ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Sertan SESVEREN SERALARDA TOPRAK GÖZENEKLİLİĞİ, TOPRAK SU İÇERİĞİ VE KARBONDİOKSİT UYGULAMASININ SOLARİZASYON ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI ADANA, 2007

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERALARDA TOPRAK GÖZENEKLİLİĞİ, TOPRAK SU İÇERİĞİ VE KARBONDİOKSİT UYGULAMASININ SOLARİZASYON ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI Sertan SESVEREN DOKTORA TEZİ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI Bu tez,. /./2007 tarihinde aşağıdaki juri üyeleri tarafından oybirliği ile kabul edilmiştir. İmza... İmza İmza... Prof. Dr. Cevat KIRDA Prof. Dr. Mahmut ÇETİN Prof. Dr. Alhan SARIYEV DANIŞMAN ÜYE ÜYE İmza İmza Prof. Dr. Sevilay TOPÇU Yrd. Doç. Dr. Derya ÖNDER ÜYE ÜYE Bu tez, Enstitümüz Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı nda hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: ZF2004D10 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ DOKTORA TEZİ SERALARDA TOPRAK GÖZENEKLİLİĞİ, TOPRAK SU İÇERİĞİ VE KARBONDİOKSİT UYGULAMASININ SOLARİZASYON ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI Sertan SESVEREN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM DALI Danışman: Prof. Dr. Cevat KIRDA Yıl: 2007, Sayfa: 150 Juri: Prof. Dr. Cevat KIRDA Prof. Dr. Mahmut ÇETİN Prof. Dr. Alhan SARIYEV Prof. Dr. Sevilay TOPÇU Yrd. Doç. Dr. Derya ÖNDER Her durumda insan populasyonunun artışı ile önem kazanan global çevre bilinci, tarımda solar enerjinin diğer kullanım alanlarını ve toprak solarizasyonunun önemini arttıracaktır. Toprak solarizasyonunun öncelikli hedefi, toprak sıcaklığını arttırmaktır. Toprakta ısının iletimi, ve depolanmasında ve solarizasyon etkinliğinde termal özelliklerin belirlenmesi önemlidir. Bu araştırmada seralarda toprak işlemesi, su içeriği ve karbondioksit uygulamasının solarizasyon etkinliğine olan etkilerinin irdelenmesi amaçlanmıştır. Araştırma, Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü deneme alanında bulunan iki cam serada (SERA-1, SERA-2) ve Mersin ili Kazanlı beldesinde yer alan bir plastik serada (SERA-3) 2004 ve 2005 yılında iki yıl süre ile yürütülmüştür. Dört farklı solarizasyon konusu test edilmişdir: (+İS) toprak işlemesi yapılmış konu; (+İSCO 2 ) toprak işlemesi yapılmış ve CO 2 uygulanmış konu; (-İS) toprak işlemesi yapılmamış konu; (-İSCO 2 ) toprak işlemesi yapılmamış ve karbondioksit uygulanmış konu. Solarizasyon 3 ila 4 hafta süre ile yaz mevsiminde yaklaşık 2m 2m boyutlarındaki parsellerde saydam plastik malç örtü kullanılarak uygulanmıştır. Toprak su içeriği değişimi nötronmetre ile izlenmiştir. Toprak sıcaklıkları sürekli olarak 15 dakika aralıklarla 5, 20 ve 35 cm toprak derinliklerinde ölçülmüştür. Termal düfizivite (D), ısı denkleminden çözülerek türetilmiş sıcaklık-genlik denkleminde toprak sıcaklıkları kullanılarak hesaplanmıştır. Termal difüzivite, su içeriğinin (Pv) artışı ile orantılı şekilde artmıştır. Killi toprakta (SERA-1 ve SERA-2) 20 ve 35 cm derinlikler için en yüksek sıcaklıklar Pv nin cm 3 cm -3 ve cm 3 cm -3 olduğu koşullarda elde edilmişken, kumlu topraklarda (SERA-3) anılan derinlikler için cm 3 cm -3 ve cm 3 cm -3 su içeriklerinde sağlanmıştır. En yüksek toprak sıcaklığı kumlu toprakta C arasında değişmiş iken 5 cm derinlikteki maksimum toprak sıcaklıkları karbondioksit uygulanan konulardan elde edilmiştir. Ancak karbondioksit uygulaması toprağın daha derin katmanlarına doğru ısı iletimine arttırıcı yönde bir etki yapmamıştır. Genelde ortalama maksimum sıcaklıkların konulara göre izlediği sıra +İSCO 2 > +İS > -İS > -İSCO 2 şeklinde gerçekleşmiştir. Araştırma sonuçlarına göre, yüksek solarizasyon etkinliğinin yüksek su içeriklerinde ve toprağın işlendiği koşullarda başarılabileceği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Toprak solarizasyonu, toprak termal özellikleri, sıcaklık, termal difüzivite, sera. I

4 ABSTRACT Ph. D. THESIS INVESTIGATING THE EFFECTS OF SOIL POROSITY, SOIL WATER CONTENT AND CO 2 APPLICATION ON SOIL SOLARIZATION IN GREENHOUSES Sertan SESVEREN DEPARMENT OF AGRICULTURAL STRUCTURES AND IRRIGATION INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Prof. Dr. Cevat KIRDA Year: 2007, Pages: 150 Jury: Prof. Dr. Cevat KIRDA Prof. Dr. Mahmut ÇETİN Prof. Dr. Alhan SARIYEV Prof. Dr. Sevilay TOPÇU Assist. Prof. Dr. Derya ÖNDER The recognition of using solar energy for soil solarization in protected agriculture is gaining ground as the ecological awareness of the public has increased. The primary effect of solarization is to increase soil temperature. Determination of soil thermal properties is important the storage and movement of heat in soils in regard to effectiveness of solarization. The effect of tillage, soil water content and carbondioxide application on soil solarization effectiviness as thermal diffusivity and volumetric heat capacity of solarized soils was investigated through an experiment conducted in greenhouses. This study was carried out in two glass greenhouses (SERA-1, SERA-2) in the Research Field of Agricultural Structures and Irrigation Department, Faculty of Agriculture, Çukurova University Adana, and in a plastic greenhouse (SERA-3) at Kazanlı town of Mersin, Turkey, during 2004 to Four different treatments of solarization were tested: (+İS) tillaged; (+İSCO 2 ) tillaged and CO 2 was applied; (-İS) none tillaged; (-İSCO 2 ) none tillaged and CO 2 was applied. Solarization was applied on individual plots of 2m 2m size using transparent polyethylene mulching, 3 to 4 weeks during summer time. Soil water status was monitored with neutron gauge. Soil temperatures were recorded continuously at 15 min. intervals, measured at 5, 20 and 30 cm depths. The soil thermal diffusivity (D) was calculated using temperature data of the soils in a temperature-amplitude equation derived from the solution of the heat transfer equation. It was observed that D increased in proportion to the increasing of water content (Pv). The highest values for soil temperatures were obtained at 20 cm and 35 cm soil depths at Pv of cm 3 cm -3 and cm 3 cm -3 under clay soil conditions (SERA-1 and SERA-2) while Pv were cm 3 cm -3 and cm 3 cm -3 for same depths under sandy soil conditions (SERA-3), respectively. Mean daily maximum soil temperature of solarized soil at 5 cm depth was varied between 55 C and 57 C under CO 2 applied treatment in sandy soil. But, CO 2 application has no positive effect on heat conduction through deep soil layers. In general, the ranks of the average maximum soil temperature of the treatments tested were found as +İSCO 2 > +İS > -İS > -İSCO 2. It was concluded that an effective soil solarization can be achieved under tillaged and high soil water content conditions. Keywords: Soil solarization, soil thermal properties, temperature, thermal diffusivity, greenhouse. II

