T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TUZLU - SODYUMLU - BORLU TOPRAKLARIN ISLAHI VE MATEMATİKSEL MODELLENMESİ
Seyit Ali DURSUN DOKTORA TEZİ
Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı
Mayıs-2017 KONYA Her Hakkı Saklıdır
ÖZET
DOKTORA TEZİ
TUZLU - SODYUMLU - BORLU TOPRAKLARIN ISLAHI VE MATEMATİKSEL MODELLENMESİ
Seyit Ali DURSUN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı
Danışman: Doç. Dr. Fariz MİKAİLSOY 2017, 198 Sayfa
Jüri
Prof. Dr. Sait GEZGİN Prof. Dr. Gökhan ÇAYCI Prof. Dr. Cevdet ŞEKER Doç. Dr. Fariz MİKAİLSOY
Yrd. Doç. Dr. Ahmet Melih YILMAZ
Çalışma iki bölümde gerçekleştirilmiştir. Birinci bölümde, sodyumlu-bor’lu toprakların ıslahı, ikinci bölümde ise, tuzlu topraklar yıkanmış ve matematiksel modelleme ile hidrodinamik parametrelerden, yıkama suyu normu ve yıkama zamanı belirlenmiştir.
Bu çalışmada, sodyum ve bor ıslahı arazide, matematiksel modelleme hem arazide hem de laboratuvar da gerçekleştirilmiştir. Yıkama suyu normu, yıkama süresi ve ıslah maddesi miktarı tespit edilmiştir. Islahta %80 saflıkta; S1: 4kg.4m-2, S2: 8kg.4m-2 S kullanılmıştır. Yıkama suyu 30 cm dozlarda
toplam 120cm verilmiştir. Laboratuvarda tuz yıkaması için kolon kullanılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre; S (S1 ve S2 dozlarında) DSY’ne, 90cm yıkama suyunda özellikle
0-50cm derinlikte etkili olmuştur. DSY 20.6’dan 9.9’a düşmüştür. S’ün bor yıkanmasına etkisi ise, başlangıçta S1 dozunda 29.88ppm iken, 120cm yıkama suyunda 17.12ppm’e düşmüştür (%57.30). S2
dozu S1’den daha az etkili olmuştur. S2 dozunda yıkanma %25.75 olmuştur ( Bu sonuçlar istatistik olarak
desteklenmiştir).
Kolon yıkamada kolay çözünen anyonların ortalama değeri toplamda, ∑A=140.931me.l-1’den, ∑A=18.448me.l-1’e düşmüştür. Yıkamada CI- ve SO4= için hidrodinamik paremetrelerden yıkama suyu
normu, Nys=0.307m olarak hesaplanmıştır. Yıkama süresi, T=1.208gün, CI- ve SO4= için dispersiyon
parametresi, λ=9.26x10-2.m ve 9.60x10-2.m hesaplanmıştır. CI- ve SO
4= için konvektif difüzyon
parametresi, D=4.505x10-3 .m2.gün-1 ve 4.672x10-3 .m2.gün-1 olarak hesaplanmıştır.
Parsel yıkamada kolay çözünen anyonların ortalama değeri toplamda, ∑A=140.931me.l-1’den, ∑A=14.724me.l-1’e düşmüştür. Yıkamada CI- ve SO4= için hidrodinamik paremetrelerden yıkama suyu
normu, Nys= 0.304m olarak hesaplanmıştır. Yıkama süresi T=25gün, CI- ve SO4= için dispersiyon
parametresi, λ=4.59x10-2.m ve 4.13x10-2.m hesaplanmıştır. CI- ve SO
4= için konvektif difüzyon
parametresi D=1.067x10-3 .m2.gün-1 ve 0.960x10-3 .m2.gün-1 olarak hesaplanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Arazi ıslahı, Bor, Kükürt, Matematiksel modelleme, Modelleme-Simulasyon, Tuzlu toprak modeli, Tuzlu-sodyumlu toprak, Yıkama
ABSTRACT
Ph.D THESIS
RECLAMATION OF SALT – SODIUM - BORON SOILS AND MATHEMATICAL MODELING
Seyit Ali DURSUN
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
SOIL SCIENCE AND NUTRITION Advisor: Assoc. Prof. Dr. Fariz MİKAİLSOY
2017, 198 Pages Jury
Prof. Dr. Sait GEZGİN Prof. Dr. Gökhan ÇAYCI Prof. Dr. Cevdet ŞEKER
Assoc. Prof. Dr. Fariz MİKAİLSOY Asst. Prof. Dr. Ahmet Melih YILMAZ
Study was conducted in two section. In the first section, the reclamation of sodic-boron soils, in the second section, leaching of salt soils and in mathematical modeling from hydrodynamic parameters, leaching water norm and leaching time was determined.
In this study, sodic and boron soils reclamation was applied in the field, mathematical modeling of saline soils was carried out both under laboratory and field conditions. Columns were used for salt leaching in the laboratory. The leaching water norm, the leaching time and the amount of the reclamation substance were determined. In 80% purity was used S1:4kg.m-2, S2: 8kg.4m-2 sulphur. The leaching water
was given in 30cm, total 120cm water applications. The salt soil column was saturated and timekeeping, the leaching water was given to the column.
According to the results obtained; sulphur (S1 and S2 applications), the ESP value in the leach
water (90cm) was found to be especially effective at 0-50 cm soil depth. The ESP value decreased from 20.6 to 9.9. The effect of sulphur on the boron leaching, initially 29.88ppm in the S1 aplication and later
decreased to 17.12ppm in 120cm leach water (57.30%). Experimental results showed that S2 application
is less effective than S1. S2 application was the leaching 25.75% (these results were supported by the
statistics).
The average value of readily soluble anions in column leaching, in total, decreased from
∑A=140.931me.l-1’ to ∑A=18.448me.l-1. Leaching water norm from hydrodynamic parameters (Nys), for
CI- and SO
4= calculated as Nys= 0.307m. Leaching time, T=1.208day, for CI- and SO4=; dispersion
parameter, λ=9.26x10-2.m and 9.60x10-2.m and convective diffusion parameter, D=4.505x10-3 .m2.day-1
and 4.672x10-3 m2.day-1 calculated.
The average value of readily soluble anions in parcel leaching, in total, decreased from
∑A=140.931me.l-1’ to ∑A=14.724me.l-1’. In leaching, for CI- and SO4=, leaching water norm from
hydrodynamic parameters, calculated as Nys=0.304m. Leaching time, T=25day, for CI- and SO4=
dispersion parameter, λ=4.59x10-2.m and 4.13x10-2.m, convective diffusion parameter, D=1.067x10-3
.m2.day-1 and 0.960x10-3 .m2.day-1 calculated.
Keywords: Boron, Land reclamation, Leaching, Mathematical modeling, Modeling-Simulation, Saline
soil model, Saline-sodium soils, Sulphur
ÖNSÖZ
Tarımsal üretimin sürdürülebilir olması, üretimin ana kaynağı olan toprağın korunmasına ve rasyonel kullanılmasına bağlıdır. Son on yıllarda tarımda sulamanın artması ve bilinçsiz su tüketimi ile birlikte bazı problemlerin ortaya çıkması kaçınılmaz olmuştur. Bunların önemli olanından bir tanesi toprakta sodyum, tuz ve bor birikimi ile birlikte toprağın çoraklaşmasıdır.
Çalışma, tuzlu- sodyumlu ve bor’lu toprakların ıslahında, ıslah etkinliğini arttırmak ve ıslahın sürdürülebilir olmasını sağlamak üzerine olmuştur. Bu amaçla, son yıllarda hızla gelişen ve yaygın şekilde kullanılan matematiksel modelleme tuzlu toprağın yıkanmasında kullanılmıştır. Modelleme yapmamızdaki amaç; yıkama suyu normunu ve yıkama süresini tespit ederek ıslahın verimliliğini arttırmaktır. Matematiksel modellemenin uygunluğunu test için laboratuvar ortamında edilen parametrelerle arazi uygulaması yapılarak, bilgisayarda Fortran VI yazılım programında hidrodinamik parametreler hesaplanmıştır. Matematiksel modelleme ile elde edilen değerleri diğer benzer alanlarda kullanıp geliştirerek, problemli toprakların ıslahında; maliyet, zaman, ıslah etkinliği ve suyun rasyonel kullanılmasına yarar sağlamaktır.
Bu konu üzerinde çalışmamı teşvik eden ve yardımını, bilgi ve tecrübelerini esirgemeyen danışman hocam Sayın Doç.Dr. Fariz MİKAİLSOY’a, çalışmam öncesinde ve sırasında yardım ve desteğini esirgemeyen Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölüm Başkanı hocam Sayın Prof. Dr. Sait GEZGİN’e, beni bu konu üzerine çalışmama cesaretlendiren ve yönlendiren hocam Sayın Prof. Dr. Gökhan ÇAYCI’ya ve tezin her aşamasında bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım tez izleme komitesi üyesi hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. A. Melih YILMAZ’a, analizlerde ve istatistik çalışmalarında yardımını esirgemeyen Arş. Gör. Dr. Fatma Gökmen YILMAZ’a ve Toprak Bilimi ve Bitki Besleme laboratuvar çalışanlarına teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca bu çalışmalarım süresince destek olan aileme de teşekkür ederim.
