Tarım Topraklarının Sıkışma Sorunları ve Çözüm Önerileri. Soil Compaction problems in farm land and suggested solution

Transkript

1 51 Tarım Topraklarının Sıkışma Sorunları ve Çözüm Önerileri Ahu Uras Rasim Okursoy Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Nilüfer / Bursa ÖZET Bu çalışmada, toprak sıkışıklığının tanımı, tarla toprağında meydana gelen sıkışıklık çeşitleri, toprak sıkışıklığının bitkinin gelişimine olan etkileri ve toprak sıkışıklığının tarla koşullarında belirlenebilmesine yönelik bilgiler derlenmiştir. Diğer yandan, toprak sıkışıklığının, toprak yapısı ve strüktürü üzerine yaptığı etkiler ile, sıkışmaya yol açan mekanik faktörler açıklanmıştır. Tarım topraklarında uzun dönemde ve yoğun tarla trafiğine bağlı olarak meydana gelen toprak sıkışıklığının önlenebilmesi için neler yapılması gerektiğinin üzerinde durulmuştur. Anahtar Kelimeler: Toprak sıkışıklılığı, penetrometre Soil Compaction problems in farm land and suggested solution ABSTRACT In this study, the soil compaction in farm filed has generally been defined, and the literature review has also been performed related to the effect of soil compaction on plant growth in field condition. Besides, the mechanical effect such that the long term heavy field traffic of compaction on soil structure as well as the proposed solution of the problems has explained. Keywords: Soil compaction, penetrometer GİRİŞ İçinde yaşadığımız yüzyılda teknolojinin bu kadar gelişmiş olmasının sonucunda, tarım makinaları sanayinin de bu gelişmeden payını alarak belirli oranda gelişmiş olduğu bir gerçektir. Böylece üretimde zaman tasarrufu sağlanmış ve verimlilik artmıştır. Tarım makinaları sanayinin gelişmesi sonucunda ise yıllara bağlı olarak tarım makinalarında çeşitlenme görülmüş, tarımsal etkinliklerde kullanılan makinaların sayıları ve ağırlıkları artmış, güçleri yükselmiştir. Bir başka deyimle, çiftliklerde ve diğer tarımsal alanlarda işçilik maliyetini düşürmek için daha büyük ve ağır araçların kullanılması, toprak üzerindeki trafik yükü ile oluşan zararların artmasına sebep olmuştur. O halde, tarımsal etkinliklerde ağır yapılı makinaların kullanımının artması, toprak yapısı ve bitki gelişmesi yönünden bazı olumsuzlukları da beraberinde getirdiği artık çok bilinen bir gerçek olarak karşımıza çıkmaktadır. Elbette ki, bu olumsuzluklar, tarım topraklarında meydana gelen toprak sıkışıklığı ile yakından ilgilidir. Büyük bir bitkisel üretim potansiyeline sahip ülkemizde traktör sayısı hızla artmış ve yanlış uygulama nedeniyle tarla trafiği yoğunlaşmıştır. Bunun sonucunda tarımsal nitelikli topraklarımızın büyük bir bölümü sıkışma nedeniyle verimliliğini kaybeder duruma gelmiştir. O halde, tarım topraklarımızda oluşan sıkışmanın tanımlanması, sıkışmanın yarattığı faktörlerin titizlikle belirlenmesi, ve toprak sıkışıklığını önleyerek tarımsal üretimde verim artışını sağlayacak önerilerin ortaya konulması, günümüzde önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Toprak Sıkışması Optimum ürünün yetişmesine olanak