5 TEŞEKKÜR Araştırma konumun seçiminde, çalışmalarımın yürütülmesinde, değerlendirilmesinde ve yazımında yakın ilgi ve yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Sayın Prof. Dr. Cevat KIRDA ya sonsuz şükranlarımı sunarım. Çalışmalarım süresince bölüm deneme alanı ve laboratuar olanaklarını sunan TYS Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Rıza KANBER e teşekkür ederim. Tez izleme komitesinde yer alarak çalışmalarımın her aşamasında verdikleri destek ve katkılarından dolayı Sayın Prof. Dr. Mahmut ÇETİN ve Sayın Prof. Dr. Alhan SARIYEV e; tez çalışmamın çeşitli aşamalarındaki katkılarından dolayı Sayın Prof. Dr. Sevilay TOPÇU ya en içten şükranlarımı sunarım. Ayrıca, tez jürimde bulunan Sayın Yrd. Doç. Dr. Derya ÖNDER e tezime yapmış olduğu katkılarından dolayı teşekkür ederim. Diğer bölüm öğretim üyesi hocalarıma, Araştırma Görevlisi arkadaşlarıma, bölüm yardımcı personeline, deneme alanı ve laboratuar çalışanlarına gösterdikleri ilgi ve anlayıştan dolayı teşekkür ederim. Araştırmanın alt yapısının oluşturulması ve deney setinin hazırlanmasında yardımlarını esirgemeyen Sayın Prof. Dr. Alhan SARIYEV ve Sayın Barış DERİCİ ye en içten şükranlarımı sunarım. Çalışmamın çeşitli aşamalarında önerileriyle bana destek veren Sayın Prof. Dr. Halil ELEKÇİOĞLU, Sayın Doç. Dr. Seral YÜCEL ve Sayın Arş. Gör. Harun KAMAN a teşekkürlerimi sunarım. Çalışmanın Mersin İli Kazanlı Beldesinde yürütülmesi sırasında seralarında araştırma yapmama izin veren ve evinde misafir eden Kazanlı Beldesi sakinlerinden Sayın Musa ERKUŞ ve ailesine de sonsuz şükranlarımı sunarım. Bana doktora süresince yardım eden, ancak adlarını tek tek yazamadığım tüm insanlara da teşekkür etmeyi bir görev bilirim. Doktora çalışmamın her aşamasında, sabır gösteren ve katkı sağlayan eşim Gülşen ve kızım Gül Duru ya, araştırmamın her anında yardım ve desteklerini her zaman veren, doktor unvanını almamı çok isteyen babam Abbas SESVEREN ve tüm aileme sonsuz teşekkür ederim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT II TEŞEKKÜR III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VI ŞEKİLLER DİZİNİ. VIII EKLER DİZİNİ.. XI 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Genel Toprak Termal Özellikleri Isı İletimi ve Isı İletimine İlişkin Sayısal Model ve Matematiksel Yaklaşımlar Solarizasyonu Etkileyen Etmenler Toprak Su İçeriği Toprak Gözenekliliği Karbondioksit (CO 2 ) Uygulaması MATERYAL VE METOD Materyal Araştırma Yeri İklim Verileri Araştırma Alanı Toprak Özellikleri Hacim Ağırlığı Bünye Tayini Gözeneklilik Tayini Toprakta Sıcaklık Dağılımlarının Dinamik Ölçülmesi Analog/Dijital Çevirici (A/D Converter) Bilgisayar Ortamı 55 IV

7 Sıcaklık Algılayıcısı Sıcaklık Ölçüm Setinin Hazırlanması A/D Çevirici Kartın Kalibrasyonu Kalibrasyon Sonuçları Kullanılan Örtü Malzemesi CO 2 Uygulaması (Kuru Buz) Metod Araştırma Konuları Araştırmada Yapılan Ölçümler ve Hesaplanan Özellikler Toprak Sıcaklık Ölçümleri Toprak Su İçeriği Ölçümleri Toprakta Termal İletkenlik ve Termal Özelliklerin Belirlenmesi Verilerin İstatiksel Analizi BULGULAR VE TARTIŞMA Deneme Konularının Sıcaklık Üzerine Etkisi Toprak Su İçeriğinin Etkisi Termal Özellikler Termal Difüzivite (D) Termal Difüzivite (D) ve Su İçeriği (Pv) İlişkisi Termal Difüzivite (D) ve Gözeneklilik (Va) İlişkisi Termal Difüzivite (D) ve Karbondioksit (CO 2 ) Uygulaması Arasındaki İlişki Termal İletkenlik (K) ve Hacimsel Isı Kapasitesi (Cv) Genlikler (A) Sönme Derinliği (d) SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER V

8 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1. Atmosfer tarafından absorbe edilen bromin miktarları. 2 Çizelge 1.2. Türkiye de kullanılan yıllık metil bromid miktarları... 3 Çizelge 3.1. Araştırmanın yürütüldüğü SERA-1 de 2004 yılı solarizasyon günlerine ilişkin Bowen sisteminden alınmış bazı iklim verileri ve LM35-DZ sıcaklık algıyacılarından alınan sera içi günlük ortalama sıcaklıklar Çizelge 3.2. Araştırmanın yürütüldüğü SERA-2 de 2004 yılı solarizasyon günlerine ilişkin Bowen sisteminden alınmış bazı iklim verileri ve LM35-DZ sıcaklık algıyacılarından alınan sera içi günlük ortalama sıcaklıklar Çizelge 3.3. Araştırmanın yürütüldüğü SERA-3 de 2005 yılı solarizasyon günlerine ilişkin Mersin ili Meteoroloji İstasyonundan alınmış bazı iklim verileri ve LM35-DZ sıcaklık algıyacılarından alınan sera içi günlük ortalama sıcaklıklar.. 48 Çizelge 3.4. Sera topraklarının deneme konularına göre hacim ağırlıkları (g cm -3 ) Çizelge 3.5. Sera topraklarına ilişkin gözeneklilik değerleri (%). 52 Çizelge 3.6. IBM uyumlu süper 12 bit analog/sayısal çevirici kartın özellikleri Çizelge 3.7. Her kanalı temsil eden doğrusal fonksiyonlar ve katsayıları 60 Çizelge 3.8. Fiziksel özellikler Çizelge 3.9. Saydam PE kullanılarak oluşturulan konular ve açıklamaları Çizelge Nötronmetre kalibrasyon eşitlikleri Çizelge 4.1. Solarizasyon süresince çalışılan derinliklerde ulaşılan maksimum toprak sıcaklıkları ile deneme konularında ölçülen ortalama maksimum sıcaklıklar (ort. ±SE VI

9 C) Çizelge 4.2. Solarizasyon süresince çalışılan derinliklerde ölçülen ortalama sıcaklıklar ile günlük maksimum ve minimum sıcaklık farkları (ort. ±SE C) Çizelge 4.3. Solarizasyon süresince ölçüm yapılan derinliklerde ortalama D (cm 2 sa -1 ) değerleri ile ona karşılık gelen ortalama Pv (cm 3 cm -3 ) değerleri Çizelge 4.4. Solarizasyon süresince çalışılan derinliklerde konulara göre ortalama hacimsel ısı kapasiteleri (Cv) ve termal iletkenlikteki (K) değişimler Çizelge 4.5. Araştırmada solarizasyon uygulanan dönemlere ilişkin üç derinlikteki ortalama genlik değerleri (A) (ort. ±SE C) Çizelge 4.6. Araştırmada solarizasyon uygulanan dönemlere ilişkin konulara göre sönme derinlikleri, d (cm) VII