Seyit Ali DURSUN KONYA-2017
İÇİNDEKİLER
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
ÖNSÖZ ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
SİMGELER VE KISALTMALAR ... viii
1. GİRİŞ ... 1
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI ... 7
2.1. Sorunlu Toprakların Dağılımı ... 7
2.2.Topraklarda Tuzluluk–Sodyumluluk ve Borluluğun Kaynağı ve Etkisi ... 8
2.3. Sulama Suyu Kalite Unsurları ... 12
2.4. Sodyumlu ve Tuzlu-Sodyumlu Toprakların Islahında Kullanılan Islah Materyalleri ... 13
2.5. Yıkama Suyu Normu ... 17
2.5.1.Tuzlu toprakların yıkanması için kullanılan yöntemler ... 19
2.5.1.1. Basit-mantıksal modeller ... 19
2.5.1.2. Ampirik (deneysel) modeller ... 21
2.5.1.3. Teorik modeller ... 32
2.6. Sorunlu Toprakların Islahı ile İlgili Bazı Çalışmalar ... 35
2.7. Toprakta Tuz Hareketinin Matematiksel Modellenmesi ... 40
2.7.1. Tuz hareketinin matematiksel modellemesinde yapılan bazı çalışmalar ... 40
2.7.2. Matematiksel modelleme ... 42
2.7.2.1. Model kavramı ... 42
2.7.2.2. Modellerin sınıflandırılması ... 42
2.7.2.3. Modellerin önemi ... 43
2.7.3. Toprakta tuz hareketinin denklemi (Matematiksel modeli) ... 43
2.7.3.1. Moleküler difüzyonla taşınım ... 43
2.7.3.2. Çözünmüş maddelerin konveksiyon ile taşınımı ... 46
2.7.3.3. Dispersiyonla taşınım ... 47
2.7.4. Toprakta tuz taşınım modelinin başlangıç ve sınır koşulları ... 49
2.7.4.1. Başlangıç koşulları ... 49
2.7.4.2. Toprak yüzeyinde 1., 2. 3. sınır koşulları ... 49
2.7.4.3. Belli bir derinlikteki 1., 2. ve 3. sınır koşulları ... 50
2.7.4.4. İki yüzeyin temas koşulu (4. sınır koşulu) ... 50
2.7.5. Toprakta tuz taşınım modelinin analitik çözümleri ... 51
2.7.5.1. Yarı sınırlı (L) doymuş toprak katmanı ... 51
2.7.5.2. Sınırlı (L=const) doymuş toprak katmanı ... 52
2.7.6. Toprakta tuz taşınımı modelinin parametresinin belirlenmesi ... 53
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 56
3.1. Materyal ... 56
3.1.2. Arazi ve toprak özellikleri ... 57
3.1.3. İklim ... 62
3.1.4. Bitki örtüsü ... 63
3.1.5. Topoğrafya ... 63
3.1.6. Su kaynakları ... 64
3.1.7. Tarımsal yapı ve üretim ... 65
3.2. Yöntem ... 69
3.2.1. Arazi çalışmalarında uygulanan yöntemler ... 69
3.2.1.1. Deneme yöntemleri ... 69
3.2.1.2. Deneme konusu ... 69
3.2.1.3. Deneme alanının hazırlanması ... 70
3.2.1.4. Kükürt’ün parsellere uygulanması ... 73
3.2.1.5. Sodyumlu ve borlu parsellerin yıkamalarının yapılması ... 74
3.2.1.6. Toprak örneklerinin alınması ... 74
3.2.1.7. İnfiltrasyon ve buharlaşma değerlerinin ölçülmesi ... 76
3.2.2. Laboratuvarda kolon tuz yıkaması ... 76
3.2.3. Arazide parsel tuz yıkaması ... 79
3.2.4. Laboratuvar analiz yöntemleri ... 80
3.2.5. Büro çalışmalarında kullanılan yöntemler ... 82
3.2.6. Azalan değişebilir sodyum miktarının hesabı ... 82
3.2.7. Araştırma sonuçlarına uygulanan istatistik analiz yöntemleri ... 83
4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA ... 84
4.1. Deneme Alanı Toprak ve Yıkama Suyu Özellikleri ... 84
4.1.1. Sodyumlu-borlu deneme alanı topraklarının yıkama öncesi fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları ... 84
4.1.2. Parsel ve kolon yıkama öncesi ve sonrası toprakların fiziksel- kimyasal analiz sonuçları ... 88
4.1.3. Parsel ve kolon yıkama denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri 91 4.1.4. Bor ve sodyum denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri ... 94
4.2. Yıkama Sonrası Toprakların B Değişimi ... 95
4.2.1. Bor yıkama denklemi ve yıkama suyu miktarı ... 99
4.3. Yıkama Sonrası Toprakların Sodyumluluk Değişimi ... 102
4.4. Parsel ve Kolon Yıkama Değerlerine Göre Tuz Taşıma Modeli Parametrelerinin Hesaplanması ... 108
4.4.1. Hidrodinamik dispersiyon parametresinin (λ) hesaplanması ... 108
4.4.2. Konvektif difüzyon (D) parametresinin hesaplanması ... 110
4.4.3. Parsel ve kolon tuz yıkama denklemi ve yıkama suyu miktarı ... 112
4.4.3.1. Parsel tuz yıkama denklemi ... 112
4.4.3.2. Kolon tuz yıkama denklemi ... 113
4.5. İstatistik Analiz Sonuçları ve Yorumu ... 115
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 119
5.1 Sonuçlar ... 119
5.2 Öneriler ... 123
EKLER ... 144
EK-1 FORTRAN PROGRAM Listingleri-I ... 144
EK-2 FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Kolon Klor . 147 EK-3 FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Kolon Sulfat ... 150
EK-4 FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Parsel Klor . 153 EK-5FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Parsel Sulfat 156 EK-6 Farklı değerleri için
ctgh
1
h
1 denkleminin kökleri ... 159EK– 7 φ1(η,τ) fonksiyonun değerleri ... 160
EK– 8 φ2 (η,τ) fonksiyonun değerleri ... 165
EK-9 Üç Farklı S Dozlarında Eklemeli Süre Değerleri ... 172
EK-10 Araştırma Alanı İnfiltrasyon Değerleri ... 173
EK- 11 Değişebilir katyonlar Kontrol Grubu ... 174
EK–12 Değişebilir Katyonlar 1. Su Uygulaması ... 175
EK–13 Değişebilir Katyonlar 2. Su Uygulaması ... 176
EK–14 Değişebilir Katyonlar 3. Su Uygulaması ... 177
EK–15 Değişebilir Katyonlar 4. Su Uygulaması ... 178
EK–16 Suda Çözünebilir Katyonlar Kontrol ... 179
EK–17 Suda Çözünebilir Katyonlar 1. Su Uygulaması ... 180
EK–18 Suda Çözünebilir Katyonlar 2. Su Uygulaması ... 181
EK–19 Suda Çözünebilir Katyonlar 3. Su Uygulaması ... 182
EK–20 Suda Çözünebilir Katyonlar 4. Su Uygulaması ... 183
EK- 21 Uygulama Gruplarında Islah Süresince Ortalama pH Değişimi ... 184
EK–22 Uygulama Alanı Tekstür Sınıfı ... 185
ÖZGEÇMİŞ ... 186
SİMGELER VE KISALTMALAR
Simgeler
: Toprağın su tutma kapasitesi
(EC)ö :Yıkamadan önce toprak profilinde saturasyon eriyiğinin
elektriksel iletkenliği değeri
(EC)s :Yıkamadan sonra toprak profilinde saturasyon eriyiğinin
elektriksel iletkenlik değerleri ECe : Saturasyon ekstraktında
A : Islah edilecek alan
B : Bor
Ca++ : Kalsiyum
CaCl2 : Kalsiyum klorür
CaCO3 : Kireç taşı
CaSO4. 2H2O : Jips
Cl- : Klorür
CO2 : Karbon dioksit
CO3= : Karbonat
D : Konvektif difüzyon parametresi Dm : Moleküler difüzyon parametresi
DSYb : Islah öncesi toprakta değişebilir sodyum yüzdesi
DSYs : Islah sonrası toprakta değişebilir sodyum yüzdesi
Dt : Yıkanacak toprak derinliği
Dys : Gerekli yıkama suyu miktarı
Fe+3 :Demir
FeSO4 : Demir-II- sülfat
H2O : Su
H2SO4 : Sülfirik asit
HCO3- : Bikarbonat
k :Toprak özelliklerine, yıkanması gereken tuzların miktar ve karakterlerine bağlı katsayı
K+ : Potasyum
L : Taban suyu derinliği
θ : Yıkanması gereken toprak katmanının ortalama porozitesi
Na+ : Sodyum
Na2SO4 : Sodyum sülfat
NaCl : Sodyum klorür
Nys : Yıkama yapılacak derinlikteki boş olan gözenekleri tamamen
dolduracak su miktarı NO3- : Nitrat
Nv : Çözünmüş tuzların taşınması için gerekli su miktarı
pH : Hidrojen iyon konsantrasyonun negatif logaritması
L : Yıkanacak toprak derinliği
Si : Silisyum
S : Kükürt
CH3COONa . 3H2O : Amonyum asetat
S1 : Kükürt uygulaması (1t. da-1)
S2 : Kükürt uygulaması (2t. da-1)
S0 : Yıkamadan önceki toprak katmanının ortalama tuz miktarı
So :Kükürt uygulaması kontrol grubu
SO4= : Sülfat
St : Yıkamadan sonra toprak katmanının ortalama tuz miktarı
T : Yıkama suyunun verilme süresi
V : Yıkanacak toprağın kolon hacmi
v : Gözeneklerdeki çözeltinin infiltrasyon hızı W : Yıkamadan önce topraktaki su miktarı X : Toprak değişebilir kompleksi (killer)
b : Toprağın hacim ağırlığı
λ : Hidrodinamik dispersiyon parametresi
Σ : Toplam
: Freundlich adsorpsiyon denkleminin sabiti Sw : Yıkama suyu konsantrasyonu
η : Pekle parametresi
St veya ECf :Yıkamadan sonra toprak profilinde saturasyon eriyiğinin
elektriksel iletkenlik değeri
Dw : B yıkaması için gerekli su derinliği
Cf : İstenilen B konsantrasyonu
Ci : Başlangıç B konsantrasyonu
Ddis : Mekanik dağılım katsayısı
Δm veya C : Çözünmüş tuzlar
q : Difüzyon hızı
Jx : Kütle akı yoğunluğu
: Katı faz tuzlarının çözünme hızı katsayısı
β : Toprağın mobil ve immobil gözenekleri arasındaki kütle değişim hızı katsayısı
Kısaltmalar
Dnk : Denklem
DS : Değişebilir sodyum
DSY : Değişebilir sodyum yüzdesi EC : Elektriksel iletkenlik
ECe : Saturayon ekstraktının elektriksel iletkenliği
GG : Geçirgenlik göstergesi
KDK : Katyon değişim kapasitesi
Kİ : Klor indeksi
KOP : Konya ovası projesi
PAFS : Polimerik alüminyum demir sülfat RSC : Kalıcı (bakiyevi) sodyum karbonat SAR : Sodyum adsorpsiyon oranı
Sİ : Kükürt ihtiyacı
SN : Solma noktası
TK : Tarla kapasitesi
Tüik : Türkiye istatistik kurumu
YS : Yıkama suyu
TDS : Toplam çözünmüş tuz miktarı
1. GİRİŞ
Artan dünya nüfusu, giderek azalan ve kötü yönetim neticesinde elden çıkan tarım alanlarının sürdürülebilirliğinin ortadan kalkması, birim alandan alınan ürün miktarının yeterli olmaması nedeniyle bu alanlarda sürdürülebilirlik ve verimlilik arttırıcı önlemlerin dünya genelinde ve bölgesel düzeyde hızla alınması gerekmektedir.
