Sulama yönetimi ve planlama

• Toprakta suyun varlığı birçok açıdan önemlidir:

• Tohumların çimlenmesi ve büyümesi için gerekli nemi sağlar;

• Toprağın ve çevrenin sıcaklığını azaltır;

• Yüzeyde biriken tuzların seyreltilmesi ve yıkanmasına yardımcı olur;

• Toprağın tava gelmesini sağlayarak toprak işlemeye yardımcı olur;

• Sulamalar, yağış olmadığında bile bitkilerin büyümesine yardımcı olur.

Topraktaki suyun çoğu yağışlardan veya yeraltı sularından gelir. Çoğu zaman mevcut nem, arazilerin başarılı bir şekilde tarımsal olarak kullanılması için yeterli değildir ve tarımsal üretimi sağlamak için, su açığı sulama yoluyla giderilir. Bazen tam olarak gerekli miktarda suyu sağlamak zor olabilir. Bunun sonucunda toprağın suya doyması gibi çeşitli sorunlar ortaya çıkar ve bu durum fazla suyun bitkilere zarar vermesine neden olur. Bu sorunu aşmak için, doğal drenaj yoksa drenaj sistemleri kullanılır [1]. Toprakta optimum miktarda su tutmak, sulama ve drenaj arasında denge kurmak anlamına gelir.

Bitkinin ihtiyacına göre optimum anda sulamaya başlamak bir sulama uygulamasının en önemli noktalarından birisidir. Sulama zamanı, sulama sisteminin çeşidi başta olmak üzere birçok faktörün bir fonksiyonu olarak belirlenir. Su dağıtımının kesintili ve üreticilerin talepleri üzerine belirlendiği yerel sulama sistemlerinde, optimum zaman, ürün tarlasında yapılan gözlemlere ve ölçümlere dayanarak sulanan üründen sorumlu üretici tarafından belirlenir. Çok büyük sulama sistemleri içinse ilgili sistemi koordine eden teknik sulama danışma merkezi tarafından belirlenir.

Bitki örtüsü veya sulama kampanyasının başlangıcı sırasında sezonun ilk sulama uygulamasının zamanının belirlenmesi, toprağın su içeriği ile güçlü bir korelasyon içinde yapılır ve sulama sisteminin türüne bağlı değildir. Sulama için optimum anı belirlemek için, yaklaşık yöntemler (ampirik) ve daha kesin (bilimsel verileri kullanan) yöntemler vardır.

Sulama Uygulama Zamanlamasının Belirlenmesinde Kullanılan Ampirik Yöntemler

Belirli bir ürünün sulamaya başlamak için ideal zamanın ampirik olarak belirlenmesi ya bitkinin vejetasyon aşamalarına ya da bazı morfolojik göstergelerinin analizine dayanır.

Fenolojik aşamaları temel alan ilk yöntem, kritik aşamalar olarak adlandırılan bazı vejetasyon aşamalarında her bitki için su ihtiyacının daha yüksek olduğunu dikkate alır [2]. Örneğin:

• Buğday için su ihtiyacına yönelik kritik aşamalar çiçek açma (çift sırt), terminal başakçık, sap uzaması, baş yapma ve olgunlaşmadır;

• Mısır için: 6 – 8 yaprak, çekirdek gelişimi, tane dolgusu;

• Şeker pancarı için: Yaprak gelişimi, köklerin kalınlaşması, şeker birikimi.

Kritik gelişme dönemlerinde bitkinin durumunun doğrudan toprak nemine bağlı olduğu bilindiğinden, bu aşamalardan kısa bir süre önce bitkiye su verilmesini öngören bir sulama planı yapmak, tüm bitkinin 2-3 gün içerisinde sulanabilmesi koşuluyla, mantıklı bir karar gibi görünmektedir.

Ölçüm yapılmadan sadece gözlemlere dayanmasına rağmen bu teknik, sulama programının sıkı kriterlerle belirlendiği tarlalarla karşılaştırılabilir bir üretim elde etme avantajına sahiptir. Dezavantajları, artan su kullanımı, işçilik ve ilgili ekipmanlarla ilgilidir.