sağlayan ideal bir tarım toprağı hacimsel olarak % 25 su, % 25 hava içermektedir. Bu hava-su oranına gözenek hacmi denmekte ve gözenek hacminin büyüklüğünün toprak sıkışıklığı ile yakın ilişkisinin olduğu bilinmektedir. Topraktaki su ve hava oranının dışında geriye kalan % 50 oranındaki katı tanecikler ise ideal bir toprakta % 45 minerallerden ve % 5 organik maddelerden oluşmaktadır. O halde bir toprağın sıkışabilirliği, toprağın nem içeriğine ve içerdiği kum, silt, kil ve organik madde gibi katı parçacıklarının miktarına bağlıdır. Tarım topraklarıyla ilgili önemli konulardan olan sıkışmanın bu bilgiler ışığında bir tanımı yapıldığında ise toprak içerisindeki boşluklardan havanın uzaklaşması ve böylelikle toprak havası hacminin azalması şeklinde yapılabileceği sonucuna ulaşılmaktadır. Bir başka deyimle, sıkıştırılmış ve gözenekli bir yapıya sahip topraklarda sıkışma sonucu, toplam porozite ve buna bağlı olarak hacim azalmakta, toprak parçacıklarının birbirlerine yaklaşması ile toprağın dayanımı ve hacimsel kütlesi

2 52 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale (yoğunluğu) artmaktadır. Gözeneklerin oranının % 35 ve daha aşağılara düşmesi durumunda ise zararlı toprak sıkışmasının ortaya çıktığını yapılan çalışmalar göstermiştir. Toprak sıkışıklığı büyüklüğü 2 MPa a yaklaştığında toprağa nüfuz eden köklerin sayıları aniden düşmekte ve gerçekte zararlı toprak sıkışmasının bir ölçüsü olan 2MPa ve üzerindeki sıkışma durumlarında bitki büyümesinde gelişmenin hemen hemen tamamen durduğu, hatta hiçbir kökün büyümesinin mümkün olmadığı (McKyes, 1986) görülmüştür. Toprak işlendikten sonra gözenek oranı da yükselmektedir. Pullukla yeni sürülmüş bir toprakta gözenek hacmi % 60 a yakındır. Sıkışmada, topraktaki suyun hacminde bir azalma veya ortamdan suyun uzaklaşması söz konusu olmadığından, sıkışma toprak taneciklerinin bünyelerindeki büyük boşlukları küçük boşluklara indirgeyecek şekilde yeniden ve birbirine daha yakın olacak şekilde yapılanması ile açıklanabilmektedir. Şekil 1. de gevşek ve sıkışmış topraktaki makropor (büyük boşluklar) ve mikroporlar (küçük boşluklar) gösterilmiştir. direnci, toprak hacim ağırlığı, toprak su içeriği ve toprağın su geçirgenliği üzerinde önemli etkiler yaparak toprak sıkışıklığının artmasına neden olmaktadır. Bir başka deyimle, tarla üzerinde çok sayıda sefer yapmanın toprak sıkışması üzerinde etkili olduğunu görülmektedir. Özellikle, dar sıra ekimi yapılan bitkilerin tohum yatağının hazırlanmasında toprak yüzeyinin % 90 ı traktörle çiğnenmekte, hasat sırasında çiğneme % 35 ve balyalama sırasında % 60 olmaktadır (Munsuz, 1985). Çalışmalarda, tarım araçlarının aynı izlerden gidiş sayılarının artmasıyla toprağın sıkışmasının artacağı, çalışma hızlarındaki artışla ise sıkışmanın azalabildiği ortaya konulmuştur. (Özgöz, 1999). Tekerlek tiplerinin toprak sıkışmasına etkileri farklıdır. Tırtıl tekerlek, fazla oranda temas yüzeyi bulunması nedeniyle, lastik tekerleğe göre toprağı daha az sıkıştırmaktadır (Özgöz, 1999). Diğer yandan toprak yapısı ile