Dünya nüfusu, 1950’li yıllarda 2.05, 1985’de 4.9, 1990’de 5.3, 2011 yılında 6 milyar 974 milyon kişi iken bu rakam, 2050 yılı nüfus tahminlerine göre 9 milyarı aşacağı öngörülmektedir. Türkiye nüfusu da 2050 yılında 94 milyona ulaşması tahmin edilmektedir. Bu bağlamda gelecek 30-40 yıl içinde dünya tarımsal üretiminde %40-50 (2025- 2050 yılında %38-57) dolaylarında talep artışı beklenmektedir. Artan nüfus ve gıda ihtiyacına karşılık tarım alanlarının çeşitli nedenlerle verimlilikleri azalmaktadır (Wild, 2003; Anonim, 2012).
Sanayideki gelişmeler, tarım alanlarının ve doğal ekosistemdeki tarımsal üretimin kaynağını oluşturan toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinde önemli yapısal bozunmalar meydana getirmektedir. Bu durumda üretim dengesinin bozulmasına, toprağın çoraklaşmasına, verimliliğin ve sürdürülebilirliğinin azalmasına neden olmaktadır. Türkiye’de 2008-2012 yılları arasında bölgesel olarak, sektörel ve bölgesel bazda artan teşviklerin, hızlı ve plansız yapılaşmanın, tarımsal alanların yaklaşık %2.9 daralmasına neden olduğu Türkiye İstatistik Kurumu (Tüik) tarafından yapılan araştırmalarda ifade edilmektedir (Özkul, 2013). Tarım alanlarının daralmasının durdurulması ve mevcut toprakların korunması daha da önem kazanmaktadır. Bu nedenle özellikle tarımsal faaliyet yapılamayan tarım dışı kalmış toprakların tekrar tarımsal faaliyete kazandırılması ve bu çalışmaların hızının artırılarak devam edilmesi önemli konuların başında gelmektedir.
Tarım dışı kalmış problemli toprakların bu doğrultuda tamamen elden çıkmadan tekrar üretime kazandırılması gerekmektedir. Problemli topraklar içerisinde önemli bir yeri çorak topraklar oluşturmaktadır. Dünyadaki toplam arazinin %15’inin tuzlulaşma ve toprak erozyonu da dahil fiziksel ve kimyasal bozulmalara maruz kalmaktadır (Wild, 2003; Anonim, 2012).
Bu problemli toprakların en önemlilerinden olan ‘‘tuzlu toprak’’, toprak verimliliğini azaltacak oranda eriyebilir tuz bulunduran topraklardır. Tuz etki etmiş toprakların dünya toprak haritasını hazırlama tasarısında kabul edilen “Tuzlu topraklar” terimi şu şekilde tanımlanmaktadır: Yüzeyden 125cm aşağıda (kaba, orta ve ince bünyelilerde; 125cm, 90cm, 75cm) tuzlu horizona sahip veya yüzeyin 25cm altındaki
toprakta 4dS.m-1’den daha fazla saturasyon ekstraktının elektriksel iletkenliğine (EC e)
sahip olan topraklar tuzlu topraklardır. Eğer bu tuzlu tabakada pH ≤ 8.5 (toprak-su 1:1 ekstraktı) ise, kaba bünyeli topraklarda yüzeyin 125cm’lik, orta bünyeli topraklarda 90cm’lik ve ince bünyeli topraklarda 75cm’lik bölümünde ECe 15dS.m-1’den fazla
olmalıdır (Szabolcs, 1989).
Aynı şekilde ‘‘alkali topraklar’’da, toprak verimliliğini azaltacak derecede değişebilir sodyum (DS) bulunduran topraklardır. Bu topraklar, değişebilir sodyum yüzdesi (DSY) 15’den fazla ve saturasyon ECe 25oC’sinde 4dS.m-1’den daha az olan
topraklara denilir. pH değerleri genellikle 8.5-10 arasındadır. Bu topraklar Hilgard’ın “siyah alkali” topraklara ve bazı hallerde de kullandığı “solonetz” topraklara karşılık gelmektedir. Tuzlu-alkali topraklar, saturasyon ekstraktının ECe 25oC’sinde 4dS.m-1’
den fazla ve DSY’ de 15’den fazla olan topraklara denir. Fazla tuzun varlığı durumunda pH değerleri nadiren 8.5 üzerinde ve toprak zerreleri floküle durumdadır (Richards, 1954; Lamond ve Whitney, 1992).
Bor (B) toprakların çoraklaşmasında ve çok az miktarının bile bitkide toksik etkisi sebebiyle önemli bir yere sahiptir.
Bu elementin başlıca kaynağını “turmalin” minerali oluşturmaktadır. B içeren mineraller ya çok çözünmez (turmalin) ya da çok çözünen (hidratlaşmış B mineralleri) halinde bulunurlar. Genellikle toprak çözeltisinde B çözünürlüğünü kontrol etmek
oldukça zordur (Eaton ve Wilcox, 1939; Goldberg, 1993).
Bu topraklar Özgül (1974), tarafından şu şekilde ifade edilmektedir: Saturasyon ekstraktındaki B duruma göre az, orta, yüksek ve çok yüksek B’lu topraklar olarak dört grup altında sınıflandırmaktadır. Tüm bitkiler için sorun oluşturmayan topraklar 0.7ppm, bazı bitkiler için sorun oluşturmayan topraklar 0.7-1.5ppm ve çoğunlukla bütün bitkiler için tehlikeli olan topraklarda ise 1.5-3.75ppm B içermekte olduğunu tespit etmiştir.
Tuzlu topraklar genellikle yarı kurak ve kurak iklim bölgelerinde taban suyu yüksek olan bölgelerde meydana gelirler (Metternicht ve Zinck, 2008). Bu toprakların oluşmasında çeşitli etkenler rol oynamaktadır. Toprağın sınırlı drenajı ve toprakların düşük permeabiliteli olması toprakların tuzlulaşmasında başlıca sebeplerdir. Tuzluluk sorununun ekonomik önemi, tuzsuz toprağın zamanla sulamalarla veya yanlış sulama yöntemleri sonucunda tuzlu hale gelmekte ve üründe verim kaybı ortaya çıkmaktadır (Çullu, 2011). Özellikle yeni arazilerin sulamaya açılması ve birinci sınıf sulama suyunda dahi belirli miktarda tuzun bulunması bu suyla toprağa ilave edilen tuzun
birikmesi ve tuzun kök bölgesinden uzaklaştırılamaması da tuzlulaşma da önemli etkenlerdendir (Richards, 1954; Ağca ve Ergezer, 1995; Tanji, 1996;).
Tuzlu topraklar bütün kıtalarda bulunmakta olup, kurak alanların toplam yüzey alanlarının %10’unu kaplamaktadır. Dünya genelinde tuzlanma problemi ile uğraşan ülkelerde, 77 milyon hektardan fazla alan insan etkinliği nedeniyle tuzlanmıştır. Dünyadaki kurak ve yarı kurak alan, toplam alanın %46’sını oluşturmaktadır (Sönmez ve Beyazgül, 2008). FAO (2008) tarafından hazırlanan raporlarda, dünya genelinde 12.781 milyon hektar alan tuzdan etkilenmiş ve üretiminde sınırlanmalar meydana geldiği bildirilmektedir.
Ülkemizde, Çağlar 1943 yılında tuzlu ve sodyumlu toprakları ilk etüd edip sınıflandırarak, bu toprakların dağılışını ve genel özelliklerini açıklamıştır (Çullu ve ark., 2015).
Türkiye’de Oakes, 1954 yılında yapılan toprak etüdlerine göre toprakların ilk alansal değerlerini vermiştir. Türkiye yüzölçümünün %2’sini çorak araziler oluşturmaktadır. Toplam tarımsal faaliyet gösterilen arazilerin %5.48’ine, ekonomik anlamda sulanabilen 8.5 milyon hektar arazinin %17’sine eşittir. Toplam tuzdan etkilenmiş alanların %74’ü tuzlu, %25.5’i tuzlu-alkali ve %0.5’ini ise alkali topraklar oluşturmaktadır (Sönmez, 2011).
Topraktaki tuzlulaşma bitkilerin gelişmesine doğrudan veya dolaylı olarak etki etmektedir. Toprakta bulunan suyun tuz miktarındaki artış osmotik basıncın artmasına neden olmaktadır. Bunun sonucunda bitkiler topraktan su alamamakta ve bitkinin gelişmesi olumsuz yönde etkilenmektedir (Berstein, 1974). DS’da toprak çözeltisindeki çözünmüş sodyumunda spesifik iyon etkisi vardır. DS’un yüksek olması toprakta dispersiyona sebep olmakta, bu da toprağın su geçirgenliğini ve havalanmasını azaltarak bitki gelişmesini olumsuz yönde etkilemektedir (Bayraklı, 1993).