Bitkilerin su noksanlığından kaynaklanan genel durumlarının (turgor kaybı, yaprak renginin değişmesi, çiçek dökülmesi vb.) gözlenmesine dayalı sulama programı oluşturmak verimli değildir. Çünkü bu değişiklikler gözlendiğinde bitkiler zaten zarar görmüş olurlar ve bu durum ürünün verimini ve kalitesini etkiler.

Sulama Programını Oluşturmanın Bilimsel Yöntemleri

Sulama programını belirlemenin bilimsel yolu, toprak nemi ve su tutma kapasitesinin ölçülmesinden, bitkinin bazı fizyolojik endekslerinden veya ortalama günlük su ihtiyacından elde edilen bilgilere dayanır [1,2].

Su içeriğinin hassas, hızlı ve düşük maliyetle ölçülebildiği durumlarda sulama programının toprak nemine göre oluşturulması akılcı bir yöntemdir. Toprağın su içeriği termal, elektromekanik, nötronik vb. farklı yöntemlerle belirlenebilir. Bunun için ürün yüzeyine veya sulanan bitkinin kapladığı yüzeye eşit olan bazı kontrol alanları oluşturulur.

Toprak tansiyometrelerinin teknik ve işlevsel parametrelerinin incelenmesi

Toprağın nemini belirlemek için iki tür yöntem kullanılabilir:

1.Toprağın belirli bir hacmindeki su yüzdesinin ölçümünü temsil eden hacimsel ölçümler;

2.Topraktaki suyu tutmak için gerekli fiziksel kuvvet anlamına gelen toprak su gerilimini ölçen tansiometrik ölçümler. Topraktaki su gerilimi santibar ( cbar ) veya kilopaskal ( kPa ) cinsinden ölçülür.

Sulama yapılan tarlalarda, emiş gücü, tansiyometre ile vurgulanabilir. Tansiyometre (Şekil 1), gözenekli bir kapla su dolu, bitki kök bölgesine yerleştirilen ve tarla koşullarında toprağın su moleküllerini emiş gücünü bir vakum ölçer yardımıyla ölçen aletlerdir. Tansiyometreler, bitkilerin kolayca erişebildiği nem aralığında toprakta nem geriliminin hassas bir şekilde belirlenmesini sağlayarak çalışır.

Granül matris sensörü olarak da bilinen Filigran sensörü (Şekil 2), özenle seçilmiş malzemelerin bir kombinasyonu yoluyla emilen su miktarını algılar. Bu karışım tuzluluk gibi farklı çevresel faktörlere karşı sensör için tampon görevi görür ve uzun ömürlüdür. Filigran sensörlerinden alınan ölçümler, bir gerilim ölçerin ölçebileceği seviyelere karşılık gelecek şekilde kalibre edilir. Bakım gerektirmezler, tahmini kullanım ömürleri 5 yıldan fazladır ve tansiyometrelerle karşılaştırıldığında her zaman sahada bakımı yapılabilir. Filigran sensörleri, verileri veya IoT cihazlarını kaydetmek için uygundur ve okumak için minimum miktarda operasyonel güç gerektirir.

Tablo 1. Her sensörün genel özellikleri.

Şekil 3'teki okumalar, irrometre veya filigran sensörleri için aşağıdaki şekilde temel kılavuz olarak kullanılır:

• 0 ila 30 santibar aralığında, toprak nemi uygundur (kuruyan iri kumlar hariç).

• Çoğu toprakta sulama için gerekli aralık 30-60 santibardır.

• Ağır killi topraklarda sulama için gerekli aralık 60-100 santibardır.

• 100-200 santibarlık basınç toprağın şiddetli derecede kuru olduğu anlamına gelir.

Geniş kapsamlı genel önerilerin ötesinde, verilere dayanarak daha kesin sulama eşikleri belirlemek ve sulanacak bitki türlerinin kök sistemindeki değişimleri resmetmek önemlidir. Verilerin doğru yorumunu yapabilmek için birkaç temel fikri anlamak büyük önem taşır:

• Suyla doymuş toprağın drene olduktan sonra toprak gözeneklerinin tamamında tutulan su miktarı tarla kapasitesi olarak tanımlanır.

• Bitkinin topraktan su alamadığı ve bu nedenle solmaya başladığı noktada toprakta tutulan su miktarına solma katsayısı denir. Standart normal değeri 1500 kPa’dır.

