmemiş olmak üzere iki arazi kullanılmıştır. Bu arazilerin yaklaşık 30 yıllık kullanım şekli aşağıda verilmiştir.
İşlenmiş olarak seçilen araziye 1980-98 yılları arasında sert çekirdekli (erik,kiraz) meyve bahçesi kurulmuştur. Daha sonrasında kök kanserine neden olan bakteri yoğunluğu nedeniyle ağaçlar sökülmüş, 1990 yılında ilk olarak adi fiğ ekilmiştir. 2000
yılında arpa-fiğ karışımı ekilen araziye, 2001-2002 yılları arasında buğday, 2003- 2004 yılları arasında arpa ekilmiş ve arazi 2005 yılında aşırı yağışlar sebebiyle bir sene boş bırakılmıştır. İki sene sonrasında buğday ekilen araziye 2007 yılında dekara 6-7 ton çiftlik gübresi verilerek, arazi alt ve üst toprağın yer değiştirmesi amacıyla 40-45 cm derinliğinde işlenmiştir. Araziye sonbahardan sonra meyve fidanları (kiraz, kayısı) dikilmiştir. 2008 yılında bakım amacıyla işlenen arazi ikinci sınıf toprak işleme aletleriyle yılda iki kere işlenmektedir.
Şekil 3.2. İşlenmiş arazideki deneme parseli
İşlenmemiş araziye 1984-94 yılları arasında muhtelif sebzeler (karnıbahar, domates, patates) ve buğday ekilmiştir. Araziye, 1995-96 yılları arasında fiğ ve 1999 yılında mısır ekilmiştir. Araziye 2000 yılında yonca ekilmiş ilk ekimle birlikte sürülmüş olup, bu araziye yaklaşık 10 yıldır ara ara sulama yapılması haricinde hiçbir amenajman yöntemi uygulanmamıştır.
İşlenmiş ve işlenmemiş arazilerde rastgele örnekleme metoduna göre; onar nokta olmak üzere toplam 20 nokta belirlenmiş, işaretlenen noktalarda ortalama bir ay aralıklarla infiltrasyon testleri yapılmış ve toprak hidrolik özelliklerinin zamanla değişimi belirlenmiştir. Çalışma zamanları mevsim şartlarına ve arazi çalışma koşullarına göre
değişmiştir. İşlenmiş arazide karşılaşılan birtakım problemler nedeniyle 2 dönem ölçüm alınmakla birlikte, işlenmemiş arazide toplam 5 dönem analiz yapılmış ve hidrolik özellikler belirlenmiştir. Yapılan analizlerin ölçüm tarihleri Çizelge 3.2 gösterildiği gibidir.
Çizelge 3.2 İşlenmiş ve işlenmemiş arazilerde infiltrasyon çalışmalarının yapıldığı tarih aralıkları.
Şekil 3.3. İşlenmemiş arazideki deneme parseli
*Parsel içerisindeki ufak kazıklar ölçüm noktalarını göstermektedir.
İnfiltrasyon testinin yapıldığı her bir örnekleme noktasından hacim ağırlığı, doygun hidrolik iletkenliğin hesabında kullanmak üzere ıslak-kuru nem tayini ve agregat analizi için toprak örnekleri alınmış ve analizleri yapılmıştır. Örnekleme noktalarının
Dönemler İşlenmiş Arazi İşlenmemiş Arazi
1. (24.10.2009-28.10.2009) (28.10.2009-09.11.2009)
2. (23.11.2009-26.11.2009) (26.11.2009-24.12.2009)
3. --- (25.03.2010-04.04.2010)
4. --- (04.04.2010-11.04.2010)
çevresinden 0-15cm ve 15-30 cm derinliğinden toprak örnekleri başlangıçta alınmış ve örneklerin tekstür, organik madde, kireç, pH, EC ve KDK analizleri yapılmıştır. Ayrıca örnekleme noktalarının çevresinden tarla kapasitesi ve solma noktası için üçer tekerrürlü olmak üzere bozulmamış toprak örnekleri alınmış ve analizleri yapılmıştır.