Killi sodyumlu topraklar düşük elektrolit konsantrasyonunda çok zayıf fiziksel özellikler gösterirler. Bu nedenle bu toprakların drenaj ve havalandırma özellikleri çok düşüktür (Kamphorst ve Bolt, 1976). Toprak kolloidlerinin dispersiyonuna ve su alarak şişmesine DSY’nin yüksek olması neden olmaktadır. Dispers olan ve şişen kolloidler, toprakta havalanma kanalcıklarını tıkayacağından su alımı yani permeabilite azalmaktadır. Permeabilitenin azalması, bitkilerin büyümesi için gerekli olan normal havalanmayı ve suyun sağlanmasını azalttığı gibi tuzlu toprakların yıkanması, tuzun topraktan atılması ve ıslahın kontrolü için gerekli olan drenajı da engeller (Bohn ve ark., 1977; Faritfeh ve ark., 2005; Öz ve Karasu, 2007).
Problemli toprakların ıslahında, fiziksel, biyolojik, kimyasal, hidroteknik ve eloktro-ıslah gibi çeşit yöntemler uygulanmaktadır. Bununla birlikte özellikle sodyumlu toprakların ıslahında toprakta asit yapıcı kimyasallar kullanılmaktadır (Munsuz ve ark, 2001). Bu amaçla kullanılan materyaller özellikle jips (CaSO4.2H2O) ve kükürt (S) gibi
asit karakterli kimyasallardır.
Tuzlu-sodyumlu ve B’lu toprakların ıslah çalışmalarında, yapılacak olan ıslah planlaması başarıya önemli etki etmektedir. Bu toprakların ıslahındaki kriter (ECe, DSY,
B, pH) toprağın bitki yetiştirmeye uygun değerlere inmesinde belirleyici faktördür. Problemli toprakların ıslahı, maliyeti yüksek, uzun zaman ve emek gerektiren bir süreçtir. Bu süreçte arazide yapılacak çalışmalardaki olumsuzluklarının ortadan kaldırılması, yeni fikir ve alternatif çözüm yolları sunulabilmesi, bunların kullanılması ve tartışılması amacıyla tuzlu toprakların ıslahında matematiksel modellemeler yapılmakta ve kullanılmaktadır. Modelleme; eldeki bilgilerden yola çıkılarak bilinmeyen bir hedefi net ve açıklanabilir bir duruma getirmek için yapılan işlemlerin bütünü olarak tanımlanmış ve modelleme sonucunda elde edilen ürün ise model olarak nitelendirilmiştir (Harrison, 2001; Treagust, 2002). Matematiksel model en genel anlamıyla, herhangi bir sürecin veya bir sistemin temel özelliklerini matematik terimlerle ve işaretlerle tanımlayan bir formül olarak ifade edilebilir.
Bilgi yöntem ve modellerin gelişmesi, bu bilgilerin ekosistem araştırmalarındaki etkileşimleri ekosistemlerde meydana gelecek süreçlerin ayrıntılı bir şekilde irdelenmesinde matematiksel modellerin kullanılmasını zorunlu hale getirmektedir. Ekosistemdeki süreçlerin kimyasal-biyolojik-fiziksel, mantıksal örnek modellerin yapılması ampirik ve teorik bilgilere bağlı olmaktadır (Ekberli, 2008).
Bir sistemin ölçekli modelinden protipinin başarımıyla ilgili fikir sahibi olunabilir. Bilgisayarların gelişmesi ve bunun doğrultusunda modelleme çalışmalarının gerçek ölçekteki bir prototipinin oluşturulmasının ekonomik ve gerçekleştirme durumunun olmadığı şartlarda verimli olabileceği görülmektedir.
Uygun model seçiminin yapılması için; matematiksel modellerin laboratuvar ve tarla denemeleri sonucunda elde edilen değerlerinin doğruluklarının karşılaştırılması, uygulanabilirliği, uygulama yaklaşımları ve gelecekteki aşamalarda yapılacak çalışmaların maliyeti gibi etkenlerin araştırılması sonucunda yapılabilir.
Matematiksel modeller çevre problemlerini göz ardı etmeden, toprak ıslahının gelişimi temel bilimsel gerekçeler esas alınarak yapılmalıdır. Sulanan arazilerin ıslah edilmesi, su kaynaklarının rasyonel kullanılması ve sulanan arazilerin su-tuz
rejimlerinin düzenlenmesi temel bilimsel gerekçeleri oluşturmaktadır. Bu problemlerin çözümü ıslah edilmiş toprakların su-tuz rejiminin tahminine bağlıdır. Günümüzde topraklarda tuz taşınım teorisi esas alınarak, bu rejimlerin tahminini sağlayacak matematik modellerin hazırlanması önem taşımaktadır.
Bu bağlamda model çalışılmasında, ıslahın etkinliğinin arttırılması için, ıslah yapılması gereken arazilerin su-tuz rejimlerinin arazi ve laboratuvar çalışmalarının incelenmesi esas alınmıştır.
Arazi ve laboratuvar çalışmalarında tuzlu toprakların ıslahının başarılı olabilmesi için profilde ki mevcut tuzluluğun ve yıkama sonucunda topraktaki tuz değişiminin bilinmesi büyük önem taşımaktadır. Ayrıca tuzlu toprakların ıslahının etkinliği ıslah edilecek arazilerin su-tuz rejiminin iyi bir şekilde analiz edilmesi ile mümkündür.
Topraktaki çözelti hareketini modelleştirmek için ayrı bir çalışma yapmadan önce, tarla koşullarında test edilen çözelti hareketi modellerin tahmini, doğruluğunun tartışılması ve bunların uygulanması için eldeki mevcut model yaklaşımlarıyla mukayese edilmesi, sınıflandırılması ve yerleştirilmesi uygun olacaktır (Munsuz ve ark, 2001 ).
Bu sebeple, “Su - Toprak - Bitki - Atmosfer” ekosisteminde kütle taşınım teorisi kullanılarak söz konusu tuzluluğun hesaplanması ve tahmin edilebilmesi için matematik modellerin yapılması güncel önem taşımaktadır. Matematiksel modellerin yapılmasının avantajlarını şu şekilde ifade etmek mümkündür:
a. Problemli alanların analitik çözümü çok karmaşıksa deneye dayalı çözüm, yöntem ve yolları geliştirilebilir.
b. Modelin oluşturulmasında disipliner bazda önem dereceleri ortaya çıkarılarak, her disiplinin ayrı ayrı katkı payları incelenebilir.
c. Modellerin sonuçları ve katkıları, yapılacak olan denemelerin staratejisini ve planlamasını daha iyi yapılmasını sağlayabilir.
d. Modellemede prototiplerle çalışılması, arazi ortamlarında karşılaşılacak zorlukların giderilmesi ve arazide denenmesi zor ortamların denenmesi gibi imkanlar sağlayabilir (Mikayilov ve ark., 1998).
Yapacağımız araştırmada, sodyumlu ve B’lu toprakların hidroteknik ıslahı (parsellere piyasada satılan %80 saflıkta kükürt uygulaması) ile toprakta DSY’un DSY<5 ve B’da 2ppm’in altına inmesi için ıslah yapılacaktır. S kullanılmasının amacı, toprakta %50’nin üzerinde kireç bulunması ve S’ün asit yapıcı çözdürürcü etkisiyle
kireci çözerek toprağa kalsiyum (Ca++) kaynağı olmasıyla toprakta Na’la reaksiyona
girerek kolay çözünen tuza dönüşmesi ve topraktan yıkanması, aynı zamanda S’ün pH’ya etki ederek B’un toprakta adsorpsiyonunu azaltarak yıkanması amaçlanmıştır.
Ayrıca tuzlu toprakların matematiksel modelleme (hidro-kimyasal parametrelerin hesaplanması) çalışmasında, araştırma materyali olarak, Aksaray İlinin merkez ilçesinde Aksaray Üniversitesi (ASÜ) yerleşkesinde, daha önce ve şimdi hiçbir tarımsal faaliyetin yapılmadığı “tuzlu-sodyumlu-borlu” topraklar seçilmiştir. Laboratuvarda metal kolonda tuz yıkaması yapılarak yıkama suyu normu (Nys) ve
yıkama süresi (T) bulunup, bilgisayarda “Fortran VI” yazılım programı kullanılmasıyla kolay çözünen tuzların hidrodinamik dispersiyon parametreleri (λ) ve konvektif difüzyon (D) parametreleri elde edilecektir. Elde edilen bu parametrelerle arazide yapılacak parsel yıkamasıyla matematiksel modellemenin uygunluğu test edilecektir. Bu amaçla; yapılacak yıkamalarda tuz yıkama modellemesinde elde edilen değerlerin kullanılması kısa sürede ve daha az yıkama suyunda tuzlu toprakların ıslah çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır.
Araştırma beş bölümden meydana gelmiştir: Birinci bölümde, bu konunun niçin çalışıldığı, amacı ve öneminden bahsedilmiş, ikinci bölümde konu ile ilgili literatür özetleri, üçüncü bölümde araştırmada kullanılan materyal ve yöntemler, dördüncü bölümde araştırma sonuçları ve tartışma, beşinci bölümde ise sonuç ve öneriler verilmiştir.
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Sorunlu Toprakların Dağılımı
Tuzlu ve sodyumlu topraklar üzerinde ilk ciddi çalışmaların yapıldığı ve bir kitap halinde toplandığı, Kovda (1937, 1946, 1947)’ın, Volobuev (1948)’in çalışmaları ve Richards (1954)’ın editörlüğündeki “Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils” kitabı önemlidir ve uzun yıllar konuya ışık tutmuştur.
Dünya genelinde tuzdan etkilenmiş yaklaşık 1.5 milyon ha alan bulunmaktadır. Tuzluluğun ve sodikliğin giderek artması, dünya çapında önemli derecede arazi bozulmasına ve verim kaybına neden olmaktadır. Gelecekte de bu bozulma artarak devam edecektir (Aiazzi, ve ark., 2002; FAO, 2000; Yuan ve ark., 2010). FAO (2000)’nun yaptığı bir araştırmada dünya’da tuzdan etkilenmiş toprakların kıtalardaki dağılımı çizelge 2.1’de verilmiştir.