10 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 3.1. Denemenin yürütüldüğü seralar Şekil 3.2. Parçacık dağılım grafiği Şekil 3.3. Ölçüm sisteminin blok diyagramı Şekil 3.4. LM35-DZ entegresinin açık devre şeması Şekil 3.5. Sıcaklık verilerinin bilgisayar ortamında izlenmesi. 57 Şekil 3.6. Sıcaklık algılayıcılarının toprak katmanlarına yerleştirme işlemi 58 Şekil 3.7. Sıcaklık algılayıcılarının kalibrasyon işlemi 59 Şekil 3.8. Kuru buz ünitesi Şekil 3.9. Deneme planı Şekil Solarizasyon öncesi yapılan işlemler Şekil Konuların oluşturulmasında ele alınan uygulamalar Şekil 4.1. Solarize edilen toprakta 5 cm deki günlük maksimum sıcaklık ve günlük gelen solar radyasyon arasındaki korelasyon (2004, Temmuz, Adana) Şekil İS (a) ve -İS (b) solarizasyon konuları altında oluşum gösteren bazı termal düzeylerde ulaşılan maksimum sıcaklıkların gün sıklığı Şekil 4.3. Solarizasyon uygulama konularına ilişkin 20 ve 35 cm derinliklerde toprak su içeriğinin zamana göre değişimi (SERA-1). Düz çizgiler ölçülen maksimum sıcaklıkları göstermektedir Şekil 4.4. Solarizasyon uygulama konularına ilişkin 20 ve 35 cm derinliklerde toprak su içeriğinin zamana göre değişimi (SERA-2). Düz çizgiler ölçülen maksimum sıcaklıkları göstermektedir.. 85 Şekil 4.5. Solarizasyon uygulama konularına ilişkin 20 ve 35 cm derinliklerde toprak su içeriğinin zamana göre değişimi VIII

11 (SERA-3). Düz çizgiler ölçülen maksimum sıcaklıkları göstermektedir Şekil 4.6. Araştırmanın yürütüldüğü üç serada da uygulama konularına ilişkin hesaplanmış ortalama D değerleri. Düşey çizgiler LSD (P=0.05) değerlerini göstermektedir Şekil 4.7. SERA-1 ve SERA-2 uygulama konularına ilişkin hesaplanmış ortalama D değerlerinin su içeriği ile değişimi Şekil İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-1) Şekil İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-1) 97 Şekil İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-1) Şekil İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-1). 99 Şekil SERA-1 (killi) ve SERA-3 (kumlu) koşullarında +İS ve İS konularına ilişkin hacim ağırlığına (ρ) bağlı Pv ve D arasındaki ilişki 102 Şekil SERA-2 (Killi toprak) ve SERA-3 (Kumlu toprak) uygulama konularına ilişkin hesaplanmış ortalama K değerlerinin su içeriği ile değişimi Şekil Toprak işlemesi yapılmış (+İS) ve yapılmamış (-İS) konulara ilişkin toprak yüzeyi, 5 cm ve 20 cm derinliklerdeki günlük toprak sıcaklık değişimleri. Düz çizgiler hesaplanmış değerleri, noktalar (veya semboller) ise ölçülmüş değerleri göstermektedir Şekil SERA-1 koşullarında +İS konusuna ilişkin iki günlük toprak sıcaklık değişimini gösteren üç boyutlu sıcaklık haritası (24-25 Temmuz 2004) Şekil SERA-2 koşullarında +İS konusuna ilişkin iki günlük toprak IX

12 Şekil sıcaklık değişimini gösteren üç boyutlu sıcaklık haritası (28-29 Ağustos 2004) SERA-3 koşullarında +İS konusuna ilişkin iki günlük toprak sıcaklık değişimini gösteren üç boyutlu sıcaklık haritası (30-31 Ağustos 2005) X

13 EKLER DİZİNİ SAYFA Şekil Ek.1. +İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-2) Şekil Ek.2. +İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-2) Şekil Ek.3. -İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-2) Şekil Ek.4. -İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-2) Şekil Ek.5. +İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-3) Şekil Ek.6. +İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-3) Şekil Ek.7. -İS uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-3) Şekil Ek.8. -İSCO 2 uygulama konusu altında hesaplanmış termal difüzivite ve su içeriği arasındaki ilişki (SERA-3) Şekil Ek.9. SERA-1 konularına ilişkin nötronmetre kalibrasyon denklemleri Şekil Ek.10. SERA-2 konularına ilişkin nötronmetre kalibrasyon denklemleri 149 Şekil Ek.11. SERA-3 konularına ilişkin nötronmetre kalibrasyon denklemleri XI

14 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN 1. GİRİŞ Ülkemizde, ha alanda örtü altı yetiştiriciliği yapılmaktadır. Bunun %43 ü ( ha) alçak plastik tüneller, geriye kalan kısmı ise ( ha) sera alanlarıdır (Anonim, 2003). Seraların bazılarında sıcaklık ışık, nem vb. sera içi çevre koşullarının kontrolü bilgisayarlarla sağlanırken, diğerlerinde asgari doğal kontrol koşulları mevcuttur. Türkiye deki seraların birçoğu polietilen kaplı olup sera içi iklim kontrolü zayıf olan seralardır. Shipp ve ark. (1991), bitki hastalık etmenleri oluşumunda sıcaklık kontrolünün önemini belirtmişlerdir. Özellikle seralardaki yüksek oransal nem ve sıcaklık ile topraktaki havasızlık nedeniyle sorun halini alan her çeşit hastalık etmeni (toprak kökenli patojen, yabancı ot ve zararlılar) bitkilere zarar vermektedir. Ayrıca seralarda bitki rotasyonunun yapılmaması, sera topraklarının (yılda ay) aralıksız yoğun olarak kullanılması ve yanlış üretim tekniklerinin kullanılması toprak kökenli patojenlerin, nematodların artışı ile bir çok soruna neden olmaktadır. Bunu önlemek için, belirli dönemlerde sera içerisindeki üretim yastıklarının, kullanılan malzemelerin, yetiştirme ortamı olarak kullanılan harç malzemelerinin ve toprağın bu zaralılardan arınmış hale getirilmesi gerekir. Sera yetiştiriciliğinde dezenfektan kullanımı; ekim ve dikim öncesinde bitki yetiştirme ortamı hazırlığına yönelik yapılan işlemlerin önemli bir aşamasını oluşturmaktadır. Yoğun tarım yapılan alanlarda, dezenfektan olarak genellikle geniş etki spektrumuna sahip fumigantlar, Metil Bromid (MeBr), pestisitler veya çok özel nematisitler kullanılmaktadır. Ayrıca bu kimyasallar tarımdan başka depolanmış ürünlerin saklanmasında, karantina uygulamalarında, boş depo vb. yapıların dezenfekte edilmesinde de kullanılır (GTZ, 1998). Yine sera alanlarında nematodlara karşı halojenli hidrokarbon grubundan olan MeBr güneş enerjisinin etkisi ile metil grubu ve bromin olmak üzere iki gruba ayrışmaktadır. Bromin gazı ozon tabakasında oksijen atomu ile çok çabuk reaksiyona girerek ozonun (O 3 ) yapısını bozmaktadır. Ozon tabakasının incelmesi sonucu UV-B radyasyon artarak bitkisel ve hayvansal organizmalar ve dünyanın ekosistemi (yeryüzü sıcaklık dengesi) zarar görmektedir (UNEP, 1992). MeBr den gelen bromin; kloroflorokarbonlardan (CFC) gelen 1