içerisindeki nem, organik madde ve kil/kum oranının sıkışma üzerine olan etkisi önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle, toprak dayanımının az olduğu toprak şartlarında, ağır alet ve araçlarla killi topraklarda yapılan uygulamalar büyük tahribatlara neden olur. Böyle durumlarda aynı toprak yüzeyinde ve aynı derinlikte uzun süre işleme yapılırsa pulluk tabanı meydana gelir. Şekil 1. Gevşek ve sıkışmış topraktaki büyük ve küçük boşluklar Sağanak yağış, yağış rejimindeki düzensizlik, ve toprak sıcaklığı gibi doğal nedenlerden dolayı da toprakta sıkışma meydana gelebilmektedir. Bu tür sıkışmalara doğal sıkışmalar denir. Toprakta ki sıkışmanın kaynağını o halde, doğal sıkışmanın yanında, çok büyük oranda yapay sıkışmanın meydana getirdiği söylenebilir. İşte yapay sıkışma, toprağın dış yüklerle ve kendi ağırlığı ile yapı dayanımından fazla yüklenmesi sonucunda ortaya çıkmaktadır. Bu sıkışma şekli toprağın alt ve üst katlarında görülebilmekte ve, özellikle alt katmanlarda görülen toprak sıkışmasının, bitkinin kök gelişmesi üzerine etkisinin büyük olması nedeniyle daha sakıncalı olduğu söylenebilmektedir. Tarım topraklarındaki yapay sıkışmanın başlıca nedeni, traktör ve diğer tarım alet ve makinalarının artan aks yükleri ile tarla trafiğindeki yoğunluktur (Özgöz, 1999). Bu nedenledir ki, tarım makinalarının toplam ağırlıkları ve aks yükleri yanında tekerlekler üzerindeki ağırlık dağılımlarının etkisi de göz ardı edilmemelidir. Fazla miktardaki tekerlek yükünün, özellikle derinlerde zararlı toprak sıkışmasını ortaya çıkardığı bilinmektedir (Özgöz, 1999). Bir sezonluk tarımsal üretime ilişkin mekanizasyon zincirindeki yoğun tarla trafiği, toprak Sıkışıklığın Bitki Üzerindeki Etkisi Toprak sıkışıklığı bitki gelişmesini ve toprağa bırakılan tohumun çimlenmesini sınırlayan en önemli fiziksel faktörlerin başında yer almaktadır. Yapılan araştırmalar 80 kpa nın üzerindeki sıkışıklık değerlerinin bitki köklerinin gelişmesi açısından sakıncalı olduğunu ortaya koymuştur (Okursoy, 1992a). Örneğin, sıkıştırılmış topraklarda büyüyen kökler, sağlıklı bitkilerin köklerinden daha kısa ve yapısal açıdan bozuk olmaktadır. Çok genel bir tanımlama ile toprak sıkışıklığının bitki üzerine etkilerine bakıldığında, bitkide büyümenin ertelenmesi, besin içeriği açısından zayıf ve küçük yapraklar, eğrilmiş gövde, gelişimi erken durmuş bitki, zayıf kökler ve uzantıları göze çarpmaktadır. Belirtilen bu koşullar hasat sırasında ciddi anlamda verim düşüklüğü, ürün kalitesinde bozulma, emek ve parasal yönden kayıplarla gelen üretici memnuniyetsizliği olarak ortaya çıkmaktadır. Havuç, şeker pancarı gibi bitkiler sıkışık toprakta yetiştiğinde kalın ve sert kabuklu olarak gelişir, bitkilerin uçlarında çatallaşmalar gözlenir. Gelişimini tamamlamamış bitkiler dairesel öbekler halinde ya da traktör tekerleğinin geçtiği doğrusal hatlarda yer alır. Sıkışıklığın kökler üzerine etkisi Şekil 2 de verilmiştir. Şekil 2. de de görüleceği gibi, traktör geçiş sayısı arttıkça, bitkilerin kök yoğunluğu azalmaktadır.