• Tarla kapasitesi ile solma noktası arasında tutulan toprak nemi, o toprak derinliği için kullanılabilir su kapasitesi olarak değerlendirilir.

• Sulama dönemi boyunca bitkinin potansiyel ihtiyacını karşılamak için gerekenden daha az olacak şekilde sulama suyunun yönetildiği veya uygulandığı durumlar kısıntılı sulama olarak tanımlanır.

Eşiklerin seçimi

Eşikler, izin verilen tüketimi kontrol etmek amacıyla üst ve alt sınırları belirleyen kriterlerdir. Bu aralık toprağın tipine, yetiştirilen bitki türüne, bitkilerin gelişme durumuna ve yetiştiricilikte kullanılan kültürel uygulamalara bağlıdır; ancak makul bir başlangıç noktası, mevcut su tüketimini sırasıyla ıslak ve kuru %10 ile %40 arasında düzenlemektir.

Her toprak tipi, su tutma kapasitesinin farklı olması nedeniyle değişken bir stres aralığına sahiptir, dolayısıyla kullanılabilir su miktarı her toprak tipine göre değişir. Bir örnekle; 84 santibar toprak su gerilimi, tın bünyede %50 tüketimi ve kumlu tında 40 santibarı temsil eder. Bu etkileşimler, aynı zamanda doğru eşik değerlerinin seçilmesi için bir kılavuz görevi gören Şekil 4'te gösterilen grafikte grafiksel olarak temsil edilmektedir.

Bu tabloya dayanarak, Cambridge Üniversitesi tarafından oluşturulan bir hesaplayıcıya çevrimiçi olarak erişilebilir. Burada bir toprak tipi seçilerek kabul edilebilir bir su akışı seviyesi girilir ve ardından sulamanın tavsiye edilip edilmediğini belirlemek için sensör okumaları girilir. Farklı bölgelerdeki topraklar hakkında bilgi sağlayan benzer hesaplayıcıları uygulama olarak bulmak mümkündür.

Şekil 4'teki grafik, toprak su gerilimi ile kullanılabilir su tüketimi arasındaki bağlantıyı göstermektedir. Kullanılacak grafikteki alanı en yakından yansıtan toprak tipi seçilmelidir. Toprak tipi eğrisi ve "toprak su gerilimi" etiketli sol eksen, UD referans değerini elde etmek için %10 kullanılabilir su tükenmesinde (mavi/yeşil sınırla gösterilmiştir) dikey olarak bağlanmıştır. Alt (daha ıslak) eşik çizgisi buna göre belirlenecektir. Bu değer, bu tın bünyeli (loam) toprak örneğinde (mavi okla gösterilmiştir) 23 olacaktır.

Sonra, toprak tipi eğrisinden %50 kullanılabilir su tüketimi kadar dikey bir çizgi (yeşil/kahverengi sınırla gösterilmiştir) ve ardından DRY referans değerine ulaşmak için sol eksen boyunca toprak su gerilimini belirten yatay bir çizgi oluşturulur. Bunun sonucu daha yüksek bir eşik çizgisi olacaktır. Bu değer, bu tın toprak örneğinde 84 olacaktır (kahverengi okla gösterildiği gibi). %50 eşiğinin genel bir öneri olduğuna dikkat etmek gerekir. Normal tüketim eşikleri %30 ile %50 arasında değişirken, sulama başına daha az su kullanan sulama teknikleri (merkez pivotlar gibi) %30 ile %40 aralığını tercih eder. En iyi öneriler için tarımsal uzmanlık ve bilgi gereklidir.

Tansiyometre türleri

Hassas toprak nemi izleme için endüstri standardı, çiftçilere sulama planlaması için toprak nemini ölçmenin düşük maliyetli ve güvenilir bir yolunu sunan Irrometre tansiyometresidir (Şekil 1). Irrometreler tuzluluktan etkilenmez ve gerçek bir toprak su potansiyeli ölçümü sunduğu için yerinde kalibrasyon gerektirmez. Belirli bir bitkinin etkili kök derinliğine bağlı olarak, 6", 12", 18", 24", 36" veya 48" uzunluklarında farklı versiyonları bulunabilir. Talep edilirse daha fazla uzunluk mevcuttur.