15 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN klorinin ozon tabakasına vermiş olduğu zarardan 50 kat daha fazla olduğu belirtilmektedir (UNEP, 1994). UNEP in vermiş olduğu rakamlarda insan kaynaklı olan MeBr in atmosferin stratosfer katmanındaki ozon tabakasının incelmesinde % 5 10 luk bir paya sahip olduğu belirtilmektedir. Ozona zarar veren ve stratosferde bulunan klorin çoğunlukla endüstriyel kaynaklı ve insan aktivitesi ile oluşmaktadır. Atmosferde bulunan bromin ise hem doğal kaynaklardan hem de insan aktivetelerinden oluşmaktadır. Değişik alanlardan kaynaklanan bromin miktarları Çizelge 1.1 de verilmiştir. Çizelge 1.1. Atmosfer tarafından absorbe edilen bromin miktarları (UNEP, 1994) Kaynak Kiloton/yıl Okyanuslar Canlı kitle yangınları Eksoz gazları 0,5-22 Tarım Üretimi yapılarak (ihracat) 2 MeBr in bu etkileri nedeniyle; Montreal protokolü çerçevesince 1997 yılında düzenlenen 9. toplantıda, 163 ulusun temsilcilerinin almış oldukları karar ile 2005 yılına kadar gelişmiş ülkelerde bu fumigantın üretilmesi ve kullanımdan kaldırılması öngörülmüştür. Gelişmekte olan ülkelerde ise bu tarih 2015 yılıdır. Diğer birçok gelişmiş ülke sağlık güvenliği ve çevresel nedenlerden dolayı MeBr kullanımını azaltmışlardır. UNEP e göre MeBr in kaldırılması ozon açığının azaltılmasında çok önemli bir adımdır. MBOTC nin (Metil Bromid Teknik Özellikler Komitesi) 1994 deki raporuna göre, gelişmekte olan ülkelerde MeBr in dünya üretimi içinde tarımsal amaçlı payı %18 dir. Tarımdaki temel kullanımın %70 ini toprak fumigasyonu içermektedir. Tütün gibi ihraç edilen değerli bitkilerin korunması ve yetiştirilmesi, kesme çiçekçilik, çilek, meyvecilik ve seralarda sebze üretimi için kullanılmaktadır (GTZ, 1998). Türkiye de 2000 yılı rakamlarına göre MeBr kullanımı yıllık 580 ton 2

16 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN olmuştur. Yıllara göre yılları arasında Türkiye deki MeBr kullanım miktarları Çizelge 1.2 de görülmektedir. Çizelge 1.2. Türkiye de kullanılan yıllık metil bromid miktarları ( 2004) Kullanım Yerleri Yıllar Tarım Alanlarının Korunması Depolar Karantina Diğerleri (Tütün ve Çilek) Toplam Seraların en fazla kimyasal kullanılan tarımsal faaliyetlerin başında geldiği düşünülecek olursa, seracılığın çevresel boyutunun ne denli önemli olduğu ortaya çıkmaktadır. Çoğunlukla yeterli bilgi donanımına sahip olmayan yetiştiricilerce yapılan seracılıkta, kullanılan kimyasal ilaçlar ve gübreler nedeniyle insan sağlığı zarar görmekte, büyük oranda toprak kirliliği ve taban suyunda tehlikeli boyutlarda kalıntı oluşmaktadır. Bu sorunların çözümünde kullanılan fumigant maliyetinin yüksek olmasına rağmen, etki spektrumlarının geniş olması anılan kimyasalların çok yoğun kullanılmasına yol açmaktadır. Ancak; çevresel toksin riskleri ve ozon tabakasını incelten temel nedenlerden biri olarak görülmesi, uygulamadan MeBr in kaldırılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, kısa dönemde bu olumsuzlukları içermeyen solarizasyon uygulaması görece ucuz, basit ve tehlikesiz, kimyasal olmayan çevre dostu bir tercih olarak dikkate alınmalıdır (Schneider ve ark., 2003). Bu kapsamda öncelikle uzun dönemde entegre hastalık-zararlı mücadele yaklaşımında (IPM) biyolojik, kimyasal ve fiziksel toprak özelliklerinin birbirleriyle olan etkileşimlerinin daha iyi anlaşılmasına gerek vardır. Toprak solarizasyonu, yeterince ıslatılmış toprakta uygun bir dönemde, malçlama yolu ile fiziksel, kimyasal, biyolojik ve ısıl değişimler oluşturabilen hidrotermal bir dezenfeksiyon yöntemidir (Stapleton ve De Vay, 1986). Diğer bir ifade ile toprak solarizasyonu güneş enerjisi aracılığıyla, toprağın ısıtılması ve 3

17 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN pastörize edilmesi amacını güden, yılın en sıcak olduğu bir veya iki ayında toprağın plastikle örtülmesi işlemidir (Katan, 1987). Ülkemizde toprak solarizasyonuna yönelik çalışmalar 1980 li yıllarda önem kazanmıştır. Yelboğa (1987), ülkemizde örtü altı tarımın yaygın olduğu Akdeniz Bölgesi nde, özellikle seraların boş olduğu yaz aylarında toprağın plastik materyalle örtülmesi durumunda toprak dezenfeksiyonunun gerçekleştirilebileceği ve bunun güneş enerjisinin kullanıldığı ekonomik bir dezenfeksiyon yöntemi olduğunu belirtmektedir. Toprak solarizasyonunun prensipleri ve onun mekanizması, bitki patojenleri için iyi bir şekilde tanımlanmıştır. Uygulamada kritik nokta, hedef organizmanın termal dayanımıdır. Birçok gübreleme tipi ve organik toprak düzenleyiciler sıcaklığı yükseltmeden önce kullanıldığında solarizasyonun sterilizasyon etkisini artırmaktadır. Bu işlemler, uçucu biyotoksik bileşiklerin ısınmasıyla salınımı teşvik ederek biyofumigasyon veya biyolojik aktiviteyi artırarak solarizasyonun etkinliğini yükseltir (Stapleton, 1997). Bununla birlikte çevresel koşullar (sıcaklık, gün uzunluğu, güneş ışığı saatleri) toprak solarizasyonu etkinliğini bazı bölgelerde sınırlamaktadır. Solarizasyonun amacı toprak sıcaklığını artırmaktır. Polietilenle toprağı örtme işleminde, ısı kaybı azaltılırken evaporasyon yolu ile atmosfere su kaybının önlendiği, polietilen örtünün iç yüzeyindeki su damlaları ve su buharının uzun dalga boylu ışınların geçmesini engelleyerek sera etkisi yarattığı ve bunun sonucunda, toprağın daha fazla ısınmasını sağladığı bildirilmektedir (Mahrer, 1979). Solarizasyon, hem iklim hem de hava koşullarının etkisi altında bulunan yüksek düzeydeki solar radyasyona bağlıdır. Toprak sıcaklığı ve zaman arasındaki ilişki başka bir deyişle sıcaklık dozajı birçok faktörden etkilenmektedir. Solarizasyon esnasında toprak sıcaklığını etkileyen fiziksel etmenlerden başlıcaları; günlük minimum ve maksimum hava sıcaklık süresi, rüzgâr hızı ve süresi; toprak bünyesi, rengi ve su içeriği ile malç filminin özellikleridir. Solarizasyon uygulaması yapılan bölgelerde toprak sıcaklıklarının C arasında olduğu Katan (1981), Stapleton ve De Vay (1984), Schneider ve ark. (1993) tarafından rapor edilmiştir. Bulutlu havalar, düşük hava sıcaklıkları ve yağışlar solarizasyon süresince solarizasyon 4