3 53 Sıkışıklığın Toprağın Yapısı Üzerindeki Etkisi Sıkışık topraklar diğer topraklar gibi tanesel değildir. Öbek halinde ve oldukça sert bir yapıya sahiptir. Bu yapı, toprak üzerinde kabuklaşmaya yol açmakta, dolayısıyla suyun toprağa sızması zorlaşmaktadır. Diğer yandan, toprak sıkışıklığının yol açtığı basınç iki kat arttığında, gözenek oranı azalacağından bu gözeneklere daha az oranda su dolmakta ve toprak nemi ise % 90 azalma göstermektedir. Sıkışıklığın kökler üzerine etkisi Şekil 2. de verilmiştir. Toprak Sıkışması Çeşitleri Tarım topraklarında yaygın olarak görülen başlıca dört faklı sıkışma tipi vardır: Bunlar, meydana geliş şekillerine ve yerine göre kaymak tabakası, yüzey toprak sıkışması, pulluk tabanı ve alt (derin) toprak sıkışması olarak adlandırılabilmektedir. Kaymak tabakası şeklinde meydana gelen sıkışmada sert bölge toprak yüzeyinde, yumuşak bölge ise bunun altında bulunacak şekilde oluşur. Kaymak tabakasının kalınlığı, toprağın üst birkaç santimetrelik kısmında meydana gelmektedir. Özellikle çimlenmiş bitkilerin çimlenmeden sonra toprak yüzeyine çıkışını engelleyerek bunların toprak içerisinde ölmesi sonucu sarı kıvrım denilen ürün kaybına neden olur. Yüzey toprak sıkışması, her bir aks üzerinde 5 ton dan fazla ağırlık bulunması durumunda meydana gelen tarla trafiği sıkışmasıdır. Genellikle toprağın üst 10 cm lik kısmında etkisini gösterir. Pulluk tabanı; genellikle uzun yıllar kulaklı pulluk ve diskaro başta olmak üzere birinci sınıf toprak işleme makinaları ile çalışılması durumunda meydana gelir. Alt toprak sıkışması veya derin sıkışma; nemli toprak koşullarında ağır çiftlik araçlarının tekerlekleri (aks başına 10 ton dan fazla yük bulunduğunda) nedeniyle meydana gelir. Şekil 2. Sıkışıklığın Kökler Üzerine Etkisi Toprak Sıkışmasına Yol Açan Mekanik Etkenler Tarlada toprak sıkışmasına neden olan mekanik etkenler olarak, tarla trafiği, nemli koşullarda yapılan hatalı toprak işleme ve aşırı hayvan otlatma verilebilmektedir. Toprak nemi ile lastik tekerlekli traktörlerde lastik ölçülerinin sıkışma derinliği üzerine etkisi Şekil 3. te verilmiştir. Şekil 3 incelendiğinde; toprağın neminin belirli orana kadar artmasıyla, toprak sıkışıklığına ait etki derinliğinin arttığı görülmektedir. Benzer şekilde traktör lastiklerinin kalınlıklarının artmasıyla birlikte yine sıkışıklık derinliğe bağlı olarak belirgin bir artış olmaktadır. Bu konuda yapılan bir çalışmada, traktör lastiklerinin iç basınçlarının toprak sıkışıklığı üzerine olan etkileri laboratuvar koşullarında incelenmiş ve sıkışıklık ile lastik iç basıncı, çalışma hızı ve aynı noktadan geçiş sayıları arasında ki ilişkiler ölçülmüştür. Veriler, üzerinde yapılan istatistiksel değerlendirmelerle kanıtlanmıştır (Özgöz ve ark., 2001) Şekil 3. Toprak Neminin ve Traktör Tekerleğinin Sıkışma Derinliği Üzerine Etkisi Toprak Sıkışıklığının Belirlenmesi Toprak sıkışıklığı, toprağın yapısına, yoğunluğuna, nem oranına ve organik madde miktarına bağlı olarak değişir ve penetrometre adı verilen cihazlarla belirlenir. Penetrometrelerin ilk kullanımı 1846 yılında olmuştur. Penetrometre kısımları Şekil 4. te gösterilmiştir.