Çizelge 2.1. Tuzdan etkilenmiş toprakların bölgesel dağılımı (Milyon-Hektar)
Bölgeler Toplam Alan Tuzlu Topraklar Alkali Topraklar
Mha Mha % Mha %
Afrika 1.899.1 38.7 2.0 33.5 1.8
Asya, Pasifik ve Avustralya 3.107.2 195.1 6.3 248.6 8.0
Avrupa 2.010.8 6.7 0.3 72.7 3.6
Latin Amerika 2.038.6 60.5 3.0 50.9 2.5
Yakın Doğu 1.801.9 91.5 5.1 14.1 0.8
Kuzey Amerika 1.923.7 4.6 0.2 14.5 0.8
Toplam 12.781.3 397.1 3.1 434.3 3.4
Toprakların problemli olmalarında yüksek oranda çözünebilir tuzların ve sodyumun etkisinin yanında borunda toprakta çoraklaşmayı meydana getiren bir etken olduğu çeşitli çalışmalarla ortaya konmuştur.
Pessarakli ve Szabolcs, (1999)’a göre dünya da hemen hemen tüm sulanan -sulanmayan tarım topraklarında ve bununla birlikte doğal alanlarda da tuzluluk ve alkalilik meydana gelebilmektedir.
Türkiye’de sulanabilir 12.5 milyon hektarlık arazinin, il toprak verilerine göre, yaklaşık 1.517.695 hektarında tuzluluk ve alkalilik, 2.775.115 hektarında ise fazla suyun topraktan uzaklaştırılması (drenaj) sorunu bulunmaktadır (Güngör ve Erözel, 1994; Sönmez, 2008). Çizelge 2.2’de Türkiye’nin tuzdan etkilenmiş topraklarının dağılımı verilmiştir.
Bu çizelgede, Türkiye’de sulanabilir arazilerin yaklaşık %33’ünde tuzluluk, %0.5’inde alkalilik ve %17.5’inde ise tuzlu- alkalilik sorunu olduğunu göstermektedir. Tuzlulaşma ve alkalileşmeye neden olan faktörlerin başında iklim, fizyografya, sulama,
drenaj ve toprak özellikleri gibi faktörler büyük ölçüde etkili olmaktadır (Sönmez, 2011).
Çizelge 2.2. Türkiye topraklarının tuzluluk derecesi ve alanları (Sönmez, 2011)
Sorunun Niteliği Alan Sorunlu Alanlara Göre
ha % Hafif tuzlu 614.617 41.0 Tuzlu 505.603 33.0 Alkali 8.641 0.5 Hafif tuzlu-alkali 125.863 8.0 Tuzlu-Alkali 264.958 17.5 Toplam 1.518.722 100.0
Aksaray ve Malya Ovaları, Alüvyonlu Aşağı Seyhan Ovası, Konya-Ereğli, Menemen, Bafra, Söke, Iğdır, Acıpayam ve Salihli ovaları, Amik ve Reyhanlı ovaları, Erzurum, Erzincan, Çukurova, Türkiye’nin tuzdan etkilenmiş önemli toprakları arasında yer alırlar (Sönmez, 2004-2011; Dinç ve ark., 1990; Bayramin ve ark., 2004; Kılıç ve ark., 2008; Atasoy ve Çeçen, 2014).
Araştırma materyali olarak 500 ha olan ASÜ kampüsü toprakları kullanılmıştır. Bu alanın 426 ha (%85.20) geçici sulanamaz, 74 ha (%14.80) arazi ise ASÜ’nün fiziki yapılanması olduğundan 6.sınıf olarak değerlendirilmektedir. Bu alanın sınıflandırmaya göre tuzlu-sodyumlu ve sodyumlu toprakların dağılımı şekil 2.1’de gösterilmiştir (Anonim, 2014).
Şekil 2.1. ASÜ alanı tuzlu-sodyumlu ve sodyumlu toprakların dağılımı (Anonim, 2014) 2.2.Topraklarda Tuzluluk–Sodyumluluk ve Borluluğun Kaynağı ve Etkisi
Beyce (1974)’e göre Türkiye topraklarının tuzlulaşmasının başlıca nedeni olarak; iklim, drenaj, tarımsal işlemler ve toprak özelliklerinin etken olduğunu ve bu faktörleri birbirinden ayırmanın zor olduğunu ortaya koymaktadır. Toprakta tuzluluğun oluşmasında iklimsel faktörler önemli bir yer tutmaktadır. Kurak ve yarı kurak
bölgelerde yağışın az olması ve aşırı buharlaşmanın meydana gelmesi, drenajın zayıf olması, toprağın iyi havalanmaması nedeniyle bitki kök bölgesindeki eriyebilir iyonların profilde birikmesi tuzluluğun oluşmasına neden olmaktadır (Richards, 1954; Bohn ve ark., 1977; Blaylock, 1994; Faritfeh ve ark., 2005; Öz ve Karasu, 2007; Metternich ve Zinck, 2008).
Bayraklı (1993) yaptığı çalışmada, topraktaki tuzların üç temel doğal kaynağı olduğunu ifade etmektedir. Bunlar topraktaki minerallerin ayrışıp parçalanmaları ile ortaya çıkan tuzlar, yağışlarla atmosferden toprağa intikal eden tuzlar ve tuzlu deniz, göl ve benzeri yerlerde, eskiden kalma fosil kökenli tuz yataklarından toprağa geçen tuzlarıdır. Diğer taraftan önemli miktarda tuz tarımsal ve endüstriyel faaliyetler sonucunda toprağa geçmektedir (Richards, 1954; Tanji, 1990).
Yer kabuğunda anyonlardan ortalama olarak %0.005’i klor ve %0.06’ı sülfat katyonlardan da sodyum, kalsiyum ve magnezyum oranı %2-3 arasında değişmektedir (Miller ve ark., 1958).
Tuzlu topraklarda eriyebilir tuzlar genellikle sodyum (Na+), kalsiyum (Ca++) ve magnezyum (Mg++) katyonları ile klorür (CI-) ve sülfat (SO4=) anyonlarının
bileşiklerinden oluşmaktadır. Az miktarda potasyum (K+) katyonu ile bikarbonat
(HCO3-), karbonat (CO3=) ve nitrat (NO3-) anyonları bileşikleri de bulunabilir. Kurak
bölgelerde normal toprakların değişim komplekslerinde hakim katyonlar Ca ve Mg’dur. Toprak eriyiğinde fazla miktarda suda eriyebilir Na tuzlarının birikmesi sonucunda değişim kompleksinde Ca ve Mg’un bir kısmı Na ile yer değiştirir (Richards, 1954; Dorsan,1988; Rengasamy, 2006; Li ve ark., 2009).
Mevcut eriyebilir tuzların miktarı toprak eriyiğinin osmotik basıncını kontrol eder. Tuzlu topraklar kolayca eriyebilir tuzlardan başka kalsiyum sülfat (CaSO42H2O)
ve kalsiyum ve magnezyum karbonat [CaMg(CO3)2] gibi az eriyen tuzlar da ihtiva
ederler (Richards, 1954; Tanji, 1990).
Toprak dispersiyonun yüksek sodyum konsantrasyonu ile ilişkili birincil fiziksel bir süreç olduğunu araştırmacılar çalışmalarında tespit etmişlerdir (Buckman ve Brady, 1967; Chen ve Banin, 1975; Ayers ve Westcot, 1976; Frenkel ve ark., 1978; Hardy ve ark., 1983; Miller ve Donahue, 1995; Hanson ve ark., 1999; Bauder ve Brock, 2001).
Tuzlu toprakların kimyasal ve fiziksel özellikleri çok kısa mesafeli alanlar içinde yatay ve dikey boyutta büyük değişiklik gösterir. Tuzlu toprakların toprak kolloidleri kümeleşmiş durumdadır. Bu nedenle toprakların geçirgenlikleri yeterli, strüktürleri oldukça iyi ve genellikle bünyeleri ince yapıdadır. Kireç içerikleri çok veya azdır. Fakat
bu kirecin fazla tuzlardan dolayı çözünürlüğünün olmaması nedeniyle toprağa yararlılığı yoktur. Çözünebilir Na diğer katyonların yarısını genellikle geçemediğinden ve tuzların çoğu nötr ve nötral reaksiyonlu olması nedeniyle değişebilir Na miktarı toprakta azdır (Bonarius, 1970).
Zengin ve Gezgin, (2013), Konya Ovası Projesi (KOP) bölgesi topraklarında yüksek pH, kireç, tuzluluk ve sodikliğin olduğunu bu nedenle, kültür bitkilerinde sıklıkla besin maddesi noksanlığı görüldüğünü belirtmektedir.
Sönmez (2011) çoraklaşmaya bağlı olarak çölleşmenin ve bitki verimindeki azalmanın oransal değerlerini çizelge 2.3’de vermiştir.
Çizelge 2.3. Çoraklaşmaya bağlı çölleşme derecesinin tahmin kriterleri Çölleşme Bitki örtüsü Toprak tuzluluğu
(EC dS.m-1) Bitki verimi Hafif İyi veya çok iyi derecede < 4 %10’dan daha az azalmakta
Orta Orta derecede 4-8 %10-50 arasında azalmakta
Yüksek Zayıf derecede 8-15 %50-90 arasında azalmakta
Çok yüksek Arazi büyük ölçüde bitki örtüsünden yoksun kabukları, tozları Yüzeyde tuz % 90’dan daha fazla azalmakta
Toprak tuzluluğunda EC değerlerinden “Toplam Çözünmüş Tuz” [Total Dissolved Soils (TDS)] değerlerini bulmak için dönüşüm denklemleri geliştirilmiştir (Rollins, 2007).
