T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 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

2

3

4 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; S 1: 4kg.4m -2, S 2: 8kg.4m -2 S kullanılmıştır. Yıkama suyu 30 cm dozlarda toplam 120cm verilmiştir. Laboratuvarda tuz yıkaması için kolon kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; S (S 1 ve S 2 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 S 1 dozunda 29.88ppm iken, 120cm yıkama suyunda 17.12ppm e düşmüştür (%57.30). S 2 dozu S 1 den daha az etkili olmuştur. S 2 dozunda yıkanma %25.75 olmuştur ( Bu sonuçlar istatistik olarak desteklenmiştir). Kolon yıkamada kolay çözünen anyonların ortalama değeri toplamda, A= me.l -1 den, A=18.448me.l -1 e düşmüştür. Yıkamada CI - ve SO 4 = için hidrodinamik paremetrelerden yıkama suyu normu, N ys=0.307m olarak hesaplanmıştır. Yıkama süresi, T=1.208gün, CI - ve SO 4 = 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.m 2.gün -1 ve 4.672x10-3.m 2.gün -1 olarak hesaplanmıştır. Parsel yıkamada kolay çözünen anyonların ortalama değeri toplamda, A= me.l -1 den, A=14.724me.l -1 e düşmüştür. Yıkamada CI - ve SO 4 = için hidrodinamik paremetrelerden yıkama suyu normu, N ys= 0.304m olarak hesaplanmıştır. Yıkama süresi T=25gün, CI - ve SO 4 = 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.m 2.gün -1 ve 0.960x10-3.m 2.gün -1 olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Arazi ıslahı, Bor, Kükürt, Matematiksel modelleme, Modelleme-Simulasyon, Tuzlu toprak modeli, Tuzlu-sodyumlu toprak, Yıkama iv

5 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 S 1:4kg.m -2, S 2: 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 (S 1 and S 2 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 S 1 aplication and later decreased to 17.12ppm in 120cm leach water (57.30%). Experimental results showed that S 2 application is less effective than S 1. S 2 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= me.l -1 to A=18.448me.l -1. Leaching water norm from hydrodynamic parameters (N ys), for CI - and SO 4 = calculated as N ys= 0.307m. Leaching time, T=1.208day, for CI - and SO 4= ; dispersion parameter, λ=9.26x10-2.m and 9.60x10-2.m and convective diffusion parameter, D=4.505x10-3.m 2.day -1 and 4.672x10-3 m 2.day -1 calculated. The average value of readily soluble anions in parcel leaching, in total, decreased from A= me.l -1 to A=14.724me.l -1. In leaching, for CI - and SO 4=, leaching water norm from hydrodynamic parameters, calculated as N ys=0.304m. Leaching time, T=25day, for CI - and SO 4 = dispersion parameter, λ=4.59x10-2.m and 4.13x10-2.m, convective diffusion parameter, D=1.067x10-3.m 2.day -1 and 0.960x10-3.m 2.day -1 calculated. Keywords: Boron, Land reclamation, Leaching, Mathematical modeling, Modeling-Simulation, Saline soil model, Saline-sodium soils, Sulphur v

6 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 vi

7 İÇİNDEKİLER ÖZET... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ... vi İÇİNDEKİLER... vii SİMGELER VE KISALTMALAR... viii 1. GİRİŞ KAYNAK ARAŞTIRMASI Sorunlu Toprakların Dağılımı Topraklarda Tuzluluk Sodyumluluk ve Borluluğun Kaynağı ve Etkisi Sulama Suyu Kalite Unsurları Sodyumlu ve Tuzlu-Sodyumlu Toprakların Islahında Kullanılan Islah Materyalleri Yıkama Suyu Normu Tuzlu toprakların yıkanması için kullanılan yöntemler Basit-mantıksal modeller Ampirik (deneysel) modeller Teorik modeller Sorunlu Toprakların Islahı ile İlgili Bazı Çalışmalar Toprakta Tuz Hareketinin Matematiksel Modellenmesi Tuz hareketinin matematiksel modellemesinde yapılan bazı çalışmalar Matematiksel modelleme Model kavramı Modellerin sınıflandırılması Modellerin önemi Toprakta tuz hareketinin denklemi (Matematiksel modeli) Moleküler difüzyonla taşınım Çözünmüş maddelerin konveksiyon ile taşınımı Dispersiyonla taşınım Toprakta tuz taşınım modelinin başlangıç ve sınır koşulları Başlangıç koşulları Toprak yüzeyinde 1., sınır koşulları Belli bir derinlikteki 1., 2. ve 3. sınır koşulları İki yüzeyin temas koşulu (4. sınır koşulu) Toprakta tuz taşınım modelinin analitik çözümleri Yarı sınırlı (L ) doymuş toprak katmanı Sınırlı (L=const) doymuş toprak katmanı Toprakta tuz taşınımı modelinin parametresinin belirlenmesi MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Araştırma alanının konumu... 56

8 Arazi ve toprak özellikleri İklim Bitki örtüsü Topoğrafya Su kaynakları Tarımsal yapı ve üretim Yöntem Arazi çalışmalarında uygulanan yöntemler Deneme yöntemleri Deneme konusu Deneme alanının hazırlanması Kükürt ün parsellere uygulanması Sodyumlu ve borlu parsellerin yıkamalarının yapılması Toprak örneklerinin alınması İnfiltrasyon ve buharlaşma değerlerinin ölçülmesi Laboratuvarda kolon tuz yıkaması Arazide parsel tuz yıkaması Laboratuvar analiz yöntemleri Büro çalışmalarında kullanılan yöntemler Azalan değişebilir sodyum miktarının hesabı Araştırma sonuçlarına uygulanan istatistik analiz yöntemleri ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Deneme Alanı Toprak ve Yıkama Suyu Özellikleri Sodyumlu-borlu deneme alanı topraklarının yıkama öncesi fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları Parsel ve kolon yıkama öncesi ve sonrası toprakların fiziksel- kimyasal analiz sonuçları Parsel ve kolon yıkama denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri Bor ve sodyum denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri Yıkama Sonrası Toprakların B Değişimi Bor yıkama denklemi ve yıkama suyu miktarı Yıkama Sonrası Toprakların Sodyumluluk Değişimi Parsel ve Kolon Yıkama Değerlerine Göre Tuz Taşıma Modeli Parametrelerinin Hesaplanması Hidrodinamik dispersiyon parametresinin (λ) hesaplanması Konvektif difüzyon (D) parametresinin hesaplanması Parsel ve kolon tuz yıkama denklemi ve yıkama suyu miktarı Parsel tuz yıkama denklemi Kolon tuz yıkama denklemi İstatistik Analiz Sonuçları ve Yorumu SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR

9 EKLER EK-1 FORTRAN PROGRAM Listingleri-I EK-2 FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Kolon Klor. 147 EK-3 FORTRAN PROGRAM Estimation the Parameter Lambda for Kolon Sulfat 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 ctgh1 h1 denkleminin kökleri EK 7 φ1(η,τ) fonksiyonun değerleri EK 8 φ2 (η,τ) fonksiyonun değerleri EK-9 Üç Farklı S Dozlarında Eklemeli Süre Değerleri EK-10 Araştırma Alanı İnfiltrasyon Değerleri EK- 11 Değişebilir katyonlar Kontrol Grubu EK 12 Değişebilir Katyonlar 1. Su Uygulaması EK 13 Değişebilir Katyonlar 2. Su Uygulaması EK 14 Değişebilir Katyonlar 3. Su Uygulaması EK 15 Değişebilir Katyonlar 4. Su Uygulaması EK 16 Suda Çözünebilir Katyonlar Kontrol EK 17 Suda Çözünebilir Katyonlar 1. Su Uygulaması EK 18 Suda Çözünebilir Katyonlar 2. Su Uygulaması EK 19 Suda Çözünebilir Katyonlar 3. Su Uygulaması EK 20 Suda Çözünebilir Katyonlar 4. Su Uygulaması EK- 21 Uygulama Gruplarında Islah Süresince Ortalama ph Değişimi EK 22 Uygulama Alanı Tekstür Sınıfı ÖZGEÇMİŞ vii

10 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 ++ CaCl2 CaCO3 CaSO4. 2H2O Cl - CO2 CO3 = D Dm DSYb DSYs Dt Dys Fe +3 FeSO4 H2O H2SO4 HCO3 - k K + L Mg ++ : Kalsiyum : Kalsiyum klorür : Kireç taşı : Jips : Klorür : Karbon dioksit : Karbonat : Konvektif difüzyon parametresi : Moleküler difüzyon parametresi : Islah öncesi toprakta değişebilir sodyum yüzdesi : Islah sonrası toprakta değişebilir sodyum yüzdesi : Yıkanacak toprak derinliği : Gerekli yıkama suyu miktarı :Demir : Demir-II- sülfat : Su : Sülfirik asit : Bikarbonat :Toprak özelliklerine, yıkanması gereken tuzların miktar ve karakterlerine bağlı katsayı : Potasyum : Taban suyu derinliği : Magnezyum

11 θ : Yıkanması gereken toprak katmanının ortalama porozitesi Na + : Sodyum Na2SO4 : Sodyum sülfat NaCl : Sodyum klorür Nys NO3 - Nv ph L Si S CH3COONa. 3H2O : Yıkama yapılacak derinlikteki boş olan gözenekleri tamamen dolduracak su miktarı : Nitrat : Çözünmüş tuzların taşınması için gerekli su miktarı : Hidrojen iyon konsantrasyonun negatif logaritması : Yıkanacak toprak derinliği : Silisyum : Kükürt : Amonyum asetat S1 : Kükürt uygulaması (1t. da -1 ) S2 : Kükürt uygulaması (2t. da -1 ) S0 So SO4 = St T V v W X b λ Σ Sw η St veya ECf Dw Ds : Yıkamadan önceki toprak katmanının ortalama tuz miktarı : Kükürt uygulaması kontrol grubu : Sülfat : Yıkamadan sonra toprak katmanının ortalama tuz miktarı : Yıkama suyunun verilme süresi : Yıkanacak toprağın kolon hacmi : Gözeneklerdeki çözeltinin infiltrasyon hızı : Yıkamadan önce topraktaki su miktarı : Toprak değişebilir kompleksi (killer) : Toprağın hacim ağırlığı : Hidrodinamik dispersiyon parametresi : Toplam : Freundlich adsorpsiyon denkleminin sabiti : Yıkama suyu konsantrasyonu : Pekle parametresi :Yıkamadan sonra toprak profilinde saturasyon eriyiğinin elektriksel iletkenlik değeri : B yıkaması için gerekli su derinliği : B yıkaması için toprak derinliği

12 Cf Ci Ddis Δm veya q Jx : İstenilen B konsantrasyonu : Başlangıç B konsantrasyonu : Mekanik dağılım katsayısı C : Çözünmüş tuzlar : Difüzyon hızı : Kütle akı yoğunluğu : Katı faz tuzlarının çözünme hızı katsayısı β : Toprağın mobil ve immobil gözenekleri arasındaki kütle değişim hızı katsayısı Kısaltmalar Dnk DS DSY EC ECe GG KDK Kİ KOP PAFS RSC SAR Sİ SN TK Tüik YS TDS : Denklem : Değişebilir sodyum : Değişebilir sodyum yüzdesi : Elektriksel iletkenlik : Saturayon ekstraktının elektriksel iletkenliği : Geçirgenlik göstergesi : Katyon değişim kapasitesi : Klor indeksi : Konya ovası projesi : Polimerik alüminyum demir sülfat : Kalıcı (bakiyevi) sodyum karbonat : Sodyum adsorpsiyon oranı : Kükürt ihtiyacı : Solma noktası : Tarla kapasitesi : Türkiye istatistik kurumu : Yıkama suyu : Toplam çözünmüş tuz miktarı viii

13 1 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 yıl içinde dünya tarımsal üretiminde %40-50 ( 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 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

14 2 toprakta 4dS.m -1 den daha fazla saturasyon ekstraktının elektriksel iletkenliğine (ECe) 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 25 o C sinde 4dS.m -1 den daha az olan topraklara denilir. ph değerleri genellikle arasındadır. Bu topraklar Hilgard ın siyah alkali topraklara ve bazı hallerde de kullandığı solonetz topraklara karşılık gelmektedir. Tuzlu-alkali topraklar, saturasyon ekstraktının ECe 25 o C 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 ppm ve çoğunlukla bütün bitkiler için tehlikeli olan topraklarda ise ppm 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

15 3 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 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).

16 4 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

17 5 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

18 6 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.

19 7 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 Asya, Pasifik ve Avustralya Avrupa Latin Amerika Yakın Doğu Kuzey Amerika Toplam 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 hektarında tuzluluk ve alkalilik, 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,

20 8 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 Tuzlu Alkali Hafif tuzlu-alkali Tuzlu-Alkali Toplam 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, ; 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

21 9 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

22 10 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 Arazi büyük ölçüde bitki Yüzeyde tuz Çok yüksek % 90 dan daha fazla azalmakta örtüsünden yoksun kabukları, tozları Toprak tuzluluğunda EC değerlerinden Toplam Çözünmüş Tuz [Total Dissolved Soils (TDS)] değerlerini bulmak için dönüşüm denklemleri geliştirilmiştir (Rollins, 2007). 1 TDS mg L ~ 640 EC ds m Eğer EC < 5 ds m 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 ppm (ortalama 5.6ppm), yer kabuğunda ise 10-20ppm seviyelerinde B bulunduğu belirtilmektedir (Bennet ve Mathias, 1973; Woods, 1994). B yıkamasında; D w =(0.6Ds C i)/c (2.2) f denklemi de kullanılmaktadır. Dw: B yıkaması için gerekli su derinliği; Ds: yıkanacak toprak derinliği; Cf: istenilen B konsantrasyonu; Ci: başlangıç B konsantrasyonu (Hoffman, 1986).

23 11 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) Ürün 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 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). Bazı bitkilerin B'a hassasiyet derecesi (mg.l -1 ) Çok hassas <0.5 Hassas Orta hassas Orta dayanıklı Dayanıklı Çok Dayanıklı 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 Üzüm Harmankaya ve Gezgin (2005), Konya ovası topraklarında B fraksiyonlarının belirlenmesi konusunda yaptıkları çalışmada, bölge topraklarının toplam B içeriğinin mg.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).

24 12 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 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

25 13 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 10 6 ) 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 SAR Na 0.5 Ca Mg = RSC CO HCO Ca Mg Cl KI SO = 4 Na Ca Mg + -1 Sodyum me l (2.3) ++ 1 Kalsiyum me l (2.4) Magnezyum me l ++ 1 CO Karbonat me l = 1 3 (2.5) 1 3 HCO Bikarbonat me l CI SO (2.6) Sülfat me l 1 Klorür me l = 1 4 Na HCO GG Katyon Eşitliklerde iyonların konsantrasyonu 1 me.l cinsinden ifade edilmektedir. (2.7) 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,

26 14 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 2NaX CaSO4 CaX2 Na 2SO 4 (2.8) Kükürt 2S 3O2 2SO 3 (Mikrobiyolojik oksidasyon) (2.9) SO3 H2O H2SO 4 (2.10) H2SO4 CaCO3 CaSO4 CO2 H2O (2.11) 2NaX CaSO4 CaX2 Na 2SO 4 (2.12) Kireç-S (Kalsiyum polisülfit) CaS5 8O2 4H2O CaSO4 4H2SO 4 (2.13) H2SO4 CaCO3 CaSO4 CO2 H2O (2.14) 2NaX CaSO4 CaX2 Na 2SO 4 (2.15) Demir sülfat FeSO4 H2O H2SO4 FeO (2.16) H2SO4 CaCO3 CaSO4 CO2 H2O (2.17) 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).

27 15 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, 28 o C 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

28 16 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

29 17 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 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

30 18 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.

31 19 Şekil 2.3. Tuzlu toprakların tarla ve laboratuvar yıkanmasında kullanılan yaklaşım (Kırda, 2002) 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; 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: N = Π W +N =N +N (2.19) yk v n v N=Π W : Toprağın yıkama yapılacak derinlikteki boş olan gözenekleri Burada; n tamamen dolduracak su miktarı (m 3.ha -1 ), : Toprağın tarla (su tutma) kapasitesi (m 3.ha -1 ), W: Yıkamadan önce topraktaki su miktarı (yıkama anındaki toprağın nemliliği) (m 3.ha -1 ), N v : Yıkama suyu normu (m 3.ha -1 ).

32 20 N n değerinin hesaplanması oldukça kolay olmasına rağmen, N v değerinin bulunması oldukça zordur ve çok sayıda faktörlere bağlıdır. N v değerinin bulunması için çok sayıda yapılmış bilimsel araştırmalar ve pratik denemeler sonucunda tuzlu toprakların bazı özelliklerini içeren Basit-Mantıksal Modeller önerilmiştir. Kovda (1947): Bu modeller önerilme zamanına göre genel olarak aşağıdaki gibi sıralanabilirler: N =400 n n n 100, m 3.ha -1 (2.20) v Burada; n 1: Katsayısı, toprağın tekstürüne bağlı olarak belirlenir, n 2: Katsayısı, taban suyu seviyesini (derinliğini) ifade eder, n 3: Katsayısı, taban suyunun tuz konsantrasyonu ifade ediyor. Volobuev (1948): N yık =W 1+W 2 +W 3+W 4, m 3.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 Klorlu tuzlanma Başlangıç Tuzluluk (toplam, % ) Sülfatın fazla olduğu karışık tuzlanma Alçı içerikli sülfatlı tuzlanma Yıkama suyu normu (m 3.ha -1 ) > 0.3 > 3.3 > a S 0 S 0 v ak lg 0 lg, m 3.ha -1 (2.22) a St St lg Burada; a: Toprak doymuş duruma geldikten sonra tuzların yıkanacak katmandan taşınması için gereken su miktarı (m 3.ha -1 ) a , k: Yıkama suyu taktlarının sayısı, k / W.

33 21 A.A. Cherkasov, yıkama suyu normu N ile S0/St orantısı arasındaki bağıntının logaritmik fonksiyon olmasını ilk defa fark etmiş bilim adamıdır. Minashina (1972): W 0 v lg lg lgw St SΠ S, m 3.ha -1 (2.23) Burada; S Π :Yıkama suyunun tuz konsantrasyonu (ds.m -1, g.l -1 veya %) 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: EC f D w S t w Dw 1EC f w 1 St f, f veya f, f ECi Ds S0 Ls Ds ECi Ls S0 incelemeyi hedeflemiştir. (2.24) Bu amaçla toplam çözünebilir tuzların yıkama eğrisini elde edebilmek için her dilim yıkama suyu uygulamasından sonraki toprak tuzluluk değerlerinin yıkamadan önceki değerine göre yüzdesini: S S EC EC t f 100% = 100%, almış. 0 i

34 22 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: ECe 1 D 1 EC D D 5EC / EC Ds w veya 0 w s e (2.25)

35 23 Şekil 2.6. Yıkama eğrisi (Reeve, 1957) Farklı (ABD de Utah ve Irak ta Annanah ve Dujailah) bölgelerin tuzlu topraklarında yapılmış yıkama deneme sonuçlarını (Reeve, 1948; Dujailah Experiments, 1, 1954; Annanah Experiments, 1, 1958) daha sonraki araştırmalarında Reeve (1957) yıkama suyu konsantrasyonunu deney şartları altında, yıkamada elde edilen en son denge tuzluluk (ECeq) değerini de göz önüne almış ve koordinat sisteminde başka bir grafikleme şekli geliştirilmiştir: Şekil 2.7. Yıkama eğrisi (Dieleman, 1963) ve aşağıdaki modeli önermiştir: ECf ECeq 1 (2.26) ECi ECeq 5 D w / Ds 0.15 Yıkama suyu normunu (2.25) ve (2.26) modellerinden kolayca bulmak mümkün: D yık D EC 3 D EC EC 3 5 EC 4 5 EC EC 4 s i s i eq ve Dyık f f eq (2.27)

36 24 Burada; Nyık veya Dyık - Gerekli yıkama suyu miktarı (m); Ls veya Ds - Yıkanacak toprak derinliği (m); S0 veya ECi- Yıkamadan önce toprak profilinde saturasyon eriyiğinin elektriksel iletkenlik değeri (dsm -1 ); S0 veya ECi -Yıkamadan önce toprak profilinde ortalama tuz konsantrasyonu değeri (g.l -1, %, dsm -1 ); St veya ECf - Yıkamadan sonra toprak profilinde saturasyon eriyiğinin elektriksel iletkenlik değeri (dsm -1 ); St veya ECf -Yıkamadan sonra toprak profilinde ortalama tuz konsantrasyonu değeri (g.l -1, %, dsm -1 ); Sw veya ECeq -Yıkama suyunun tuzluluğu (g.l -1, %, dsm -1 ); ECeq - Yıkama işleminden sonra toprakta dengelenen tuz miktarının elektriksel iletkenliği (dsm -1 ); Nw veya Dlw - Yıkama suyu normu (m 3.ha -1 ) veya derinliği (m); Ls veya Ds - Yıkanan toprak derinliği (m). Beyce nin (1972) Türkiye topraklarında yapmış olduğu yıkama sonuçlarını (şekil 2.8) ve farklı toprak tiplerinde yapılmış yıkama sonuçlarını (şekil 2.9) kullanarak, Hoffman (1980) çalışmalarında aşağıdaki basit hiperbolik modeli önermiştir: C/C D /D 0.45 (2.28) 0 w s Şekil 2.8. Yıkama eğrisi (Prichard ve ark., 1985)

37 25 Şekil 2.9.Tuzlu toprakların ıslahında her bir toprak derinliğine bağlı olarak gerekli yıkama suyu derinliği (a) sürekli göllendirme ve (b) aralıklı göllendirme (Hoffman, 1980; Ayers, ve ark., 1985) Hoffman ın (2.28) modeline göre yıkama suyu normunu kolayca bulmak mümkün: C 0 S 0 Dw 0.45Ds veya Nw 0.45 Ls Ct St (2.29) Daha sonraki yıllarda yapılmış araştırmalar sonucunda deneysel modellerin farklı analitik ifadeleri ele alınmıştır. Tüm bu araştırmalarda yaygın olarak kullanılan modeller aşağıda sıralanmıştır: ECf ECeq D w y f x veya f ECi ECeq Ds (2.30) Hiperbolik (Hyperbolic) fonksiyonu y a, y a b, y a x b x x (2.31) Üstel (Exponential) fonksiyonu bx y a e (2.32) Kuvvet (Power) fonksiyonu Logaritmalı (Logarithmic) fonksiyon y b a x (2.33) y a b ln x (2.34) D EC y x veya f EC w f eq D s ECi EC eq Hiperbolik (Hyperbolic) fonksiyonu y a b, y a, y a x x b x (2.35) (2.36) 1 1 Üstel (Exponential) fonksiyonu y ln a ln y b b (2.37) Kuvvet (Power) fonksiyonu y y b (2.38) a Logaritmalı (Logarithmic) fonksiyon y exp y a (2.39) b