4 54 Tarımsal Mekanizasyon 23. Ulusal Kongresi, 6-8 Eylül 2006, Çanakkale Eğer toprak sıkışıklığı güvenilir bir biçimde ölçülebilir ve haritalanırsa, sadece zararlı olan sıkışık bölgelere özgün bir toprak işleme kararı verilebilir. Buna bağlı olarak tarladaki belirli bölgelerde toprak işleme derinliği, toprak sıkışıklığının derinliğine bağlı olarak değişiklik gösterecektir. Sadece toprak sıkışıklığı bulunan alanlarda ve toprak sıkışıklığının bulunduğu katmanda derin toprak işleme yaparak çeki gücü ve enerji gereksinimi azaltılarak maliyet girdileri düşürülebilmektedir. Şekil 4. Toprak sıkışıklığının belirlenmesinde kullanılan bir el penetrometresi ve kısımları Şekil 4. te temel parçaları verilen penetrometrelerin çok değişik tipleri vardır. Tarla koşullarında el penetrometresi ile toprak sıkışıklılığının belirlenmesinde bazı zorluklar yaşanabilmektedir. Bu zorlukların başında, toprakların taşlı ve sert yapıda olmasından dolayı ölçümde istenilen düzeyde performansa ulaşamamak gelmektedir. Ne var ki, son yıllarda yapılan çalışmalarda daha hassas ölçümlerin yapılmasına olanak sağlayan hidrolik tahrikli elektronik penetrometreler geliştirilmiştir (Tekin, 2001). Penetrometreler ile ölçümde, toprak sıkışıklığı değeri, koni indeksi (cone index) olarak, penetrometre konisinin toprağı standart delme hızında, penetrometre sapına uygulanan kuvvetin standart koninin taban alanına oranlanması ile bulunan bir parametre olarak tanımlanmaktadır (Okursoy, 1992b). Toprağın fiziksel ve dayanım özelliklerine bağlı olarak toprak içerisinde ilerleyen koniye göstereceği direnç penetrasyon direnci olarak adlandırılmaktadır. Penetrasyon direnci aynı zamanda, dış kuvvetler etkisi ile toprak parçacıklarının birbirine yakınlaşması sonucu toprak sıkışıklığı olarak adlandırılan toprak sertliğini belirleyen bir değerdir (Say ve ark., 1996). Penetrasyon direncine etkili olan önemli faktörler içerisinde toprağın nem içeriği, toprak yoğunluğu, toprak tipi, koni taban alanı, koni tepe açısı ve koninin yüzey sertliği gibi çok sayıda parametre yer almaktadır. (Ayers ve ark. 1982, Bal 1985, Bailey ve ark. 1986, Perumperal 1987). Çizelge 1. de penetrasyon dirençleri verilmiştir. Çizelge1. Penetrasyon Dirençleri <0.1 MPa Küçük MPa Orta 1-2 MPa Uygun 2-4 MPa Yüksek 4-8 MPa Çok Yüksek >8 MPa Olağanüstü Yüksek SONUÇ Genellikle toprak sıkışıklığını azaltan etmenler arasında toprağın nemlenme durumu, hızlı ve yavaş kuruma koşulları, donma, çözülme, biyolojik faktörler ve toprak işleme olarak kabul edilir (Al-Adawi ve ark. 1996). Toprak sıkışmasını önlemek için yapılacak en iyi yaklaşım, tarımsal üretim faaliyetlerinde toprağa mekanik basınç yaratan işlemleri ortadan kaldırmak veya en aza indirmektedir. Bunun içinde birincil ve ikincil toprak işlemedeki işlemleri azaltmak, azaltılmış toprak işleme tekniklerinin uygulanmasına olanak sağlayan makina kombinasyonları kullanmak, arzu edilen toprak karakterleri için en uygun zamanı seçmek, tekrar eden bir takım işlemler yerine tek bir işlemde işi bitirmek gibi öneriler ortaya atılabilir. Çiftçi tarlada çalışma süresi boyunca aynı gidiş geliş yerlerini seçebilir ve böylece diğer alanlar çiğnenmeden korunarak toprak sıkışıklığı kısmen önlenebilir. Toprak işlemede sürüm derinliğinin her yıl değiştirilmesiyle, pulluk