18 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN etkinliğini düşürmektedir (Chellemi ve ark., 1997). Soğuk geçen dönemlerde ve bölgelerde solarizasyon uygulaması açık tarım alanları için çok elverişli olmamasına karşın, seralarda yapılması önerilmektedir (Mahrer ve ark., 1987). Toprak solarizasyon etkinliği, solarizasyon süresince solar radyasyon miktarına bağlı olduğu gibi, toprağın termal özelliklerine de bağlıdır. Toprağın termal özellikleri toprak içindeki ısı akısını kontrol eder. Toprakta termal iletkenlik ve ısı kapasitesi düşük ise, zaman ve derinliğin bir fonksiyonu olarak ısının taşınması ve depolanması sonucu uzun süreler yüksek sıcaklık sağlanması olanaklı hale gelir. Toprağın ısı kapasitesi bir takım faktörlere bağlıdır. Bu faktörler veya özellikler toprağın doğasında olan toprağın organik madde içeriği ve mineralojik yapısıdır. Toprak ısı kapasitesi; su içeriği ve toprak sıkışmışlık düzeyine dışarıdan etki yapılarak kontrol altında tutulabilir (De Vries, 1952). Özellikle su içeriği önemlidir; ancak, kontrolü oldukça zordur. Buna paralel toprak işleme ısı kapasitesini etkiler. Çünkü yapılan uygulamaların neden olduğu toprak sıkışıklığı, toprağın hacim ağırlığını artırarak gözenekliliğini azaltmaktadır. Bu dönüşüm, ısı kapasitesini önemli düzeyde etkilemektedir (Abu-Hamdeh, 2003). Bu bağlamda, toprak ısı kapasitesinin değişmesi solarizasyon etkinliğinde dikkate alınması gereken önemli bir ölçüttür. Toprak ısı kapasitesinin izlenmesinde simülasyon çalışmalarının potansiyel faydaları bulunduğundan bu tür modellerin gelişimine önem verilmektedir. Yer ve zamana bağlı olarak madde ve enerji miktarındaki sürekli değişimin izlenmesi, matematiksel yaklaşımlar, simülasyon teknikleri, iyi yürütülmüş arazi denemeleri ve bilgisayar kullanımı ile desteklenerek, solarizasyon süresince sıcaklık ve su içeriğinin kestirilmesi ve aralarında var olan etkileşimin ortaya çıkarılmasında büyük gelişme sağlanmıştır (Mahrer ve ark., 1984). Sonuçta benzer modeller doğruluk derecelerine bağlı olarak sıcaklık ölçümlerinin yerini alabilir ve solarizasyonda en uygun zamanının seçiminde yol gösterici olabilir. Buna ek olarak toprak termal özellikleri, toprak su içeriği ve iletimi, toprak gözenekliliği, organik madde gibi faktörlerin, toprak solarizasyonu üzerindeki etkisinin anlaşılmasında ve değerlendirilmesinde yardımcı olur. Bu bağlamda yapılan çalışmalar, toprak solarizasyon yönteminin gelişimi için son derece önemlidir. 5

19 1.GİRİŞ Sertan SESVEREN Her durumda nüfusun artışı ile küresel çevre bilincine verilen önem XXI. yüzyılda ve ötesinde tarımda solar enerjinin, diğer kulanım alanları ile birlikte toprak solarizasyonun da kullanılmasını artıracaktır. Son yıllarda başarılı uygulamalarla dikkat çeken toprak solarizasyonunun uygun olduğu ülkemizde, bu yöntemin yaygınlaştırılması ancak konuya yönelik olan çalışmaların geliştirilmesi ile olasıdır. Nitekim solarizasyonun etkisi kullanılan örtü malzemesi özelliğine, uygulama zamanına, süresine ve topraktaki ısı iletimine ve depolanması gibi ölçütlere bağlı olarak değişmektedir. Ülkemiz iklim koşullarında bu ölçütlerin ortaya konulmasına yönelik çalışmaların yeterli olduğu söylenemez. Bu çalışma ile; 1) Toprak solarizasyonu süresince toprak sıcaklığının karbondioksit uygulaması, toprak su içeriği ve toprak işleme ile nasıl ve ne ölçüde etkilendiğinin belirlenmesi; 2) Solarizasyon yapılan toprakta, maksimum sıcaklık düzeylerine ulaşılabilmesi için gerekli toprak koşullarının ortaya konması; 3) Çukurova yöresinde yaygın olarak bulunan farklı iki toprak serisinin termal özelliklerinin belirlenerek, solarize edilen ağır ve hafif bünyeli toprak serilerinde ısı iletim hızları ve kapasitesini etkileyen toprak özelliklerinin tanımlanması amaçlanmıştır. Amaç doğrultusunda; sera koşullarında toprak solarizasyonu uygulanırken toprak su içeriğinin ve toprak işlemenin ısı iletimine olan etkileri irdelenmiştir. Ayrıca, toprak solarizasyon etkinliğinde önemi bulunan toprak sıcaklık düzeyleri belirtilmiş ve seracılık yapan çiftçilere, hastalık-zararlı mücadelesinde uygulanan toprak solarizasyon etkinliğini artıracak öneriler sıralanmıştır. 6

20 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Son zamanlarda birçok ülkede metil bromid e (MeBr) alternatif toprak solarizasyonu ile ilgili çalışmalar hızlı bir şekilde artmıştır. Bu yöntemin Amerika, İsrail ve Japonya gibi ülkelerde yaygın olarak kullanıldığı bilinmektedir. Ülkemizde ise örtü altı tarımın yaygın olduğu Akdeniz bölgesinde özellikle seraların boş olduğu yaz aylarında uygulandığı bilinmektedir. Modern bitki patolojisinin ilk dönemlerinde, toprak dezenfeksiyonu için iki yaklaşım benimsenmiştir. Bunlardan ilki fiziksel bir yaklaşım olan toprağın buharla ısıtılması, ikincisi ise kimyasal maddelerle dezenfeksiyonudur. Toprak solarizasyonu ile toprağın yapay olarak ısıtılması arasında biyolojik ve teknolojik farklılıklar vardır. Yapay ısıtma ile 60 ila 100 C arası sıcaklıklara kadar ulaşılabilmekte ve böylece toprak tamamen mikroorganizmalardan arındırılabilmektedir. Solarizasyonda ise sıcaklık nispeten daha düşük olduğu için bazı termofilik ya da sıcaklığa karşı direnç gösteren mikroorganizmaların canlılığını sürdürmesi söz konusu olabilmektedir. Bu işlem sonucunda çok sayıda toprak kökenli patojen, yabancı ot, toprak zararlıları ve bunların üreme formları öldürülebilir. Solarizasyon uygulamasının temel ilkesi, genellikle toprak kökenli patojen ve hastalıkların yüksek ısıya maruz bırakılarak etkisiz hale getirilmelidir. Toprak sıcaklığı ve zamanın bir ilişkisi olan sıcaklık dozu birçok faktör tarafından etkilenmekte ve bir noktada solarizasyon etkenliğini ifade etmektedir. Solarizasyon sırasında toprak sıcaklığını etkileyen fiziksel etmenlerden bazı önemli olanları, günlük maksimum ve minimum hava sıcaklık süresi, radyasyon yoğunluğu, rüzgâr hızı ve süresi, toprak yapısı (toprak gözenekliliği, agregat büyüklüğü), rengi, su içeriği ve malç olarak kullanılan PE filmin özellikleridir. Uygulamada diğer bir kritik nokta da hedef organizmanın dayanım eşiğidir. Birçok gübreleme tipi ve organik toprak düzenleyiciler solarize edilecek toprağa uygulandığında uçucu biyotoksik bileşiklerin ısınmasıyla salınım teşvik edilmektedir. Bu da biyofumigasyon veya biyolojik aktiviteyi yükselterek solarizasyonun pestisidal etkisi ve etkinliğini arttırmaktadır (Ramirez-Villapudua ve Munnecke, 1987; Stapleton, 1997). 7