38 26 Ayrıca, bu modellerdeki bağımlı (y) ve bağımsız (x) değişkenler, araştırmacıların amaçları doğrultusunda yıkanacak tuzlu toprakların özelliklerini aşağıdaki biçimde ifade etmişler: EC EC C C C S S S D y EC EC EC C C C S S S D L EC f, f eq, t, t w, t, t w w, w ve x i i eq 0 0 w 0 0 w s s Dw w EC ECf EC f eq Ct Ct Cw St St S y, ve x,,,,, D L EC EC EC C C C S S S s s i i eq 0 0 w 0 0 w w (2.40) (2.41) (2.31)-(2.34) ve (2.36)-(2.39) modellerinin parametrelerinin değerleri, farklı zamanlarda ve ülkelerde arazi koşullarında parsel ve laboratuvar ortamında kolon yıkamaları sonuçlarının istatistiksel yöntemlerle hesaplanmış ve parametrelerinin değerleri önerilmeleri zamanına göre genel olarak aşağıdaki gibi sıralanmıştır (çizelge 2.6). Çizelge 2.6. Yıkama eğrilerinin hiperbolik modellerle ifadesi ve yıkama suyu normu modelleri 1.Hiperbolik modeller y f ( x) a, y f ( x) a b, y f ( x) a x b x x EC ECf EC f eq Ct D,,, w y x EC EC EC C D EC ECf EC f eq C t D,, w f ECi ECi ECeq C0 Ds Reeve, 1957 ECf 0.2 EC D / D 0.15 i lw s Dieleman, 1963 ECf ECeq 0.2 EC EC D / D 0.15 i eq lw s Lefellaar ve Sharma,1977 ECf ECeq EC EC D /D i eq w s Jury, Jarrell ve Devitt, 1979; Hoffman, 1980 Ct 0.45 C D /D 0 w s Pazira ve Kawachi, 1981 ECf ECeq EC EC D /D i eq w s Sharma ve ark., 1994 i i eq 0 s Dw D s,ec f,ec i,ec eq,c 0,C t, 0, t 1 EC i Dlw Ds ECf 1 ECi EC eq Dlw Ds ECf ECeq EC EC f eq Dlw Ds ECi EC eq C 0 Dw 0.45 Ds C t EC EC f eq Dlw Ds ECi EC eq 1 1 (2.42)

39 27 ECf ECeq EC EC D /D i eq w s Monteleone ve Libutti, 2012 Ct Cw k C C D /D 0 w w s EC EC f eq Dlw Ds ECi EC eq C C D D C C 0 w w s t w 1 Çizelge 2.7. Yıkama eğrilerini üstel modellerle ifadesi ve yıkama suyu normu modelleri 2.Üstel modeller a: EC EC bx bx D y f ( x) e, y f ( x) ae, y, x EC EC D f eq lw i eq s ECf ECeq D w f ECi ECeq Ds Dieleman, 1963 ECf ECeq D w exp ECi ECeq Ds Rajabzadeh, Pazira ve ark., 2009 ECf ECeq D w exp ECi ECeq Ds ECf ECeq D w exp ECi ECeq Ds Sarraf, 2014 ECf ECeq D w exp ECi ECeq Ds D D,EC,EC,EC w s f i eq EC EC i eq Dlw Ds ln EC f EC eq D EC s i EC eq Dlw ln ECf EC eq D EC s i EC eq Dlw ln ECf EC eq D EC D ln s i eq w ECf EC eq EC (2.43) EC EC C D y f ( x) a 1 e, y 1, y 1, x EC EC C D ECf EC eq D w 1 f ECi EC Dw D s,ec f,ec i,eceq eq Ds bx f eq t w 2. Üstel model-b: Barnard, van Rensburg, Bennie, 2010; Monteleone ve Libutti, 2012 D w EC f EC eq D s e EC EC i eq i eq 0 s D 1 EC EC D w ln ECi EC s i f eq 1 (2.44)

40 28 Şekil Aşırı tuz kaldırılması bölümü 1 ECsw gerçek ECi / ECsw başlangıç ECi bölümünde yıkama suyunun derinliğe oranı (D w/d s) 2. Üstel model-c: bx D C y f ( x) a e, y, x, D C w t t s 0 0 toprağın her bir Dw Ct 100 f D C Dw f D Dorsan, 1988 D D s 0 s 0 lw s 6.51 e t, 100 Ct C0 Girgin, Saatçılar, Beyazgül, 1995 D D lw s D D lw s e e Ct C0 t Sönmez, Ağar, Bahçeci, Mavi, Yarpuzlu, 1996 D D lw s D D lw s e 25.01e Ağar, 2011 D D lw s Ct C0 t Ct C0 e Dw D s,c 0,C t, 0, t D 6.51D e lw D D e lw D D e lw D D e lw D 25.01D e lw D 12.79D e lw s s s Ct C0 s s s Ct C0 t Ct C0 t Ct C0 (2.45)

41 29 Çizelge 2.8. Yıkama eğrilerin kuvvet modellerle ifadesi ve yıkama suyu normu modelleri 3. Kuvvet modeller: ECf ECeq D lw f EC EC D i eq s EC EC EC D y f x a x y x EC EC EC D b f f eq w ( ),,, i i eq s Dlw D s,ec i,ec f,eceq Verna ve Gupta, 1989 ECf ECeq D w ECi ECeq Ds ECf ECeq D w 0.09 ECi ECeq Ds Omar, Karaca, Sözüdoğru, D w ECf 0.36 D s w EC f ( B) 3.33 D s D 1.75 Pazira, Keshavarz; Torii, ve Yamamoto, 1998 ECf ECeq D w ECi ECeq Ds Öztürk ve Özkan, ECf D w, Ls 0.03m SCL ECf D w, Ls 0.06m CL ECf D w, Ls 0.03m ECf D w, Ls 0.06m Mohammadzadeh, Homaee ve Pazira, 2013 ECf ECeq D w ECi ECeq Ds Örs, Anapalı, 2014 EC D EC f w i Ds ECi EC D w Ds0.099 ECf EC ECi EC D w Ds0.09 ECf EC 0.36 D w Ds EC f D w Ds EC f B ECi EC D w Ds ECf EC eq eq eq eq eq eq Dw Ds EC f, Ls 0.03m SCL D w Ds EC f, Ls 0.06m 1 D w Ds EC f, Ls 0.03m CL 1 D w Ds EC f, Ls 0.06m ECi EC D w Ds0.059 ECf EC EC i D w Ds EC f eq eq (2.46)

42 30 Çizelge 2.9. Yıkama eğrilerin logaritmik modellerle ifadesi ve yıkama suyu normu modelleri 4.Logaritmik modeller: EC f ECeq Ct Dlw, f EC EC C D i eq 0 s EC EC C D y f ( x) a bln x, y,, x EC EC C D Dlw D s,ec f,ec i,ec eq,c 0,Ct f eq t w i eq 0 s Omar ve ark., 1998 Dw 1 ECf ln D D w Dsexp ECf 0.36 s 5.01 Dw 1 EC f ( B) ln D D w Dsexp ECf B 5.66 s 4.21 Pazira, 2001 ECf ECeq D EC lw t EC eq 0.47 ln Dlw Ds exp 0.47 ECi ECeq Ds EC0 EC eq Bahçeci, 2009 Ct D lw ln 1 C t Dlw Ds exp 0.75 C0 D s 0.25 C0 Kapourchal, Homaee, Pazira, 2011 ECf ECeq D lw ln 1 ECt EC eq Dlw Ds exp 0, 035 ECi ECeq D s 0.22 EC0 ECeq Kapourchal, Homaee, Pazira, 2013 ECf ECeq D lw ln 1 ECt EC eq Dlw Ds exp 0.07 ECi ECeq D s 0.16 EC0 ECeq Egdernezhad, Kashkuli, Pazira, Sedghi, 2014 ECf ECeq D lw ln 1 ECt EC eq Dlw Ds exp ECi ECeq Ds EC0 EC eq Egdernezhad, Jamshidi, 2015 ECf EC eq D 1 ECt EC eq lw ln Dlw Ds exp ECi ECeq D EC s 0 ECeq ECt ECeq Dlw ln 1 ECt EC eq D EC0 ECeq D lw Ds exp s EC0 ECeq Egdernezhad, Kashkuli, Pazira ve Sedghi, 2016 EC EC D ln EC EC D t eq lw 0 eq s EC EC D ln EC EC D t eq lw 0 eq s 1 ECt EC eq Dlw Ds exp EC0 ECeq 1 ECt EC eq Dlw Ds exp EC0 ECeq (2.47)

43 31 Orta Asya ve Azerbaycan ın tuzlu topraklarında pek çok sayıda yapılan tarlada parsel ve laboratuvar ortamında kolon yıkamaları denemeleri sonuçları Volobuyev (1948, 1959, 1975, 1981) tarafından 1 metrelik tuzlu toprağın yıkama suyu gereksinimi (Nyık) için aşağıdaki logaritmik model tespit edilmiştir: S 0 N yk lg St Burada; Nyk - Yıkama suyu normu (gereksinimi), (m 3.ha -1 ); S0 ve St yıkamadan önceki ve sonraki ortalama tuz konsantrasyonu, (g.l -1, ds.m -1, %); (2.48) Toprakta Topraktan yıkanan tuz hızını ifade eder ve toprakların tuz verme katsayısı denir, (m). Bu model, farklı mekanik bünyeli (kumlu, tınlı, killi ve tınlı, tuz vermelerinin oldukça az, az ve orta seviyede olabilen) topraklar sınıflarına, ayrıca bu toprakların eriyebilen (klorlu, sülfatlı-klorlu, klorlu-sülfatlı) tuz bileşenlerine göre uygulanabilecek biçimdedir. - katsayısının ( R 1m için) değerleri, Volobuyev (1959) tarafından, Orta Asya ve Azerbaycan ın tuzlu topraklarında pek çok sayıda yapılan tarla ve laboratuvar denemeleri sonuçlarına istatistik yöntemin uygulanması ile hesaplanmıştır (çizelge 2.10). Bu değerler farklı toprak sınıfları ve onların tuz içeriğine göre değişmektedir. Çizelge 2.10.Toprakların başlangıç tuzlaşmasına, tuzlaşma tiplerine ve mekanik bünyesine göre toprakların yıkanabilirlik katsayısı (α) değerleri Yıkanabilirlik Derecesine Göre Toprak Tipleri Kolay yıkanabilir kumlu I topraklar Orta derecede yıkanabilir II tınlı topraklar Killi, tınlı ve tuz vermesi III orta topraklar Killi, tınlı ve tuz vermesi IV az olan topraklar Killi, tınlı ve tuz vermesi V çok az olan topraklar Klorlu Cl=40 60% kuru kalıntının Tuzlaşma İçeriklerine Göre Toprak Tipleri Sülfatlı-klorlu, Klorlu-sülfatlı, Cl=25 35% Cl=10 20% Kuru kuru kalıntının kalıntının Sülfat-sodyum kalsiyum 0-1 (m) Katmanındaki Yıkamadan Sonra Kalan Tuz Miktarı, St, % S t=0.2 S t=0.3 S t=0.4 S t=1.0 Yıkanabilirlik katsayısı veya tuz verme katsayısı, =0.62 =0.72 =0.82 =1.18 =0.92 =1.02 =1.12 =1.48 =1.22 =1.32 =1.42 =1.78 =1.80 =1.90 =2.10 =2.40 =2.70 =2.80 =3.0 =3.30 Panin (1962), tarafından geliştirilmiş model, tuzlu toprak arazilerinde yapılan pek çok sayıda parsel yıkama denemeleri verilerine dayanarak elde edilmiştir: N 2.3 S lg 0 v k St (2.49)

44 32 Eşitlikte; П- Toprağın tarla (su tutma) kapasitesi (m 3.ha -1 ); k-topraktaki tuzların kimyasal bileşenlerine bağlı olan katsayıdır. Panin (1962), daha çok SO4 = - CI - ve CI - - SO4 = tuzluluğundaki toprakların cm derinliklerdeki kolonları ile laboratuvarda yapmış olduğu yıkama denemelerinde (aktif yıkama normu) kavramını ileri sürmüştür Teorik modeller Bu grup modeller Jeokimyasal ve Hidrodinamik metot ve prensiplere dayanarak elde edilirler. Çok sayıdaki laboratuvar ve tarla araştırmaları, teorik incelemeler ve bilimsel yayın sonuçları göstermiştir ki, çözünmüş tuzların topraklardan yıkanmasını Piston hareketi olayı (A ve B grup modellerde olduğu) gibi ele almak doğru değildir. Toprakta su ve tuzların hareketi bileşik fiziksel-kimyasal işlem olarak: tuzların topraktaki (sulama ve yeraltı suları da dahil) miktarına ve dağılımına, gözeneklerin karakterlerine (tabiat ve niteliğinden), gözeneklerdeki suyun hareket hızına, çözünmüş tuzların moleküler difüzyon ve konvektif dispersiyonuna, toprağın sıvı ve katı fazları arasında oluşan iyon alışverişine ve başka pek çok sayıda faktörlere bağlıdır. Demek ki, tuzlu toprakların ıslahının daha detaylı olarak bilimsel yönden incelenmesi, teorik modellerin temelleştirilmesi, ancak gözenekli ortamda madde taşınım mekanizmalarının daha derin araştırılması ile belirlenebilir. Bugün toprak biliminde ortaya çıkan ıslah problemlerini çözmek, matematiksel modelleme kullanmadan mümkün değildir li yıllardan beri tuzlu toprakların ıslahı için gerekli su miktarının ve yıkama zamanının belirlenmesi için jeokimyasal-hidrodinamik yöntemlerin kullanımı ile ilgili araştırmalar yapılmaktadır. Tuzların çözünmesini ve taşınımını ifade eden kısmi türevli diferansiyel denklemlerin çeşitli şartlardaki çözümüne dayanarak yıkama suyu normunu (ys) ve yıkama süresini (T) tayin edecek çok sayıda teorik modeller elde edilmiştir (Verigin, 1953, 1979; Brenner, 1962; Averyanov, 1978; van Genuchten, 1981; Bresler ve ark.,1982; Mikayilov,1986, 2007, 2012, 2014; van Genuchten ve Wierenga, 1990; Pachepsky, 1990; Jury ve ark., 1991). Jeokimyasal hidrodinamiğin temel ilkeleri ve metotlarına dayanarak, taban suyunun toprak yüzeyine yakın olduğu durumda ve topraktaki kolay çözünebilen tuzların daha fazla olduğu şartlarda uygulanacak yıkama suyunun miktarı için aşağıda

45 33 açıklanan teorik model (Verigin ve ark., 1986; Mikailsoy, 2007, 2012) geliştirilmiştir. Genel olarak bu modellerin matematiksel şekli kapalı fonksiyon olarak şu şekilde yazılabilir; N Re L L L k L (2.50) ys Eşitlikte; θ- Yıkanması gereken toprak derinliğinde porozite (%) veya toprağın hacimsel nemi; L-Yıkanacak toprak derinliği (m); τ(l)-parametresinin değeri aşağıdaki konvektif difüzyon denkleminin. 1 k D v C 2 C C t 2 x x (2.51) tuzlu toprakların yıkanması sürecini en uygun ifade eden başlangıç ve sınır koşulları için: t 0 : C( x,0) S (2.52) 0 ve sınır koşullarındaki: C x 0 : D v C(0, t) S x C x L : D 0 x w (2.53) bulunmuş ortalama integral çözümünü (Mikayilov, 1985, 1986, 1989, 1997, 2007, 2012), yani: t,,,,,,,,,, S S L t L t D v k S S (2.54) 0 w kullanılarak; 1) Toprağın daha fazla homojen veya daha fazla heterojen yapıda, 2) Taban suyunun toprak yüzeyine yakın veya daha derinde, 3) Topraktaki tuzların yıkanmasının: kolay, orta ve zor olmasına bağlı olarak çeşitli eşitliklerden bulunabilir. Örneğin, (2.51)-(2.53) probleminin aşağıdaki (Mikailsoy vb., 2010, 2012) çözümünü kullanalım. 2 S sin 2 t S h w Θ ( ) exp h1 S0 S w 2h1 (2.55) Burada;

46 34 vt vl, Re 1 k,, Re L 4D köküdür. h1 transendental: ctgh1 h1 vt vt Νw Νw Νw, T Re L Re L Re L k L v denkleminin (2.56) eşitliğinden faydalanarak; taban suyunun toprak yüzeyine yakın olduğu durumda ve topraktaki kolay çözünebilen tuzların daha fazla olduğu şartlarda uygulanacak yıkama suyunun miktarını (Nys) ve yıkanma zamanını hesaplayabiliriz; 2 2 L S S e sin 2h 0 w 1 ys Ν ys ln ln, 2 2 T 2 2 (2.57) h1 St Sw 2 h v 1 Eğer 2 (veya dispersiyon parametresi için yapılan çok sayıda araştırmalarda olduğu tespit edilen durum) ise, (2.50) eşitliği sadeleşir ve yıkama suyu miktarını daha basit formülle bulabiliriz: S S 0 w Νys ln, A,,,, L 2 2 (2.58) St Sw h1 Burada; S 0 ve L St Toprağın [0,L] katmanının yıkamadan önce başlangıçtaki ve yıkamadan sonra kabul edilebilir ortalama tuzluluğu (tuza tolerans seviyesi), (g.l -1, ds.m -1, % ); Sw Yıkama suyunun konsantrasyonu, (g.l -1, ds.m -1,% ); Yıkanacak toprak katmanının ortalama porozitesi, (%); L/4Pekle parametresi; D D v m Konvektif difüzyon parametresi, (m 2.gün -1 ); Ν Dm Moleküler difüzyon parametresi, (m 2.gün -1 ); Hidrodinamik-dispersiyon parametresi, (m); v Gözeneklerdeki çözeltinin infiltrasyon hızı, (m.gün -1 ); b Toprağın hacim ağırlığı, (kg.m -3 ); Freundlich adsorpsiyon denkleminin sabiti, (m 3.kg -1 ); t zaman, (s); L Yıkanacak toprak derinliği, (m). Ayrıca, C( x, t) toprak profilinin t (gün) anındaki ve x (m) derinliğindeki çözeltinin içermiş olduğu tuzların (veya iyonların) g.l -1, ds.m -1 veya % birimleriyle ifade edilmiş konsantrasyonudur; b( хt, ) toprak iskeleti tarafından adsorbe edilmiş ve agregatlar içerisinde ve agregatlar arası gözeneklerdeki tuzların (veya onların iyonlarının) g.cm -3, kg.m -3 veya me.100g -1 toprak birimleriyle ifade edilmiş miktarı. (2.50) ve (2.51) nolu eşitlikler kullanılarak yıkama sonucunda başlangıçtaki tuzluluğun S0 istenen tuzluluk değerine S ulaşması için gerekli yıkama suyu miktarı ve t

47 35 yıkama süresi bulunabilir. Bunun için modelde yer alan,, v, D, S,, k, St, Sw, L parametrelerinin önceden laboratuvar ve tarla denemeleri ile bulunmuş olması gerekir. Ek-6 da değerleri için ctgh h 1 1 denkleminin hesaplanmış kök değerleri verilmiştir Sorunlu Toprakların Islahı ile İlgili Bazı Çalışmalar Tuzlu toprakların yıkanması için ihtiyaç duyulan su miktarının tayin ve tespit edilmesi amacıyla pek çok araştırıcı tarla yıkama denemeleri yapmıştır. Reeve ve ark., (1948, 1955, 1957) Colifornia nın Coachella vadisinde yapmış oldukları tarla denemeleri sonucunda yıkama suyu miktarının hesaplanmasında hiperbolik model elde etmiştir (çizelge 2.6). Tunçkale (1967), 1962 yılında Aksaray tacin fidanlığında Populus nigra klonları ile kurulan Belediye fidanlığındaki fidanların hemen hepsi yıllar içerisinde kurumuştur. Fidanlıktaki fidanların ölüm nedenlerini araştırmak için 15 toprak profilinden 40 adet toprak örneği alınmıştır. Yapılan toprak analizleri sonuçlarının değerlendirilmesi sonucunda, yaşayan ve ölü fidanların bulunduğu yerlerdeki DSY ve B değerleri arasında önemli farklar olduğu, ölümlerin sebebinin yüksek orandaki DSY ve B kaynaklı olduğunu tespit edilmiştir. Munsuz (1969), Malya Tarım İşletmesi çorak topraklarının oluş nedenleri ve ıslah çareleri üzerine yaptığı araştırmada şu sonuçları elde etmiştir: Malya, Tarım İşletmesi toprakları, tuzlu-sodyumlu (solonchak) özellikler taşımaktadır. Çoraklaşma sebepleri ise arazinin jeolojik ve hidrojeolojik durumu, iklim faktörleri, drenaj yetersizliği, yüksek taban suyu, taban suyu tuzlulaşması ve arazinin kullanılma şeklidir. Taban suyu düzeyi m'dir. Toprakların dış ve iç drenajının kötü oluşu, suyu belirli bölgelerde toplanması civar arazilerden gelen iç drenaj sularının artezyenik etkisiyle; Seyfe Gölü'nün taban suyunu beslemesi, yüksek taban suyu buharlaşmasının fazla olduğu mevsimlerde kapillarite ile yüzeye doğru hareket etmekte ve buharlaşma sonucu tuzlar üst tabakalarda birikmektedir. Üst tabakanın az geçirgen olmasından ötürü, sular toplanmakta ve buharlaşma sonucunda tuzlar yüzeyde birikmektedir. Bu toprakların ıslahı için; drenaj kanalları açılması ve bölge şartlarına uygun, tuza dayanıklı bitki adaptasyon denemeleri yapılması; arazinin devamlı bitki örtüsü altında bulundurulması ve mer'a olarak kullanılması gerektiğini saptamıştır. 2 ton.da -1 ' dan fazla uygulanan jips' in görünür bir etkisi tespit edilememiştir. Gerekli hakiki jips miktarının ise kalibre edilmesi gerekmektedir. 0