tabanı oluşması önlenebilmekte ve tarlada çalışma sırasında eğer yük fazla değilse çalışma hızını olanaklar elverdiği ölçüde artırmak suretiyle avantaj sağlanabilmektedir. Ayrıca ıslak topraklarda ağır aletlerle çalışmaktan kaçınılmalıdır. Tarımsal işlemler toprağın sıkışmayacağı nem düzeyinde yapılmalıdır. Büyük yapılı, hafif lastik tekerleklerin avantajlarından faydalanmak gerekir. Benzer şekilde lastik tekerlekli traktörlerde lastik iç basınçlarının ayarlanmasıyla toprağa temas yüzeyi artırılabilmekte ve lastik tarafından yaratılabilecek sıkışıklığın önüne geçilebilmektedir. Hayvansal atık veya yeşil gübreleme ile toprağın organik madde miktarını artırmak, ekim nöbeti uygulamak ve korumalı toprak işleme uygulamalarına yer vermek sıkışıklığı önlemek için alınabilecek önlemler arasındadır. Zaman zaman derin sürüm ve özellikle pulluk tabanının kırılmasının yapılması gerekmektedir. Derin toprak tabakalarında oluşan sıkışmış katmanların toprağın yapısına zarar vermeden parçalanmasına derin toprak işleme veya dip patlatma denir. Genellikle 25 ile 50 cm derinliklerde, yapılması gereken bir tarla işlemidir. Çalışmalarda, uygun toprak ve nem koşullarında dip kazan (subsoiler) adı verilen özel bir makina ile gerçekleştirilen dip patlatma işlemi ile verimde %50 ye varan artışlar sağlayabileceği bilinmektedir.

5 55 KAYNAKLAR Al-Adawi, S.S., Reeder, R.C., Compaction and Subsoiling Effects on Corn and Soybean Yields and Soil Physical Properties.Transactions of the ASAE, 39(5), S: Ayers, P.D., Perumperal, J.V., Moisture and Density Effect on Cone Index. Transactions of the ASAE, 25(5), S: Bailey, A.C., Johnson, C.E., Schafer, R.L., A Model of Agricultural Soil Compaction, Journal of Agricultural Engineering Research, 33, S: Bal, H., Toprak Sıkışması Sorunları ve Çözüm Yolları, Tarımsal Mekanizasyon 9. Ulusal Kongresi, Mayıs 1985, Adana, S: McKyes, E., Soil Cutting and Tillage, Development In Agricultural Engineering 7., 7(3), S: Munsuz, N., Toprak Mekaniği ve Teknolojisi, A.Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları, 22, Ders Kitabı 260 Okursoy, R., 1992a, Toprağın Kompaksiyon Modeli, Tarımsal Mekanizasyon 14. Ulusal Kongresi, Ekim 1992, Samsun, S: Okursoy, R., 1992b, Toprak İşleme Aletlerinin Dizaynında Toprak Parametreleri.,Tarımsal Mekanizasyon 14. Ulusal Kongresi, Ekim 1992 Samsun, S:20-27 Özgöz, E., Lastik Tekerlekli Traktörlerde Lastik Basıncının Toprak Sıkışıklığına Olan Etkilerinin Belirlenmesi, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Ana Bilimdalı, Doktora Tezi, Bursa, S:1-86 Özgöz, E., Okursoy R., 2001.Lastik Tekerlekli Traktörlerde Lastik İç Basıncının Toprak Sıkışıklığına Olan Etkilerinin Belirlenmesi. Tarım Makinaları Bilimi ve Tekniği Dergisi, Ankara, 7(4), S:75-82 Perumperal, J.V., Cone Penetrometer Applications-A-Review. Transactions of the ASAE, 30(4), S: Say, S.M., IŞIK, A., Penetrasyon Direncinin Toprak Koşulları ile Değişiminin Belirlenmesi Üzerinde Bir Araştırma, 6. Uluslar arası Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Kongresi, 2-6 Ekim 1996, Ankara, S: Tekin, Y., Toprak Sıkışıklığının Belirlenmesinde Traktör Hidrolik Sisteminden Tahrikli Penetrometreden Yararlanma Olanakları, U.Ü. Fen Bilimleri Ensititüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Bursa, S: 1-85