21 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN Bu bölümde solarizasyon etkinliğinde önemli görülen fiziksel etmenler ve solarizasyon etkinliğinde sıcaklık dozu ve bununla ilişkili sıcaklık artırımı, toprağın ısı akısını kontrol eden termal özellikler ve su içeriği, toprak gözenekliliği ile etkileşimleri ve ısı transferi üzerine yapılmış diğer çalışmalara ilişkin bilgiler verilmiştir. Genel alt başlığı altında yapılan değişik solarizasyon uygulamaları gözden geçirilmiştir. Daha sonra toprak solarizasyon etkinliğinin bağlı olduğu toprak termal özellikleri ve görülen interaksiyonlar alt başlıkları şeklinde ilgili çalışmalar verilmiştir. Ayrıca çalışılan konuya parelel günümüzde solarizasyon uygulamalarında kullanılabilen ve toprakta ısı transferini açıklayan sayısal model ve matematiksel yaklaşımlar ile ilgili araştırmalar irdelenmiştir. Son olarak ta su içeriği, toprak gözenekliliği ve karbondioksit uygulamasının solarizasyon üzerine yapılan çalışmalar özetlenmiştir Genel Solarizasyonun amacı toprak sıcaklığını arttırmaktır. Polietilenle toprağı örtme işleminde, ısı kaybı azaltılırken evaporasyon yolu ile atmosfere su kaybının engellendiği, polietilen örtünün iç yüzeyindeki su damlaları ve su buharı uzun dalga boylu ışınların geçmesini engelleyip sera etkisi yaratarak, toprağın daha fazla ısınmasını sağladığı bildirilmektedir (Mahrer, 1979). Mahrer ve Katan (1981), saydam polietilen (PE) örtü altında konumsal toprak sıcaklık değişiminin kestirimini gerçekleştiren iki boyutlu sayısal bir model geliştirmişlerdir. Model iklim verileri olduğu kadar, toprak özelliklerini de içermektedir. Sonuçlara bakıldığında, malç kenarında toprak ısınımı merkez bölgelere göre daha düşük olduğu saptanmıştır. Dolayısıyla dar malç kullanımından geniş malçlamalara göre daha düşük solarizasyon etkinliği elde edilmiştir. Kestirimi yapılan değerlerle gözlem değerleri arasındaki uyum, model ile test edilmiş ve uyumun çok yüksek olduğu görülmüştür. Bu model; atmosfer koşulları, toprak özellikleri, bitkisel ve tarımsal girdilere bağlı optimum malç genişliğinin belirlenmesini irdeleme amacı ile kullanılabilir. 8

22 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN Kluitenberg ve Horton (1990), yaptıkları çalışma ile malçlanmış toprak yüzeyinde yatay ve dikey yönde sıcaklık ve ısı akış ölçümlerini analiz etmişlerdir. Sıcaklıkta ve ısı akısı miktarında zamana bağlı değişmeler görülmesine karşın sıcaklıkların aynı olduğu, ısı akışlarının da yön ve miktar olarak benzerlik taşıdığını belirtmişlerdir. Raj ve Kapoor (1993), Hindistan da yürütmüş oldukları solarizasyon çalışmalarında, 0.25 mm saydam, 0.75 mm saydam ve 0.75 mm siyah polietilen materyalleri ıslak ve kuru koşullarda denemiş, 12 ve 24 cm toprak derinliklerinde 60 gün süre ile saat 14:00 de sıcaklık ölçümü yapmışlardır. Elde edilen sonuçlara göre maksimum sıcaklık değerlerinin 0.25 mm saydam polietilen örtü ve ıslak koşullar altında 52.2 C olduğu, kuru koşullarda ise 50.1 ºC olarak gerçekleştiği saptanmıştır. Solarizasyon yapılmamış alanda ise maksimum toprak sıcaklığının 39.6 ºC olduğu belirlenmiştir. Pasif bir solar ısıtma sistemi olan solarizasyonda, toprak gündüzleri maksimum düzeyde ısınmakta; geceleri ise soğumaktadır. Solarizasyon süresince en yüksek sıcaklıklar toprak yüzeyine yakın yerlerde gerçekleşmekte ve toprak sıcaklığı artan derinlikle azalmaktadır. ABD nin iç bölgesinde yer alan California da yazın uygulanan solarizasyon sonucunda hava sıcaklıkları 35/20 C olurken, günlük maksimum ve minimum toprak sıcaklıkları 10 cm de 50/37 C ve 20 cm de 43/38 C olarak izlenmiştir (Gamliel ve Stapleton, 1993a). Solarizasyon işleminde toprak kökenli patojen ve hastalıkların direkt termal inaktivasyonu en önemli hedeftir. Solarizasyon işlemi sonucu birçok bitki patojenleri ve hastalıklarının öldürülmesinde gerekli sıcaklık (termal inaktivasyon) düzeyleri yürütülen denemelerden elde edilmiştir (Katan, 1987; Stapleton ve DeVay, 1995). Toprakta birçok mezofolik organizmalara termal zarar verme C civarında başlamasına karşın bazı termofilik ve sıcaklığa karşı direnç gösteren organizmalar, solarizasyon denemelerinin birçoğunda bu sıcaklıklarda yaşamlarını sürdürebilmektedir (Stapleton ve DeVay, 1995). Gün içerisinde toprak sıcaklıkları en yüksek seviyelere ulaşırken uzun zaman süresince toprakta depolanır ve derinlik arttıkça ulaşılan maksimum sıcaklıklarda bir düşüş gözlenir. Etkili hastalık ve yabancı ot kontrolü yapılan alanlardan elde edilen 9

23 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN sıcaklıklar, sırasıyla 10 ve 20 cm de ºC ve ºC arasında olmuştur. Solarizasyonlu topraklardaki sıcaklıkların, solarize edilmeyen topraklardakine göre 5 ila 15 ºC daha yüksek olduğu belirtilmiştir (Katan, 1996). Streck ve ark. (1996) tarafından Brezilya nın Santa Maria bölgesinde bulunan bir plastik serada solarizasyon uygulanan deneme parsellerindeki toprak sıcaklıkları ölçülmüştür. Deneme ve yaz ayları süresince m ebatlarında plastik serada yürütülmüştür. Solarizasyon yapılan ve yapılmayan deneme parsellerinde toprak sıcaklığı 2, 5, 10 ve 20 cm derinliklerde ölçülmüştür. Solarizasyon yapılan konu ile polietilen örtülmeyen topraktaki konulardan elde edilen toprak sıcaklıklarının karşılaştırılması yapıldığında, solarizasyon konusundaki 2 ve 5 cm toprak derinliklerinde sıcaklık artışı 10 ºC ve üstü olmuştur. Toprak sıcaklığı, periyodunda birçok gün 10 cm ve toprak yüzeyine yakın derinliklerde 50 ºC nin üzerine çıkmıştır. Solarizasyon, hem iklim hem de hava koşullarının etkisi altında bulunan yüksek düzeydeki solar radyasyona bağlıdır. Bulutlu havalar, soğuk hava sıcaklıkları ve yağış olayları solarizasyon süresince solarizasyon etkinliğini düşürecektir (Chellemi ve ark., 1997). Solarizasyon uygulaması yapılan bölgelerde toprak sıcaklıklarının C arasında olduğu birçok araştırıcı tarafından rapor edilmiştir. Başka bir toprak solarizasyonu çalışması yükseltilmiş beton bentlerde (platformlarda) iki yıl süre ile yürütülmüştür. Fusarium oxysporum f.sp. basilici ve Rhizoctonia solani bakterilerine karşı etkin bir dezenfeksiyon sağlanmıştır. Malçlı platformlarda 5 ve 15 cm toprak derinliğinde ulaşılan sıcaklıklar sırasıyla 48 C ve 45 C olarak gerçekleşmiştir (Gullino ve ark., 1998). Domates yetiştiriciliği yapılan seralarda, MeBr e alternatif toprak dezenfeksiyon yöntemi olarak toprak solarizasyon uygulamasının kullanılabilirliği değerlendirilmiştir (Ioannou, 2000). Saydam polietilenin kullanıldığı toprak solarizasyonu, temmuz ve ağustos aylarında 8 hafta süresince uygulanmış ve ekim öncesi MeBr fumigasyonu (80 g m -2 ) ile karşılaştırılmıştır. Solarizasyon, maksimum toprak sıcaklığını 9 C artırmış ve Fusarium spp. yoğunluğunu da toprakta %98-91 oranında azaltmıştır. Benzer oranlar MeBr uygulaması sonucunda da elde edilmiştir. Her iki yöntemde, etkin bir kontrol sağlamıştır. MeBr fumigasyonu kök-ur 10