48 36 Yılmaz (1978), Burdur-Yazıköy' de tuzlu-sodyumlu toprakların ıslahında gerekli yıkama suyu ve kimyasal ıslah maddesi, yıkama olanakları ve sürelerini tespit etmiştir. B ve toplam çözünebilir tuzların yıkama eğrileri çizilerek; yıkama denklemleri hesaplanmıştır. Başlangıçtaki çözünebilir tuzların ve B %80'ini yıkamak için gerekli DIN/DS oranları 6.8 ve 20.0'dır. Yıkama eğrileri ve denklemleri, deneme alanı topraklarında B'un çözünebilir tuzlardan daha az yıkandığını göstermektedir. Topraktan değişebilir Na + fazlasının giderilme hızları uygulanan jips miktarına paralel olarak artmıştır. Özkara (1981), Ege Bölgesindeki sorunlu topraklarda değişebilir Na + miktarının, verilen jips ve yıkama suyu miktarına paralel olarak azalma gösterdiğini, ancak topraktaki doğal jips de sodyumluluğun giderilmesinde önemli rol oynamıştır. Jipssiz (tanık) deneme kolonlarındaki toprakta değişebilir sodyum yüzdesinde belli bir düzeyde düşüş olmasına rağmen, fiziksel özelliklerin düzelmesinde etkinliği az olmuştur. Bahçeci (1984), Aksaray ovası tuzlu-sodyumlu ve B lu toprakların ıslahında kullanılacak yıkama suyu miktarı ve jips ihtiyaçlarını ve yıkama sürelerini belirlemek amacıyla yaptığı araştırmada; toplam suda çözünebilir tuzların ve B un yıkanması ile ilgili denklemler şu şekilde çıkarmıştır: Tuz yıkama denklemini; D D ys t e C Co (2.59) şeklinde elde etmiş. B yıkama denklemini ise; D D ys t e B Bo (2.60) Elde ederek, çözünebilir tuzların % 80 ini yıkamak için toprak derinliğinin 5 katı su gerekirken, B yıkanması için 7 kat su gerektiğini, DS fazlalığının giderilmesinin uygulanan jips dozları arttıkça arttığını tespit etmiştir. 100cm toprak derinliğinde 20dS.m -1 değerindeki tuzu 4dS.m -1 e düşürmek için 500cm yıkama suyu verilmesi gerektiğini bulmuştur. Yine B yıkaması için, 18ppm den 2ppm e düşürmek için 1260cm suya ihtiyaç olduğunu belirtmiştir. Sevgilioğlu (1987), Şanlıurfa Harran Ovası tuzlu ve sodyumlu toprakların ıslahında, gerekli jips ve yıkama suyu miktarı ile yıkama süresini saptamıştır. Tesadüf blokları deneme desenine göre üç tekrarlamalı kurulan denemede; 0, 1, 2, 3ton.da -1 jips düzeylerini araştırmıştır. 9(3x3)m 2 'lik parsellerde yürütülen denemelerde yıkamalar aralıklı göllendirme şeklinde yapılmış, her seferinde 30 cm su uygulanmıştır. Her birim suyun toprak yüzeyinden kaybolması ile bir sonraki su uygulaması arasında yaklaşık 48

49 37 saat ara verilmiştir. Yıkama suyunun drenajını sağlamak için deneme dört tarafı açık kanallarla askıya alınmış, jips uygulaması toprağın fiziksel özelliklerini olumlu yönde etkileyerek infiltrasyon hızını artırdığını belirtmiştir. Dorsan (1988) başlangıca göre toprakta kalan tuzun yüzdeleri Dys/Dt ile yıkama suyu miktarının toprak derinliğine oranı Dys/Dt arsındaki ilişkiyi saptamak amacıyla grafiksel bir çalışma yapılmış ve elde edilen sonuçlara göre bu ilişkinin yarı logaritmik kağıtta doğrusal olduğu hesaplanmış. Bu sonuçtan hareketle söz konusu ilişkinin matematiksel ifadesi üstel model c (2.45) olarak saptanmıştır. Munsuz ve ark. (1998) de Aksaray Koçaş-TİGEM arazisinde alkali topraklar ile yaptıkları ıslah çalışmasında; iki farklı dozda jips (J1:11ton.da -1 ve J2:12ton.da -1 ) ve 240cm sulama suyu uygulayarak DSY nin üzerine etkisini araştırmıştır. Araştırmada 240cm sulama suyu ve 11ton.da -1 jips uygulaması yapmış, 120cm sulama suyu uygulamasında şu sonuçları elde etmiştir: 0-10cm toprak derinliğinde başlangıç DSY 3.90 iken 1.18 e, 10-30cm de, 4.14 iken 1.46 ya, 30-60cm de den 6.23 e ve 60-90cm sulama suyunda ise DSY den e düşmüştür. 22ton.da -1 jips uygulamasında ise; 0-10cm toprak derinliğinde başlangıç DSY 2.65 iken 1.38 e, 10-30cm de, 5.23 iken 1.25 e, 30-60cm de den 6.88 e ve 60-90cm sulama suyunda ise DSY den ya düşmüştür. Yılmaz ve ark. (2001), Konya-Çumra İlçesi Erler Köyü ndeki B lu topraklarda ıslah için gerekli yıkama suyu miktarını belirlemek amacıyla arazi şartlarında yaptıkları bir çalışmada; 30cm dozlar halinde toplam 210cm yıkama suyu uygulamıştır. Araştırma sonuçlarına göre; topraktaki B un %31 inin yıkanması için yıkanan toprak derinliğinin 1 katı, %68 inin yıkanması için 3 katı ve %85 inin yıkanması için 5 katı yıkama suyu verilmesi gerektiğini belirlemiş, 1m lik toprak profilindeki B un yıkanması için gerekli yıkama suyunu veren yıkama eğrisi ve eşitliğini elde etmiştir. Bohn ve ark. (1977), Rhoades ve ark. (1992) yaptığı çalışmada, topraktaki tuz konsantrasyonunun üç şekilde bitkiler üzerine etkili olduğunu, bunlardan; birincisi, yüksek orandaki tuz ve sodyumun bitkiler üzerinde dolaylı etkiye sahip olduğu ve toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini olumsuz etkilediği, ikincisi, bitkilerin besin alımını ve metabolizmasını bozarak bitkilerde toksik iyon (bor, klor, sodyum vd.) etkisi yaptığı, üçüncüsü ise, toprak çözeltisinden su alımını engelleyen osmotik basınç etkisini olduğunu tespit etmiştir. Büyük Konya Havzası nda Wageningen Ziraat Üniversitesi Tropikal Toprak ilmi Bölümünün bir araştırma ve eğitim programı olan Konya projesi yürütülmüştür. Bu

50 38 proje, toprakların tuzlulaşma ve alkalileşmesi üzerine yaz aylarında yapılmıştır. Yapılan bu çalışmadan, Büyük Konya Havzası nda tuzluluğun genellikle üç sahada toplandığı tespit edilmiştir: Havzanın orta-batı kısmı, Karapınar ın kuzeyindeki çukur saha ve havzanın orta- doğu kısmıdır. Kuzey ve güney kısımları tuz etkisinde kalmamıştır. Topraklarda biriken tuzlar başlıca sülfat ve klorürden meydana geldiği tespit edilmiştir. (Anonymous,1970). Sodyum eriyebilir tuzların miktarı toprak eriyiğinin osmotik basıncını kontrol etmektedir. Sodyum eriyebilir katyon miktarının çok nadir olarak yarısından fazlasını teşkil eder. Bu sebepten önemli olacak oranda absorbe edilmemiştir. Toprak eriyiğinde ve değişebilir komplekslerindeki mevcut kalsiyum ve magnezyumun orantılı miktarları oldukça değişiktir. Özellikle ağır killi (montmorillonit) kurak bölge topraklarında sodyum adsorbsiyonu etkisiyle çimentolaşma olayının yaygın olduğu, bu durumun ileri aşamasında toprak tanecikleri basınç ile sıkışarak, daha sonra topraklar kuruyunca hacimlerinde azalma ve derin çatlaklar ve büyük kesekler meydana getirdiğini ifade etmiştir (FAO,1973). Goldberg ve Glaubig, (1986); Kubota ve ark. (1948), yaptıkları çalışmalarda, B un toprakta adsorpsiyonuna bir çok faktör etki yaptığını; ağır bünyeli topraklar, hafif bünyeli topraklardan, kil gruplarından illit, kaolinit ve montmorillonitten daha fazla bor adsorbe ettiğini ifade etmektedir. B toprakta doğal olarak oluşan bir elementtir. Yüksek konsantrasyonları deniz çökelleri ve kurak-yarı kurak bölgelerinden kaynaklanan toprakta 10 ile 30ppm toprak konsantrasyonu aralığı içinde bulunduğunu Brown ve ark. (1983), araştırmacı Sprague (1972) tarafından ifade edilmiştir. Ancak atık siteleri tarafından tehlikeli olarak topraktaki B un 300ppm kadar yükseldiğini Eckel ve Langley (1988) çalışmalarında tespit etmiştir. Bazik topraklardaki kil minerallerinin B u adsorbe ederek yol açtığı düşük B elverişliliği, genellikle sulama suyunda mevcut olan B ile sağlanabilmektedir. B un yıkanarak topraktan uzaklaşması da yok denecek kadar azdır. Dolayısıyla özellikle tuzlu ve sodik (sodalı, sodyumlu, alkali) topraklarda B zehirlenmesi, noksanlığına oranla daha büyük bir olasılıktır (Aydemir, 1997). Girgin ve ark. (1995), Denizli Çivril Ovası tuzlu sodyumlu ve B lu topraklarının ıslahı için yapmış oldukları çalışmada, topraktaki eriyebilir tuzların ve B un yıkama denklemini oluşturmuştur (çizelge üstel model-c ) cm toprak derinliğindeki tuzların %70 inin yıkanabilmesi için toprak derinliğinin 7.9 katı su

51 39 uygulanmasını, yine aynı toprak katı için mevcut B un %70 inin yıkanması için toprak derinliğinin 8.2 katı su verilmesi gerektiğini tespit etmiştir. Ayrıca parsele sadece 240cm yıkama suyu uygulanmasıyla 100cm lik toprak profili itibariyle yaklaşık 4ton.da -1 jips e eşdeğer bir ıslah gerçekleşirken, bu miktar 2.5ton.da -1 jips uygulamasıyla hızlı bir artış göstererek 9ton.da -1 jips ve eşdeğer düzeye çıkmıştır. Öztürk ve Özkan (2002) kolonda yaptıkları çalışmada, çözünebilir maddelerin farklı yıkama suyundaki hızlarını tespit etmiştir.yıkama suyunun yıkama etkinliği yanında suyun topraktan drene olması ve suda çözünen tuzların ortamda uzaklaştırılması yıkamanın etkinliğinde önemli bir faktördür. Özellikle ağır bünyeli toprakların yıkanmasında suyun topraktan drene edilmesinde güçlükler ortaya çıktığı yapılan çalışmalarla ortaya konmuştur. Bu tür çalışmalarda kolon yıkama denemeleri yapılmaktadır. Bu çalışmalardan bir tanesi Erşahin ve ark. (2005) yaptıkları çalışmadır. Bu çalışmada, laboratuvarda alkali ve alkali olmayan toprak katmanları arasına kum katmanları yerleştirerek oluşturulan kolon denemeleriyle simüle etmiş ve kum tabakasının altındaki alkali topraktan sodyumun kapillar taşınmasını engellediğini tespit edilmiştir. Bu süreci Kapillariteyi Kırma İşlemi olarak isimlendirmiştir. Bu amaçla, Tokat ın Erbaa ilçesinde şiddetli alkalilik gösteren topraklarda 0.5, 10, 15 ve 20cm kalınlığında kum katmanı oluşturarak, daha sonra bu katmanlar üzerinde 30cm kalınlığında alkali olmayan toprak koyarak ıslah çalışmalarını yürütmüştür. Çalışmalarında çözünen tuzun kapilarite ile tekrar yüzeye çıkmasını önleme amacıyla yapmıştır. Tejada ve Gonzalez (2005) elektriksel iletkenlikteki bir artışın, toprak strüktür stabilitesi, hacim ağırlığı ve geçirgenliği olumsuz biçimde etkilediğini kanıtlamışlardır. Makoı ve Verplancke (2010), 20 cm derinliğinde toprak kolonları kullanarak tuzlu bir toprakta yaptıkları çalışmada; jips uygulama biçimlerinin toprağın bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerine olan etkilerini araştırmıştır. Sonuçta, bu çalışma ile benzer biçimde jipsin tüm toprak profiline karıştırılması durumunda Ece değerlerinin ve diğer kimyasal parametrelerin (ECe, NaX, SAR, DSY) en etkin biçimde düştüğünü saptamıştır. Koç (2011) yaptığı çalışmasında, denemede tuzlu su ile başlayarak toprağın hidrolik iletkenliğini arttırmayı amaçlamış, daha sonra denemeye tedricen şebeke suyuna doğru seyreltme yaparak geçmiştir. Uygulaması m 2 ye 13 ve20kg jips hem küçük hem de büyük tanklarda yapmıştır. Aynı miktar jipsi küçük toprak tanklarında

52 40 bozulmuş toprak örneklerinin ilk 5cm ne ve tüm profile, büyük toprak tanklarında 10cm ye ve tüm profile ve monolitin ilk 5cm ne ve profilin tamamına dikey malç şeklinde uygulayarak etkilerini kıyaslamıştır. Koç (2011), (Rafael ve ark., 2009) yaptığı çalışmada, tuz zehirlenmesi, tüm dünyada tuzlu ve sodyumlu topraklarda çevre ekolojik niteliği ve bitkisel verimi sınırlayan temel toprak sorunlarından birisidir. Aşırı tuz miktarı, toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri, mikrobiyal işlemleri ve bitki gelişmesini azaltan etkilere sahiptir. Omar ve ark. (1998), kaba ve ince bünyeli iki farklı toprakta laboratuvar denemesi kurarak B ve tuz hareketi üzerine bilgisayar simülasyon yıkama modeli uygulamış ve elde edilen EC ve B değerleri bilgisayar program modeli ile tahmin edilen sonuçlarla uyum göstermiştir Toprakta Tuz Hareketinin Matematiksel Modellenmesi Tuz hareketinin matematiksel modellemesinde yapılan bazı çalışmalar Toprakların tuzlanması-yıkanması proseslerinin ister pratik isterse de teorik yönden sistematik incelenmesi ilk defa Rus toprak bilimciler tarafından yapılmıştır (Kovda, 1947). İlk defa kütle (ısı, çözünmüş madde) taşınım prosesinin kısmi türevli diferansiyel (parabolik) denklemle ifade edilmesi 1800 yıllardan itibaren ısı taşınımının matematiksel esasları üzerine araştırmalar yapan Fourier in çalışmalarında rastlanmakta, daha sonra ise bu denklemi geliştirilmesi (hareketli sıvı ortamlarında ısı taşınımının incelenmesi), 1830 yıllarda dönemin ünlü bilim adamı Ostrogradsky (1959) tarafından yapılmıştır. Daha sonralar, bu konu farklı matematikçilerin çalışmaları sayesinde pratik yönden daha kullanılabilir biçimde tasarlanmıştır. Tüm bu yapılmış çalışmalar Frank ve Mises (1935) tarafından sistemli hale getirilmiştir. Zamanla, kimyasal maddelerin çözünüşü ve onların hareketleri prosesi ve moleküler difüzyon sayesinde hareketin teorik araştırmaları (incelemeleri) Rus bilim adamlarının (Bogussky, I.G., Cajander, N.O., 1876; Shchukarev, A.B., 1896) çalışmaları ile pekiştirilmiş ve böylece gözenekli ortamların fiziksel-kimyasal hidrodinamiğin temeli atılmıştır. Bu çalışmalar sayesinde toprakların katı fazlarında olan tuzların çözünme hızının kural ve kanunları tespit edilmiş ve daha sonralar bu kuramlar tuzlu çözeltilerin konvektif difüzyonu konusunda araştırmalar yapan birçok bilim adamlarının (Frank-Kamenetskii, 1947; Levich, 1952; vb) eserlerinde yer almıştır. Topraklarda tuzların hareket denklemine ilk olarak toprak yüzeyinden sızmasını (infiltrasyonu) veya taban sularından buharlaşma etkisini göz önüne alan ve konvektif

53 41 taşınım olarak nitelenen özellik, Patrashev ve Harutyunyan (1941), Patrashev (1946) ve Patrashev ve Numerov (1947) araştırmalarında yer almıştır. Gözenekli ortamda tuzların çözümlenmesinin kinetiği ve hareketinin kurallarını ortaya koymak, kütle değişimi, konvektif-difüzyon ve infiltrasyon denklemlerinin birlikte çözüm yöntemlerinin geliştirilmesini gerektirir. Bu da jeokimyasalhidrodinamik alanında araştırmaların analitik yöntemlerinin her yönüyle geliştirilmesiyle mümkün olabilir. Bu yöntemlerde ilk kez Lapidus ve Amundson (1952), Verigin (1953) ve Taylor (1953) tarafından ortaya konulmuştur den başlayarak, fiziksel-kimyasal hidrodinamik alanında analitik yöntemlerin uygulamasıyla, gözenekli ortamlarda çözünmüş kimyasal maddelerin hareketi konusu ileri boyutlara ulaşmıştır. Bu konuda ilk defa olarak toprak katı fazının içermiş olduğu tuzların da çözümünü göz önüne alan konvektif difüzyon modelini önermiş ve pratikte uygulamalı sonuçlara varan formüller elde etmiştir. Verigin in ( ) ve onun çok sayıda öğrencilerinin (Şulgin, Kuranov, 1974; Mikayilov, vb) çalışmaları dünya çapında bir ilk olmuştur. Ayrıca, yatay ve dikey drenaj yapılmış arazilerin tuz-su rejimlerinin incelenmesi amacıyla da tuz taşınım modelinin çeşitli incelenmeleri yapılmıştır (Polubarina-Koçina, 1955; Averyanov, vb). Tuzların hareketlerini daha ayrıntılı incelemek amacıyla, toprakların diferansiyel gözeneklik (mobil ve immobil) olarak tanımlanması ve bu ortamdaki tuz taşınım prosesinin araştırılması konusunda çok sayıda çalışmalar bulunmaktadır. İlk olarak bu konu Coats ve Smith (1956) tarafından ele alınmış, sonradan van Genuchten ve arkadaşları tarafından (van Genuchten ve Wierenga, 1976, 1977; van Genuchten ve meslektaşları; 1977) ayrıntılı araştırmalar yapılmıştır. İlerleyen zamanda diferansiyel gözeneklik için geliştirilmiş kütle taşınım teorisindeki araştırmalar, incelemeler ve genelleştirmeler; SSSB bilim adamlarından N.N. Verigin ( ), S.F. Аveryanov ( ), D.F. Şulgin ( ), Y.A. Paçepskiy ( ), А.А. Аleksaşenko, L.B. Dvorkin, А.А. Мustafayev, L.М. Reks ( ), Кuranov ( ), F.D. Mikayilov ( ), vb. ve ABD bilim adamlarından van Genuchten ( ), G. Brenner (1962), E. Bresler (1962), Bıggar ve Nielsen (1967), Gardner, О. Samuelson, L. Lapidus, N. Amunson, J. Biggar, М. Van Genuchten, К. Coats, B. Smit ve diğerlerin araştırmalarının katkıları yer almaktadır.

54 42 Bu alandaki her çeşit konuları teorik ve pratik açıdan içeren araştırmalar ve tavsiyeler ünlü bilim adamlarının (Verigin, 1970, 1979; Аveryanov, 1978; Paçepskiy, 1976, 1980, 1986, 1992; Bresler ve ark., 1982; Мustafayev, 1984; Juri, 1991; vb.) yayınlanmış kitaplarında yer almaktadır. Tuz hareketinin araştırılmasının önemli problemlerinden birisi; Toprak profilinin her bir horizonunun strüktürsel özelliklerini Tuzların bu horizonlarda hareket kanunlarını Çeşitli tuz tiplerinin çözünme kinetiğine bağlı olarak En iyi ve uygun tanımlayacak matematik modelin seçilmesidir Matematiksel modelleme Model kavramı Karmaşık yapıya sahip sistemlerin-varlıkların-süreçlerin (process),-cisimlerin, olayların incelenip araştırılmasını ve anlaşılmasını kolaylaştırmak için, gerçeğe uygun bir takım (fiziksel, kimyasal, biyolojik, jeolojik vs.) kanun ve kurallara dayanan varsayımlarla basitleştirilmiş haline model denir Modellerin sınıflandırılması İncelenmesi gereken sistemlerin özelliklerine ve araştırma amaçlarına bağlı olarak oluşturulacak modellerde farklı olurlar. Modellerin genel tasnifi şekil 2.11 de verilmiştir. Matematiksel bir model, en genel anlamıyla, herhangi bir sistemin veya bir sürecin ana özelliklerini matematik terimlerle ve simgelerle ifade eden bir eşitlik veya formül olarak tanımlanabilir. gösterilebilir: Çok genel halde, matematik model aşağıdaki gibi fonksiyonel bir ilişki olarak bağımlı değişken f ( bağımsız değişkenler, parametreler, zorlayıcı fonksiyonlar ) (2.61) Burada; bağımlı değişken - sistemin davranışını veya konumunu belirten bir özelliktir, bağımsız değişkenler - genellikle zaman veya mekan (konum) gibi sistemin davranışını belirleyen boyuttur, parametreler sistemin özelliklerini veya yapısını yansıtırlar, zorlayıcı fonksanyonlar sistemi etkileyen dış etkenlerdir. Çeşitli çevresel faktörlerin etkisiyle, ekosistemleri oluşturan bileşenlerinin ve bileşenleri arasındaki karşılıklı ilişki ve etkileşimlerde meydana gelen değişiklikler sonucunda ekosistemin tepkisi, yani sistemin işlevinin değerlerinin- u (,,..., ) -sistemin çıkış değişkenlerinin ifade edilme şekline göre u1 u2 u k matematiksel modeller genel olarak aşağıdaki biçimde tasnif edilirler (şekil 2.11).

55 43 Şekil Modellerin genel tasnifi Modellerin önemi a. Matematiksel modeller mümkün olduğu kadar bilgi kaynağı olarak değerlendirilebilir. b. Model geliştirmekle, değişik dallardan bilim adamlarının bir araya gelerek multi-disipliner bir çalışmaya girmeleri ile ekip halinde bilim kaynağı ve koordinasyonu sağlanabilir. c. Modellerin uygulamadaki katkıları ile yapılmakta olan denemelerin stratejisini ve planının daha iyi sonuçlarını elde etmek mümkün olabilir. d. İyi adapte olmuş modellerin, tarla veya laboratuvarda kurulması planlanan ağır ve karmaşık denemelerin yerine kullanılması söz konusu olabilir. e. Modellerin yararlarından en önemlisi; sulama, besin elementlerinin kullanılması, tuzluluk, ısı hareketi vs. gibi ekolojik sorunlara ışık tutabilir olmaları, diğer yandan da bütün dış etmenlerin etkisiyle, elde edilecek üretimin değerlendirilmesi için ekonomik sorunlara cevap verebilir düzeyde olabilmeleridir (Poluektov, 1991) Toprakta tuz hareketinin denklemi (Matematiksel modeli) Toprak suyu içindeki tuzların hareketi, yıkanması veya belirli bir katmandan başka bir katmana taşınması ancak su ortamı içinde gerçekleşebilir. Tuzların taşınması/hareketi bir birinden farklı üç fiziksel olayla gerçekleştirilir (Lal ve Shukla, 2004). Moleküler Difüzyon, Konveksiyon (Kütle taşınımı) ve Dispersiyon Moleküler difüzyonla taşınım Çözeltilerde difüzyon denildiğinde, herhangi bir maddenin moleküllerinin tek tek, bireysel ve rastgele hareketlerle derişim farkına bağlı, yoğun olarak bulundukları bir ortamdan daha az yoğun oldukları başka bir ortama doğru hareket etmesidir

56 44 (şekil 2.12). Toprak çözeltisi içinde çözünmüş maddeler iyon-molekül ve kolloid halinde olabilirler, ayrıca kolloid çözeltilerinde difüzyon hızı oldukça küçüktür. Difüzyon sonucunda tüm çözünmüş maddelerin çözünürlüğü eşitlenir. Gözenekli ortamda madde taşınımı (kütle taşınımı, çözünmüş kimyasalların taşınımı) sadece moleküler difüzyon veya konveksiyon yoluyla olabilir. Molekül, atom ve iyonların her yerde aynı bir konsantrasyon (derişim) meydana getirmek üzere dağılmaları (yayılmaları) olayına moleküler difüzyon denir. Moleküler difüzyonun temel prensibi, maddenin yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden düşük konsantrasyonlu bir bölgeye transfer olması işlemidir. Moleküler difüzyon kaynağı atomların, moleküllerin ve maddenin iyonlarının termal, düzensiz (kaotik) hareketleridir. Toprakların tuzlardan yıkanması sırasında aralıklarla verilen yıkama suyu bittiğinde toprakta moleküler difüzyon yoluyla profilde çözünmüş tuzların konsantrasyonları eşitlenir. Moleküler difüzyon bir görsel temsili aşağıda (şekil 2.12) gösterilmiştir. Şekil Katmanlar arası moleküler difüzyon Durgun bir ortamda difüzyon katsayısı, genellikle moleküler difüzyon katsayısı olarak adlandırılır. Hareketli bir ortamda (sıvı, gaz) oluşan difüzyon katsayısına ise çalkantılı (türbülans) difüzyon katsayısı denir. Sıcaklık yükseldikçe atomların ısıl titreşimleri artar ve bir kısmı içinde bulunduğu yapıdan bir diğer konuma atlayarak yer değiştirir. Atomsal yayınım veya difüzyon denen bu olayda önce atomun çevresi ile bağları kopar, sonra atomlar arası boşluklardan geçer ve yeni konumda tekrar çevresi ile bağ kurar. Difüzyonu etkileyen faktörler; difüzyon mekanizması, D0 ve aktivasyon enerjisi sıcaklık, mikroyapı, moleküller büyüklüğü, molekül yükü (+, nötr, -), por sayısı, iki ortam arasındaki yoğunluk farkı, yayınan atomun çapı ve katyonlardır.

57 45 Fick'in 1. Kanunu: Moleküllerin bir bölgeden diğer bir bölgeye birim zamanda (t) geçen kütle miktarına difüzyon hızı denir: m C q veya q t t (2.62) Difüzlenen kütle (m) gram (g) veya mol olarak ve zaman (t) saniye (s) olarak alındığında, difüzyon hızının birimi g.s -1 veya mol.s -1 olur. Difüzyon hızı çözeltinin kesit alanından geçen madde miktarı ile belirlenir. Bir doğrultuda, bu doğrultuya dik birim alandan (ΔS) birim zamanda (Δt) geçen madde (kütle, çözünmüş kimyasallar, tuzlar) miktarına (Δm veya konsantrasyonuna C J x ) kütle akı yoğunluğu olarak adlandırılır ve aşağıdaki gibi ifade edilir: q 1 m q 1 veya J C x S S t S S t (2.63) Difüzyon hızının q birimi g.s -1 veya mol.s -1 ve S enine kesit alan, (m 2 ) olarak alındığında, kütle akısı yoğunluğunun birimi g.(m 2 s) -1 veya mol.(m 2 s) -1 olur. Difüzyon olayı sadece moleküler hareketten doğar. Difüzyon, moleküler ve türbülent hareketin birleşmesiyle olabilir. Sadece moleküler difüzyon olduğu, türbülent hareketin bulunmadığı durumda, tuzların moleküler difüzyonu akısı aşağıdaki biçimde gösterilir. J D m C x (2.64) Bu kanun, difüzyonun denge durumu koşullarının gerçekleşmesi durumunda geçerlidir. C/ x, derişim gradyanı (konsantrasyon gradyanı) olup, zamandan bağımsız bir değerdir. Bu difüzyonun gerçekleştiği bölgedeki her birim mesafede az yoğun bölge ile çok yoğun bölge arasındaki derişim farkının zamanla değişmediği anlamına gelir. İlgili eşitlikte D; molekülün difüzyon katsayısını (alan/zaman, cm 2.s -1 ); C; derişimi (miktar/hacim, g.cm -3 ) ve x; molekülün yüzeye paralel olarak katettiği mesafeyi (cm) gösterir. D değeri, molekülün bulunduğu ortamda birim zamanda ne kadarlık bir alanı geçebildiğini veya ortamdan uzaklaşma yeteneğini gösterir. Eşitlikteki "-" işaret, molekül hareketinin daha az yoğun bölgeye doğru olduğunu, yoğun bölgeden uzaklaştıkça derişimin azaldığını ve bu nedenle akı değerinin her zaman olacağını ifade eder. Fick'in 2. Kanunu: Birçok difüzyon olaylarının çözümünde I. Fick yasası yetersiz kalmıştır. Bu nedenle 2. Fick yasası ortaya çıkmıştır. Çünkü gerçek hallerde

58 46 konsantrasyon dağılımı zamanın bir fonksiyonudur. Akış ve dağılım zamanla değişkenlik arz eder. Fick'in birinci yasasına göre derişimin (konsantrasyon) mesafe ile değişimi zamandan bağımsız iken, Fick'in 2. yasasına göre ise, derişim ve akı hem zaman, hem de mesafeye bağlıdır. Kısaca derişim ve akı, zaman ve mesafenin bir fonksiyonudur: C J (2.65) t x Eşitlik (2.64) i eşitlik (2.65) de kullanarak, yani ikinci dereceden kısmi diferansiyeli alınarak: t x x x x C 2 J D C C m Dm 2 (2.66) Fick'in 2. Yasası olarak bilinen eşitlik elde edilir. Bu eşitlikte molekül hareketinin sadece bir yöne (ox) doğru olduğu kabul edilir. Difüzyon bölgesinde, zamanla derişimin değişim hızı ( C/ t), kat edilen mesafedeki derişim farkının değişim hızı ile orantılıdır. Çalışılan koşullarda bu iki hız arasındaki oran sabit olup, difüzyon katsayısı kadardır. Tuz hareketinde yalnız difüzyon etkili ve tuzların hareket eden su ile taşınması söz konusu değil ise, tuz hareketini tanımlamada kullanılacak denklem: C t D m 2 C 2 x (2.67) denklemi ile tanımlanabilir. Bu denklem 2 ve 3 boyut içinde yazılabilir (Juri ve ark., 1991). Moleküler difüzyon, çözünmüş iyonların ve moleküllerin rastgele termal hareketinden kaynaklanan anlık (spontan) bir süreçtir. Genel olarak, difüzyon aktif bir süreçtir ve difüzyonla taşıma, mevcut konsantrasyon gradyanlarını azaltma eğilimindedir ve süreci oldukça hızlı bir şekilde üniform dağılıma doğru hareket ettirir. Fick yasası, toprakta çözülmüş tuzların difüzyonik taşınımı bir boyutlu kararlı durumda (dengeli ortamda) şu şekilde verilir (Leij ve Sciortino, 2012): J dif D dif C x (2.68) Burada, Ddif toprağın sıvı fazı için moleküler difüzyon katsayısı olarak tanımlanır Çözünmüş maddelerin konveksiyon ile taşınımı Taşınım işlemi sadece moleküler difüzyonsuz olarak konvektif taşınım ile gerçekleşiyor ise, yıkama suyu ve çözünmüş madde aynı ortalama akış hızında hareket

59 47 eder. Yani, kütle taşınımı ile çözünmüş tuzların hareketi, tuzları taşıyan yıkama suyunun hareketi yönündedir. Matematiksel olarak konvektif veya kütle taşınım yolu ile toprakta tuz akışı yoğunluğu (Jm) şu şekilde ifade edilebilir: con J v C (2.69) Burada, C toprakta çözünmüş tuzların konsantrasyonu; υ yıkama suyunun gözeneklerdeki hızı; θ hacimsel nem içeriğini (toprak çözeltisinin hacmi, gözeneklik) gösterir. Konveksiyon veya kütle taşınımı yerçekimi sebebiyle meydana gelmekte, moleküler difüzyon olayı ise bireysel moleküllerin hareketleri ile gerçekleştiğini burada belirtmek gerekir Dispersiyonla taşınım Gözenekli ortamda çözünmüş tuzların yıkama suyu etkisi ile taşınımı sırasında gözenekler içerisinde çeşitli mekanik, fiziksel ve kimyasal etkileşimler sonucunda tuz akımı farklı (literatürlerde- mekanik, hidrodinamik dispersiyon, vb. ) isimlerle adlanır. Şekil Mekanik dispersiyona katkıda bulunan şematik kavramlar Arazi ve laboratuvar deneyleri dispersiyonla taşınmanın difüzyona benzer bir denklemle aşağıdaki gibi tanımlanabileceğini göstermiştir: J dis D dis C x (2.70) Burada, Ddis mekanik dağılım katsayısıdır (Bear, 1972) ve akışkan hızının bir fonksiyonu olarak aşağıdaki şekilde varsayılmaktadır: Ddis n (2.71) Burada; λ hidrodinamik dispersiyon (karıştırılma veya dağılma) parametresi ve n genel olarak 1'e eşit kabul edilen ampirik bir sabittir. Difüzyon aktif bir süreç olmakla birlikte dispersiyonun pasif olmasına rağmen, çözünmüş tuzların taşınımı üzerine yapılan analizlerin çoğu, her iki prosesin de

60 48 makroskopik olarak benzer olması nedeniyle, her iki prosesi bir arada ele alınır. Denklemler (2.68) ve (2.70) arasındaki benzerlik nedeniyle, topraklarda taşınma sırasındaki çözünme yaygın olarak tek bir hidrodinamik dağılım katsayısı ile açıklanır; D D D (2.72) dis dif burada D - hidrodinamik dispersiyon (hidrodinamik) yayılma katsayısı olarak (Bear, 1972) adlanır. Sıklıkla belirtildiği gibi, bu, difüzyon ve dağılım mekanizmaları arasındaki kavramsal farklılıklara rağmen kolaylık sağlamak için yapılır (Scheidegger, 1974). Toprak içinde taşınan çözülmüş tuzların moleküler difüzyon (Dnk. 2.68) ve mekanik dağılımdan (Dnk. 2.70) katkılardan oluşur ve bunların sonucunda hidrodinamik dispersiyon akı (JD) aşağıdaki eşitlikle belirlenir: J D Jdif Jdis (2.73) Sonuçta toprak içinde taşınan bir kimyasalın Hidrodinamik dispersiyon (Dnk. 2.72) ve konveksiyon ile (kütle) taşınım (Dnk. 2.71) olayları sonucu çözünmüş maddelerin toplam akısı aşağıdaki eşitlikle belirlenir: Js Jcon J D Jcon Jdif Jdis (2.74) (2.68)-(2.70) ve (2.72) nolu denklemlerin birleştirilmesi, toprakta çözünmüş tuzların akısı Js için aşağıdaki ifade yol açar. C J s v C Ddif Ddis C v C D C x x x (2.75) Son denklem toprakta madde hareketi için açıklanmış olan süreklilik denklemine C J soil t x konulduğunda, toprakta tuz hareketini tanımlayabilecek, C C vc D t x x x (2.76) (2.77) şeklindeki genel denklem çıkarılabilir. Denklemde D, ile ilgili kimyasalın difüzyon katsayısı, v ise toprak gözenekleri içinde hareket eden toprak suyunun gözenek hızı olup çoğu kez D ve v sabit olarak varsayılabilir ve bu koşul altında Dnk. (2.77), 2 C C C D v 2 t x x olarak daha basit formda yazılabilir. (2.78)

61 Toprakta tuz taşınım modelinin başlangıç ve sınır koşulları Toprak gözeneklerinde çözülmüş tuzların yıkama suyu ile ıslahının incelenmesi amacıyla kısmi türevli diferansiyel denkleminin (2.78) analitik veya sayısal yöntemlerle çözümünün bulunması gerekir. Bunun için onun başlangıç ve sınır koşulları ile tamamlanması gerekmektedir Başlangıç koşulları Bu koşullar; tuzlu toprakların konumuna (tekstürüne), tuzlanma çeşitlerine, taban sularının yüzeye yakın veya daha derinde olmasına, arazide drenaj sisteminin bulunmasına bağlı olarak değişmektedir. Genel olarak, toprak profilinde derinliğe göre tuz dağılımı katmanlara göre farklı olduğundan matematiksel olarak aşağıdaki biçimde yazılır:, 0 C x t C x (2.79) 0 Bu dağılımı kullanım amaçlarına (örneğin, belli katmandaki tuz miktarını belirlemek için) bağlı olarak tuzluluğun deneysel ölçüm verilerini polinom yaklaşımla veya daha basit fonksiyonlarla yaklaşım (aproksimasyon) yapılır. Bilindiği gibi tuzlu toprakların yıkanması istendiğinde önce, tarla kapasitesi bilgisine dayanarak, toprağın doymuş duruma gelmesi için gerekli miktarda (doygunluk suyu) su verilir. Toprak gözeneklerinde tuzların çözünme süreci başlar. İşte bu zaman toprak profilinde farklı dağılımları olan çözünmüş tuzların moleküler difüzyon sayesinde profil boyunca tuz konsantrasyonunun dağılımı eşitlenir ve belli bir süre sonra yıkama işlemine başlanır. Bu nedenle, profil boyunca ortalama tuz konsantrasyonunu ifade etmek amacıyla, (2.79) nolu başlangıç koşulu aşağıdaki biçimde yazılır: C x, t 0 C const (2.80) Toprak yüzeyinde 1., sınır koşulları Toprak yüzeyinde üç tür sınır koşulları verilir. Toprak yüzeyinde (x=0) tuzluluk değeri (Csur) belli ise bu durum aşağıdaki eşitlikle 1. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x t C t (2.81) 0, sur Toprak yüzeyinde (x=0) tuzluluk değişimi yok ise bu durum aşağıdaki eşitlikle 2. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x, t x x0 0 (2.82)

62 50 Toprak yüzeyinden (x=0) yer üstü (yıkama suyu, sulama suyu, yağış vb.) sularının içermiş oldukları tuzların (Cw) toprağın alt katmanlarına olan akımı varsa bu durum aşağıdaki eşitlikle 3. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x, t D v C 0, t Cw t x x0 (2.83) Bu sınır koşulu ıslahı gereken topraklarla ilgili ilk defa Danckwerst (1953) tarafından kullanılmış ve yıkama suyunda çözünmüş tuzlarının konveksiyon ve difüzyon yoluyla toprağa taşınımını ifade ediyor Belli bir derinlikteki 1., 2. ve 3. sınır koşulları Toprak derinliğinde üç tür sınır koşulları verilir. Bu koşullar, taban sularının derinlikleri (yüzeye yakın veya çok daha derinde olması) ile bağlantılı olarak aşağıdaki biçimde tanımlanırlar. Toprağın belli bir derinliğinde (x=l) olan taban sularının tuzluluk değeri (Cgr) belli ise bu durum aşağıdaki eşitlikle 1. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x L t C t (2.84), gr Toprağın belli bir derinliğinde (x=l) olan taban suları ile tuzluluk değişimi yok ise bu durum aşağıdaki eşitlikle 2. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x, t x xl 0 (2.85) Bu sınır koşulu, ilk defa tuzlu topraklarda araştırmalar yapan Verigin (1953) ve Danckwerst (1953) tarafından kullanılmıştır. Eğer taban suları yeterince derinde ise ve tuz değişimi yok ise bu durum aşağıdaki eşitlikle 2. tür sınır koşulu ile ifade edilir:,, C x t C t lim 0 x x t Taban suyunun buharlaşan suyun hızı: -v ve içermiş olduğu tuzların (2.86) toprağın üst katmanına olan akımı varsa bu durum aşağıdaki eşitlikle 3. tür sınır koşulu ile ifade edilir: C x, t D v C 0, t Cgr t x x İki yüzeyin temas koşulu (4. sınır koşulu) C gr (2.87) Toprak profilinde katmanlar arasında, çözünmüş tuzların süreklilik ve kütlenin korunumu yasasına dayanarak, tuzların geçişini belirtmek gerektiğinde bu durum aşağıdaki eşitlikle 4. tür sınır koşulu ile ifade edilir:

63 51 C( x, t) C( x, t) C( x, t) C( x, t) ve D x li 0 x li 0 i D x i1 xli0 x xli0 (2.88) Burada l i toprak katmanların sınırlarıdır i 1,2,3,... n Toprakta tuz taşınım modelinin analitik çözümleri Laboratuvar ve tarla ortamında yapılmış çok sayıda deneme yıkama sonuçları konvektif difüzyon katsayısının (D) değerinin moleküler difüzyon katsayına (Dm) göre daha büyük olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, konvektif difüzyon parametresi ve toprak gözeneklerindeki çözünmüş tuzların hareket hızı arasındaki bağıntının aşağıdaki biçimde olduğu saptanmıştır (Collins, 1961; Bear, 1972; Verigin, 1979; Verigin ve ark., 1986): M D D v t (2.89) Burada; dispersiyon (yayılma) parametresi olarak adlanır (m) ve genelde toprağın tekstürüne, içermiş olduğu tuzların (iyonların) tipine ve yıkama suyu hızına bağlı olarak değişmektedir. Bilindiği gibi, yıkama zamanı Dm 0 ve 0 olduğundan, (2.89) ifadesi daha basit ifade edilir: D v. Bu nedenle de konvektif difüzyon parametresi çoğu zaman hidrodinamik dispersiyon parametresi olarak adlanır. Toprakta tuz hareketlerinin konumunun belirlenmesi amacıyla yukarıda açıklanan tuz taşınım modellerinin uygun başlangıç ve sınır koşullarına göre analitik çözümlerinin bulunması gerekir. Bu konuda 1940 dan itibaren yapılmış çalışmalar toprakların tekstürüne, içermiş oldukları tuzların tipine ve tarla koşullarına bağlı olarak çok sayıda çözümler bulunmuştur. Bizim çalışmalarımızın amacı doğrultusunda aşağıda gerekli analitik çözümler gösterilmiştir Yarı sınırlı (L ) doymuş toprak katmanı Taban sularının derinde olması (L ) durumunda suyla doymuş topraklardan kolay yıkanan tuzların konsantrasyonun hesaplanması için (2.89) nolu denklemin (2.80) nolu başlangıç, (2.83) ve (2.85) nolu sınır koşullarına göre bulunmuş çözümü (Averyanov, 1978) aşağıda verilmiştir: 4 1 y, erfc( y) r erfc( y) r 4 ierfc ( y) r e y (2.90) 2 Burada;

64 52 S( y, ) S x vt L k n y y r S S L LRe 4 w,,,,,, Re 1, 0 w x ( x) exp z d z, ( x) ( z) d z e ( x) erfc ierfc erfc erfc x x (2.91) Sınırlı (L=const) doymuş toprak katmanı Taban sularının toprak yüzeyine yakın olması (L=const) durumunda suyla doymuş topraklardan kolay yıkanan tuzların konsantrasyonun hesaplanması için (2.89) nolu denklemin (2.80) nolu başlangıç, (2.83) ve (2.86) nolu sınır koşullarına göre bulunmuş (Brenner, 1962) çözümü aşağıda verilmiştir: 2 hn n( y,, h ) n 2 2 y, exp 2 y ( h ) n n1 h n h n Fo (2.92) Burada; n y S( y, ) S x vt L k S S L LRe 4 w,, y,,, Fo, Re 1, 0 w Χ ( y,, h ) h cos 2yh sin 2 yh, n n n n n hn ise h h h h ctg tg 0 denkleminin kökleridir. (2.93) Açıklanan (2.90)-(2.93) nolu çözümler, toprakların yıkanması sırasında, istenilen derinlikte (x) ve zamanda (t) gözeneklerde bulunan çözeltilerin konsantrasyonunun hesaplanmasını sağlamaktadır. Sulama ve yıkama sonunda belli bir toprak katmanındaki [0, L] çözeltisinin ortalama konsantrasyonunun bilinmesi de oldukça önemlidir. Bu öncelikle: Arazi ıslahı tedbirlerinin yapılması sırasında toprakların su-tuz rejimlerinin oluşumunu belli bir derinliğe kadar bilinmesi gerektiğinden ve Tuzlanması ile ilgili bulunması gereken bilgilerin, elde edilmesi her hangi bir x x 0 noktadan değil, belli bir toprak katmanından elde edilmesinden kaynaklanmaktadır. Kararlı rejimler ( C/ t 0) için bu problem S.F. Averyanov tarafından incelenmiştir. Daha sonraları kararsız rejimler için Mikailsoy (1981, 1986, 2007) ve Pachepskii (1990) in araştırmalarında bu konu gerekçelendirilerek daha da geliştirilmiştir. Bu yöntemin teorik gerekçesinin dayanağını; toprak katmanındaki tuz

65 53 dağılımının ortalama değerinin, her hangi bir noktadaki miktarlarına göre, daha yüksek kesinlik derecesi ile belirlenmesi ve daha fazla bilgi verici olması teşkil etmektedir. Kararsız rejim C/ t 0 ortamında (topraklar yıkanırken) tuz taşınım prosesini tanımlayan, konvektif-difüzyon denkleminin ortalamalı-integral çözümleri aşağıda açıklanmıştır.,, S S L t C S S (2.94) w 0 w 1,2 Yarım sonsuz toprak katmanı hali S S 0 S S w w 1 4 1, 1 e erfc 1 r 1erfc 1 r 2 (2.95) Sınırlı-toprak katmanı hali için 2 S S w sin (2 h ) n1 n (, ) = ( 1) exp h n Fo (2.96) S 0 S w n1 2( h n ) Burada; vt L 1,, r, Fo, S L, t L C( x, t) dx LRe 4 L 0 (2.97) S0, S Yıkamadan önce ve sonra toprak gözeneklerindeki çözünmüş tuzların ortalama konsantrasyonudur; Sw - Yıkama suyunun konsantrasyonudur; 1, fonksiyonlarının ve parametrelerinin tipik değerleri için çizelge biçiminde 2, (EK-7 ve 8) verilmiştir. Bu tablo değerleri kullanılarak toprak gözeneklerinde tuz taşınımı miktarını tahmin etmekle birlikte, ayrıca hidrodinamik parametrenin de değerini hesaplamak mümkündür Toprakta tuz taşınımı modelinin parametresinin belirlenmesi Tuz taşınım probleminin çözümünün pratikte kullanılabilirliği ve güvenirliği önemli ölçüde modelin parametrelerinin daha hassas belirlenmesine bağlıdır. Tuz taşınım modelinin hidro-kimyasal parametrelerinin tespit yöntemleri çoğu zaman ters problemin (modelin parametrelerinin belirlenmesi) çözümü esasında gerçekleştirilir. Yıkanması gereken tuzlu topraklar için, (2.81) nolu denklemin çözümüne dayanan söz konusu yöntemler pek çok araştırmalarda (N.N. Verigin, S.F. Aydarov, A.A. Aleksaşenko, D.F. Şulgin, L.B. Dvorkin, L.M. Reks, N.P. Kuranov, V.E. Klıkov v.b.) açıklanmıştır. Daha sonra yapılan araştırmalarda, esasen kararsız rejimler için, parametrelerin belirlenmesi için mevcut yöntemlerin yeterli seviyede olmadığı saptanmıştır. Bu ve

66 54 araştırmalar, modelin parametrelerinin teşhisi için yıkamadan önceki ve sonraki ortalama tuzlaşma verilerini göz önüne alabilecek matematik metotların hazırlanması gerektiğini ispatlamıştır. Bu metotların üstünlüğü, toprağın herhangi bir x x0 derinliğinde olan tuzlaşma verilerinin, toprağın [0, L] katmanında olan ortalama tuzluluk verilerine göre, istatistik olarak daha büyük varyasyonla belirlenmesidir (Mikailsoy, 1985). Islah edilecek topraklarda bulunması gereken parametrelerden önemli olanları şunlardır: hidrodinamik dispersiyon parametresi; katı faz tuzlarının çözünme hızı katsayısı; toprağın mobil ve immobil gözenekleri arasındaki kütle değişim hızı katsayısı; v yıkama suyunun gözeneklerdeki hızı; toprağın gözenekliği. Bu parametrelerden son ikisinin değerleri toprak örnekleri ile yapılan infiltrasyon analizleri ile kolayca hesaplanabilir. Biz çalışmamızda, tuz taşınım modelinin hidrodinamik dispersiyon λ parametresinin belirlenmesi için, arazi koşullarında yapılan deneme parsellerinin yıkanması sonuçlarına göre (2.95); laboratuvar ortamında toprak kolonlarının yıkanması sonuçlarına göre ise (2.96) nolu formül kullanılacaktır. Her iki durumda da aşağıdaki deneme verilerinin bilinmesi gerekmektedir: Yıkama suyu normu, ys ; Toprağın ortalama gözenekliği, θ; Yıkanacak toprak derinliği, L; Yıkama suyunun tuz içeriği, konsantrasyonu S w ; Toprağın yıkanması hedelenmiş olan [0, L] katmanının yıkamadan önceki S0 ve sonraki St ortalama tuz içeriği (konsantrasyonu); Toprağın ortalama yoğunluğunu, ρ; Yıkama süresini, T; (2.95) ve (2.96) nolu formüllerle ifade edilen 1, fonksiyonlarının değerleri tipik ve parametreleri için Mikayilov (1985) 2, tarafından çizelge biçiminde hesaplanmış ve tezde (EK- 7 ve 8) verilmiştir. Bu tablo değerleri kullanılarak toprak gözeneklerinde tuz taşınımı miktarını tahmin etmek ve ayrıca hidrodinamik dispersiyon parametresinin değerini de hesaplamak mümkündür. Bununla birlikte, hidrodinamik dispersiyon parametresinin değerini daha net belirlemek için FORTRAN-VI yazılım programıyla bilgisayarda hesaplanmıştır. ve

67 55 D Son olarak, aşağıdaki eşitlik: (2.98) yardımıyla hesaplanmış hidrodinamik dispersiyon parametresini değerini kullanarak konvektif difüzyon parametresinin değerini kolayca hesaplayabiliriz.

68 56 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal Araştırma alanının konumu Araştırma, Aksaray Üniversitesi yerleşkesinde, kuzey enlemleri, doğu boylamları arasında yer alan Aksaray Merkez ilçede yürütülmüştür. Araştırma alanı rakım 955m, Aksaray - Adana yolunun 7. km sinde Aksaray ın güneyinde yer almakta olup, güneyinde Organize Sanayi Bölgesi, Bağlı, Karataş ve Hamidiye Kasabası yer almaktadır. Araştırma alanın konumu ve uydu görüntüsü şekil 3.1 de verilmiştir. Şekil 3.1. Araştırma alanın uydu görüntüleri ( Anonim, 2013, google maps 50 m, erişim 2013). Aksaray ili, İç Anadolu bölgesinin orta Kızılırmak bölümünde, kuzey ve güney Anadolu dağlarının birbirinden uzaklaştığı kesimine girer. Kuzeyde Ankara ile Kuzeydoğuda Kırşehir, Doğuda Nevşehir, Güneydoğuda Niğde ve Batısında Konya ile komşudur. Bölgede Hasandağı, Ekecik Dağı ve Melendiz Dağları gibi volkanik dağların lavlarının meydana getirdiği platolar vardır. Tuz Gölüne dökülen Uluırmak Melendiz Dağlarından çıkar ve geniş düz bir plato meydana getirir. Aksaray ın rakımı 980m dir. Yüzölçümü ha olup, ha (%52.6) ı tarım arazisidir (Anonim, 2012).

69 57 Aksaray İlinin merkez ilçe dahil 7 ilçe 41 kasaba 146 köy bulunmaktadır. Bağlı ilçeler; Merkez, Ortaköy, Eskil, Ağaçören, Güzelyurt, Gülağaç, Sarıyahşi dir (Anonim, 2005) Arazi ve toprak özellikleri İkinci zamanın uzun süren durgunluk dönemini takip eden üçüncü zaman birçok orojenik, volkanik hareketlerin olduğu dünyanın fiziki ve biyoloji görünümünün bugüne süratle yaklaştığı zamandır. Bu zamanda Alp-Himalaya sistemine giren genç dağlar oluşurken, Türkiye de bu hareketlerden etkilenerek kuzeyde Karadeniz Dağları oluşmuş, İç Anadolu fazla etkilenmemiş ve sadece bazı kıvrımlar ve volkanik hareketler meydana gelmiştir. Aksaray, İç Anadolu Bölgesinin güney doğusunda, Orta Kızılırmak platosunun devamını teşkil eden ve tersiyerde oluşmuş kalkerli volkan tüflerinin meydana getirdiği arazi ile Tuz Gölü havzasının devamı olan ova üzerine kurulmuştur. Güneyde ve doğuda tersiyerde oluşmuş volkanik arazi geniş yer tutar. Volkanik dağların en önemlileri Hasandağı ile Melendiz Dağlarıdır. İl merkezinin kuruluş alanı ise orta Kızılırmak platosunun Tuz Gölü havzasından ayrıldığı fay basamağının güneyidir. Bu fay basamağı Melendiz Dağlarından gelen ve Tuz Gölüne ulaşan Uluırmağın biriktirdiği alüvyonlarla, doğusunu çevreleyen platolardan taşınan alüvyonların birikinti ovası üzerindedir (Ketin ve Erentöz, 1962). Araştırma alanı tektonik bakımından oldukça etkin bir bölgede bulunmaktadır. Alanın tektonik yapısında, Tuz Gölü havzası ve temeli oluşturan Kırşehir Masifi etkili olmuştur. Aksaray ili sınırları içerinde ıslah materyali olarak kullanılan jips yatakları olduğu tespit edilmiştir (Kumtepe, 2014). Şengör ve Yılmaz (1981) e göre araştırma alanı Anatolid /Torid platformunda yer alır. Tuz Gölü havzasının tabanını oluşturan Kırşehir Masifinin devamı niteliğinde olup, Mamasın Barajı çevresinde yer alan ofiyolit ve ultramafitlerle Bozdağlar birliğinde görülen ve Bozkır napları adı verilen aynı türden kayaçlar, üzerledikleri çökel istifini büyük bir yük altında bırakarak, çökellerde yüksek basınç metamorfizmasına sebep olmuştur. Şekil 3.2 de denemi alanı profili incelendiğinde prizmatik ve kolumnar bir özelliğe sahip olduğu görülmektedir. Güney ve güneybatıya doğru uzanan kesimi, Hasan Dağı ve Karacadağ gibi merkezi çıkışlardan yayılan piroklastiklerden ve lavlardan oluşmuştur.

70 58 Şekil 3.2. Deneme alanı profil görüntüleri Aksaray da iki tip toprak hakimdir. Bunlar kahverengi ve alüvyal topraklardır. Kahverengi topraklar yaklaşık %50 sini, alüvyal topraklar %20 sini ve diğer toprak grupları %30 unu oluşturmaktadır. Aksaray daki toplam ha ekilebilir arazinin, iklimin kurak olması nedeniyle bunun yaklaşık ha alanı nadasa ayrılmaktadır. İlde görülen iklim ve jeolojik yapı farklılıkları ile vejetasyondaki çeşitlilik değişik özelliklere sahip toprakların oluşumuna neden olmuştur. Aksaray da I-IV. sınıf tarım arazileri ha olup, genelde tarım bu araziler üzerinde yapılmaktadır ha alanı V-VII. sınıf arazilerde de işlemeli tarım yapıldığı görülmektedir. Ancak bu araziler işlemeli tarıma uygun değildir. Tarım alanlarından sonra ikinci sırayı alan mera alanları ve orman alanları VI ve VII.sınıf araziler üzerinde yoğunlaşmaktadır. Kullanma kabiliyet sınıfları sekiz adet olup, toprak zarar ve sınırlandırmaları I.sınıf tan VIII.sınıf a doğru giderek artmaktadır. Topografya düz veya düze yakın (%0-2) dır (Anonim, 2005). Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü 4. Bölge Müdürlüğünün (2014) de, Aksaray Üniversitesi Kampüs alanında yapmış olduğu araştırmada elde ettikleri sonuçlara göre deneme alanı planlama düzeyinde 500ha alanda yapılan arazi sınıflandırma ve drenaj etüdleri sonucunda, alanın genelini oluşturan %85.20 lik 426ha geçici sulanamaz arazi, %14.80 ni oluşturan 74ha arazi ise yerleşimden dolayı 6. Sınıf olarak değerlendirilmiştir. Kampüs topraklarının ağır-killi bir yapı ve arazi genelinde bitki yetişmesine engel olacak düzeyde tuzluluk, sodyumluluk ve borluluk durumuna sahip

71 59 olduğunu tespit edilmiş ve bunların alan haritası çıkartmıştır. Bu haritalar aşağıda şekil 3.3, 3.4 ve 3.5 de, bünye sınıfı haritası da şekil 3.6 da verilmiştir. Şekil.3.3. Deneme alanının tuzluluk(ds/m) haritası (Anonim, 2014)

72 Şekil.3.4. Deneme alanının değişebilir sodyum yüzdesi (ESP) haritası (Anonim, 2014) 60

73 Şekil.3.5. Deneme alanının B konsantrasyonu (ppm) haritası (Anonim, 2014) 61

74 62 Şekil.3.6. Deneme alanının bünye dağılımı haritası (Anonim, 2014) İklim Aksaray ili kara ikliminin hüküm sürdüğü, yazları sıcak ve kurak, kışları soğuk ve yağışlı olup yağış miktarı Türkiye ortalamasının altındadır. Yıllık yağış miktarı ortalama mm arasında değişmektedir. En soğuk ayın ortalama sıcaklığı -3 o C üstünde, en düşük sıcaklık 29 o C, en yüksek sıcaklık 38.4 o C olup yıllık sıcaklık ortalaması 11.5 o C dir. Aksaray da yağışlar kış, ilkbahar ve sonbahar aylarına rastlar. Yağış ortalamasının %18.9 si sonbahar, %38.8 i ilkbahar, %31.8 i kış ve %10.5 i de yaz mevsimlerinde görülür. Kış mevsimi

75 63 uzun sürer ve yağışlar genellikle kar halindedir. Nisan ve Mayıs aylarında yağış maksimum düzeye ulaşmaktadır. En düşük yağış ise Ağustos ayında düşmektedir. Eylül ayına kadar bu durum sürmekte Ekim-Kasım aylarında sonbahar yağışları düşmektedir. Araştırma Bölgesinin ikliminin belirlenmesi için Aksaray İl Meteoroloji İşleri Müdürlüğü Bilgi İşlem Dairesi Başkanlığından alınan bilgiler kullanılmıştır. Aksaray iline ait yılları arasında gerçekleşen aylık ortalama meteorolojik bilgiler çizelge 3.1 de ve günlük (Temmuz-Ağustos) buharlaşma değerleri çizelge 3.2 de verilmiştir Bitki örtüsü Aksaray da yazlar, kurak iklim hakim olduğundan ilkbaharda yeşeren otlar yazın kurur ve arazi bozkır yapısını alır. Doğal bitki örtüsü oldukça fakir genellikle step görünümündedir. Ayrıca taban suyunun yakın ve arazinin hafif tuzlu olan kısımlarında kovalık ve çayır ayrık vs. gibi bitkilerden oluşan daim yeşil alanlar bulunmaktadır. Ayrıca bölgede alıç, kızılcık yanında çalımsı ve otsu bitkilerden geven, kekik, devedikeni, sıyırma, yabani korunga, poskulak, at kuyruğu, koyun yumağı çok rastlanan bitki türleridir. Platolar ve dağlık kısımlarda ise özellikle Hasandağı ve Ekecik Dağı eteklerinde ve eteklerin üst bölümlerinde meşe (pelit) koruluklarına rastlanmaktadır. Bölgede orman bitkisi olarak meşe hakimdir. Orman alanları Ortaköy, Merkez ilçe ve Güzelyurt da bulunmaktadır (Anonim, 2005). Deneme alanı planlı peyzaj alanları içerisinde çim, çeşitli süs bitkileri, akasya, iğde ve söğüt gibi çok yıllık bitkiler görülmektedir. Bu alanların dışında mera durumunda tarımsal faaliyetin olmadığı alanlar bulunmaktadır Topoğrafya Aksaray ili sınırları içerisinde önemli dağlar vardır. Bunlardan sönmüş volkanik bir dağ olan Melendiz dağları silsilesi içinde yer alan Hasan Dağıdır (3268m). Hasan Dağının yanında Küçük Hasan Dağı (3069m ), Ekecik Dağı (2137m) önemli dağlardır. Aksaray ın en önemli gölü Konya ve Ankara ile müşterek sınırlara sahip oldukları Tuz Gölü dür (Anonim, 2005). Deneme alanı topraklarının topoğrafyası ve alan üzerinde doğal ve dikili bitki örtüsü şekil 3.7 de verilmiştir.

76 64 Şekil 3.7. Deneme alanı topoğrafyasından ve bitki örtüsünden görüntüler Su kaynakları Aksaray, Tuz Gölü kapalı havzası içerisindedir. Hiçbir suyu denize ulaşmaz. Tuz Gölü yakınlarında yer altında kaybolurlar. En önemli akarsuyu Melendiz dağlarında doğan Melendiz Çayı (Uluırmak)dır. Karasu, Eşmekaya diğer önemli akarsularıdır. Bu akarsular yanında yazları tamamen kuruyan birçok dere bulunmaktadır. Pınarbaşı köyü yakınlarında Hıcıp, Sultanhanı yakınlarında Kırk Delik Suyu önemli dereleridir. Aksaray ın en önemli gölü Tuz Gölü dür. Tuz Gölü ülkemizin Van Gölünden sonra en büyük ikinci gölüdür. Yurdumuzun en önemli tuz kaynaklarından biridir. Yüz Ölçümü 1500km 2 dir. Aksaray sınırları içerisinde yer alan diğer göller ise; Gelveri (Güzelyurt) yakınlarında Nar Gölü (Sofular-Acıgöl), Koca Göl, Hasan Dağı çevresinde Kartal Gölü, Öküz Gölü, Sarıgöl, Uyuz Gölü gibi irili ufaklı göller vardır. Bu tabii göller yanında, sulama, taşkınlardan korunma amaçlı göletler bulunmaktadır. Bunların en önemlisi Melendiz Çayı (Uluırmak) üzerinde bulunan Mamasın Baraj gölüdür km 2 yüz ölçümüne sahip gölün su hacmi ise 165x10 6 m 3 tür. Ortaköy yakınlarındaki Kültepe ve Bozkır Baraj gölleri yanında D.S.İ. tarafından tamamen sulama amaçlı olarak yapılan Ortaköy-Balcı göleti, Helvadere göleti, Ortaköy Çiftevi göleti sulama ve taşkınlarda korunmak amacıyla yapılan Güzelyurt göleti gibi göletler de vardır (Anonim, 2005).

77 65 Deneme alanında peyzaj alanlarının sulanmasında kullanılan iki sulama kuyusu bulunmaktadır. Bunlara ilaveten üçüncü bir kuyu açılmıştır. Bu kuyuların ve yüzey suyunun, Aksaray Üniversitesi Çevresel analizler ve ar-ge laboratuvarının hazırladığı analiz raporları aşağıdaki çizelge 3.3 de verilmiştir Tarımsal yapı ve üretim Merkez ilçede ha tarım alanında üretim yapılmaktadır (Buğday, Arpa, Yonca, Şekerpancarı, Nohut, Ayçiçeği (Çerezlik Yağlık), Silajlık Mısır, Üzüm, Ceviz, Elma, Sebze, Kavun, Karpuz). İlçelerde yapılan tarımsal üretim deseni şu şekilde olmaktadır: Ağaçören ilçesinde ha tarım alanında üretim yapılmaktadır (Nohut, Arpa, Çavdar, Buğday, Yonca, Ceviz, Kavun üretimi). Eskil ilçesinde ha tarım alanında üretim yapılmaktadır (Buğday, Yağlık Ayçiçeği, Arpa, Şekerpancarı, Yonca, Dane Mısır, Silajlık Mısır). Gülağaç ilçesinde ha tarım alanında üretim yapılmaktadır (Buğday, Arpa, Şekerpancarı, Patates, Yeşil Mercimek, Nohut, Kuru Fasulye, Çerezlik Kabak, Üzüm). Güzelyurt ilçesinde ha alanda üretim yapılmaktadır (Buğday, Arpa, Patates, Nohut, Fiğ, Kuru Soğan, Çilek). Ortaköy ilçesinde ha alanda üretim yapılmaktadır (Arpa, Nohut, Fiğ, Buğday, Şekerpancarı, Kuru Fasulye, Patates, Çerezlik Kabak, Ceviz, Elma, Üzüm). Sarıyahşi ilçesinde ha alanda üretim yapılmaktadır (Buğday, Arpa, Nohut, Şekerpancarı, Fiğ, Yağlık Ayçiçeği, Kavun, Karpuz). Aksaray bulunan ha tarım arazisi, toplam il alanının %52.6 sını oluşturur. Mera çayır arazisi ha alanı (%21.8), orman (doğal+yapay) ha (%2.8), tarım dışı arazi (yerleşim yerleri, dağlık alanlar, tuz gölü havzası dahil) (%16.4), su yüzeyleri ise ha (%6.4) alanı oluşturmaktadır. Toplam tarım arazisinin, ha (%85) sulanabilir, ,5ha (%56) sulanamayan tarım arazisi ve ,5ha da (%29) sulanan arazi olmaktadır. Büyükbaş hayvan sayısı (Baş) , küçükbaş hayvan sayısı (Baş) , kanatlı hayvan sayısı (Adet) ve arılı kovan sayısı (Adet) mevcuttur (Anonim, 2012).

78 Çizelge 3.1. Aksaray iline ait bazı meteorolojik veriler (Anonim, 2012) 66

79 67 Çizelge 3.2.Yıkama süresince günlük ölçülen buharlaşma değerleri (Anonim, 2012) 12 Yıkama Süresince Aylık Buharlaşma ve Yağış Değerleri Saatlik Buharlaşma (mm) 9 8,8 6,4 7, ,6 8 9,6 8,8 9,6 9,6 8,8 9,6 9,6 8,8 8,8 9,6 9, , ,6 9 7,2 11 9,3 Yağış (mm) 0,5 24 Saatlik Buharlaşma (mm) 8 4,1 7 8,8 8 7,2 7,2 8 7,8 6, ,6 4,8 7,2 7,2 7 7,2 8 7,4 5,6 7,2 6,4 7,2 8 7, ,8 8 Yağış (mm) 0,1 0,7 24 Saatlik Buharlaşma (mm) Yağış (mm) 24 Saatlik Buharlaşma (mm) Yağış (mm) 0,5

80 68 Çizelge 3.3.Deneme alanının mevcut sulama suyu, açılan sulama suyu kuyusu ve yüzey suyu analiz sonuçları Parametre Katyonlar Anyonlar Mevcut sulama suyu kuyusu Üçüncü açılan sulama suyu kuyusu Yüzey suyu ( Drenaj) Yöntem Sonuç Yorum Yöntem Sonuç Yorum Yöntem Sonuç Yorum 25 o C 'deki Elektrriksel iletkenlik.µs.cm -1 Ölçüm 1478 III.Sınıf Su Ölçüm 1294 III.Sınıf Su Ölçüm V.Sınıf Su Değişebilir Sodyum yüzdesi (%Na) Hesap 39.7 II. Sınıf Su Hesap II.Sınıf Su Hesap III.Sınıf Su Sodyum Adsorbsiyon Oranı(SAR) Hesap 3.3 I.Sınıf Su Hesap 1.50 I. Sınıf Su Hesap III. Sınıf Su Sodyum Karbonat Kalıntısı (RSC) (meq.l -1 ) Hesap 0.8 I.Sınıf Su Hesap 0 I.Sınıf Su Hesap 0 I.Sınıf Su Toplam Erimiş madde (mg.l -1 ) Ölçüm 1045 III.Sınıf Su Ölçüm Ölçüm ph Ölçüm Ölçüm Ölçüm Bor (mg/l) ICP V.Sınıf Su ICP ICP Abak Abak IV.Sınıf IV.Sınıf Sulama Suyu Sınıfı C Okuma 3S 1 III.Sınıf Su Abak Okuma C 3S 1 III.Sınıf Su Okuma Su Su Sodyum (Na + ) ( mg.l -1 ) ICP ICP ICP Potasyum (K + ) ( mg.l -1 )l ICP - - ICP ICP Magnezyum (Mg +2 ) mg/l ICP - - ICP ICP Kalsiyum (Ca +2 ) ( mg.l -1 ) ICP - - ICP ICP Klorür (Cl- ) ( mg.l -1 ) IC II. Sınıf Su IC V.Sınıf Su IC V.Sınıf Su Sülfat (SO4 = ) ( mg.l -1 ) IC I.Sınıf Su IC 44.6 V.Sınıf Su IC V.Sınıf Su NO3 - ( mg.l -1 ) IC 0 I.Sınıf Su IC I Sınıf Su IC - I Sınıf Su Karbonat Derişimi (CO3) = ( mg.l -1 ) Hesap 0 - Hesap Hesap Bikarbonat Derişimi (HCO3) - ( mg.l -1 ) Hesap Hesap Hesap

81 Yöntem Bu bölümde, ıslah ve yıkamada arazi-laboratuvar çalışmasında kolon ve diğer metodlar ile deneme sonuçlarının değerlendirilmesinde kullanılan yöntemler hakkında bilgi verilecektir Arazi çalışmalarında uygulanan yöntemler Deneme yöntemleri Araştırma tesadüf parselleri deneme desenine göre üç tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Denemede parseller, uygulama alanı içindeki toprak özelliklerini azaltmak için 2x2m (4m 2 ) alınmıştır Deneme konusu Deneme alanından, ıslah öncesi alınan toprak örneklerinde yapılan analizler sonucunda 100cm lik toprak derinliğindeki sodyumluluğun ve borluluğun giderilmesi ve istenilen seviyeye düşürülmesi için gerekli S miktarını Kovda (1967) tarafından verilen denklemden kuramsal olarak hesaplanmış ve çizelge 3.4 de verilmiştir. 6 DSY DSY b s Sİ D A b t KDK 100 (3.1) Bu denklemde: Sİ: S ihtiyacı (t.da -1 6 ); 160x10 : 1 me S.100 g -1. toprak=160; b :Toprağın hacim ağırlığı(t. m -3 ); D : Islahı yapılacak olan toprak derinliği (m); A: t Yıkanacak alan,(m 2 ); DSY :Yıkama öncesi değişebilir sodyum yüzdesi (%); b DSY : s Yıkama sonrası istenilen değişebilir sodyum yüzdesi (%); KDK: Katyon değişim kapasitesi (me.100 g -1. toprak). Uygulamada DSY Kovda (1967) eşitliği yardımı ile hesaplanmıştır. NaX DSY 100 (3.2) KDK Çizelge 3.4. Denemede her parsel için verilecek S miktarı S (t.da -1 Uygulanan S Miktarı ( %80 lik ) ) kg.parsel -1 (4m 2 ) S o 0 0 S S Yapılan analiz sonuçlarına ve hesaplamalara göre topraktaki ortalama DSY 23.0 olan değerin, DSY<5 in altına düşürmek için dekara 1 ve 2ton S kullanımı Dnk.3.1 ile hesaplanmıştır. S toprağa karıştırıldıktan sonra her seferde parsellere 30cm yıkama suyu verilecektir.

82 Deneme alanının hazırlanması Deneme alanının tesviyesi greyder vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Arazi tesviyesi şekil 3.8 de gösterilmiştir. Şekil 3.8. Islah parsellerinin hazırlanmasında arazi tesviyesi Parsel kenarlarına deneme alanında açılan drenaj çukuru toprağı kullanılarak 0.5m yüksekliğinde, m genişliğinde seddeler oluşturulmuştur (Şekil.3.9). Sodyumluluğun ve borluluğun ıslahı amacıyla oluşturulan parseller için yıkama deneme deseni planı şekil 3.10 da verilmiştir. Şekil.3.9. Yıkama parseli ölçüleri

83 Şekil Islah parselleri yıkama deneme deseni 71

84 72 Yıkama işlemi sırasında taban suyunun yükselmesini önlemek ve drenajı sağlamak için deneme alanının çevresi 1.5m derinliğinde 1.0m genişliğinde kanallar açılmış, bu kanalda biriken sular su deneme alanının kenarında bulunan tahliye kanalına bağlanmıştır (Şekil 3.11 ). Şekil Drenaj hendeğinin açılması ve ıslah pasellerinin işaretlenmesi Arazi tesviyesi tamamlandıktan sonra uygulama parselleri 30cm derinlikte sürülme işlemi yapılmış ve parseller köşeleri 2x2 (4m 2 ) şekil 3.12 de gösterildiği gibi kazıklarla işaretlenerek seddeler oluşturulmuş, suyun yanlara sızdırmaması için sedde yüzeyine 0.20 mikron kalınlığında polietilen malzeme ile kapatılmış ve parseller arası 3 m olacak şekilde aralık verilmiştir. Aynı şekilde arazide tuz-modelleme yıkaması için hazırlanan parselde, 2x2m (4m 2 ) ebatlarında 0.5m sedde yüksekliğinde ve m genişliğinde seddeler oluşturulmuştur. Seddelerin üzeri ve kenarları sızma meydana gelmemesi için 0.20 mikron kalınlığında polietilen malzeme ile kaplanmıştır.

85 73 Şekil 3.12.Islah parsellerinde seddelerin oluşturulması ve seddelerinin polietilenle kaplanması Deneme alanında kampüsü çevreleyen ve orta kısmında geçen yüzey drenaj kanalları oluşturulmuştur. Bu yüzey drenaj kanalları şekil 3.13 de verilmiştir. Şekil Deneme alanı yüzey drenaj kanalları Kükürt ün parsellere uygulanması Piyasadan temin edilen %80 saflıktaki S, kontrol parsellerinin dışında her parsele 4 ve 8kg.parsel -1 olarak tartıldı ve parsellerin içlerine homojen bir şekilde elle serpilerek daha sonra kürekle toprak içerisine 0.3m derinliğe kadar karıştırılarak

86 74 uygulanmıştır. Sonra düzenleme yapılarak 30cm yıkama suyu verme aşamasına geçilmiştir Sodyumlu ve borlu parsellerin yıkamalarının yapılması Yıkama suyu deneme alanına tankerle getirilerek, parsellere kuyruk mili ile basınç oluşturan motor vasıtasıyla hortumla verilmiştir. Deneme süresince parsellere verilen yıkama suyu yüksekliği her seferde 30cm dir. İstenilen düzeyde miktar ayarıyla çalışan motordan gelen suyun debisi, ölçülü kap ve kronometreyle belirlenip, her yıkamada verilmesi gerekli (30cm su yüksekliğinde;1.2 t.4m -2 ) suyun verilme zamanı hesaplanarak bu süre içerinde hortumla parsellere verilmiştir. Yıkama suyundan her yıkamada örnekler alınarak, zaman içerisinde yıkama suyu özelliklerinde değişme olup olmadığı kontrol edilmiştir. Deneme parsellerine yıkama suyunun verilmesi şekil 3.14 de gösterilmiştir. Toplam 120cm yıkama suyu verilmiştir. Şekil Yıkama suyunun parsellere uygulanması Toprak örneklerinin alınması Araştırma alanında deneme öncesi ön etüd amacıyla profiller açılarak her profilden 0 25, 25 50, ve75 100cm derinliklerden şekil 3.15 de görüldüğü gibi burguyla toprak örnekleri alınmıştır.

87 75 Şekil Toprak örneklerinin alınması Alınan bu örneklerden fiziksel ve kimyasal analizler yapılarak deneme alanının toprak yapısı hakkında bilgi edinilmiştir. Denemenin yürütülmesi sırasında ise; yıkama öncesinde her bir parselden toprak burgusu ile 0 25, 25 50, ve cm derinliklerden örnekler alınmış, oluşan boşluklar deneme alanının dışındaki topraklarla doldurulmuştur. Örnek alınan yerler tahta çubuklarla işaretlenerek aynı yerlerden tekrar örnek alınması önlenmiştir. Bu işlemden sonra parsellere S dozları deneme desenine göre parsellere verilerek ıslah uygulamasına geçilmiştir. Her bir yıkamadan sonra suyun çekilmesiyle ve toprağın tarla kapasitesine ulaşmasıyla, yine burgu ile aynı derinliklerden toprak örnekleri alınmış, oluşan boşluklar bu sefer parsel içinden alınan topraklarla doldurulup, yerleri tahta çubukla işaretlenmiştir. Bu uygulamaya ıslah işlemi tamamlanıncaya kadar devam edilmiştir. Toprak örnekleri naylon poşetler içinde numaralandırılıp muhafaza edilerek kurutma yerlerine getirilmiştir. Kurutma yerlerinde toprak örneklerinin kurtulması şekilde 3.16 da gösterilmektedir. Kurutulduktan ve kesekler ezilerek 2mm elekten elendikten sonra tekrar poşetlenerek gerekli analizler için laboratuvara getirilmiştir.

88 76 Şekil Uygulama parsellerinden alınan toprak örneklerinin kurutulması İnfiltrasyon ve buharlaşma değerlerinin ölçülmesi Deneme topraklarının infiltrasyon hızı, çift silindir infiltrometre ile ölçülmüştür (Richard,1954). Çift silindir infiltrometre iki silindirden yapıldı. Büyük silindir iç çapı 40cm ve boyu 40cm, küçük silindirde 25cm iç çaplı ve 40cm yüksekliğinde, her iki silindirde 2mm kalınlığında alt ucu sivriltilmiş ve antipasla boyanmış yanda ve üstte tutma kolu olan şekil 3.17 de görülen infiltrometre kullanılmıştır. Günlük buharlaşma değerleri, deneme alanı Aksaray İl Meteoroloji Müdürlüğü ne yakın olduğu için günlük buharlaşma verileri buradan alınan değerler kullanılmıştır. Şekil İnfiltrasyon hızının çift silindir infiltrometre ile ölçülmesi Laboratuvarda kolon tuz yıkaması Laboratuvarda kolon tuz yıkaması için gerekli olan kolon, 100cm yüksekliğinde 20cm genişliğinde kare şekilli, 2mm lik saçtan, sızdırmaz ve antipas boyası ile

89 77 boyanmış metalden yapılmıştır. Ayrıca kolonda, tuz yıkama süzüğünün kolay alınabilmesi için yağsız çalışan vakum pompası kullanılmıştır. Vakum pompası plastik hortumlarla kolona bağlanmıştır. Metal kolonun toprağa kolay girmesini sağlamak için alt kısımları keskinleştirmiştir. Şekil a.b. de yıkama kolon şeması ve yıkama kolonu verilmiştir. Kolonla toprak örneği alınmadan önce kolona 10 ar cm aralıklarla alttan başlayarak 1cm genişliğinde üç tane süzük alma deliği açılmıştır. Kolonun dik durması için kolonun üzerine oturtulacağı 50cm yüksekliğinde metal kaide yapılmıştır. Kaidenin alt kısmından yıkama süzüğünün alınması için 3cm yüksekliğinde set yapılmış ve orta kısmına 2cm genişliğinde delik açılmıştır. Bu set içerisine yıkama süzüğünün tuz miktarını etkilemeyecek çakıl kum karışımı malzeme konmuştur. Yıkama neticesinde drene olan suyun bu alt kısımdaki delikten yıkama süzüğü olarak alınması sağlanmıştır. Kolon tuz yıkamasından önce doygunluk suyu Dnk.3.3 ve 3.4 le hesaplanmıştır (Mikayilov, 1981). N V % P (3.3) N- Doygunluk suyu (L); V- Yıkanacak toprağın kolon hacmi (m 3 ); P- Porozite (%) Hacim Ağırlığı % Porozite Özgül Ağırlığı (3.4) Vapum pompası ve çözelti delikleri Şekil 3.18.a.b.Tuz yıkama kolonu ve araziden toprak örneğinin alınması

90 78 Laboratuvar ortamında da 0.2x0.2x0.3m boyutunda toprak kolonlarında yıkama denemesi yapıldı. Bu yıkama deneyi şeması şekil 3.19 da görülmektedir. Şekil Laboratuar ortamında toprak yıkama kolon şeması Toprağın bünyesine ve tuz terkibine bağlı olarak bu denemeler en az gün devam edebilir. Deneme sonuçlarından elde edilen verileri kullanarak ister deneysel isterse de teorik modellerin içerdiği parametrelerin (örneğin, yıkanabilirlik katsayısı olan, vb.) değerleri belirlendikten sonra ıslah için tercih edilen modelleri kullanarak yıkama suyu miktarı belirlenir. Böyle bir yöntemle belirlenmiş yıkama suyu ıslahı öngörülen toprak sınıfları ve içermiş oldukları tuz bileşenleri için geçerlidir. Fakat bu parametrelerin önerilen tabloda yer almayan değişik değerleri için yıkama suyu miktarını deneysel modellerle belirlemek oldukça zordur. Örneğin, çizelge 2.10 da belirtilen tınlı topraklar için yıkanabilirlik katsayısının değeri arasında olduğu durumda yıkama suyunun miktarı hakkında geleneksel yöntemle karar vermek zordur. Bu da tuzlu toprakların ıslahı için kullanılan geleneksel yöntemlerin dezavantajını ortaya koymaktadır. Tuz yıkama kolonu 30cm derinlikte toprağa çakılmış ve bozulmamış toprak örneği alınmıştır. Kolon toprağa çakılırken eğilmeyi önlemek için üst kısma tahta takozlar konulmuştur. Toprak örnekleri alındıktan sonra kolon laboratuvara getirilerek drenaj malzemesi konulup ve kaideye yerleştirilmiştir. Kolona alınan 30cm kalınlığındaki toprak, 10 ar cm lik katmanlarda süzük alma delikleri açılmıştır.

91 79 Kolondan yıkama süzüğü almak için açılan delilere plastik hortumların uç kısmına etrafı delikli 15cm uzunluğunda sert plastik borular takılarak süzük deliğine sabitlenmiştir. Laboratuvarda kolon yıkamasına geçmeden önce topraktaki çözünebilir tuzların toprak profili içeresinde çözünmeye başlaması, üniform bir şekilde dağılması ve yıkama suyunun verilmesiyle birlikte bütün toprak katmanında daha iyi yıkanma sağlanması amacıyla toprağa doygunluk suyu (Dnk.3.3 ve 3.4) ile hesaplanarak 5L kolona verilmiştir. Doygunluk suyunun alttaki süzük alma yerinden su damlası görülmesi 9 saat sürmüştür. Bu süre sonunda zaman tutularak doygun olan toprağa azar azar su verilmiştir. İlk yıkama suyu 7saat sonra 4.06L su verildiğinde EC ölçülmüştür. İkinci ölçümde 10 saat sonra aynı miktarda su verildiğinde alınmış ve EC ölçülmüştür. Üçüncü değer ise 12 saat sonra alınarak EC si ölçülmüştür. Üçüncü yıkama sonunda 2dS.m -1 değerine ulaşmış ve yıkama bu noktada sonlandırılmıştır. Örneklerin alınması suyun toprağa infiltre olmaya başlamasıyla her 10cm lik katmandan vakumla süzük alınmış ve EC ölçümleri yapılarak, analiz için Whatman No:42 filter kağıtından süzülerek analiz için hazır hale getirilmiştir. Kolonun alt kısmından alınan filtrasyon süzüğüde aynı işleme tabi tutularak analize hazır hale getirilmiştir. Elde edilen değerlerin uygunluğu arazi parsel yıkaması ile test edilmiştir Arazide parsel tuz yıkaması Tuz yıkama parselleri 2x2m ebatlarında yapılmış ve sodyum yıkama parsellerinde olduğu gibi oluşturulmuştur. Öncelikle kolon yıkamada (Dnk. 3.3 ve 3.4) hesaplanan doygunluk suyu 500L olarak verilmiştir. Parsellere verilen suyun çekmesi 1 gün sürmüştür. Birinci günün sonunda yıkama suyunun parsellere kolonda ölçüldüğü miktar olan parsel ebatlarına göre hesaplanarak 406L olarak üç seferde aralıklı göllendirme metotu ile verilmiştir. Her yıkamadan sonra parsellerden 0-10, ve 20-30cm lik katmanlardan toprak örnekleri tarla kapasitesi oluştuğunda (30cm lik katmanda çamurlaşma görülmediğinde) toprak burgusu ile alınmış ve alınan toprak örnekleri naylon torbalara konularak kurutma yerine getirilmiş, 2mm elekten geçirildikten sonra analize hazır hale getirilmiştir. Parselde meydana gelecek buharlaşma Aksaray İl Meteorloji Müdürlüğünden sağlanan verilere göre yıkama suyuna ilave edilmiştir. Şekil 3.20 de parsel yıkama şeması verilmiştir.

92 80 Şekil Tarla ortamında deney yıkanması için oluşturulan toprak parseli Laboratuvar analiz yöntemleri Toprak bünyesi Bouyoucos tarafından geliştirilen hidrometre yöntemine göre toprağı meydana getiren taneciklerin birbiriyle olan bağlantılarını ortadan kaldırarak teksel hale getirmek süretiyle taneciklerin yüzde oranlarının bulunması prensibi oluşturmaktadır (Özkan, 1985). Saturasyon % si ve saturasyon ekstraktı Saturasyon yüzdesi, saturasyon ekstraktında yüzde kuru ağırlık esasına göre bulunmuştur. Yıkama parsellerinden alınan toprak örnekleri kurutularak 2mm elekten elenip %nem tayini yapıldıktan sonra, 150 g toprakla saturasyon ekstraktı yapılıp, sature hale getirilen toprağın su miktarı, hava kuru toprağın % nem içeriği ile aşağıdaki denklemle hesaplanmıştır. İlave Edilen Su ml ( 100 % Rutubet) % Saturasyon % Rutubet Hava Kuru Toprak Ağırlığı g (3.5) Saturasyon ekstraktının çıkartılmasında çalkalama makinası, santrifüj cihazı ve 50 ml lik santrifüj tüpü kullanılmıştır (Öztan, 1961). Tarla kapasitesi 1/3 atmosferlik emiş altında basınçlı tabla kullanılarak belirlenmiştir (Demiralay, 1977). Solma nokatası Toprakların 15 atmosfer basınç altında tutabildikleri su miktarı, bu basınca dayanıklı seramik levha kullanılarak tayin edilmiştir (Demiralay, 1977).

93 81 Toprak reaksiyonu Cam elektrotlu ph metre ile çözeltilerin cam elektrodun ince yüzeyi arasındaki potansiyel farkının ölçülmesidir (Ayyıldız, 1983). Toplam çözünebilir tuzlar Saturasyon ekstraktının elektriksel iletkenlik değerinin ölçülmesiyle (mmhos/cm 25 o C) yapılmıştır (Ayyıldız, 1983). Bor Toprak ekstraktındaki B miktarı, azometin-h ile oluşturulan kompleksin renk yoğunluğuna dayanılarak belirlenmektedir. 5g toprak örneği üzerine 25ml CaCI2+Mannitol çözeltisi ilave edilerek 16 saat çalkalanır ve süzülür ve ICP okuması yapılır (Kacar, 2009). Suda çözünebilir anyonlar A.B.D Tuzluluk laboratuvarının belirttiği esaslara göre deneme parsellerinden alınan toprak örnekleri kurutulup 2mm elekten geçirildikten sonra saf su ile hazırlanan saturasyon ekstraktından, santrifüj cihazı ile elde edilen ekstraktın katyonların ICP-AES cihazında okutulması ile katyon değerleri elde edilmiştir. CO3, HCO 3, metod 12 de belirtildiği gibi H2SO4 ile titre edilerek (Richards, 1954); CI ve SO4 iyonları ise saturasyon ekstraktında IC okuması yapılararak sonuçlar alınmıştır. Değişebilir Katyonlar=( Ekstrakte Edilebilir Katyonlar-Çözünebilir Katyonlar) (3.6) Değişebilir Katyonlar (me.100g -1 ) Katyon değişim kapasitesi Katyon değişim kapasitesi, toprağın sodyumla doyurulmasından sonra amonyum asetat ile ekstrakte edilebilir sodyum miktarlarının, fleymfotometre ile tespiti esasına göre yapılmıştır ( Bower ve ark, 1952). 4g toprak tartılıp santrifüj tüpüne konarak 1N amonyum asetat (CH3COONa. 3H2O) dan 33ml ilave edilir ve 5 dakika çalkalanır ve santrifüj edilir ve üstteki berrak kısım dökülür. Bu işlem 2 defa daha yapılır. EC<40 µmhos.cm -1 in altına düşünceye kadar işleme devam edilir. EC değerinin bahsedilen değerin altına düşmesiyle santrifüj tüpüne 33ml amonyum asetat ilave edilir, 5dk çalkalanır, santrifüj edilir ve üstteki sıvı dökülmez. Üstteki sıvı 100ml lik balon jojeye aktarılır ve 3 defa aynı işlem yapılır, en son balon joje amonyum asetat ile derecesine tamamlanarak flame fotometrede okunarak hesaplanır.

94 82 Değişebilir sodyum Toprağın belirli ph derecesinde (ph:7) amonyum asetat ile doyurulması sonucu elde edilen ekstrakta Na un flame fotometrede ölçümü ile tayin edilmiştir (Richards,1954). Kireç ( Kalsiyum karbonat) CaCO3 yüzdesi Scheibler metodu ile volumetrik olarak tayin edilmiştir (Çağlar,1958). Organik madde Smith-Weldon metoduna göre tayin edilmiştir ( Sağlam, 1978). Nem içeriği Toprak örneklerinin nem içeriği gravimetrik yöntemle belirlenmiştir (Richards, 1954). İnfiltrasyon hızı İnfiltrasyon hızı Richards (1954), çift silindir infiltrometre kullanılarak metod 28b de belirtildiği şekilde ölçülmüştür. Hacim ağırlığı Bozulmamış toprak örneklerinde silindir metodu kullanılarak, örneğin fırın kurusu ağırlığı tespit edilmek suretiyle, Richards (1954) de verilen metod 38 ile yapılmıştır. Zerre yoğunluğu Black (1965) e göre piknometre yöntemi ile belirlenmiştir. Porozite Richards (1954) de verilen metod 40 a göre yapılmıştır Büro çalışmalarında kullanılan yöntemler Araştırmada elde edilen sonuçların alkali ve B yönünden değerlendirilmesi ve istatistik açıdan tespiti amacıyla varyans analizi ve LSD çoklu karşılaştırma testi uygulanmıştır. Ayrıca arazi parsel ve laboratuvar kolon tuz yıkaması değerleri Fortran VI yazılım programında modellemesi yapılarak bilgisayar ortamında hidrodinamik dispersiyon (λ) parametreleri hesaplanmıştır Azalan değişebilir sodyum miktarının hesabı S uygulamalarının DS un azalmasına olan etkilerinin hesaplanmasını Kovda (1967) tespit etmek amacıyla Dnk.3.1 den yararlanılmıştır.

95 83 Deneme konularına göre uygulanan S miktarları derinlikle olan ilişkisi grafiklerle gösterilmiştir (Beyazgül, 1995) Araştırma sonuçlarına uygulanan istatistik analiz yöntemleri Araştırma sonuçlarında sodyum ve B ıslahında S ün değişik dozlarının etkisini istatistik açıdan tespiti amacıyla MSTAT-C paket programı uygulanmıştır. Tuz yıkamasından elde edilen verilerin hidrodinamik dispersiyon parametresinin bulunması için Fortran VI yazılım programı kullanılmıştır.

96 84 4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA 4.1. Deneme Alanı Toprak ve Yıkama Suyu Özellikleri Sodyumlu-borlu deneme alanı topraklarının yıkama öncesi fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları Arazide yapılacak olan parsel yıkaması öncesi deneme alanından 0-25, 25-50, ve cm derinliklerden alınan toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1 incelendiğinde, deneme alanı topraklarının ph değerleri arasında değiştiği görülmektedir. Özellikle 0-25cm arası katmanda ph 9 un üzerine çıktığı ve alt katmanlara doğru azalma meydana geldiği görülmektedir. Bu ph değeri Richard (1954) ın belirttiğine göre; saturasyon yüzdesinde 8.5 ve üzerindeki bir değerde olduğunda istisnasız olarak DSY nin 15 ve daha fazla olduğunu ifade etmektedir. Deneme alanının tuzluluk değerleri incelendiğinde EC değeri dS.m -1 arasında değişmektedir. Tuzluluk özellikle 0-50cm arasındaki katmanda toplandığı görülmektedir. Orta katmanda tuzun toplanmasının nedeni, toprağın yüksek sodyum nedeniyle dispers olması ve yıkanmayla yukarıdan aşağıya yıkanmada kılcal borularda tıkanma meydana gelmesiyle yoğunlaşma bu katmanda görülmektedir. Bu katmanda kilin fazla olması, yıkanan tuzun birikmesi ve yıkama güçlüğü meydana getirdiği düşünülmektedir. Yıkama yapılacak alandaki B değerleri ppm arasında değişmektedir. Özgül (1974) yaptığı çalışmada, toprakların 3.75ppm den fazla B içermesi bütün bitkiler için tehlikeli düzeyde olduğunu tespit etmiştir. Elde edilen B değerleri toprağın 0-50cm lik kısmında yüksek olduğu görülmektedir ( ppm) cm arası B değeri daha düşüktür ( ppm). Bu durum toprağın 0-50cm lik kısmında doğal yıkanma güçlüğü ve drenaj sorunun ve birikmenin olduğunun bir göstergesidir. Deneme alanı topraklarının bünye sınıfı incelendiğinde 0-75cm lik kısmının killi ve cm ise kumlu-tınlı bir yapıya sahip olduğunu görülmektedir. Toprağın 0-100cm lik kısmının bünyesi incelendiğinde killi ve kumlu killi bir yapının hakim olduğu görülecektir. Hacim ağırlığı g.cm -3, zerre yoğunluğu ise g.cm -3 arasında değişmektedir. Hacim esasına göre TK % , SN ise % arasında oldukça yüksek bir değere sahiptir. Deneme alanı topraklarının toplam gözenek yüzdeleri (porozite) %48-53 arasında olup, alt katmanlara doğru azalmaktadır. Toprağın saturasyon yüzdeleri % arasında değişmektedir ve bu değer orta katmanlarda artış göstermektedir.

97 85 Çizelge 4.1. Deneme alanı topraklarının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri Toprak Derinllik (cm) Hacim Ağırlığı (g.cm -3 ) Zerre Yoğunluğu (g.cm -3 ) Saturasyon (%) Tarla Kapasitesi (Hacim %) Solma Noktası (Hacim%) Kil (%) Toprak Bünyesi Silt (%) Kum (%) Bünye Saturasyon Ekstraktı ECe (ds.m -1 ) ph Kil Kil Kil Kumlu kil Çizelge 4.1. in devamı Toprak Derinlik (cm) KDK (me.l00g 1 ) Değişebilir Katyonlar (me.100g -1 ) Na + K + Ca ++ Mg ++ DSY (%) Organik Madde (%) Kireç (%) B (ppm)

98 86 Deneme alanı topraklarının özellikle 0-50cm lik katmanda DSY leri sodyumluluğun tanımlanmasındaki sınır değer olan %15 ten yüksektir. Değerler % arasında değişmektedir. İlk 0-50cm lik kısımda DSY değerleri yüksek olmasına karşın (%22.6), cm arasındaki katmanda sınır değer olan %15 in altındadır. B da olduğu gibi topraktaki sorunun 0-50cm lik derinlikte meydana geldiği ve yoğunlaştığı görülmektedir. Araştırma alanı topraklarının KDK değerleri arasında değişiklik göstermektedir. Derinlik boyunca KDK fazla bir değişiklik göstermemektedir. Toprakların kireç içeriğinin çok yüksek olduğu tespit edilmiştir. Kireç % arasında değişmektedir. Kireçin özellikle cm arasındaki katmanda biriktiği görülmektedir. 0-50cm arasında ise kireç sınır değerlerinden yüksek olmasına rağmen cm e göre biraz daha düşüktür. Organik madde 0-50 cm % arasında değişirken, cm arasında ise % arasında değişmektedir. Organik madde üst katmanlarda alt katmanlara nispeten yüksek olması, 0-50cm katmanda halofit bitki köklerinin fazla olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Arazi ve laboratuvar uygulama öncesi deneme alanının kimyasal özelliklerinin grafiksel olarak gösterimi şekil 4.1. de verilmiştir. a.

99 % me/100g 87 Değişebilir Katyonlar (me/100g) cm 25-50cm 50-75cm cm Na+ 5,02 4,49 2,94 2,49 K+ 2,7 1,83 1,1 1 Ca++ 12,55 9,9 14,45 13,4 Mg++ 2,71 2,84 2,65 2,73 b cm 25-50cm 50-75cm cm Organik Madde (%) 2,11 1,47 0,75 0,73 Kireç (%) 48 51,2 52,6 57,3 c. 3 2,5 g.cm ,5 1 0, cm 25-50cm 50-75cm cm Hacim Ağırlığı (g/cm3) 1,23 1,25 1,24 1,3 Özgül Ağırlık (g/cm3) 2,6 2,68 2,66 2,54 d.

100 % cm 25-50cm 50-75cm cm Saturasyon (%) ,3 80,3 Tarla Kapasitesi (Hacim %) 62, ,8 42,5 Solma Noktası (Hacim%) 40 42,8 40,3 26,9 Porozite (%) e. Şekil 4.1.(a.b.c.d.e). Arazi ve laboratuvar uygulama öncesi toprak analiz değerlerinin grafikleri Parsel ve kolon yıkama öncesi ve sonrası toprakların fiziksel- kimyasal analiz sonuçları Parsel ve kolon yıkama öncesi deneme alanı içerisinden 0-10,10-20 ve 20-30cm derinliklerden alınan toprak örneklerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri çizelge 4.2. de verilmiştir. Çizelge 4.2. Parsel ve kolonda yıkanan toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri Toprak Derinliği (cm) ph Saturasyon (%) Tarla Kapasitesi (Hacim %) Solma Noktası (Hacim%) Hacim Ağırlık (g.cm -3 ) Zerre Yoğunluğu (g.cm -3 ) Porozite (%) Kil (%) Toprak Bünyesi Kil Kil Kil Silt (%) Kum (%) Bünye Parsel ve kolon yıkamasında kullanılan toprakların yıkama öncesi anyon ve katyon değerleri çizelge 4.3. de verilmiştir. Çizelge 4.3. Parsel ve kolon tuz yıkama öncesi anyon ve katyonlar Suda Çözünebilir İyonlar Toprak Derinliği Anyonlar (me.l -1 ), Ci0 Katyonlar (me.l -1 ), Ci0 (cm) CI - SO4 = HCO3 - CO3 = Na + Ca ++ K + Mg Ortalama

101 89 Araştırma alanı topraklarının bünye sınıfı incelendiğinde 0-30cm lik kısmın tamamının killi tekstüre sahip olduğu görülmektedir. Hacim ağırlığı g.cm -3, özgül ağırlıkları ise g.cm -3 arasında değişmektedir. Hacim esasına göre TK % , SN ise % arasında oldukça yüksektir. Deneme alanı topraklarının porozitesi %52-53 olarak tespit edilmiştir. Toprağın saturasyon yüzdeleri % arasında olup, orta katmanlarda artış göstermektedir. Deneme topraklarında suda çözünebilir iyonlardan CI - ( me.l -1 ), SO = 4 ( me.l -1 ), HCO3 - ( me.l -1 ) ve CO = 3 ise (2.300me.l -1 ) 0-30cm lik kısmında görülmektedir. Suda çözünebilir katyon derişimi Na + ( me.l -1 ), Ca ++ ( me.l -1 ), K + ( me.l -1 ) ve Mg ++ ( me.l -1 ) arasında değişmektedir. Laboratuvar kolon yıkamasında bölüm ye göre yürütülmüştür. Yıkamadan önce parsel yıkamasında olduğu gibi Dnk.3.3 ve 3.4 deki denklemler yardımıyla doygunluk suyu hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamada doygunluk suyu 5L olarak bulunmuştur. Doygunluk suyunun verilme amacı yukarıda parsel yıkamada açıklandığı gibidir. Yıkamaya başlanmadan önce doygunluk suyu verilmiştir. Doygunluk suyu infiltre olma süresi 9.1 saat sürmüştür. Kolon yıkamada yapılan ölçümlerdeki su miktarı 4.06L olarak tespit edilmiştir. Birinci yıkama suyu 4.06L olarak kolona damlatılarak verilmiştir. Suyun toprağa infiltre olması ve çözelti örneklerinin alım süresi 7 saat sürmüştür. Analiz için alınan örnekler Whatman No:42 filter kağıtından süzülerek analiz için hazır hale getirilmiştir. Alınan çözeltilerin değerleri ölçülmüş ve elde edilen toplam tuz değeri bitki yetiştirme toleransına gelmediği için yıkamaya devam edilmiştir. İkinci yıkamada kolona su verilmeye devam edilmiş ve örnek alma süresi 10 saat sonra alınan değerler ölçülmüş, elde edilen değerlere göre, arzu edilen bitki yetiştirme seviyesine yakın değerde olduğundan su vermeye devam edilmiştir. Bu sürede verilen su miktarı da 4.06L su verilmiştir. Üçüncü yıkamada yıkama periyodu 12 saat sürmüş ve alınan çözelti örneklerinin 0-30cm kolon katmanında bitki yetiştirme için uygun seviyeye indiği kanaat getirilerek yıkamaya son verilmiştir. Yıkama suyu miktarı (Nys) 12.18L olarak hesaplanmıştır. Kolon yıkama sonucu elde edilen değerlerde bilgisayarda Fortran VI paket yazılım proğramı kullanılarak hidrodinamik dispersiyon parametreleri elde edilmiştir.

102 90 Bu değerler ayrıntılı olarak bölüm 4.4 de verilmiştir. Kolon yıkamada elde edilen değerlerle parselde yıkama yapılarak sonuçların uygunluğu test edilmiştir. Çizelge 4.5 de kolon yıkama öncesi ve sonrası anyon ve katyon değerleri verilmiştir. Parsel yıkama işlemi deki yönteme göre yürütülmüştür. Yıkamaya başlamadan önce Dnk.3.3 ve 3.4 de belirtilen denklemlere göre doygunluk suyu 500 litre hesaplanmıştır. Yıkamadan önce parsellere doygunluk suyu verilmiştir. Doygunluk suyunun verilme amacı; toprakta bulunan tuzların çözünür hale gelerek, toprak içerisinde moleküler difüzyonla üniform bir şekilde toprak katmanlarında dağılımını sağlayarak, yıkamanın daha etkin olmasını sağlamaktır. Doygunluk suyu verildikten sonra suyun toprağa tamamen infiltre olması beklenmiş ve 1 gün sonra ilk yıkama suyu verilmiştir. Herbir yıkamada yıkama suyu parsellere 406L olarak 3 defa da verilmiştir. Parsele 1. su 406L olarak verilmiş, suyun infiltre olmasıyla birlikte toprağın örnek alma durumuna gelmesi beklenmiştir. Bu süre 5 gün sürmüştür. Bu sürenin sonunda, parsel örnek almak için uygun hale gelince parsellerden rasgele 3 er örnek toprak burgusu ile alınmış ve toprakla kapatılarak örnek yerleri çubuklarla işaretlenmiştir. Örnekler kurutulup, 2mm elekten elenerek analiz için hazır hale getirilmiştir. Daha sonra saturasyon çamurunda ekstrakt çıkarılarak örnekler Whatman No:42 filter kağıtdan süzülerek analiz için hazır hale getirilmiştir. Anyon ve katyon analizleri yapılarak ortalama değerleri alınmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarına göre toplam tuz değeri bitki yetiştirme toleransı seviyesine (EC<4dS.m -1 ) yakın değerde olduğu için yıkamaya devam edilmiştir. İkinci yıkama suyuda 406L verilmiştir. Suyun toprağa infiltre olma süresi bu defa 8 gün sürmüştür. Buradan sonraki işlemler yukarıda ifade edildiği gibi tekrarlanmıştır. Ölçüm sonuçları bitki yetiştirme seviyesine düşmüş ancak kolonda verilen suyun tamamının verilmesiyle, yıkama etkinliği için yıkamaya devam edilmiştir. Üçüncü yıkama suyu da 406L verilmiş, infiltrasyon süresi 12 gün olmuştur. Bu sürenin uzaması toprağın yıkamalarla doygun duruma gelerek, çözünenen tuzlar nedeniyle toprağın floküle (kümeleşme) olması güçleşmiştir. Bu nedenle suyun topraktan uzaklaşma süresi uzamıştır. Bu aşamadan sonrada işlemler yukarıda belirtildiği gibi yapılmıştır. Bu yıkamada analiz sonuçları bitki yetiştirme toleransı (EC<4dS.m -1 ) seviyesine indiği için yıkamaya son verilmiştir.

103 91 Yapılan parsel yıkama sonucu elde edilen yıkama süresi (t) 25gün, yıkama suyu miktarı (Nys) 1,218L olarak hesaplanmıştır. Parsel yıkama sonucu elde edilen değerler bilgisayarda Fortran VI paket yazılım proğramı kullanılarak hidrodinamik dispersiyon parametreleri elde edilmiştir. Bu değerler ayrıntılı bir şekilde bölüm 4.4 de verilmiştir. Çizelge 4.6 da parsel yıkama öncesi ve sonrası anyon ve katyon değerleri verilmiştir Parsel ve kolon yıkama denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri Parsel ve kolon yıkamasında kullanılan suyu özellikleri aşağıdaki çizelge 4.4 de verilmiştir. Çizelge 4.4. Parsel ve kolon yıkama suyu özellikleri Parsel ve Kolon Yıkama Suyu İçeriği Suda çözünebilir Anyonlar (me.l -1 ) Katyonlar (me.l -1 ) CI - SO = 4 HCO - 3 CO = 3 A Na + K + Ca ++ Mg ++ K A+K

104 92 Çizelge 4.5. Kolon yıkama öncesi ve sonrası anyon ve katyon değerleri Derinlik, x cm Kolon Yıkama Anyon Değerleri (me.l -1 ) Yıkamadan önce, C0i I. Yıkama sonrası II. Yıkama sonrası III. Yıkama sonrası, Cti CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = Çizelge 4.5. in devamı Derinlik. x cm Kolon Yıkama Katyon Değerleri (me.l -1 ) Yıkamadan önce, C0i I. Yıkama sonrası II. Yıkama sonrası III. Yıkama sonrası, Cti Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg

105 93 Çizelge 4.6. Parsel yıkama öncesi ve sonrası anyon ve katyon değerleri Derinlik, x cm Parsel Yıkama Anyon Değerleri (me.l -1 ) Yıkamadan önce, C0i I. Yıkama sonrası II. Yıkama sonrası III. Yıkama sonrası, Cti CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = CI - SO4 = HCO3 - CO3 = Çizelge 4.6. nın devamı Derinlik. x cm Parsel Yıkama Katyon Değerleri (me.l -1 ) Yıkamadan önce, C0i I. Yıkama sonrası II. Yıkama sonrası III. Yıkama sonrası, Cti Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg ++ Na + Ca ++ K + Mg

106 Bor ve sodyum denemelerinde kullanılan yıkama suyu özellikleri Denemede, arazide bulunan kuyu sularının özellikleri yıkama için uygun olmadığından, şebeke suyu kullanılmıştır. Yıkama için kullanılan şebeke suyu tanklarla yıkama parsellerine taşınmıştır. Her yıkamada kullanılan suyun analizi için kapalı şişelere örnekler alınmış ve alınan bu örneklerin analizleri yapılmıştır. Islahta kullanılan suyunun bazı kimyasal özellikleri aşağıdaki çizelge 4.7 de verilmiştir. Çizelge 4.7.Bor ve sodyum denemesinde kullanılan yıkama suyunun bazı kimyasal özellikleri Örnek No ph EC μmhos.cm -1 (25 o C) Suda Çözünebilir Anyonlar (me.l -1 ) Katyonlar (me.l -1 ) CO = 3 HCO - 3 CI - SO = 4 Toplam Na + K + Ca ++ Mg ++ Toplam Çizelge 4.7. nin devamı Örnek No RSC SAR Na (%) Sulama Suyu Sınıfı B (ppm) C 2S C 2S C 2S C 2S Çizelge 4.7 de görüldüğü gibi yıkama suyu SAR arasındadır. EC dS.m -1 arasındadır. B değerleri ppm, sulama suyu sınıfının ABD Riverside Tuzluluk Laboratuvar Sınıflandırma sistemine göre C2S1 sınıfında olduğu görülmektedir.

107 Yıkama Sonrası Toprakların B Değişimi Deneme alanlarında yıkama suyunun ve S ün değişik dozlarının topraktaki B miktarının yıkanması üzerine etkisinin tespiti ve B un bitkiler için istenilen düzeye indirilmesini belirlemek amacıyla her yıkamadan sonra periyodik olarak yıkama parsellerinden alınan toprak örneklerinin belirtilen yönteme göre yapılan B analiz sonuçları çizelge 4.8 de verilmiştir. Denemedeki S uygulamaları (So, S1 ve S2) ve yıkama suyu uygulanmasından önceki B oranı %100 olarak kabul edilmiş ve her yıkamadan sonra başlangıç değerine göre toprakta kalan ortalama B miktarı (B/Box100) çizelge 4.9 da verilmiştir. Çizelge 4.8 incelendiğinde, 0-25cm derinliğindeki toprak katmanında So uygulamasında yıkama suyunun B yıkanmasına etkisi şu şekilde olmuştur: Başlangıçtaki B değeri 43.94ppm iken, 90cm su seviyende 33.40ppm e düşmüştür (%24 yıkanma). 120cm su seviyesinde ise 38.73ppm e çıkmıştır. Bu sonuçlara bakıldığında ilk üç yıkama suyu B un yıkanmasına azalan yönde etki yaparken, son 120cm lik yıkama suyunda B değerinde artış gözlenmiştir. Bu artışın diğer yıkama parametrelerinden olan DSY değerinde de arttığı görülmüştür. Bunun nedeni Munsuz ve ark. (2001), Kamphorst ve Bolt (1976) in belirttiklerine göre, deneme alanı topraklarının sodyumlu dispers yapıda ve özellikle 0-50cm lik kısımdaki kil oranının fazla olması kılcal boruların yıkanmayla şişme- tıkanma meydana getirmesi drenaj sorununun ortaya çıkması ve kapillar suyun yükselmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. 0-25cm derinliğindeki S1 uygulaması yıkama parsel değerleri incelendiğinde; 30, 90 ve 120cm yıkama suyu etkisi şu şekilde olmuştur: Başlangıçta 29.88ppm sonra 26.82ppm, 18.34ppm ve son olarak da 17.12ppm şeklinde artan oranlarda yıkanma gerçekleşmiştir. Bu parselde So grubunda olduğu gibi son yıkama suyunda toprakta B artışı olmamış aksine B oranı azalmıştır. S1 uygulaması parseli, bünye sınıfı incelendiğinde kumlu-tınlı bir yapıda olduğu görülmektedir. Başlangıçta 29.88ppm olan B değeri 120cm lik yıkama suyunda 17.12ppm e düşmüştür ( %42.7 azalma).

108 96 Çizelge 4.8. Farklı S dozlarının uygulaması ve yıkanması ile toprakta B değişimi Uygulamalar Toprak Derinliği B (ppm) Yıkama Suyu Miktarı (cm) (cm) S0 S1 (1 t.da -1 ) S2 (2 t.da -1 ) Çizelge 4.9. S ıslah maddesinin farklı dozlarınn yıkama sonucu toprakta kalan B un başlangıça göre yüzdeleri B (ppm) Toprak Yıkama Sonunda Başlangıça Göre Kalan B Yüzdesi Uygulamalar Derinliği (B/Box100)* (cm) S0 S1 (1 t.da -1 ) S2 (2 t.da -1 ) * Bo: Başlangıçtaki B miktarı B: Yıkama sonrası B miktarı Sönmez ve ark. (1996), kaba bünyeli toprakta B un yıkanmasının ince bünyelilere göre daha kolay olduğunu ifade etmektedir. Fleming (1980) ve Gupta (1968) nın çalışmalarında, kumlu topraklarda yetişen bitkilerde sık sık B noksanlığı olduğunu belirtmektedir. Bu da B un topraktan yıkanarak uzaklaşmasında toprak bünyesinin etkili olduğunu göstermektedir. 0-25cm derinliğindeki S2 uygulaması yıkama parsel değerleri incelendiğinde; 30, 90 ve 120cm yıkama suyunun etkisi şu şekilde olmuştur: Başlangıçta 45.16ppm, sonra 38.60ppm, 30.88ppm son yıkamada ise 33.53ppm olmuştur. Bu durum So

109 97 uygulamasında ifade edildiği gibi son yıkama suyunda toprak yapısının 0-50cm lik kısmında kil yoğunlaşması nedeniyle, ph nın yüksek olması, toprakta şişme-kılcal boru tıkanması bu parseldeki son yıkama suyunun toprakta B artışına neden olduğu düşünülmektedir cm lik toprak katmanındaki ortalama B yıkanmasını çizelge 4.8 i incelediğimizde, So grubunda başlangıçtaki B değerine göre her dört su seviyesinde de artış olduğu görülmektedir. 30, 90 ve 120cm yıkama suyu seviyesine göre değerler şu şekilde olmuştur: Başlangıçta 21.66ppm sonra 25.61ppm, 24.58ppm ve 24.00ppm olmuştur. Bu katmanda B artışı görülmüştür. Bunun nedeni her ne kadar yıkanma zayıf kalsa da üst katmanlardan alt katmanlara az da olsa yıkanma olmuştur. Yıkanan B un alt katmanlarda birikmesi olarak açıklanabilir cm S1 dozu uygulaması yıkama parsellerinde aynı şekilde 30 ve 120cm lik yıkama suyu uygulamalarında, başlangıçta 8.97ppm ve 12.15ppm çıkmıştır. Bu katmanda da yukarıda ifade edilen nedenle bir miktar B birikimi gerçekleşmiştir cm derinliğindeki S2 uygulaması yıkama parsel değerleri incelendiğinde; başlangıçta 25.17ppm olan değer son yıkamada 29.28ppm olmuştur. Bu katmanda üstten yıkanma sonucu B birikmesi meydana gelmiştir. Sönmez ve ark. (1996), sodyumlu topraklardan B un yıkanmasının güç olmasının toprak ph sının yükselmesiyle artan B adsorbsiyonun bir sonucu olduğu düşünülmektedir. Bu katmanda da yıkanma neticesinde bir miktar B birikimi gerçekleşmiştir. Buna ilaveten S un ph değerinde düşüşe neden olduğunu (Sönmez, 2003) ve (Evans,1987; Okazaki ve Chao, 1968) ve S ün ph seviyesini düşürerek B un killerde tutulmasını engellediği görülmektedir. B yıkanmasında ph 8-10 arasındaki değerlerde killerin B tutma kapasitesinin maksimum seviyeye ulaştığını ve kil yapısınında B un topraktan yıkanmasında etkili olduğu ifade edilmektedir (Hingston, 1964; Sims ve ark., 1968; Couch ve Grim, 1968; Evans, 1987; Okazaki ve Chao,1968, Fleming,1980 ve Gupta,1968). So ve S1 uygulamasında yapılan parsellerdeki 50-75cm ve cm katmanların yıkama suyu uygulamalarında, bu katmanlarda üstten yıkanan az miktarda B birikmesi görülmüştür.

110 B (ppm) B (ppm) 98 a. b. 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, cm So 43,94 40,07 35,61 33,40 38,73 S1 29,88 26,82 22,07 18,34 17,12 S2 45,16 38,60 35,75 30,88 33, cm So 21,66 25,61 25,07 24,58 24,00 S1 8,97 11,27 11,05 8,65 12,15 S2 25,17 22,89 27,20 26,51 29,28 c.

111 B (ppm) 99 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, cm So 2,27 1,78 2,31 1,91 2,91 S1 2,43 3,01 2,90 2,24 3,40 S2 2,10 3,97 2,30 1,95 4,91 d. Şekil 4.2.a.b.c.d. Parsel yıkamada B değişim grafikleri Sonuç olarak; her üç parseldeki yıkanmaya bakıldığında 0-25cm lik katmanlarda verilen su yüksekliğine göre S1 uygulamasının yapıldığı parselde 0-25cm katmanında başlangıçtaki B değeri 29.88ppm iken son yıkamada 17.12ppm e (%42.70) düşmüştür. Yapılan araştırmalarda, Sönmez 2003; Evans 1987; Okazaki ve Chao 1968, asit ya da asit yapıcı maddelerin ve uygun toprak bünyesininde sodyumlu ve B lu topraklarda, ph değerlerini etkin bir şekilde düşürmesi nedeniyle B un topraktan daha fazla ve çabuk uzaklaşmasını sağladığı bilgisine dayanarak toprakların yıkanmasında etkili olduğu düşünülmektedir. Bu bağlamda, uygun toprak bünyesinde B yıkamasında S ün etken olacağı düşünülmektedir. Toprağın kil yapısınında B yıkanmasında olumsuz etken olduğu görülmektedir (Hingston, 1964; Sims ve ark., 1968; Couch ve Grim, 1968; Evans, 1987; Okazaki ve Chao,1968, Fleming,1980 ve Gupta,1968). 120cm yıkama suyu uygulamasında kontrol grubu ve S2 doz uygulama parselinde 90cm yıkama suyu dikkate alındığında yıkanma beklenirken her iki parselde de kısmi artışlar görülmüştür. Bunun nedeni, (Munsuz ve ark., 2001; Western Fertilizer Handbook,1995; Kamphorst ve Bolt,1976), 0-25cm So uygulamasında belirtilen nedenlerden dolayı ve drenaj güçlüklerinin meydana gelmesiyle toprağın geçirgenliğinin azalması, kapilar yükselmeyle birlikte yıkanmada güçlüklerin ortaya çıkmasına neden olması ile açıklanabilir Bor yıkama denklemi ve yıkama suyu miktarı Toprak ıslahı amacıyla toprağa uygulanan S ün B yıkanması üzerine etkisinin araştırılması amacıyla yapılan denemede başlangıca göre toprakta kalan B yüzdeleri (B/Bo) ile yıkama suyu miktarının toprak derinliğine oranı (Dys/Dt) arasındaki ilişkiyi

112 Dys/Dt 100 saptamak amacıyla grafiksel çizimi yapılmış (şekil 4.3) ve bu ilişkinin matematiksel denklemleri her bir S dozu için ayrı ayrı aşağıda çıkartılmıştır. Kontrol (So) grubu için; D D ys t B 0, Bo 1, 202 e r 0.66 (4.1) log (D ys /D t ) = a-b. (B/Bo) ,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0, B/Bo x 100 Şekil 4.3. S o dozu B yıkama grafiği Kontrol grubunda elde edilen denklemden toprakta yıkamadan sonra kalacak B miktarının yüzde değerleri (Dys/Dt) çizelge 4.10 da aşağıda verilmiştir. Çizelge S o uygulamasında B oranı ( D ys/d t) So Uygulamasında B Oranları ( Dys/Dt) a b Dys/Dt (%10) Dys/Dt (%40) Dys/Dt (%70) Dys/Dt (%90) Elde edilen matematiksel denkleme (Dnk. 4.1) göre; topraktan B un %90 nın yıkanması için 100cm olan yıkama derinliğinin katı yıkama suyu, %10 nun yıkanması için ise toprak yıkama derinliğinin 1.3 katı yıkama suyu gerekmektedir. Bu yıkama parselinde görüldüğü üzere, bitki yetiştirme B değeri <1ppm (Özgül, 1974) seviyesinde topraktan yıkanması için çok fazla yıkama suyuna ihtiyaç bulunmaktadır. Bu değerlere göre bu katmanda B yıkaması ekonomik değildir. S1 grubu için elde edilen B yıkama denklemi ve grafiği şekil 4.4 de verilmiştir. D D ys t B B o 45.7 e r 0.81 (4.2)

113 Dys/Dt ,00 log (Dys/Dt) = a-b. (B/Bo) ,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, B/Bo x 100 Şekil 4.4. S 1 B yıkama grafiği S1 dozunda elde edilen denklemden toprakta yıkamadan sonra kalacak toprakta B miktarının yüzde değerleri (Dys/Dt) çizelge 4.11 de aşağıda verilmiştir. Çizelge S 1 uygulamasında B oranı ( D ys/d t) S1 Uygulamasında B Oranları ( Dys/Dt) a b Dys/Dt (%10) Dys/Dt (%40) Dys/Dt (%70) Dys/Dt (%90) Toprağa uygulanan S1 dozu için; toprakta %10 B kalması halinde elde edilen Dys/Dt oranı yukarıdaki denklemden (Dnk.4.2) elde edilmiştir. D 28.8 D bu eşitliğe göre B un topraktan %90 nın yıkanması için toprağa 2880cm yıkama suyu verilmesi, toprakta kalan B miktarının %40 olması için 720cm, %70 olması için 180cm ve %90 olması için ise 70cm yıkama suyu verilmesi gerekmektedir. S1 dozunda görüldüğü gibi So dozundaki Dys/Dt oranın çok altında bir değer elde edilmiştir. Bu dozda topraktan B un yıkanması için yıkanacak toprak derinliğinin 28.8 katı yıkama suyuna ve 1ton.da -1 S e ihtiyaç vardır. Toprakta B adsorpsiyonu azaldığı ve neticede yıkanma meydana geldiği görülmüştür. Bu eşitlikte görüldüğü gibi bu doz ile B un yıkanması mümkündür. Ancak ekonomik olmayacağı düşünülmektedir. S2 grubu için ise elde edilen B yıkama denklemi ve grafiği (şekil 4.5) aşağıda verilmiştir; ys t D D ys t B 0, B o e r 0.70 (4.3)

114 Dys/Dt 102 log (D ys /D t ) = a-b. (B/Bo) ,00 75,00 50,00 25,00 0, B/Bo x 100 Şekil 4.5. S 2 dozu B yıkama grafiği S2 dozunda elde edilen denklemden faydalanarak toprakta yıkamadan sonra kalacak B miktarının toprakta kalan yüzde değerleri (Dys/Dt) çizelge 4.12 de aşağıda verilmiştir. Çizelge S 2 uygulamasında B oranı ( D ys/d t) S2 Uygulamasında B Oranları ( Dys/Dt) a b Dys/Dt (%10) Dys/Dt (%40) Dys/Dt (%70) Dys/Dt (%90) Bu dozda parsellerde toprakta %10 B kalacak şekilde Dys/Dt oranı elde edilen denkleme (Dnk. 4.3) göre hesaplanmıştır. D 109 ys D topraktan B un %90 nın t yıkanması için yıkama derinliğinin katı yıkama suyu ve 2ton.da -1 toprağa S, %60 yıkama için 19.5 katı, %30 yıkma için 3.5 katı ve %10 yıkama için ise 1.1 katı yıkama suyu verilmesi gerekmektedir. Bu dozda görüldüğü gibi S1 dozuna göre yıkama etkinliğinin artması beklenirken düşüş olmuştur. Bu parselde de yıkamanın gerçekleşmesinin ekonomik olmayacağı düşünülmektedir. Tüm dozlar dikkate alındığında araştırma alanı B konsantrasyonlarının çok yüksek olması hiçbir doz için B yıkanmasını ekonomik kılmamıştır. Dolayısıyla araştırma alanı için B ıslahı tavsiye edilememektedir Yıkama Sonrası Toprakların Sodyumluluk Değişimi Deneme parselleri topraklarının, S ıslah maddesi ve bu ıslah maddesinin iki farklı dozu sodyumluluk probleminin giderilmesi imkanlarının araştırılması ve yıkama suyu miktarının tespiti amacıyla parsel yıkaması yapılmıştır. Her yıkama sonucunda

115 103 parsellerden alınan toprak örneklerindeki DS miktarları ve elde edilen DS değerleri yıkama öncesi ve sonrası alınan toprak örneklerinin KDK ortalama değerleri ile hesaplanarak çizelge 4.13 da verilmiştir. S uygulamasının farklı dozlarının DS oranlarına etkiside çizelge 4.14 de verilmiştir. Denemedeki S uygulamaları ve yıkama suyu uygulanmasından önceki DSY oranı %100 olarak kabul edilmiş ve her yıkamadan sonra başlangıç değerine göre toprakta kalan DS miktarı (q/qox100) çizelge 4.15 de verilmiştir. Toprak derinliği itibarıyla DSY, S ün farklı dozlarında ve yıkama suyu grafikleri şekil 4.6 da verilmiştir. Deneme parsellerinde S ün DS un giderilmesine olan etkisi çizelge 4.14 de So grubunda incelendiğinde, 0-25cm derinlikteki katmanda başlangıçta 22.3 olan DSY, 30, 60, 90 cm olan yıkama suyu uygulamalarında sırasıyla, 21.2, 19.6 ve 19.3 olmuştur. Son yıkama uygulaması olan 120cm de 20.4 e çıkmıştır. Bu durum B yıkamasında da görülmüştür. So yıkamasında DSY de düşüş görülmekle birlikte düşüş sınırlı kalmıştır lik derinlikte başlangıçta 21.3 olan değer son yıkama suyunda 22.7 olmuştur cm ve cm lik katmanlarda başlangıç değerine göre artığı görülmüştür. Bu artış üst katmanlarda meydana gelen yıkanmaların alt katmanlarda az da olsa birikmesi neticesinde olduğu düşünülmektedir. S1 uygulamasında parsellerde DSYdeğişimi, 0-25 cm katmanında başlangıçtaki DSY değeri 23.0 iken, bu değer 30cm yıkama suyu uygulamasında 22.4 e düşmüştür. 60cm yıkama suyu uygulamasındaki düşüş devam ederek 20.6 ve sonraki 90cm yıkama suyu uygulamasında ise 19.4 ve 120cm yıkama suyu uygulamasında 17.8 e düşmüştür. Ancak DSY için sınır değer olan %15 in altına inmemiştir. Bu katmandaki sodyum yıkanmasının sınırlı kalmasının nedeni, uygulanan S ün, toprağa karışımın homojen olmadığı düşünülmektedir cm lik katman başlangıç DSY 20.6, 30cm yıkama suyu uygulamasında 19.2, 60cm lik yıkama suyu seviyesinde ise 9.9 düşmüştür. Sonraki 90cm yıkama suyunda ise bir miktar artarak 12.8 e çıkmıştır. Son yıkama suyu seviyesi olan 120cm de ise DSY başlangıç değerlerine yaklaşmıştır (DSY 20.8). Bu katmanda özellikle 90cm yıkama suyunda DSY<15 değerinin altına düşmüştür. Ancak son yıkamada tekrar yükselme olmuştur. Bunun nedeni, B yıkamasında olduğu gibi, Munsuz ve ark. (2001) ve Western Fertilizer Handbook (1995), belirttiği şekilde killi toprakların dispers olmaya başladıklarında mekanik özellikleri ve kılcal borularda tıkanmaların başlamasıyla drenaj

116 104 güçlüklerinin ve dolayısıyla toprağın geçirgenliğinin azalması, agregat şişmesi meydana gelmesi bununla birlikte yıkanmada güçlüklerin ortaya çıkmasına neden olması ve aynı zamanda parsellerin ana drenaj kanalının yakın olması kapilar yükselme meydana gelmesi ile açıklanabilir (Özdemir,1998; 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., ; Bauder ve Brock, 2001). Çizelge S uygulamasında yıkama ile DS miktarlarının değişimi Toprak DS Miktarı (me.100g -1 ) KDK Uygulamalar Derinliği (me.100g (cm) -1 Yıkama Suyu Miktarı (cm) ) So S1 (1 t.da -1 ) S2 (2 t.da -1 ) Bu durum diğer katmanların 120cm lik yıkama suyu uygulamalarının diğer katmanlarında da görülen bir durum olmuştur cm ve cm lik katmanlarda başlangıç değerlerine göre yıkanan sodyum alt katmanlarda birikmeler meydana getirmiştir. Özellikle 60cm ve 90cm yıkama suyu sevilerinde elde edilen sonuçlar, Yılmaz (2001) ın ve Beyazgül (1995) in sonuçlarına yaklaşık uygunluk göstermektedir. Topraktaki yüksek oranda dispersiyonun toprağın fiziksel yapısındaki bozunma yüksek orandaki sodyumdan kaynaklanması (Miller ve Donahue,1995), deneme alanında tarımsal faaliyet olmaması, arazinin hiç sürülmemiş ve killi olma durumu ıslah çalışmasında karşılaşılan başlıca sorun olmuştur. Bu durum Bresson ve Boiffin,(1990) de belirttiği gibi yıkanmayla elektrolit değerinin azalması killerin şişmesine ve gözenek büyüklüğünün azalmasına neden olmaktadır. Bu durumunda 120cm su uygulamasında değerlerin artmasına neden olduğu düşünülmektedir.

117 105 Çizelge S uygulamasının farklı dozlarının DSY etkisi Uygulamalar So S1 (1t.da -1 ) S2 (2t.da -1 ) Toprak DSY (%) Derinliği Yıkama Suyu Miktarı (cm) (cm) Çizelge S uygulamasının farklı dozlarında yıkama sonucunda toprakta kalan DSY başlangıca göre yüzdeleri Uygulamalar So S1 (1 t.da -1 ) S2 (2 t.da -1 ) * qo: Başlangıçtaki DSY miktarı q : Yıkama sonrası DSY miktarı Yıkama Suyu Miktarı (cm) Toprak Derinliği (cm) DS un Başlangıça Göre Toprakta Kalan Yüzdesi (q/qox100)* S2 uygulanan parsellerde DSY değişimi; 0-25cm katmanında başlangıçta 23.6 iken bu değer 30cm yıkama suyu uygulamasında 23.5 düşmüştür. 60cm yıkama suyu uygulamasında düşüş devam ederek 23.1 e ve sonraki 90cm yıkama suyu uygulamasında ise 15.6 ya düşmüştür. Buraya kadar DSY bitki yetiştirme sınırlarına gelmiştir. Ancak isteğimiz sınır olan <5 altına inmemiştir. 120cm yıkama suyu uygulamasında 20.0 a çıkmıştır cm lik katman başlangıç DSY değeri 21.0, 30 cm

118 106 yıkama suyu uygulamasında 19.6 ya, 60cm lik yıkama suyu seviyesinde ise 15.0 e düşmüştür. Sonraki 90cm yıkama suyunda ise bir miktar artarak DSY 13.4 e inmiştir. Bu katmanda da DSY<15 altına inmiştir. Ancak 120 cm yıkama suyu seviyesinde ise artma olarak 18.9 a çıkmıştır cm ve cm lik katmanlarda da başlangıçta DSY 15.3 ve 14.2 iken, son yıkama suyunda 18.8 ve 16.0 a yükselmiştir. 30 ve 60cm yıkama suyu seviyelerinde üst katmanlarda meydana gelen yıkanmalar sonucunda bu katmanda birikme meydana gelmiştir. Sonuç olarak; kontrol grubu uygulamasındaki yıkama suyu seviyeleri uygulamalarında elde edilen değerlerde bir değişim meydana gelmezken, S1 ve S2 dozundaki uygulamalarda ise özellikle 0-50 cm arasındaki derinlikte DSY azalmalar meydana gelmiştir. Bu dozlarda S uygulaması cm lik yıkama suyu seviyelerinde S aktif olarak DSY 15 in yani, tarımsal faaliyet sürdürme değerlerinin aşağısına inmiştir. Ancak 120 cm yıkama suyu seviyesi uygulaması, S1 dozu 0-25cm katman haricinde diğer doz ve katmanlarda artışa neden olmuştur. Toprakta tarımsal faaliyet olmaması, bünyenin yüksek oranda killi, toprağın aşırı dispers halde ve drenanj güçlüğü ile kısa mesafede toprak değişkenliğin olması gibi nedenlerden dolayı arazi şartlarının ıslahta önemle göz önünde tutulması gerekmektedir. Şekil 4.6.(a-d) da farklı dozlarda S ve yıkama suyu seviyelerinde DSY değerleri verilmiştir. a.

119 107 b. c. d. Şekil 4.6.a.b.c.d. Farklı S ve yıkama suyunda DSY değişim grafikler