1
-1
-1 -1 -1 640 EC dS m Eğer EC < 5 dS m TDS mg L ~ 800 EC dS m Eğer EC > 5 dS m (2.1)Problemli topraklarda B önemli bir yere sahiptir. Doğada B elementel halde olmayıp, bileşikler halinde bulunur. Bunlar oksijenle bileşik oluştururlar. Bu tür oluşturdukları bileşiklere “Borat” denir. B suda, toprak ve kayaçlarda az miktarda bulunmalarına rağmen yaygın olarak görülen bir elementtir. En sık görülen bileşikler bor oksit ve borik asitin bileşikleri olup özellikle okyanuslardan buharlaşarak ile havaya karışıp yağmur ve karla toprağa indiği yeraltı sularıyla dağıldığı tespit edilmiştir. Okyanuslarda ve denizlerde 0.5-9.6ppm (ortalama 5.6ppm), yer kabuğunda ise 10-20ppm seviyelerinde B bulunduğu belirtilmektedir (Bennet ve Mathias, 1973; Woods, 1994). B yıkamasında;
w s i f
D =(0.6 D C )/C (2.2)
denklemi de kullanılmaktadır. Dw: B yıkaması için gerekli su derinliği; Ds: yıkanacak
toprak derinliği; Cf: istenilen B konsantrasyonu; Ci: başlangıç B konsantrasyonu
Toprak çözeltisindeki B konsantrasyonu oranı bitkiye yarar-zarar sınır aralığı çok dardır (Reisenauer ve ark., 1973). Bazı bitki türlerinin B toleransı çizelge 2.4’de verilmiştir.
Çizelge 2.4. Bazı bitki türlerinin B hassasiyet dereceleri (Ayers ve Westcot, 1985)
B topraklar genellikle kurak ve yarı kurak ve bölgelerde meydana gelir. Bu nedenle bitkinin alabileceği B oranı yüksektir (Keren ve Bingham, 1985). Toprak oluşumunda rol oynayan kumtaşı, kireç taşı ve buzul molozlarında bulunan B, Türkiye topraklarında türdeş bir dağılım göstermez ( Sönmez, 2008).
Orta Güney Anadolu bölgesi tarım topraklarından 2000-2003 yıllarında alınan 1154 adet toprak örneğinin analiz sonuçlarına göre bölge topraklarının bitkiye elverişli B miktarı 0.01mg.B.kg-1 ile 63.9mg.B.kg-1 arasında değişmektedir (Gezgin ve ark.,
2005).
Harmankaya ve Gezgin (2005), Konya ovası topraklarında B fraksiyonlarının belirlenmesi konusunda yaptıkları çalışmada, bölge topraklarının toplam B içeriğinin 41.4–398.7mg.kg–1 arasında değiştiğini bildirmişlerdir. Ayrıca B fraksiyonları ile toprakların EC ve Na değerleri arasında önemli ilişkilerin olduğunu, ancak diğer toprak özellikleri ile B fraksiyonları arasında önemli ilişkilerin bulunamadığını belirtmişlerdir.
Hamurcu ve ark. (2003)’de, İç Anadolu Bölgesindeki tarımsal faaliyet sürdürülen topraklarda hakim olan kil tiplerinin farklı pH değerlerinde B adsorpsiyon değerlerini belirlemek amacıyla yaptığı çalışmada, iki farklı kil tipinin çözeltideki pH değerinin B adsorpsiyonu üzerine etkili olduğunu ve bu etkinin pH arttıkça arttığını ve belli bir noktaya kadar artışın devam ettiğini ve daha sonra düştüğünü tespit etmiştir.
Evans (1987), Okazaki ve Chao (1968) B’un adsorpsiyonu ile pH arasında sıkı bir ilişki olduğunu belirtmektedir (şekil 2.2).
Bazı bitkilerin B'a hassasiyet derecesi (mg.l-1) Çok hassas <0.5 Hassas 0.5-1.0 Orta hassas 1.0-2.0 Orta dayanıklı 2.0-4.0 Dayanıklı 4.0-6.0 Çok Dayanıklı 6.0-15.0 Ürün
Böğürtlen Arpa Hıyar Enginar Yonca Kuşkonmaz
Limon Buğday Bezelye Kavun Burçak Pamuk
Çilek Havuç Lahana Domates
Erik Kırmızı Biber Marul Maydonoz
Fasulye Patates Mısır Ş. pancarı
İncir Turp Şalgam
Kayısı Tütün
Soğan Yonca
Şekil 2.2. pH’nın kurak bölge topraklarında yüzey (■) ve yüzey altında (●) B adsorpsiyonuna
etkisi (Goldberg, 1997).
Kil minerallerinin B adsorpsiyonu, pH ile yakından ilişkilidir. Killerin B tutma kapasitesi toprak pH’sı 8–10 arasında olduğu durumlarda, maksimum seviyeye ulaşırken, toprak pH’sının 10> üzerine çıktığı durumlarda, kil minerallerinde B tutulması düşer (Hingston, 1964; Goldberg, 1997; Xu ve ark., 2001). Killer kendi arasında B tutulması bakımından, illit > Montmorillonit > Kaolinit olarak sıralanır (Sims ve ark., 1968).
Kil mineralleri tarafından B adsorpsiyonu iki aşamalı olarak gerçekleşmektedir. Başlangıçta kenar ve yüzeylerinde adsorbe olan B, zamanla tetrahedral yüzeylerdeki Si ve Al ile yer değiştirerek tutulabilmektedir (Couch ve Grim, 1968).
Fleming (1980) ve Gupta (1968) yaptıkları çalışmalarda, kumlu topraklarda yetişen bitkilerde sık sık B noksanlığı olduğunu belirtmektedir. Bu da, B topraktan yıkanarak uzaklaşmasında toprak bünyesinin etkili olduğunu göstermektedir.
2.3. Sulama Suyu Kalite Unsurları
Eaton (1950), Kamphorst ve Bolt (1976)’a göre; sulama sularında, kalıcı sodyum karbonat (RSC)’ın oluşması için Ca + Mg konsantrasyonun, CO3 + HCO3
konsantrasyonundan az olması gerekmektedir. Toprakta kalsiyum ve magnezyumun çökelmesine sebep, karbonat ve bikarbonat konsantrasyonlarının sulama sularında yüksek olmasıdır. Bunun sonucunda sodyum nisbi konsantrasyonu artmakta ve bu artışla sodyum karbonat ve bikarbonat oluşmakta bu da toprakların pH’sının yükselmesine ve toprakların yapısının bozularak dispers bir yapı kazanmasına neden
olmaktadır. RSC > 2.5 me.l-1 değerindeki sulama suyu sulamada kullanılmasının uygun
olmadığı yapılan araştırmalarda tespit edilmiştir.
Sulama suyu kalitesinin sınıflandırılmasında pek çok araştırıcı genellikle kendi isimleriyle anılan yöntemler geliştirmiştir. Bu yöntemlerden bazıları sadece tuzluluk zararı için toplam tuzluluğun ölçütü olarak elektriksel iletkenlik değerini (EC×106) ve
sodyumluluk zararı için sodyum yüzdesi (%Na) veya sodyum adsorpsiyonu oranını (SAR) göz önüne almaktadır. Bazı araştırıcılar ise özel iyon toksisitelerini yani B, klorür, bikarbonat konsantrasyonlarını ve RSC, klor indeksi (Kİ), geçirgenlik göstergesi (GG) gibi parametrelerini esas alarak sulama sularını kalite yönünden sınıflandırmaktadır.
Yukarıda belirtilen kriterler aşağıda gösterilen eşitlikler yardımıyla hesaplanmaktadır (Güngör ve Erözel, 1994): Na %Na 100 Katyon
Na+Sodyum me l
-1
(2.3)
++ ++
Na SAR 0.5 Ca Mg
++ 1 Ca Kalsiyum me l (2.4)
=
++ ++
3 3 RSC CO HCO Ca Mg
++ 1 = 1 3 1 3 Mg Magnezyum me l CO Karbonat me l HCO Bikarbonat me l (2.5) = 4 Cl KI SO
1 = 1 4 CI Klorür me l SO Sülfat me l (2.6) 3 Na HCO GG 100 Katyon
(2.7)Eşitliklerde iyonların konsantrasyonu 1
me.l cinsinden ifade edilmektedir.
2.4. Sodyumlu ve Tuzlu-Sodyumlu Toprakların Islahında Kullanılan Islah Materyalleri
Sodyumlu toprakların ıslahında çok değişik maddeler kullanılmış ve bunlar sodyumun topraktan uzaklaştırılmasında önemli katkılar sağlamıştır. Toprakta tuzluluk ve alkalilik neticesi oluşan olumsuz etkilerin azaltılması için çeşitli yöntemler önerilmiştir. Sodyumlu toprakların ıslahı için iki faktör önemlidir: bunlardan ilki,
toprağa yeteri kadar Ca+2 sağlamak, ikincisi ise toprak çözeltisinde yeterince elektrolit
konsantrasyonu sağlayarak toprağı geçirgen hale getirmek (Li ve Keren, 2009).
Sodyumlu toprakların ıslahı, kök bölgesinde DS’un genellikle kalsiyum iyonları ile yer değiştirmesini gerektirir. Sodyumlu toprakların ıslahı için gerekli kimyasal maddeler genel olarak üç guruba ayrılabilir:
a. Çözünebilir kalsiyum tuzları: CaSO4.2H2O, CaCl2, fosfojips;
b. Az çözünebilir kalsiyum tuzları: Kalsit, CaCO3 ;
c. Asitler ve asit formları: H2SO4, Fe ve Al sülfat, S, kireç-sülfür, pirit v.b.
Sodyumlu toprakların değişik sınıflarında çeşitli ıslah maddelerinin reaksiyon tarzı gösterilmektedir (Richards, 1954; Hilal ve Abd-Elfattah, 1987; Ryan ve Tabbara, 1989; Qadir ve ark., 2007; Ahmed ve ark., 2016).