24 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN nematodlarına karşı etkin bir mücadele sağlamışken, solarizasyon uygulamasında başarı %50 olmuştur. Meyve verimlerine bakıldığında, her iki yöntem aynı düzeyi sağlamıştır. Solarize edilen topraklardaki verim düzeyi, toprak dezenfeksiyonu yapılmamış topraklardaki verim düzeyine kıyasla % daha fazla olduğu saptanmıştır. Domates yetiştiriciliği yapılan seralarda MeBr fumigasyonuna alternatif toprak solarizasyon yönteminin kullanılabileceği ortaya konulmuş, özellikle diğer kontrol yöntemleri ile bütünleşmenin geliştirilebileceği belirtilmiştir. Toprak malç materyali, toprakta enerji dengesi ve toprağın ısısal yönetimini önemli düzeyde etkilemektedir. Al-Kayssi ve Karaghouli (2002) yürüttükleri çalışmada, toprak malçı olarak kullanılan paraffin-wax emülsiyonun toprakta ısı yönetimi üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla bir boyutlu sayısal (nümerik) bir model geliştirmişlerdir. Model iki katmandan oluşmuştur. İklimsel koşullar, toprağın fiziksel özellikleri ve malç materyalin fotometrik özellikleri dikkate alınmıştır. Tarla ölçümleri, paraffn-wax ile malçlanmış toprakta sıcaklık davranışının model ile simule edilebileceğini ortaya koymuştur. Hem sayısal hem de tarla denemeleri göstermiştir ki, paraffin-wax emülsiyon malçlama ile elde edilen toprak ısınma etkinliğinin, şeffaf polietilen (PE) malça göre daha fazla olduğu, dolayısıyla patojen toprak fungusların ölümü hızlı gerçekleşmiştir. Toprak kökenli hastalık, böcek ve benzeri sebzelerde görülen patojenler ve yabancı otların kontrol edilmesini geliştirmek için İtalya nın Piedmont, Po ovasında 4 yıl süre ile solarizasyon ve yarı solarizasyon stratejileri Verticillium dahliae Kleb. Patlıcanda test edilmiştir. V. Dahliae inaktivasyonu için gerekli sıcaklık ve yok edilme süreleri (LD 90 ) ve ihtiyaç duyulan etkili solarizasyon gün sayısı geliştirilmiştir. LD 90 düzeylerinde 45, 42, 40 ve 38 C sıcaklıklar sırasıyla 21, 97, 275 ve 324 saat şeklinde gerçekleşmiştir. Yarı-solarizasyon ve tam solarizasyon konularından 25 cm derinlikteki elde edilen sıcaklıkların kontrol konusuna kıyasla sırasıyla C ve C daha yüksek olduğu görülmüştür. Laboratuar sonuçlarından etkili solarizasyon periyodunun 45 gün olduğu kaydedilmiştir. Yarı solarizasyon ve tam solarizasyon uygulamalarında, Verticillium wilt %35 48 ve %89 98 oranında azalmıştır. Fakat derin işleme ile sonradan bu etken mücadele oranında düşme meydana gelmiştir. Solarizasyon konulardan alınan patlıcan verimi 11

25 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN kontrol konularına göre daha yüksek olmuş iken, yarı-solarizasyon konuları bu sıralamada ortada yer almıştır. Tam solarizasyon konusu yarı-solarizasyona göre %97 yabancı ot gelişimini azaltmıştır (Tamietti ve Valentino, 2001). Al-Kayssi (2002) tarafından Al-Mada Araştırma İstasyon unda sera koşullarında yürütülen bir çalışmada, yüzey toprak sıcaklıklarının konumsal değişimlerinin analiz edilmesi amaçlanmıştır. Toprak sıcaklıkları damla sulama sonrası sürekli 3 gün boyunca saat 14:00 de ölçülmüştür. Ölçümler, her 0.5 m de yanal kesiti 55 m olan kararlı bakır termoelemetler ile yapılmıştır. Ek olarak, toprak yüzeyi ve 5 cm toprak derinliklerinde gravimetrik su içeriklerinin belirlenmesi için toprak örneklemesi yapılmıştır. Çapraz yarıvariogramlar ve çapraz korelasyon fonksiyonları belirlenmiş ve ölçüm uzayında korelasyon olduğu tespit edilmiştir. Sürdürülebilir tarımda toprakta tavuk gübresinin bitkilere besin maddesi kaynağı olarak verilmesi bilinen bir yöntemdir. Solarizasyon ile birlikte uygulanan tavuk gübresine bağlı dışkısal bulaşımın mikroorganizma faaliyetlerini ne yönde değiştirdiği üzerine çalışmalar azdır. Barbour ve ark. (2002) yapmış oldukları çalışmada, tavuk gübresi 1.5 kg m -2 olacak şekilde killi kireçli toprak yapısına sahip dört seraya uygulanmıştır. Daha sonra toprağın 40 cm derinliği pulluk ile sürülmüştür. Diğer dört sera toprakları, gübre uygulanmayan (kontrol konusu) alanlar için ayrılmıştır. Sekiz serada da sulama yapılmış ve 40 cm toprak derinliğinde %92.9 doygunluk düzeyi elde edilmiştir. Tavuk gübresi uygulanan solarizasyon toprakları 50 μm kalınlığında polietilen kullanılarak 6 hafta boyunca solarize edilmiştir. Solarizasyon yapılan alanlardan 20 cm toprak derinliğinde ortalama 15 saat 40 C sıcaklık sağlanmışken, normalde polietilen örtülmeyen toprakta elde edilen sıcaklık düzeyi 28.3 C de kalmıştır. Tavuk gübresi uygulanan toprağın her gramında yapılan testler sonucunda farklı mikroorganizma türlerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Sayımdaki azalma şöyle gerçekleşmiştir: Staphylococcus aureus %26.3, toplam bakteri %45.5, mantar %71.3, Clostridium perfringes %81.8, dışkısal coliform %92.6 ve mayalamada kullanılan laktoz olmayan bakteri % Addabbo ve ark. (2005) tarafından Heterodera schdchtii larvalarının ölüm oranlarına etkide bulunan sıcaklık ve maruz kalma süreleri, laboratuar koşullarında iki farklı denemede tayin edilmiştir. İlk denemede sudaki keseler maksimum 2 saat 12

