Damla sulama

Giriş

Geleneksel yüzey sulama yöntemleri verimli olmadığından bitkilerin su ihtiyacını karşılamak ve verimliliği artırmak amacıyla yeni sulama teknolojileri geliştirilmiştir. Basınçlı sulamaya dayanan bu yöntemlerden biri de damlama sulamadır. Bu yöntem, bitki kök bölgesine yakın toprağa suyun yavaş akışıyla çalışır. Teknoloji, farklı toprak türlerine ve farklı eğimlerdeki arazilere kolaylıkla uyarlanabilmektedir. Suyun yalnızca bitkilerin kök bölgesine dağılması nedeniyle oldukça etkili bir yöntemdir [1-4].

Damla sulama aynı zamanda su arıtma tesisi ile birlikte kullanılma imkanı da sunmaktadır. İhtiyaç duyulan su miktarı diğer teknolojilere göre %50'ye kadar daha düşüktür, bu da yabancı ot gelişimini de sınırlandırır. Sistem gübre uygulamak için de kullanılabilir, bu durumda kullanılan tekniğe fertigasyon adı verilir [1-5].

Temel prensip

Su, içerisinde suyun dolaştığı bir dağıtıcı boru sistemi içerisinden geçerek, sirkülasyon boruları üzerinde farklı mesafelerde bulunan bazı özel yavaş salınımlı cihazlar vasıtasıyla toprağa ulaşmaktadır (Şekil 1). Bu sayede bitki köklerine su verimli şekilde uygulanmış olur, buharlaşma ve drenaj problemi sınırlanır. Damla sulamanın çok önemli bir parçası suya yönelik filtre sistemidir ve bu sayede tıkanma olmadan akışı sağlar. Su uygulamasının debisi küçük olduğundan sulama diğer yöntemlere göre daha sık yapılmaktadır [5].

Tipik bir damla sulama sistemi, boru sistemi aracılığıyla iletilecek su için doğru basıncı sağlayan bir pompa, filtreleme sisteminden oluşan bir kontrol başlığı, bir su ölçüm sistemi ve basıncı düzenleyen bir valf sisteminden oluşur. Bazılarında ayrıca, daha sonra değineceğimiz gibi, gübre için bir tank, suyu tarlaya yönlendiren ana hatlar, alt ana hatlar ve lateraller ve bitkilere su deşarjını kontrol etmek için kullanılan bazı cihazlar olan damlatıcılar da bulunabilir. Yayıcılar arasındaki mesafe, ürün türüne bağlıdır ve tarladaki bitkilerin aralığına göre belirlenir. Bir damla sulama sisteminin şematik gösterimi Şekil 2'de verilmiştir.

Damlatıcılar, sulama sisteminin önemli bir parçası olup bitkilere iletilen su miktarının yanı sıra akış hızını da kontrol eder [5]. Yanal bağlantılarına bağlı olarak iki büyük kategoriye ayrılabilirler (Şekil 3):

1. Lateral üzerine geçik (on-line) damlatıcılar, çoğunlukla bahçelerde, meyve ağaçlarında ve bazen de saksı içi sulama için kullanılan yan boruların üzerinde bulunur; farklı çap boyutlarına (12 ila 22 mm) sahip olabilirler ve genellikle elle delinerek polietilen boruların üzerine monte edilirler.

Basıncı dağıtmak için kullanılan mekanizmaya bağlı olarak (Şekil 4), yayıcılar şunlar olabilir:

- uzun yollu yayıcılar – bir merkez nokta etrafında dönen uzun su yollarına sahip büyük boyutlu yayıcılar. Laminer bir akışla karakterize edilirler

- kısa yollu yayıcılar – su yolu daha kısadır ve bu yayıcılar küçük basınçlı sistemlerde iyi çalışarak suyun yerçekimi nedeniyle düşmesine olanak sağlar

- türbülanslı akış yayıcılar - uzun veya kısa akış yollarına sahip olabilirler ancak akış rejimi türbülanslı olduğu için büyük kesitlere sahiptirler.