Jips
4 2 2 4
2NaX CaSO CaX Na SO (2.8)
Kükürt
2 3
2S 3O 2SO (Mikrobiyolojik oksidasyon) (2.9)
3 2 2 4
SO H O H SO (2.10)
2 4 3 4 2 2
H SO CaCO CaSO CO H O (2.11)
4 2 2 4
2NaX CaSO CaX Na SO (2.12)
Kireç-S (Kalsiyum polisülfit)
5 2 2 4 2 4
CaS 8O 4H O CaSO 4H SO (2.13)
2 4 3 4 2 2
H SO CaCO CaSO CO H O (2.14)
4 2 2 4
2NaX CaSO CaX Na SO (2.15)
Demir sülfat 4 2 2 4 FeSO H O H SO FeO (2.16) 2 4 3 4 2 2 H SO CaCO CaSO CO H O (2.17) 4 2 2 4
2NaX CaSO CaX Na SO (2.18)
Elementel S tuzlu- sodyumlu topraklar için uygun maliyette ıslah maddesi olarak kullanılabilir (Tarek ve ark., 2013), aynı zamanda hem ürün verimini ve kalitesini arttırmakla kalmaz hem de toprağın yapısını iyileştirir (Tandon, 1991; Zhang ve ark., 1999; Abdou, 2006).
Öztan ve ark. (1962) Menemen-Keseköy’de yaptıkları çalışmada jips, S, sülfürik asit ve çiftlik gübresi kullanarak toprakta hem kimyasal hem de fiziksel bakımdan değişimler elde etmektedir.
Laboratuvarda alkali toprakların ıslahı ile ilgili yapılan kolon denemelerinde CaSO4, H2SO4, CaCl2 ve bunların kombinasyonları kullanılmakta ve araştırma
sonuçlarına göre H2SO4’in CaSO4 ve CaCl2’den daha fazla etkin olduğu tespit
etmektedir. H2SO4, CaCl2 ve CaSO4 kombinasyonları yalnız CaSO4 ile
karşılaştırıldığında ise jips’e göre gerekli yıkama suyu miktarı ve ıslah süresi azalmaktadır (Prather ve ark., 1978).
Kolon yıkama denemelerinden birini de Miyamoto ve ark. (1989) sodyumlu toprakların ıslahı için yapmaktadır. Denemede, 5 tane inorganik [H2SO4,CaCl2.2H2O
CaSO4.2H2O, FeSO4, Al2(SO4)3] ve 2 tane organik bileşik (polyacrylamide ve
trihydroxyglutaric acid) kullanmakta, deneme sonucunda; kalsiyum bileşikleri ve sülfürik asit’in kireçli topraklara uygulanması organik bileşiklere göre orta derecede tuzlu – sodyumlu toprakların ıslahında daha etkili olduğunu belirtmektedir.
Munsuz ve ark. (2001), eğer toprakta kireç mevcut ise; kükürt, kalsiyumun açığa çıkmasını sağlayacağını ve alkali toprakların ıslahında mükemmel iş göreceğini, ancak S su ile uygulandığında başarılı olmadığı ve infiltrasyon sorununu çözmediğini belirtmiştir. S reaksiyonunun ve oksidasyon işleminin yavaş cereyan etmesi ve yüzey yakınında salınan kalsiyumun sulamalar esnasında kısa bir sürede yıkanmasından dolayı, infiltrasyon sorununu tatmin edici şekilde iyileştirmesi beklenmemektedir. Eğer yeterli zaman mevcutsa, kireç içeren alkali toprakların ıslahında S iyi bir ıslah materyalidir.
Islahta kullanılan maddelerden S’le yapılan çalışmalardan biri olan elementel S, laboratuvarda 30x30cm çapındaki plastik kolonlarla Lopez-Aguirre ve ark. (2007) yaptıkları çalışmada, 28oC’de dört faklı dozda elementel S 45 gün süreyle inkübasyona
tabii tutarak alkali topraklarda kolon yıkamasında, genellikle Ca ve Mg katyonlarının yıkama başlangıcında yüksek olması ve işlem sırasındaki değerlerinde değişmelerin olmasına karşın, Na ve K’nın yüksek oranda hızlı biçimde yıkandığını belirtmektedir. Bu çalışma; S uygulamasının alkali topraklarda kolon yıkamasıyla topraktaki anyon ve katyon çözünebilirliliğini arttığını bununla birlikte, S uygulanmayan topraklarda pH’nın ve EC değerinin artacağını ortaya koymaktadır.
Luo ve ark. (2014)’ de yaptıkları çalışmada, tuzlu ve alkali topraklara polimerik alüminyum demir sülfat (PAFS) uygulayarak toprağın fiziksel ve kimyasal
özelliklerinde olumlu değişimlerin meydana geldiğini ve tuzlu-alkali toprakların ıslahında PAFS kullanımın etkili olacağını belirtmektedir.
Basak ve ark. (2015)’de tuzdan etkilenmiş topraklara değişebilir Ca/Mg’lu su kullanarak toprağın dispersiyonu ve killerin flokülasyonundaki değişimini göstermektedir.
Lax ve ark.’nın (1994), tuzlu sulama suyu uygulamalarıyla tuzlulaşmış domates tarımı yapılan topraklarda yaptıkları bir araştırmada; belediye katı atıklarının (1.9dS.m-1) ve (4.2dS.m-1) sularla, bu tarım arazilerine uygulanmaları sonucu, topraklarda büyük bir risk oluşturan ve sekonder tuzlulaşmaya neden olan tuzlu su uygulamalarının belediye katı atıklarının uygulanmasıyla bu zararlılığın azaldığını, ayrıca belediye katı atıklarının topraklara uygulanması sonucu toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri olan organik karbon, KDK, DS, agregat stabilitesi, infiltrasyon oranı, su tutma kapasitesi ve bitki yetiştiriciliği üzerine olumlu etki yaptığını tespit etmektedir.
Tuzlu-alkali toprakların yapısını iyileştirmek ve verimini arttırmak amacıyla, organik madde uygulaması yapılmasının yararlı olduğu belirtilmiştir (Melero ve ark., 2007; Madejon ve ark., 2001). Bu amaçla Angın ve Yağanoğlu (2009) yaptıkları çalışmada, tuzlu-alkali toprakların ıslahında yüksek oranda organik madde içeren arıtma çamurunun kullanılması durumunda toprağın fiziksel ve kimyasal yapısının iyileştirilmesi ile ıslahın etkinliğinin değiştiğini belirtmiştir. Tazeh ve ark. (2013)’de yaptıkları bir çalışmada kentsel katı atıkları ve inek gübresini tuzlu-alkali toprakların ıslahında kullanmıştır.
Tuzlu ve sodyumlu toprakların yıkanması sonrasında, toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla yapılan bir çalışmada, Hanay ve ark. (2004) jips’le yaptıkları ıslah çalışması sonrası kentsel karışık katı atıkların etkisini araştırmıştır. Çalışmalarında parsellere önce 50, 100 ve 150tonha-1 katı atık uygulayarak, her konu 5 kez yinelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ardışık kullanılan jipsin yüksek oranda eriyebilir tuz ve DS nedeniyle toprakların etkinliğini ve yapısının iyileşmesinde etkili olduğunu tespit etmiştir.
Tuzlu ve sodyumlu toprakların ıslahında kanalizasyon atıkları kullanan Rafael ve ark. (2009), elde ettikleri sonuçlara göre, başlangıçta sodyumluluğun arttığını, ürün çeşidinde sınırlamaların meydana geldiğini ve toprağın fiziksel ve kimyasal değişiminin sürekli izlenmesi gerektiğini ve sürdürülebilir tarımsal faaliyet açısından atık su
kullanımının takip edilerek biyolojik açıdan olumlu sonuçlarının önem taşıdığını belirtmektedir.
Tuzlu- alkali toprakların ıslahında kullanılan elektroteknik yöntemler üzerine çalışan araştırmacılar (Jayasekera ve Hall, 2007; Abdel-Fattah, 2014; Cho ve ark., 2009, 2010, 2012) toprağın ıslahında olumlu önemli sonuçlar elde etmiştir.
Tuzlu ve sodyumlu toprakların meydan getirdiği olumsuzluklarla birlikte toprakta B bitkisel üretimde önemli derecede olumsuzlukları olduğu bilinmektedir. Bu amaçla birçok araştırmacı tarafından toprakta B yıkanmasına yönelik çalışmalar yapılmaktadır.
Sönmez (2003)’in B’lu topraklarda yaptığı çalışmada, bu toprakların iyileştirilmesinde kullanılan su miktarı, tuzlu toprakların yıkanmasında kullanılan su miktarının 2 veya 3 misli olduğunu tespit etmiştir. Sodyumlu topraklarda B yıkamasının zor olması, pH’nın yükselmesiyle B’un toprakta tutulması artmakta bu da B’un yıkanmasını güçleştirmektedir. Kaba bünyeli topraklarda B yıkanması, ince bünyeli topraklara nazaran daha kolay olduğunu tespit etmiştir. Sodyumlu ve B’lu toprakların pH değerlerini etkili bir şekilde düşürmeye neden olan asit ve asit karakterli maddelerin B’un yıkanmasına miktar ve süre bakımından etkili olduğunu göstermiştir.
Rhoades ve ark. (1970) topraktaki toksik B seviyesini uygun seviyeye düşürmek için 0.01M mannitol- 0.01M CaCl2 solüsyonu kulanmış ve topraktaki B yıkanması
meydana gelerek toprak ıslah olmuştur.
Bazı araştırmacılar topraktaki B’un bitki yetişmesine engel kritik seviyesini düşürmek amacıyla uçucu kül kullanmıştır (Mulford ve Martens, 1971; Elseewi ve ark., 1978; Cox ve ark., 1978; Phung ve Lam, 1979).
Suyun kıt olması ve giderek artan su ihtiyacı yapılacak olan ıslahın verimliliği üzerinde önemle durulması gerektiğini ortaya koymaktadır. Bu nedenle ıslahta kullanılan kimyasalların yanında yıkamada kullanılacak yıkama suyu normu ve özellikleri, yıkama metodu ve hangi mevsimde (sıcaklık) yıkamanın yapılacağının tespiti üzerinde önemli çalışmalar yapılmaktadır.