3.2.2. Arazide Toprak Hidrolik Özelliklerinin Ölçümü 3.2.2.1. İnfiltrasyon Hızının Ölçümü
Deneme parsellerinde belirlenen 10‘ar noktada toprak hidrolik özelliklerinin zamanla nasıl değiştiğini analiz etmek için tansiyon infiltrometresi (Şekil 3.4) kullanılarak infiltrasyon testleri yapılmış ve elde edilen verilerden toprak hidrolik özellikleri belirlenmiştir (Perroux ve White, 1988). Bu düzenek kullanılarak toprakta infiltrasyon hızı, sorptivite ve doymuş hidrolik iletkenliğin aynı anda ölçülmesi mümkündür (Angula-Jaramillo ve ark., 1997; Vandervaere ve ark, 2000).
Şekil 3.4. Çalışmada kullanılan tansiyon infiltrometresinin şematiği
Toprak yüzeyine en az hasar verecek şekilde tansiyon infiltrometresi için yaklaşık 40 cm çapında dairesel düz bir alan hazırlandı ve 0,2 cm kalınlığındaki ve 30 cm
çapındaki çelik halka (şirket tarafından tansiyon infiltrometresi ile birlikte sağlanır) toprağın içerisine bastırılmak suretiyle hazırlanan alanın merkezine yerleştirildi. Çelik halkanın toprak yüzeyine tamamen temas edebilmesi için toprak yüzeyinin olabildiğince düzgün olmasına dikkat edilmelidir. Çelik halkanın yerleştirildiği alanın içi ‗nemli kum‘ kontak materyaliyle dolduruldu ve bir cetvel ile kum, halkanın üstüne hiza düzleştirildi.
Bu işlemler esnasında, infiltrometrenin diski su dolu bir kapta bekletildi. Çelik halkanın yaklaşık 10 veya 15 cm dışından ve 0-5 cm derinlikten başlangıç nem içeriğinin ve hacim ağırlığının belirlenmesi için toprak örnekleri alındı. Daha sonra su haznesindeki su düzeyi, buradaki ölçek kullanılarak kaydedildi.
Diskin kaptan çıkartılarak yavaşça halka içersindeki düzgün yüzeyli kumun üzerine yerleştirilmesini takiben diski su haznesine bağlayan hortumun vanası ile birlikte kabarcık kulesindeki kıskaç açılarak ölçüm işlemi başlatıldı. İşlemin başlamasını takiben başlangıçta sık aralıklarla ve daha sonra giderek artan aralıklarda su düzeyindeki düşme zamana karşı kaydedildi.
Ölçümler arasındaki fark (h) cm olarak hesaplanarak birikimli h yükseklikleri belirlendi. Düzeltilmiş birikimli infiltrasyon Eşitlik 3.1 ‗deki gibi hesaplandı.
Q roh (3.1) Eşitlik 3. 1‘de;
Q:= Birikimli infiltrasyon (cm),
ro = Disk tansiyon infiltrometresinin yarıçapı (cm),
h= Birikimli yükseklik (cm) dir.
İnfiltrasyon hızının birikimli zamana karşı grafiği oluşturuldu. Grafikte infiltrasyon hızının zamana bağlı değişiminde farkın görülmediği anda denge koşullarının sağlandığı düşünülerek analize son verildi (Şekil 3.5).
Şekil 3.5. İnfiltrasyon hızının zamana bağlı değişimi.
Analiz bitiminde bir spatula vasıtasıyla halkadan kum materyali kaldırıldı ve son nem içeriğini belirlemek için 0-0,4 cm derinliğinden toprak örneği alındı. Kronometreyle okunan zaman aralıkları bilgisayara kaydedildi.
3.2.2.2. Hesaplamalar 3.2.2.2.1. İnfiltrasyon Hızı
İnfiltrasyon hızı, bir toprağın belli koşullar altında ve belli bir süre içerisinde yağmuru absorbe edilebileceği max hız olarakta tarif edilebilir (Sönmez,1980). Birikimli infiltrasyon (L), infiltrasyon hızının zamana göre integralidir.
İnfiltrasyon hızı Eşitlik 3.2 deki gibi hesaplanmıştır.
t I i 360 (3.2) Eşitlik 3. 2 de; i=İnfiltrasyon hızı (cm/saat), I=Birimli infiltrasyon (cm), t=Birikimli zaman (sn) dir.
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 t (sn) i (c m /s a )