- girdap yayıcılar - su, dairesel bir akış üreten yuvarlak bir hücreden akar ve böylece basınç azalır, akış düşüşlerinin hızı azalır. Dairesel hareket, suyun dış duvara teğetsel olarak girerek girdap oluşturan hızlı bir dönüş hareketi oluşturması nedeniyle gerçekleşir. Bu yüzden ona girdap yayıcı denir. Bu konfigürasyon büyük açıklıkların kullanılmasına olanak sağlar; böylece sistem tıkanmaya daha az duyarlı olur

- diyaframlı emitörler – bu emitörler, akışı ve basıncı azaltan, bazen delikli, esnek bir diyafram kullanır. Dezavantajı ise membranın zamanla bozulabilmesidir.

- ayarlanabilir akışlı emitörler - tasarım açısından kısa yollu damlatıcılara benzerler ve diğer tiplere göre daha yüksek bir akış hızına izin verirler

- mekanik yayıcılar – suyla dolan ve daha sonra belirli zamanlarda suyu serbest bırakan bir hazne kullanırlar

2. Laterale boyuna geçik (In-line) damlatıcılar , Yanal hatların gerçek bir parçasıdır. Bu damlatıcılar farklı ürünlerin olduğu, meyve bahçelerinin yoğun olduğu, yer altı sulamaları gibi bitki yoğunluğunun fazla olduğu arazilerde kullanılır. Fabrikadan belirli akış hızları ve salınım aralıklarıyla gelirler.

- düşük yoğunluklu polietilen borular (LDPE) – bu tip borular en pahalı ama aynı zamanda en profesyonel olanıdır; silindirik bir şekle sahiptirler ve damlama hatlarının içinde bulunurlar (Şekil 4 c).

- düz LDPE – taşıma sırasında yerden tasarruf etmek için bazen borular düz veya oval şekilde gelir. Bu damlatıcıların profilleri küçük olduğundan akışı etkilemezler.

- damlama bandı – geniş alanlarda, çoğunlukla tarla bitkileri için kullanılır ve ayrıca yer altı damlama hatlarında da kullanılabilir.

Damlatıcılar farklı boyutlarda olmalıdır çünkü bitkilerin su gereksinimleri birçok faktöre bağlı olarak (vejetasyon, iklim, toprak) değişebilir. Bu parametrelerin dışında damlatıcıların aralıkları, boru sisteminin uzunluğu, arazi topoğrafyası ve bitki aralıkları da dikkate alınmalıdır. Bu gerçekler göz önünde bulundurularak damlatıcıların türü en uygun şekilde seçilebilir.

Tüm damlatıcıların basıncı düzenleyebilmesine rağmen başka bir sınıflandırma daha vardır:

1. basınç dengeleyici damlatıcılar – bunlar geniş bir su basıncı aralığında suyu eşit oranda tahliye edebilen damlatıcılardır. Diyafram yayıcılar bu kategoriye girer. Basınç değeri arttıkça silikon membran akış kesitini kısıtlar. Bu tip emitör, yüksek kot farkı olduğunda (>0,5 m) veya uzun damlama boruları kullanıldığında kullanışlıdır.

2. Denge sağlayamayan damlatıcılar – su basıncı değiştiğinde, basıncı dengeleyen damlatıcıların yaptığı gibi denge sağlayamazlar.

Damla sulama teknolojisi çoğu ürüne yüksek performansla uygulanabilmektedir. Sistemdeki basıncı ve su akışını sağlamak için yerden belli bir yüksekliğe yerleştirilen bir su deposu kullanılarak basit bir damlama sistemi gerçekleştirilebilir. Su önce filtrelenerek ana hatta, ardından basit PVC boruları veya bambu gibi diğer yerel malzemelerle yapılabilecek ikincil hatlara ulaşır. Akış bir vana ile düzenlenir. Küçük işletmeler için maliyetler nispeten düşükken, endüstriyel üretim yapan büyük işletmeler için çok daha pahalı sistemlere ihtiyaç duyulabilmektedir. Bakım zorunludur; Toprak parçacıklarının sisteme girip sistemi tıkamaması için damlama hortumları yerden kaldırılmalıdır. Tıkanıklık yapıcı etkenleri ortadan kaldırmak için uygun su arıtma yöntemine karar vermeden önce mutlaka su analizi yapılmalıdır. Sistemin periyodik olarak yıkanması da sistemin optimum işleyişini sağlamak ve ayrıca akışı ve basıncı periyodik olarak izlemek için iyi bir yöntemdir [5].

Damlatıcıların tıkanması birçok nedeni olabilen ciddi bir sorundur:

-kum, silt, metalik pullar, plastik talaşların varlığı nedeniyle fiziksel tıkanma

-tuzların, demirin, gübrelerin vb. çökelmesi nedeniyle kimyasal tıkanma.

-Alglerin ve bakteriyel balçıkların büyümesi nedeniyle biyolojik tıkanma.

Çoğu zaman, özellikle yüzey suyu kullanıldığında, su açık rezervuarlardan pompalandığında veya tuzlu su ve gübre kullanıldığında, bu tıkanma kaynaklarının bir kombinasyonu söz konusudur. Tuzlu su, kolayca çökelebilen ve birikebilen çok sayıda katyon ve anyon içerir. Kimyasal açıdan bakıldığında, yüksek pH, yüksek iyon konsantrasyonları ve artan sertlik sorun oluşmasına uygun koşullardır.

Yeraltı Damla Sulama

Gömülü damlama borularının kullanıldığı bir damla sulama çeşidi vardır (Şekil 5). Yeraltı su seviyelerin düzenlenmesi yalnızca yeraltı su katmanın nispeten sığ (1-4 m) olduğu alanlar için uygundur. Borular veya kanallar ağı aracılığıyla harici bir kaynaktan getirilen suyun sağlanmasıyla su tablası, kılcal yükselişle bitkilerin su teminini sağlayacak şekilde yükseltilebilir. Ayrıca, atık su kullanılarak sulama için, bitkilerin kök sisteminin tabanında toprağa gömülü drenajlı veya delikli sulama hatlarına sahip bu yöntemin kullanılması önerilmektedir.

Basit damla sulamaya göre daha verimli olan yöntem, suyun buharlaşmasını ve farklı zararlıların görülme sıklığını azaltarak su tasarrufu sağlar ve bitki kök bölgesinde üniform bir ıslatma meydana getirir. Yeraltı damla sulama sistemi, iklim koşulları (kurak, yüksek sıcaklık, şiddetli rüzgar) nedeniyle su buharlaşmasının arttığı bölgelerde ve çoğunlukla kumlu tip topraklarda uygundur. Yeraltı suyunun uygulanması, toprağın su doygunluğu, göllenme, yüzey akışı ve toprak erozyonu gibi yüzey sulamayla ilgili birçok sorunu ortadan kaldırır.

Bu teknoloji her türlü ürün için uyarlanabilmesine karşın genellikle yüksek değerli sebze ürünleri, çim ve peyzaj alanları için kullanılır. Plastik malçlarla birlikte kullanılması durumunda verimi önemli ölçüde arttırdığı gösterilmiştir. Yüzey damla sulamayla karşılaştırıldığında, yer altı borularının kullanılması güneş ışığına ve onlara zarar verebilecek diğer faktörlere daha az maruz kalmalarını sağlar. Toprağın yüzeyi her zaman kuru kaldığı için bu teknik hasat tarihine çok daha yakın bir zamanda uygulanabilmekte ve bu sayede kolaylıkla yönetilebilmektedir. Bazı durumlarda (yonca) yüzey altı damla sulama da çimlenmeyi teşvik edebilir.

Yeraltı sulama sisteminin düzeni, basit damla sulama sistemine benzer. Kolay drenaj için su akışını bozabilecek sıkışan havanın tahliye edilmesi amacıyla vakum pompalı ve valfli bir sistem kullanılır. Tüpler, ürüne ve toprağın türüne bağlı olarak toprak yüzeyinin yaklaşık 12 ila 50 cm altına yerleştirilir. Sistemin yeraltına yerleştirilmesi toprağın işlenmesini de kolaylaştırır. Yayıcılar yukarıya doğru monte edilir. Damla sulamada daha önce bahsettiğimiz nedenlerden dolayı sistemin bir filtreleme ünitesine de ihtiyacı vardır.

En verimli olanı belirlemek için hem damla sulama hem de yüzey altı damla sulama yöntemleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Toprağın özelliklerine, su kullanım etkinliğine, ekim tekniklerine, sulama zamanlamasına, verimlere ve diğer parametrelere ilişkin analizler yapılmıştır. Yapılan tüm çalışmalarda yüzey altı damla sulamanın damla sulama yöntemine göre daha verimli olduğu, daha yüksek verim sağladığı, bitki kalitesinin iyileştiği, su tasarrufu (%20'ye kadar) sağladığı, su kaynaklarının az olduğu bölgelerde kullanılmasının önerildiği görülmektedir.

Fertigasyon, gübrelerin sulama amacıyla suyla birlikte kullanılmasını ifade eder. Bu sayede hem su hemde gübre bitkilere ulaşırken besin elementlerinin kaybı da daha az olmaktadır. Bu durumda, bitkinin su ihtiyacının yanı sıra, toprakta ne kadar besin olduğu ve fertigasyon için kullanılacak suda ne kadar besin olması gerektiği gibi bazı faktörlerinde dikkate alınması gerekmektedir.

Sonuçlar

Damla sulama, nispeten düşük maliyet ve az işçilik gerektiren, düzensiz şekilli tarlalarda örneğin yüzey sulamada gerektiği gibi tesviye gerektirmeden kullanılabilen, geri dönüştürülmüş su kullanabilen, su çok iyi dağıtılabilen verimli bir sulama yöntemidir. Tarlada eşit şekilde, düşük basınçta çalışır, bu da enerji maliyetlerinin azaldığı anlamına gelir ve yerel su uygulaması nedeniyle gübre kaybının azalması anlamına gelir, böylece erozyon da azalır [3-6]. Pek çok avantajına rağmen, damla sulama sistemi yüksek başlangıç maliyetleri gerektirir ve özellikle filtreleme sistemi açısından yüksek bakım gerektirir. Boru sistemi güneş ışığından etkilenerek ömrünü kısaltabilir, bu nedenle bazı durumlarda yüzey altı sulama tercih edilir.

Damla sulama, arazi yapısı bozuk olan alanlarda yüzey sulamada olduğu gibi düzeltmeye gerek kalmadan kullanılabilen, nispeten düşük maliyetler ve az iş gücü gerektiren, geri dönüştürülmüş su kullanabilen, suyu araziye homojen bir şekilde dağıtabilen, düşük basınçta çalıştığı için enerji maliyetleri az olan, lokal olarak uygulandığından gübre kaybını en aza indiren ve erozyonu da azaltan etkili bir sulama yöntemidir [3-6]. Birçok avantajına rağmen, bir damla sulama sistemi yüksek tesis maliyeti gerektirir ve özellikle filtrasyon sisteminin düzenli bakıma ihtiyacı vardır. Borular güneş ışığından etkilenebilir ve ömrü kısalabilir, bu nedenle bazı durumlarda yüzey altı sulama tercih edilir.

Kaynaklar

1. van der Kooij, S., Zwarteveen, M., Boesveld, H., Kuper, M. The efficiency of drip irrigation unpacked, Agricultural Water Management, 2013, 123, 103-110, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2013.03.014.

2. Martinez, J., Reca, J., Water use efficiency of surface drip irrigation versus an alternative subsurface drip irrigation method, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2014, 140, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000745. 

3. J.P. Venot, M. Kuper, M. Zwarteveen, Ed., Drip irrigation for agriculture, Routledge, New York, 2017.

4. Jamrey, P.K., Nigam, G.K. Performance evaluation of drip irrigation systems, The Pharma Innovation Journal, 2018, 7, 346-348.

5. Shi, K.; Lu, T.; Zheng, W.; Zhang, X.; Zhangzhong, L. A Review of the Category, Mechanism, and Controlling Methods of Chemical Clogging in Drip Irrigation System. Agriculture 2022, 12, 202. https://doi.org/10.3390/agriculture12020202. 

6. Grant, F., Sheline, C., Sokol, J., Amrose, S., Brownell, E., Nangia, V., Winter, A.G. Creating a solar-powered drip irrigation optimal performance model (SDrOP) to lower the cost of drip irrigation systems for smallholder farmers, Applied Energy, 2022, 323, 119563, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119563.