İklim değişikliği koşullarında sulama

Gereklilik ve Kapsam

Sulama, özellikle yağışların yeterli olmadığı ve toprağın su açığının olduğu dönemlerde, bitkisel ürünler için gerekli suyun yapay olarak sağlanması amacıyla yapılan işlem ve uygulamaları ifade etmektedir. Bu uygulamalar, tropik ve subtropikal bölgelerdeki kurak mevsimlerde olduğu gibi, insanların azalan yağışlardan bağımsız bir gıda kaynağına sahip olmalarına olanak tanır. Sulama basit bir prosedür gibi görünmesine karşın birçok faktörün dikkate alınması gerekir. Öncelikle su kaynaklarının mevcudiyeti çok önemlidir. Kirlilik ve tarım dışı kullanımlar nedeniyle bazen sulama için iyi bir su kaynağı bulmak zorlaşmaktadır [1]. Küresel tatlı su kaynaklarının yaklaşık %70'i sulamada kullanılmaktadır [2]. Gıda talebindeki artış nedeniyle tatlı su kaynaklarından yoğun bir su çekimi vardır. Tüm bölgeler arasında en çok sulama, nüfus yoğunluğu en yüksek olan ülkelere (Çin, Hindistan) ve ABD'ye karşılık geliyor.

Bu çerçevede sulama dahil tüm tarımsal uygulamaların iklim değişikliğine uyumlu ve iklim değişikliğine neden olmayacak şekilde düzenlenmesi gerekmektedir.

Sulama Kaynaklı İklim Değişikliği

Gıda ihtiyacını karşılamak için ya ekilebilir alan genişletiliyor ya da mevcut arazide bitkisel üretim yoğunlaştırılıyor. İkincisi, son raporlara göre sulamadan yararlanan ve üretimi en az iki kat artıran modern mahsul teknolojilerini ifade etmektedir [4,5]. Öte yandan sulamanın artmasıyla birlikte tatlı su kaynaklarının tükenmesi de artmakta ve bu ekosistemlerin biyolojik çeşitliliği olumsuz yönde etkilenmektedir.

Sulamanın iklim değişikliği üzerindeki etkisi hala tüm iklim koşullarında tam olarak bilinmemektedir ve birçok tarım alanında gözlemler yapılmamaktadır. Buharlaşma modellerine ilişkin son zamanlarda yapılan bazı analizler, bölgesel iklim değişikliklerini kanıtladı [6]. Tarımda sulamalar toprak yüzeyine yakın kısımlarda nem ve sıcaklığı değiştirmektedir. Sulamanın etkisi, tüm dünyada sulama uygulamalarının genişlemesine rağmen, neredeyse hiç incelenmemiştir. Atmosferdeki suyun buharlaşması, güneş radyasyonu, sıcaklık, hava nemi ve rüzgar gibi çeşitli faktörlere bağlıdır, atmosferdeki ekstra su miktarı, yağış deseninde ve davranışında bir değişiklik yoluyla iklimi etkiler ve ayrıca yer altındaki su kaynaklarının mevcudiyetini etkiler. Toprak seviyesindeki ısı akıları sulamadan güçlü bir şekilde etkilenir. Bu değişikliklerin ayrıca konvektif yağış üretimini etkilediğine inanılmaktadır, örneğin bazı bölgelerdeki dolu olaylarının deseninden görülebileceği gibi, bu durum zaman ve mekanda daha da uzamıştır. Genel olarak, atmosferdeki ısı ve su transferi, yoğun olarak sulanan alanlarda değişmekte, çevre üzerinde güçlü bir etkiye sahip olmakta ve iklimi değiştirmektedir. Sürdürülebilir sulama, gıda güvenliğinden başlayarak hidroklima üzerindeki etki, su kalitesi, toprak üzerindeki etki ve kullanılan enerji gibi tüm faktörleri dikkate almalıdır.

Önemli bir konu su depolamayla ilgilidir. Su talebinin artması, rezervuar, baraj gibi suyu depolayabilecek altyapıların inşasına olan ihtiyacı da artırıyor. Su çoğunlukla nehir akışından gelir, dolayısıyla tarımda kullanımı sadece ekosistemleri değil, hidroelektrik üretimini de etkileyebilir, taşkın risklerini artırabilir ve ekstra işletme maliyetleri gerektirebilir, bu nedenle su yönetimi bu konuda önemli bir konudur. Aynı zamanda iklim değişikliği nedeniyle yağışların az olması tatlı su kaynaklarını da etkiliyor ve baskı oluşturuyor.

Sulamanın yoğunlaştırılması, su döngüsüne sızan ve suyun kalitesini etkileyen pestisit ve gübrelerin kullanımının artmasına neden olur. Bu durum ekosistemi etkiler ve su kaynaklarının kalitesini etkileyen insan sağlığı açısından büyük riskler taşır. Artan buharlaşma ve terleme nedeniyle tuzlar toprak yüzeyinde yoğunlaşır, daha sonra su kütlelerine taşınır veya toprağın tuzluluğunu arttırır ve bitkileri tuzluluk stresine maruz bırakır. Toprağın tuzlanması toprağın bozulmasına ve verimliliğin azalmasına neden olur, bu da bitkilere ulaşan su miktarının topraktaki tuz birikimiyle sınırlı olması nedeniyle verimi doğrudan etkiler. Su kalitesinin daha iyi yönetilmesi vesulamadan başarılı bir sonuç elde edilebilmesi için sulamanın planlanması esnasında bu hususları da dikkate almak gerekir.

BECCS (karbon yakalama ve depolamalı biyoenerji) olarak bilinen bitkilerin durumu özel bir durumdur. Bunlar hızla büyüyen türlerdir ve bunların biyokütleleri enerji üretmek için kullanılır ve aynı zamanda atmosferden büyük miktarda karbondioksit yakalarlar. Genel olarak, büyüme sürecinin iyi bir CO₂ tutma potansiyeline sahip olduğu ve önemli miktarlarda enerji sağladığı varsayılmaktadır. Öte yandan iklim değişikliği koşullarında bu tür ürünlerin yetiştirilmesi büyük miktarda suya gereksinim duyduğundan diğer ürünlerle rekabeti güçleştirmekte ve su stresi yaratmaktadır. Biyokütle plantasyonlarının, gelecek yüzyılda, özellikle nüfus yoğunluğunun yüksek olduğu bölgelerde, topraktaki su stresini, iklim değişikliğinden daha fazla artırması beklenmektedir. Biyokütle üreten bitkilerde yoğun sulamanın olumsuz etkilerini sınırlamak için su politikalarının oluşturulması ve uygulanması gerekmektedir.

İklim Değişikliğinin Sulamaya Etkisi

Küresel ısınma nedeniyle yağış desenleri değişir ve yağmurla beslenen çok büyük bir alandaki su stresi artar. İklim değişikliği nedeniyle güçlü sıcak hava dalgaları da beklenir ve bu da ürünler üzerindeki ısı stresini artırır ve verimi azaltır. Aynı zamanda buharlaşma azalır ve atmosferik CO₂ seviyeleri artar, böylece daha sıcak bir iklimde ürünler daha fazla suya ihtiyaç duyar. Bu nedenle, iklim değişikliğine karşı en yüksek hassasiyet yağmurla beslenen ürünlerde beklenebilir.

Çalışmalar, yalnızca sulamanın iklim değişikliklerini hafifletmek için yeterli olmadığını göstermiştir. Planlı ve sıkı bir şekilde kontrol edilen sulama stratejileri bile bazı alanlarda maksimum verim artışına yol açamamıştır [7]. Genellikle, sulanan ürünler, bitkiler diğer faktörlere maruz kaldığı için potansiyel verimlerden daha düşük verim verirler ve bunlardan bazıları doğrudan iklim değişikliğiyle ilgilidir (örneğin, ısı, kuraklık ve tuzluluk stresleri), bazıları ise tüm faktörleri dikkate almayan kötü sulama yönetimi uygulamalarından kaynaklanır (örneğin, su kaynaklarının mevcudiyeti, ekonomik kısıtlamalar).

Bitkilerin su gereksinimi iklim değişikliği koşulları altında değişir. İlk olarak, bazı faktörler bitkilerin olgunluğa kadar olan büyüme aşamalarının uzunluğunu değiştirir, dolayısıyla ürün fenolojisindeki bir değişiklik su talebini değiştirerek ve verimi etkileyebilir. Bu nedenle, iklim koşullarına rağmen ürünlerin ihtiyaçlarının karşılanması için sulamanın iyi yönetilmesi gerekmektedir. Sulama yönetimine yönelik en iyi uygulamaları başka bir bölümde ele alacağız.

Sürdürülebilir Sulama

Sulamada kullanılan suyun farklı kaynakları olabilir ve duruma göre farklı yöntemler uygulanır. Temel olarak tatlı su için yer üstü kaynakları kullanılmaktadır ( örn. nehirler, göller). Bazı durumlarda atık sular sulama amacıyla kullanılabilecek şekilde arıtılıyor, hatta deniz ve okyanus suyu da aynı amaçla tuzdan arındırılabiliyor. Sulama tekniği çoğunlukla ürünlere bağlıdır, aynı zamanda enerji gereksinimlerine ve çoğunlukla maliyete bağlı diğer etkenlerde belirleyicidir. Dolayısıyla sulamanın verimliliği de farklı olacaktır; en verimlisinin damla sulama olduğu, bunu yağmurlama ve yüzey sulamanın takip ettiği rapor edilmiştir.

Bu durumdaki en büyük sorun, sulamanın çoğunun sürdürülebilir olmaması, yani su tüketiminin tatlı su rezervlerini büyük ölçüde tüketmesidir. Sürdürülebilir olmayan uygulamaların sonuçları arasında, su ekosistemleri üzerindeki olumsuz etkiler ve su ve gıda güvenliğini tehdit eden toprak ve akışların bozulması sayılabilir. Bu etkilere dayanarak, olumsuz etkileri sınırlamak ve böylece sulamanın daha sürdürülebilir olmasını sağlamak için yeni önlemler düşünülmelidir. Bu azaltım uygulamaları, bitki ıslahıyla kuraklığa dayanıklı bitkiler yaratarak su talebini azaltmayı, su kullanım verimliliğini artırmayı ve buharlaşmayı azaltarak ve su sızmasını artırarak toprak nemini korumayı içerir (örneğin, sıfır toprak işleme teknolojisi, yabani otları temizleme, sulama sistemlerinin verimliliğini artırma, sulama için tatlı su kaynaklarını desteklemek üzere yağmur suyu hasadı uygulama, sulama sistemlerini çalıştırmak için yenilenebilir enerji kaynakları kullanma).

İklim değişikliği koşullarında sürdürülebilir sulamanın uygulanması için şu anda iki yaklaşım değerlendirilmektedir:

• toprak bazlı çözümler – bunlar verimi ve mahsul verimliliğini belirleyen fiziksel faktörlerle bağlantılıdır. Bu çözümler şunları amaçlamaktadır:

  • Buharlaşmayı ve toprağın güneş ışığına maruziyetini azaltarak toprağın nemini artırmak

  • Toprakta su tutulmasını iyileştirmek

  • Bitkilerde hafif su stresi koşullarını korumak için etkili sulama teknikleri kullanmak ve sulama sistemlerini işletmek için alternatif yeşil enerji kaynakları kullanmak ve ayrıca yağmur suyunun toplanmasına odaklanan teknikleri benimsemek

  • Toprakta suyun tutulmasını geliştiren teknolojiler kullanmak

• Mahsul bazlı çözümler – bunların anlamı:

  • Bitkilerin kuraklık stresine karşı direncini arttırmak

  • Ürünlerin su verimliliğini artırmak

  • Su stresi altında daha iyi davranan ürünler tercih etmek.

Sulamanın genişletilmesi birçok düzeyi olumsuz etkileyebilir; gıda güvenliğini, çevreyi (hidroklimatik geri bildirim, su kaynakları ve kalitesi, kullanılan enerji vb.), toprağın tuzlanmasını vb. etkileyebilir.

Korumalı tarıma yönelik bir diğer sürdürülebilir seçenek, su kullanımını kontrol eden ve maksimum verimlilik için uygulama verimliliğini artıran otomatik sistemler tarafından yönetilen seralardır.

Sonuçlar

Sulama sonucunda birçok alan etkilenmiş ve bu durum su buharlaşmasındaki artış nedeniyle yağış ve sıcaklık düzeninde değişikliğe yol açmıştır. Toprak seviyesindeki daha fazla su, buharlaşma oranını artırarak o seviyedeki enerji dengesini değiştirmiş ve bu da sıcaklık gradyanlarının ve dolayısıyla atmosferdeki ısı transferinin değişmesine neden olmuştur. Yüksek sıcaklıkların etkilerini azaltmasına rağmen, sulamadan kaynaklanan nem, artan hava nemi nedeniyle daha sıcak bir iklim üretir. Bu, sulamanın hidroklimatik geri bildirimini temsil eder. Yoğun sulama, artan buharlaşma oranı nedeniyle toprakta artan tuzluluğa da neden olabilir ve toprak tuzluluğu çoğunlukla mahsuller üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Sürdürülebilir sulama sistemleri için, yukarıda belirtilen dış faktörlerle ilgili tüm yönlerin dikkate alınması gerekir. Farklı ürünler için sulama sistemleri planlanırken genellikle bitki türü ve iklim faktörleri dikkate alınır. Ancak iklim değişikliği çerçevesinde sürdürülebilir sulama uygulamalarına ulaşmak için aşağıdakiler gibi daha fazla hususun dikkate alınması gerekmektedir:

• Sulama için iklim koşulları ve su kaynakları göz önünde bulundurularak ilgili bölgeye uygun bitki türerinin yetiştirilmesi tercih edilmelidir.

• Sulanan alanlardaki hidroklimatik geri bildirime ve değişen ısı transfer modellerine daha fazla dikkat edilmelidir.

• Isı stresi ve tuzluluk stresi gibi diğer abiyotik faktörlerin etkisini göz önünde bulundurun ve mümkünse bu abiyotik strese olumlu tepki veren ürünleri tercih edin. Ürün rotasyonu ve çeşitlendirme de hafifletme önlemleri olabilir.

• Sulamanın kullanıldığı ilgili alan için uygun su depolama altyapılarını, ekosistem ve bu su kaynaklarını kullanan diğer faaliyetler üzerinde minimum etkiye sahip olacak şekilde tasarlayın.

• Sulama yapılan alanda toprakta ve suda bulunması beklenen farklı kimyasalların (örneğin pestisitler, gübreler) uygulanmasının daha iyi kontrol edilmesi gerekir.

• Ekonomik açıdan bakıldığında sulamanın maliyet etkin uygulamalar olarak değerlendirilmesi için bir tahmin yapılmalıdır.

• İklim değişikliğinin olumsuz etkilerini sulama yoluyla azaltmaya yönelik önlemlerin uygulanmasında, bireysel eylemler yerine yukarıda belirtilen faktörlerin birleşimi dikkate alınmalıdır.

Kaynaklar

1. Cai, X. Risk in Irrigation Water Supply and the Effects on Food Production, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 2005, 41(3), 679-692, https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2005.tb03763.x

2. Corinsh, G.A., Kielen, N.C. Wastewater irrigation – hazard or lifeline? Empirical results from Nairobi, Kenya and Kumasi, Ghana, in Wastewater use in irrigated agriculture: confronting the livelihood and environmental realities, 2004, pp.69-79, https://doi.org/10.1079/9780851998237.0069

3. Rosa, L. Adapting agriculture to climate change via sustainable irrigation: biophysical potentials and feedbacks. Environmental Research Letters, 2022, 17(6), 063008, https://orcid.org/0000-0002-1280-9945

4. Nocco, M.A.; Smail, R.A.; Kucharik, C.J. Observation of irrigation-induced climate change in the Midwest United States, Global Change Biology, 2019, 25(10), 1-13, https://doi.org/10.1111/gcb.14725

5. World Bank 2022 Water in agriculture available at: www.worldbank.org/en/topic/water-in-agriculture#1(Accessed March 2022)

6. Nocco, M.A.; Smail, R.A.; Kucharik, C.J. Observation of irrigation-induced climate change in the Midwest United States, Global Change Biology, 2019, 25(10), 3472-3484, https://doi.org/10.1111/gcb.14725

7. Kaini, S.; Harrison, M.T.; Gardner, T.; Nepal, S.; Sharma, A.K. The impact of climate change on the irrigation water demand, grain yield of wheat crop in Nepal, Water, 2022, 14, 2728, https://doi.org/10.3390/w14172728

8. Stenzel, F.; Greve, P.; Lucht, W.; Tramberend, S.; Wada, Y.; Gerten, D. Irrigation of biomass plantations may globally increase water stress more than climate change, Nature communications, 2021, 12, 1512, https://doi.org/10.1038/s41467-021-21640-3

9. Nikolaou, G.; Neocleous, D.; Christou, A.; Kitta, E.; Katsoulas, N. Implementing sustainable irrigation in water-scarce regions under the impact of climate change, Agronomy, 2020, 10(8), 1120, https://doi.org/10.3390/agronomy10081120