2.5. Yıkama Suyu Normu
Sorunlu toprakların yıkanmasında ekonomik su verme miktarı metodunu tespiti amacıyla yapılan çalışmalarda, yağmurlama metodu ile birlikte çoğunlukla aralıklı göllendirme metodunun etkili olduğu tespit edilmiştir. Yıkamanın yapılacağı dönemin toprak neminin ve taban suyunun düşük olduğu dönemlerde yapılması, toprağın aralıklarla ıslanması ve kuruması, infiltrasyon hızını artırdığı için hidrolik geçirgenliği
az olan topraklarda da yıkama suyunun aralıklı olarak verilmesi gerektiği ortaya konmuştur (Çiftçi ve ark., 2004; Sönmez ve ark., 2008).
Tuzlu toprakları ıslah etmenin en iyi yolu yıkamadır. Toprak profilinden su geçirerek, tuzların çözünmesi sağlanmakta ve tuzlar profilden uzaklaştırılmaktadır.
Tuzlu toprakların yıkanması için ihtiyaç duyulan su miktarının tayin ve tespit edilmesi amacıyla pek çok araştırıcı tarla yıkama denemeleri yapmıştır.
Yıkama suyu ile ilgili yapılan çalışmada Güngör ve Erözel (1994), tuzlu toprağın ıslahında yıkama suyu miktarının belirlenmesinde şu faktörleri belirlemiştir:
a. Taban suyunda ve toprakta başlangıçtaki tuz miktarı ve çeşidi, b. Yıkama suyunun kalitesi,
c. Toprağın suyu geçirgenliği, d. Yıkanacak toprak derinliği, e. Yıkama metodu.
Yine bahsi geçen araştırmacılar, yıkama suyu miktarına, yıkama suyunun toprağa uygulanma şeklinin etkili olduğunu ve yıkama suyunun toprağa genellikle üç yöntemle uygulandığını ifade etmektedir. Bunlar:
a. Devamlı göllendirme, b. Aralıklı göllendirme, c. Yağmurlama yöntemi.
Toprak kolloidleri ve değişebilir katyonlar reaksiyon halinde olduğundan; tuz yıkanması iki aşamada gerçekleşmektedir. ilk olarak; su ilavesinden sonra tuzlar çözünmekte, toprak doyduktan sonra ise, su hareketi ile tuzlar uzaklaştırılmaktadır. Yıkama suyu tuzlu toprak suyu ile karışarak onun yerine geçer; yani tuzlu su aşağı yönde toprak profilinin daha derin katmanlarına itilir ve yıkanırken tatlı su üst katmanlarda kalır. Tarla ve laboratuvar tuz yıkamasında kullanılan yaklaşımın temsili şekil 2.3’de verilmiştir.
Şekil 2.3. Tuzlu toprakların tarla ve laboratuvar yıkanmasında kullanılan
yaklaşım (Kırda, 2002)
2.5.1.Tuzlu toprakların yıkanması için kullanılan yöntemler
Dünyanın farklı ülkelerinde tarım arazilerinin tuzlulaşmış topraklarının yıkanması için bilimsel ve pratik araştırmalar yapılmış ve halen bu konu sorun olduğundan dolayı teorik ve uygulamalı çalışmalar yürütülmektedir.
Yıkama suyunun miktarının ve uygulama süresinin hesaplanması, tuzlu toprakların ıslahı teorisinin önemli sorunlarından biridir. Birçok deneysel ve teorik araştırmalardaki temel amaç, yıkama suyu miktarının hesaplanması için bilinen hidrodinamik yasalara uygun olarak fonksiyonel bir formülün tespit edilmesidir. Dünyada ıslah konusunda çalışan bilim adamları çalışmalarını bu konuya ayırmıştır. Günümüze kadar araştırıcılar pek çok sayıda formüller elde etmiş ve kullanımını önermişlerdir. Tüm bu formüller, elde edilmesine göre üç temel grup altında toplanabilir (Mikailsoy, 2014). Bunlar;
2.5.1.1. Basit-mantıksal modeller
Bu gibi modeller, yıkamanın başarısını etkileyen temel fiziksel-kimyasal faktörleri ayrıntılı bir biçimde göz önüne almadan, topraklarda sadece tuzun taşınmasını kabaca ifade etmektedir.
İlk defa yıkama suyu normunun hesaplanması Sovyet bilim adamı Kostyakov tarafından 1932 yılında yapılmış ve aşağıdaki eşitlik önerilmiştir:
yk v n v
N = Π W +N =N +N
(2.19)Burada; N = Π W :n
Toprağın yıkama yapılacak derinlikteki boş olan gözenekleri tamamen dolduracak su miktarı (m3.ha-1), : Toprağın tarla (su tutma) kapasitesi(m3.ha-1), W: Yıkamadan önce topraktaki su miktarı (yıkama anındaki toprağın
nemliliği) (m3.ha-1), v
n
N
değerinin hesaplanması oldukça kolay olmasına rağmen,N
v değerininbulunması oldukça zordur ve çok sayıda faktörlere bağlıdır.
N
v değerinin bulunmasıiçin çok sayıda yapılmış bilimsel araştırmalar ve pratik denemeler sonucunda tuzlu toprakların bazı özelliklerini içeren “Basit-Mantıksal Modeller” önerilmiştir.
Bu modeller önerilme zamanına göre genel olarak aşağıdaki gibi sıralanabilirler: Kovda (1947):
v 1 2 3
N =400 n n n 100, m3.ha-1 (2.20)
Burada; n1: Katsayısı, toprağın tekstürüne bağlı olarak belirlenir, n2: Katsayısı, taban suyu seviyesini (derinliğini) ifade eder, n3: Katsayısı, taban suyunun tuz konsantrasyonu ifade ediyor.
Volobuev (1948):
yık 1 2 3 4
N =W +W +W +W , m3.ha-1 (2.21)
Burada; W1: Topraktaki tuzların çözünmesi için gerekli su miktarı, W2: Çözünmüş
tuzların yıkanması için gereken su miktarı, W3:Yıkama süreci sırasında yıkama suyunun
buharlaşmış kısmı, W4:Yıkama süreci sırasında toprak yüzeyinde suyun kaybolmasının
ardından buharlaşması.
Shoshin (1940, 1954 ve 1956), çok sayıda deneysel yıkama verileri kullanarak yıkama suyu normu için aşağıdaki çizelge 2.5’de verilmiş değerleri belirlemiştir.
Çizelge 2.5. Shoshin’ine göre belirlenmiş yıkama suyu normları Başlangıç Tuzluluk (toplam, % )
Yıkama suyu normu (m3.ha-1) Klorlu
tuzlanma
Sülfatın fazla olduğu
karışık tuzlanma Alçı içerikli sülfatlı tuzlanma
0.3 – 0.6 0.4 – 0.8 1.0 – 1.3 2000-2500 0.6 – 1.0 0.8 – 1.2 1.3 – 1.7 4000-5000 1.0 – 2.0 1.2 – 2.2 1.7 – 2.7 6000-7000 2.0 – 3.0 2.2 – 3.3 2.7 – 3.7 8000-10000 > 0.3 > 3.3 > 3.7 10000-12500 0 0 0 lg lg lg v t t S S a ak a S S , m3.ha-1 (2.22)
Burada; a: Toprak doymuş duruma geldikten sonra tuzların yıkanacak katmandan taşınması için gereken su miktarı (m3.ha-1)
a0.3 0.4
, k: Yıkama suyu taktlarınınA.A. Cherkasov, yıkama suyu normu N ile S0/St orantısı arasındaki bağıntının
logaritmik fonksiyon olmasını ilk defa fark etmiş bilim adamıdır. Minashina (1972): 0 v Π W lg lg lgW t S S S , m3.ha-1 (2.23)
Burada; S :Π Yıkama suyunun tuz konsantrasyonu (dS.m-1, g.l-1 veya %). 2.5.1.2. Ampirik (deneysel) modeller
Bu grup modeller çok sayıda yıkama denemeleri verilerinin istatistiksel analizleri sonucundan elde edilirler ve genel olarak deneysel modeller olarak adlandırılırlar.
İlk defa yıkama suyu normunun hesaplanması istatistiksel analizler sonucunda incelenmesi ABD (Reeve ve ark., 1955, 1957) ve SSSB devletinin bilim adamları tarafından 1940 yıllarda farklı tuzlu toprakların yaygın olan bölgelerinde (Azerbaycan ve Orta Asya’da) yapılmış (Volobuev, 1959, 1975; Panin, 1962; Aidarov, 1985) ve daha sonralar tuzlu toprakların yaygın olduğu diğer devletlerde (ABD, Türkiye, Irak, Suriye, Arabistan, İran, Pakistan, Hindistan, Avustralya vs.) (Dieleman, 1963; Lefellaar ve Sharma, 1977; Hoffman, 1980; Verna ve Gupta, 1989; Pazira ve ark., 1998; Omar, 1994; Ağar, 2011 vb.) de çok sayıda araştırmalar yapılmıştır.
İlk olarak Reeve (1948, 1955, 1957), yıkamadan önceki (S0) ve sonraki (St)
ortalama tuz konsantrasyonlarının orantısı (S0/St) ile yıkama suyu normu (Nw) ve
yıkanacak toprak derinlikleri (Ls) orantısı (Nw/Ls) arasındaki bağıntının analitik
ifadesini aşağıdaki biçimde:
1 1 w t w w w t f f i s 0 s s i s 0 D S D S EC EC , , EC f D S f L veya D f EC L f S (2.24) incelemeyi hedeflemiştir.
Bu amaçla toplam çözünebilir tuzların yıkama eğrisini elde edebilmek için her dilim yıkama suyu uygulamasından sonraki toprak tuzluluk değerlerinin yıkamadan önceki değerine göre yüzdesini:
t f
0 i
S EC
100% = 100%
Şekil 2.4. Yıkama eğrisi (Reeve ve ark., 1955)
Şekil 2.5. Yıkama eğrisi (Reeve ve ark., 1955)
Tuzlu toprakların yıkanması için ihtiyaç duyulan su miktarının tayin ve tespit edilmesi amacıyla pek çok araştırıcı tarla yıkama denemeleri yapmıştır. Reeve ve ark. (1955, 1957) Colifornia’nın Coachella vadisinde yapmış oldukları tarla denemeleri sonucunda yıkama suyu miktarının hesaplanmasında aşağıdaki eşitliği elde etmiştir:
