F.Mikayilsoy (4) / Toprak Bilimi e Biki Besleme Dergisi () 33-37 Tuzlu oprakların yıkanmasının maemaiksel modellenmesi Fariz Mikailsoy * Iğdır Üniersiesi Ziraa Fakülesi Toprak Bilimi e Biki Besleme Bölümü Iğdır Öze Dünyanın kurak e yarı kurak bölgelerinde yıllık oplam yağış mikarı aşırı buharlaşma e yüzeye yakın aban sularının biki kök bölgesinde birikmesine sebep olduğu çözünebilir uzların yıkamaya yeerli düzeyde değildir. Bu sebeple arazi ıslah çalışmalarında oprakaki mecu olan uzluluk probleminin bilinmesi e yıkama sonucundaki uz değişiminin doğru olarak ahmin edilmesi büyük önem aşımakadır. Günümüze kadar söz konusu problemin çözümü ile ilgili pek çok araşırmalar yapılmış olmakla beraber bu çalışma ile uzlu oprakların ıslahı yani yıkama suyunun mikarı erilme zamanı e uz konsanrasyonundaki değişimin ahmini daha geniş boyularda incelenmiş e gerekli yıkama suyu normu formülü bulunmuşur. Anahar Kelimeler: Tuzlu oprak ıslah maemaiksel modelleme yıkama normu. Mahemaical modeling of sal leaching of saline soils Absrac Salinizaion is mainly associaed wih he arid and semi-arid regions where here is insufficien rain o leach away soluble sals caused by eaporaion from he soil and up moemen of groundwaer. Therefore presen sal concenraion in soil profile and accuraely esimaion of sal ariaion afer leaching are ery imporan for reclamaion of sal affeced soils. This problem can be soled by clearly undersanding of waer-sal regime in soils. I is ery acual o esimae he sal concenraion wih mahemaical modelling by using he mass ranspor heory in waer - soil - plan ecosysems Keywords: Saline soil reclamaion mahemaical modeling washing norm. 4 Türkiye Toprak Bilimi Derneği. Her Hakkı Saklıdır Giriş Dünyada oplam arazilerin yaklaşık 95 milyon ha ında uzluluk problemi mecu olup bu da arım yapılan arazilerin yaklaşık % 33 üne eşdeğerdir (Rowel 994; Lal e Sewar 99). Tuzlu opraklar genellikle arazi yüzeyine yayılmış eya oprak profilindeki uz krisalleri ile anınırlar. Tuzlu opraklarda genellikle a Ca e Mg un klor eya sülfa formundaki uzları bulunmakadır. Tuzlu oprakların 5 o C de saurasyon eksrakındaki elekriksel ilekenlik (EC) değeri 4 ds/m e ph< 8. dir. Söz konusu opraklarda EC>4 ds / m e sodyum adsorpsiyon oranı SAR <5 ise sadece uzlu; EC>4 ds / m SAR> 5 ise uzlu-sodyumlu opraklar olarak adlandırılır (Mikayilo e ark. 998). Tuzlaşma; özellikle kurak e yarı-kurak yani yıllık oplam yağış mikarının oprağın biki kök bölgesinde birikmiş uzları yıkamak için yeerli mikarda olmadığı bölgelerde yaygındır. Doğu Anadolu gibi bölgelerde de uzlulaşmanın kaynağı aşırı buharlaşma e aban sularının derin olmamasıdır. Bu sebeple yörede uzlu oprakların ıslahı zorunluluk arz emekedir. Günümüzde uzlu oprakların ıslahında bilimsel esaslara uygun hesaplama e modelleme kullanmak büyük önem aşımakadır. Su - Toprak ekosiseminde küle aşınım eorisi kullanılarak söz konusu uzluluğun hesaplanması e ahmin edilebilmesi için maemaik modelin yapılması güncel önem aşımakadır. Ancak bu güne kadar uzlu oprakların yıkama suyunun erilme * Sorumlu yazar: Iğdır Üniersiesi Ziraa Fakülesi Toprak Bilimi e Biki Besleme Bölümü 76 Iğdır Tel.: (55)968888 e-iss: 46-84 33 E-posa: farizmikayilo@gmail.com
F.Mikayilsoy (4) / Toprak Bilimi e Biki Besleme Dergisi () 33-37 zamanının e mikarının hesaplanması amacıyla yapılan çalışmaların problemin çözümünde yeerli olmaması sebebiyle bu çalışma uzlu oprakların ıslahında kullanılacak yönem e eorileri daha derin bir şekilde incelenmeyi amaçlamışır. Tuzlu oprakların yıkanması için kullanılan yönemlerin sınıflandırılması Yıkama suyunun mikarının e uygulama süresinin hesaplanması uzlu oprakların ıslahı eorisinin önemli sorunlarından biridir. Birçok deneysel e eorik araşırmalardaki emel amaç yıkama suyu mikarının hesaplanması için bilinen Hidrodinamik yasalara uygun olarak fonksiyonel bir formülün espi edilmesidir. Dünyada ıslah konusunda çalışan bilim adamları çalışmalarını bu konuya ayırmışır. Günümüze kadar araşırıcılar pek çok sayıda formül kullanımını önermişlerdir. Tüm bu formüller elde edilmesine göre üç emel grup alında oplanabilir. Bunlar; A. Basi-Manıksal Modeller. Bu gibi modeller yıkamanın başarısını ekileyen emel fakörleri ayrınılı bir biçimde göz önüne almadan opraklarda sadece uz aşınımını kabaca analiz emişlerdir. Bu modeller genel olarak aşağıdaki gibi yazılabilir (Volobuye 948; Kosyako 96; Koda 973; Beybudo 977; b): Eşilike; W n 34 W Q y n yıkama yapılacak derinlikeki boş olan gözenekleri amamen dolduracak su mikarı (m 3 / ha); oprağın su uma kapasiesi (m 3 /ha); W yıkamadan önce oprakaki su mikarı (m 3 / ha); çözünmüş uzların aşınması için gerekli su mikarı (m 3 /ha). n değerinin hesaplanması oldukça kolay olmasına rağmen sayıda fakörlere bağlıdır. Kosyako (96) kullanılabileceğini bildirmişir: S () değerinin bulunması oldukça zordur e çok değerinin bulunmasında aşağıdaki eşiliğin Eşilike; e (on/ha); k oprak özelliklerine yıkanması gereken uzların mikar e karakerlerine bağlı kasayıdır. S S k S hesaplanması isenen oprak derinliğindeki yıkamadan önceki e sonraki uz mikarı B. Olasılık Modeller. Bu grup modeller çok sayıda yıkama denemeleri sonuçlarının isaisiksel analizleri sonucundan elde edilirler (Reee e ark. 955; Morozo 956; Volobue 959 975; Panin 96; Haydaro 985) e genel olarak deneysel modeller olarak adlandırılırlar. Bu modellerden ıslah çalışmalarında en çok kullanılanları sırasıyla aşağıda erilmişir (Reee e ark.955; Volobue 959; Panin968; Aydaro 985: R S 3 5 S 4 S lg S h R yıkanacak oprak derinliği (m); S S 3k lg S S lg S h Eşilike; e S yıkamadan önceki e sonraki oralama uz konsanrasyonu (g/l eya %); arla kapasiesi (m 3 /ha) ; e k oprakların uz erkiplerine e eksürüne bağlı olan deneysek kasayılardır. Azerbaycan ın uzlu opraklarında pek çok sayıda yapılan arla e laborauar denemeleri ile hesaplanmışır (Volobue 959). Her iki grup modelde de genellikle sabi bir kasayı ( k eya gibi) ardır ki onlar da oprağın e uzun () (3) kasayısının (R=mere için) değerleri Ora Asya e özelliklerine bağlıdır. Bu sabi kasayılar opraka su-uz arasında oluşan çeşili ilişkileri uzların oprak kamanlarında dağılımını e oprağın (mekanik e fiziksel-kimyasal) özelliklerini göz önüne almamakadır. Bu sebeplerden dolayı söz konusu modellerin yıkamada uygulanabilmesi sadece bu eşiliklerin ıslahı yapılacak oprak şarlarında kullanılması ile mümkün olacakır. C. Teorik Modeller. Bu grup modeller Jeokimyasal e Hidrodinamik meo e prensiplere dayanarak elde edilirler. Çok sayıdaki laborauar e arazi araşırmaları eorik incelemeler e bilimsel edebiya sonuçları gösermişir ki çözünmüş uzların opraklardan yıkanmasını Pison harekei olayı (A e B grup modellerde olduğu) gibi ele almak doğru değildir. Topraka su e uzların harekei bileşik fiziki-kimyasal işlem olarak: uzların oprakaki (sulama e yeralı suları da dahil) mikarına e dağılımına
F.Mikayilsoy (4) / Toprak Bilimi e Biki Besleme Dergisi () 33-37 gözeneklerin karakerlerine (abia e nieliğinden) gözeneklerdeki suyun hareke hızına çözünmüş uzların moleküler difüzyon e konekif dispersiyonuna oprağın sıı e kaı fazları arasında oluşan iyon alışerişine e başka pek çok sayıda fakörlere bağlıdır. Demek ki uzlu oprakların ıslahının daha deaylı olarak bilimsel yönden incelenmesi eorik modellerin emelleşirilmesi ancak gözenekli oramda madde aşınım mekanizmalarının daha derin araşırılması ile belirlenebilir. Bu gün oprak biliminde oraya çıkan ıslah problemlerini çözmek maemaiksel modelleme kullanmadan mümkün değildir. Bu amaçla biz uzlu oprakların ıslahında kullanılacak yıkama suyu mikarını e zamanını belirlemede eorik meolar kullanarak inceleyeceğiz. Teorik modeller 5. li yıllardan beri uzlu oprakların ıslahı için gerekli su mikarının e yıkama zamanının belirlenmesi için jeokimyasal-hidrodinamik yönemlerin kullanımı ile ilgili araşırmalar yapılmakadır. Tuzların çözünmesini e aşınımını ifade eden kısmı üreli diferansiyel denklemlerin çeşili şarlardaki çözümüne dayanarak yıkama suyunu ayin edecek çok sayıda eorik modeller elde edilmişir e yıkama zamanını (Brenner 96; Aeryano 978; Verigin 979; an Genuchen 98; Bresler e ark.98; Mikayilo 7; an Genuchen e Wierenga 99; Pachepsky 99; Jury e ark. 99). Genel olarak bu modellerin maemaiksel şekli kapalı fonksiyon olarak şu şekilde yazılabilir; (4) Eşilike; derinliği(m); m R R m yıkanması gereken oprak derinliğinde oralama ekin porozie (%); ( R) parameresinin değeri aşağıdaki konekif difüzyon denkleminin C C C b b D C x x 35 b k C b R yıkanacak oprak ( C C) uzlu oprakların yıkanması sürecini en uygun ifade eden başlangıç e sınır koşulları için bulunmuş oralama inegral çözümünü (Mikayilo 985; 986; 989; 997) yani: (6) S S R R D k S S S kullanılarak; ) oprağın daha fazla homojen eya daha fazla heerojen yapıda ) aban suyunun oprak yüzeyine yakın eya daha derinde 3) oprakaki uzların yıkanmasının: kolay ora e zor olmasına bağlı olarak çeşili eşiliklerden bulunabilir. Örneğin aşağıdaki eşiliken (Mikailo ); S sin sin S a exp a S S a faydalanarak; aban suyunun oprak yüzeyine yakın olduğu durumda e oprakaki kolay çözünebilen uzların daha fazla olduğu şarlarda uygulanacak yıkama suyunun mikarını e yıkanma zamanını hesaplayabiliriz; Burada S e L S S sin sin exp ln ln h S S ah S oprağın L 4D h ah a R a (9) L L R kamanının yıkamadan önce başlangıçaki e yıkamadan sonra kabul edilebilir oralama uzluluğu (uza olerans seiyesi) (%); S oprağın hacimsel nemi (%); L /4 Pekle parameresi; T (5) (7) (8) yıkama suyunun konsanrasyonu (%); D D m konekif difüzyon parameresi (m /s); Dm moleküler difüzyon parameresi (m /s); hidrodinamik-dispersiyon parameresi (m); gözeneklerdeki çözelinin infilrasyon hızı (m/s); zaman (s); L aban suyu derinliği (m); R yıkanacak oprak derinliği (m); h ransendenal cgh h denkleminin köküdür.
F.Mikayilsoy (4) / Toprak Bilimi e Biki Besleme Dergisi () 33-37 Tablo. Farklı değerleri için cgh h denkleminin kökleri 5 575 5 868 5 86 35 947 5 8 5 8757 5 843 35 969 75 75 75 883 75 879 375 99 3 893 95 3 5 3464 5 8974 5 95 35 33 5 3779 5 944 5 985 35 53 75 465 75 9 75 9 375 74 438 978 5 3 94 5 4573 5 944 5 86 35 5 5 48 5 938 5 8 35 35 75 55 75 937 75 5 375 54 3 58 3 943 3 83 33 74 35 54 35 949 35 4 335 93 35 559 35 955 35 45 335 375 5766 375 969 375 75 3375 3 4 593 4 9665 4 36 34 5 45 69 45 97 45 335 345 68 45 644 45 9776 45 365 345 87 475 639 475 983 475 394 3475 35 5 6533 5 988 5 4 35 33 55 6669 55 9934 55 45 355 34 55 68 55 9985 55 478 355 358 575 698 575 35 575 56 3575 375 6 75 6 84 6 533 36 393 65 77 65 3 65 56 365 4 65 785 65 8 65 586 365 47 675 7397 675 7 675 6 3675 443 7 756 7 7 7 638 37 46 75 76 75 38 75 664 375 476 75 774 75 36 75 689 375 49 775 783 775 46 775 74 3775 58 8 79 8 449 8 738 38 54 85 85 85 49 85 763 385 54 85 897 85 53 85 787 385 556 875 887 875 573 875 8 3875 57 9 874 9 64 9 834 39 586 95 8359 95 653 95 857 395 6 95 8443 95 69 95 88 395 66 975 854 975 73 975 9 3975 63 863 769 3 95 4 646 Sonuç e öneriler (7) e (8) nolu eşilikler kullanılarak yıkama sonucunda başlangıçaki uzluluğun S isenen uzluluk değerine S ulaşması için gerekli yıkama suyu mikarı e yıkama süresi bulunabilir. Bunun için modelde yer alan D S S S S R paramerelerinin önceden laborauar e arla denemeleri ile bulunmuş olması gerekir. 36
Kaynaklar F.Mikayilsoy (4) / Toprak Bilimi e Biki Besleme Dergisi () 33-37 Aydaro IP 985. Regulaion of waer and sal and nurien regime of irrigaed land. Moskoa. Agropromizda 9 p. Aeryano SF 978. Sulanan Toprakların Tuzlaşması ile Mücadele (Rusça) Moskoa 3 s. Beybudo AK 977. Kür-Araz Oasının Tuzlu Topraklarının Islahının Tecrübe Esasları Bakü 8 s. Brenner H 96. The diffusion model of longiudinal mixing in beds of finie lengh. umerical alues. Chem. Eng. Sci. 7: 9 43. Bresler E Mc eal B Carer DL 98. Saline and Sodic Soils. Principle-dynamics- modelling Springer-Werlag. Berlin Heidelberg ew York 96 s. Juri WA Gardner WR Gardner WH 99. Soil Physics. ew York. 38 p. Kosyako A 96. Fundamenals of he Reclamaion Selhozizda Moscow 6 p. Koda VA 973. Principles of Pedology [in Russian] - ols Moskoa 9 p. Lal R Sewar BA 99. Soil degradaion. Adance in Soil Science : 5-79. Mikayilo FD Acar B Tufan İ 998. Tuzlu Toprakların Islahında Maemaiksel Meoların Kullanılması. '' Doğu Anadolu Tarım Kongresi Cil: II s. 46 466 (4 8 Eylül 998 Erzurum) Mikaylio FD 7. Deerminaion of Sal-Transpor Model Parameers for Leaching of Sauraed Superficially Saled Soils. Eurasian Soil Science 4(5): 544 554. Mikailsoy FD Pachepsky YA. Aerage concenraion of soluble sals in leached soils inferred from he coneciedispersie equaion. Irrigaion Science 8(5): 43 434. Mikayilo FD. The analysis of he soluion of equaions conecie diffusion and sols. Eurasian Soil Science 48(4): 48 45. Pachepskii Ya A 99. Mahemaical Models of Physicochemical Processes in Soils auka Moscow [in Russian]. Panin PS 968. Processes reurns in sal leached soil sraa. oosibirsk.: auka 968. - 33. Reee RC Pillsbury AF Wilcox LV 955. Reclamaion of a saline and high boron soil in he Coachella Valley of California Hilgardia 4(4): 69 9 Rowell DL 994. Soil Science. Mehods and Applicaions. Longman Scienific and Technical pp: 77-79. an Genuchen MTh 98. Analyical soluions for chemical ranspor wih simulaneous adsorpion zero-order producion and firs-order decay J. of Hydrology 49: 3-33. Verigin 979. Toprakların e Taban Sularının Tuz Rejiminin Tahminin Meoları(Rusça) Moskoa 336 s. Volobue VR 948. Tuzlu Toprakların Yıkanması. Bakü 47 s. (Rusça) Volobue VR 959. Tuzlu Toprakların Islahı. Moskoa Hidroeknika e Meliorasiya : 8-34 (Rusça) Volobue VR 975. Tuzlu Toprakların Yıkanmasının Hesaplanması Moskoa 8 s. (Rusça). Volobue VR 983. Regulariies of sal leaching from soıl. Hydraulic Engineering and Land Reclamaion 7: 66-68. 37