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN süre ile 25, 35, 37.5, 40, 42.5, 45, 47.5, 50 veya 52.5 C sıcaklık etkisine bırakılmıştır. İkinci denemede ise doğal olarak toprağa bulaştırılmış keseciklerde 25, 32.5, 35, 37.5, 40, 42.5 ve 45 C minimum 2 saat, maksimum saat uygulanmıştır. Larvaların yaşam süreleri, kistlerdeki 3 mm çinko klorür solüsyonunda tarama testi ile belirlenmiştir. Toprakta genç kistlerin görülümü, düşük sıcaklık ve maruz kalım sürelerine bağlı daha fazla gözlenmiş, daha yüksek sıcaklık ve maruz kalım süreleri kombinezonlarında ise gözlenmemiştir. Larva ölümleri 40 C altında 256 saat, 42.5 C de 32 saat ve 45 C de 16 saat ile gerçekleşmiştir. Ayrıca nematodların %50 ölüm oranına ulaşılırken gerekli olan süreler sırasıyla 40, 42.5 ve 45 C için 81, 31 ve 7 saat olarak verilmiştir. Toprak solarizasyonu sonucu olan toprak sıcaklığındaki artış, baklagillere ait tohumların toprak mikroorganizmaları ile azot fiksasyonu ve azot yarayışlılığına etkide bulunmuştur. Mauromicale ve ark. (2005) tarafından solarizasyonun doğal kök nodulasyonu, bitkilerdeki azot birikimi ve paylaşımı üzerine toprak solarizasyon etkilerini çalışmak amacıyla iki bitki büyüme mevsimi süresince solarizasyon denemesi yürütülmüştür. Deneme bakla (Vicia faba) ve nohut (Cicer arietinum) genotiplerini içermiştir. İlk büyüme mevsimi süresince toprak solarizasyonu maksimum toprak sıcaklığını 9 10 C ve ikinci büyüme mevsiminde ise C yükselttiği gözlemlenmiştir. Solarize edilen 5 cm toprak derinliğinde 46 C ve üstü sıcaklıklar 146 ve 280 sa üzerinde var olmuştur. Solarizasyon, nodulasyon oluşumunu geciktirmiş ve tutarlı bir şekilde bitkideki nodül sayısını azaltmıştır. Fakat ortalama nodül ağırlığı iki katına çıkmıştır. Her bir bitkideki toplam nodül kütlesi, ilk büyüme sezonunda etkilenmemiş fakat ikinci sezonda azalmıştır. Solarizasyon; toprak ekstraktındaki NO - 3, N, Na +, Zn +2, Ca +2 ve K + konsantrasyonlarını önemli düzeyde artırmıştır. Bitkideki azot düzeyi artış göstermiş ancak bitki bileşenleri bağlı olarak düzenli olmamıştır. Köklerde tohum zarfı civarında %57 ve tohumlarda %198 arasındaki değerlerde değişim göstermiştir. Solarizasyon yapılmayan topraklarda Orabanche crenata yabancı ot gelişimi gözlenirken köklerdeki parazitlerin bulunduğu bölgede biriken toplam azot miktarı %31 olmuştur. Solarizasyon uygulanması sonucu çalışılan bütün genotipler altında N yarayışlılığındaki artışa bağlı olarak, bitkilerdeki N birikimi bitki gelişimine katkıda 13

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN bulunmuştur. Bunun sonucunda, dane verimi % düzeyinde yükselmiş ve parazit olan O. Crenata yabancı otu ile mücadelede bir başarı sağlanmıştır. Bu yararlı etkilerin kaynağı olan toprak solarizasyonu tekrardan hastalık bulaşmalarından kaçınılarak ve hassas organik tarım uygulaması ile dane verimlerini durağan olduğu ve O. Crenata istilasının yüksek olduğu Akdeniz havzasında yer alan bölgelerde iyi bir olanak sunmuştur. Tarımsal topraklarda, toprak solarizasyonunun organik kökenli iyileştiricilerle birlikte kullanımı toprak kökenli bitki patojenleri ile mücadele yönetiminde başarılı bir yaklaşımdır. Ilımlı bir ısınmaya bağlı olarak artan toprak sıcaklığı, toprağın mikrobiyal aktivitesi ve bitki besin elementleri dinamiğine önemli düzeyde etkide bulunmaktadır. Gelsomino ve ark. (2006) yapmış oldukları çalışma ile çiftlik gübresi eklenen ve eklenmeyen toprakta fosfor (P) formlarında toprak dinamiği ve toplam karbon (C), azot (N) ve fosfor (P) içeriklerindeki değişimler izlenmiştir. Deneme İtalya nın güneydoğusunda killi tınlı toprak yapısı gösteren ve toprak solarizasyonunun uygulandığı bir tarım bölgesinde yürütülmüştür. Toprağın sıcaklık, toprak su içeriği ve ph gibi fiziko-kimyasal özellikleri de belirlenmiştir. Solarize edilen toprağın 8 cm derinliğinde, ortalama sıcaklık yaklaşık 55 C olmuş iken solarize edilmeyen toprakta bu değer 35 C ile gerçekleşmiştir. İki yönlü ANOVA (solarizasyon organik iyileştirici) testi her iki faktörde anılan değişkenleri önemli düzeyde etkilediğini göstermiştir. Solarizasyon denemesinde sulu çözeltideki P ye ilişkin bir artış da bulunmuştur. Araştırıcılar, toprak içerisinde doğal halde bulunan ayrışabilir organik madde formlarının minerelizasyonu sonucu mikrobiyal biyomas miktarında artış olabileceğini tartışmışlardır. Solarizasyon sonrası bazı toprak mineral bitki besin elementlerinin uygun bölümleri olan N ve P formlarının geniş bir şekilde toprakta geriye kaldığını savunmuşlardır. Gübre eklenmesi hem toplam hem de değişebilir C, N ve P formlarının seviyesini önemli düzeyde arttırmıştır. Böylelikle, toprak solarizasyonu ile birlikte uygulanan organik iyileştiricilerin eklenmesi, tarımsal alanların kötüleşmesi ve hastalık zararlarından korunmada önemli bir avantaj sağlamıştır. Güneybatı İspanya da bulunan Huelveda bölgesinde toprak solarizasyonu ve Trichoderma, yalnız ve birlikte kullanımını içeren 3 yıl yinelemeli bir deneme 14

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sertan SESVEREN yürütülmüştür. Solarizasyon işleminde 50 μm düşük yoğunluklu PE malç kullanılmıştır. Solarizasyon uygulanan parsellerdeki ortalama toprak sıcaklıkları 5, 10 ve 20 cm derinliklerde sırasıyla 46, 43 ve 38 C olarak gerçekleşmiştir. Toprak solarizasyonu yalnız ve Trichoderma uygulamaları ile birlikte kombine edildiğinde çilek verimi sırasıyla ikinci yılda %77.6 ve %78.2, üçüncü yılda ise %11.0 ve %43.2, oranında elde dilmiştir. Önemli pozitif korelasyonlar Trichoderma popülasyonları ve çilek verimi arasında ve Trichoderma toprak popülasyonları ve Trichoderma tarafından oluşmuş kök kolonizasyonu arasında görülmüştür (Porras ve ark., 2007). Bu bölümde yapılan kaynak taramasından anlaşılacağı üzere, solarizasyonun diğer kimyasal ve biyolojik kontrol metodları ile kombine bir şekilde kullanımı solarizasyondan elde edilen toprak sıcaklığını ve buna bağlı solarizasyon etkinliğini yükselttiği sonucuna varılmaktadır. Ayrıca; solarizasyon uygulamasının kullanılabilirliği üzerine yapılan çalışmalarda verilmiş olup, MeBr e alternatif çevreci ve etkili bir dezenfeksiyon yöntemi olduğu da söylenebilir. Yapılan çalışmalar, solarizasyon etkinliğinin artırılmasına yönelik malç metaryellerin nitelik ve niceliklerinin ısının depolanması ve transferine olan katkıları hala plastik teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak günümüzde devam ettiğini göstermektedir. Bu başlıkta yapılmış kaynak taramasından artık toprak dezenfeksiyonunun yanında tarımsal verim artışları üzerindeki etkilerinin de daha çok tartışma alanı bulduğu anlaşılmaktadır Toprak Termal Özellikleri Termal iletkenlik, toprak su içeriği, hacim ağırlığı, gözeneklilik, her bir toprak agregalarının termal iletkenliği ve şekli, toprağı oluşturan metaryalin özelliğine bağlı bir ilişki gösterir. Ancak, ölçümü oldukça zordur (De Vries, 1963). Kohnke ve Nakshabandi (1964) kuru topraklarda ısı iletimi sadece danelerin birleşim yerlerinde gerçekleşir. Araştırıcılar, toprak ıslandıkça birim hacimdeki toprakta hava miktarının azalacağını, su miktarının ve dolayısıyla ısı iletkenliğinin yükseleceğine işaret etmişlerdir. Zira su miktarının artması ile toprağın hem termal iletkenliği hem de ısı kapasitesi yükselir. Toprakların termal iletkenliği, toprakta 15