Orta ila ağır topraklarda kullanım için tercih edilen alet "SR" serisi Irrometredir. Cihaz, bir hazne ile birlikte havasız bir ölçüm odası ve değiştirilebilir dişli bir uca sahiptir. Üreticilerin sulama etkinliğini artırmalarına yardımcı olmak için ilk olarak 1951 yılında geliştirilmiştir. Bu cihaz toprağın türü ne olursa olsun, kullanıcıya toprak nem durumu hakkında kesin bilgi verir. Cihaz, toprak su gerilimini ölçmek için santibar (cb) veya kilopaskal (kPa) kullanır. Belirtilen değer, bir bitkinin kök sisteminin yerden su çekmek için harcadığı gücü yansıtır. Toprak nem aktivitesini anlamaya, kullanıcının sulama sistemlerini akıllıca planlamasına, çıktıyı ve kaliteyi artırırken su, gübre, işçilik ve enerjiden tasarruf etmesine olanak tanır.

Operasyonel yöntem: Irrometre, toprağın su gerilimini ölçen tansiyometreye benzer şekilde çalışır. Bitki ihtiyaç duyduğu suyu alırken toprağa bir gerilim uygular. Bu kuvveti ölçmek için santibar (cb) veya kilopaskal (kPa) gerilim kullanılır; yüksek bir değer ölçeğin kuru ucunu, düşük bir okuma ise ıslak ucu belirtir.

Sıvı ile dolu, gözenekli seramik uçlu ve vakum göstergeli kapalı bir tüp, İrrometre tansiyometresini oluşturur. Uçlar, kurulum sırasında kök bölgesinin belirtilen derinliğinde toprağa yerleştirilir. Toprak kuruduğunda (gerilim arttığında) sıvı aletten çekilir. Sonuç olarak, sıvı hacmi azalır ve göstergede kaydedilen kısmi bir vakum oluşur. Toprak kurudukça gösterge ölçümü artar. Bu işlem sulama veya yağışla tersine çevrilir. Daha düşük gösterge okumaları, suyun toprağa (ve İrometreye ) geri akması sırasında toprağa ve alete yayılan gerilimin sonucudur. Alet aslında köklerin ne kadar sıkı çalıştığını göstermektedir. Çeşitli toprak tiplerine ait farklı çalışma koşulları altında irometrenin benzersiz çalışma prensibi aslında aletin kalibrasyona gerek duymadığının göstergesidir. Ürünler ister kumlu isterse killi toprağa ekilsin, kökler 50 cb (kPa) okumasına göre aynı miktarda nemi uzaklaştırırlar.

Uygulamalar SR irometreler kullanılarak farklı toprak tiplerinin birçoğunda toprak nem durumunun manuel değerlendirilmesini ve izlenmesini içerir. İsteğe bağlı elektronik çıktı ve veri kaydı yeteneklerine sahip ölçüm ve izleme cihazları otomize edilebilirler. Modelin geleneksel vakum göstergesi yerine, uygun toprak nemi gerilim seviyelerinde yardımcı ekipmanı açabilen elektronik ölçüm alternatifleri veya otomatik anahtarlama cihazları kullanılabilir. Basit saha bakımı için SR modeli değiştirilebilir bir uç kullanır. Tarla bitkileri, meyve ağaçları ve çapa bitkileri gibi ürünlerde yaygın kullanım için tasarlanmıştır.

Düşük gerilim (LT) İrometresi, 30 cb'den (kPa) daha büyük gerilimlerin nadiren beklendiği koşullar için üretilmiştir. Kaba bünyeli topraklarda, toprak olmayan kap ortamlarında veya toprağın su durumundaki ani değişiklikleri takip etmenin önemli olduğu durumlarda en iyi sonucu verir. Cihazda bir rezervuar, havasız bir ölçüm odası ve Quick-Flo yedek dişli ucu bulunur.

Turba, ağaç kabuğu, kum, perlit ve vermikülit gibi kap ortamları için LT modeli en iyi seçenektir. Nem, tarla su kapasitesine yakın olarak düzenlendiğinde herhangi bir toprakta da kullanılabilir [1].

"MLT" (Minyatür Düşük Gerilim) irometre, daha önce sözü edilen "LT" çeşidi ile karşılaştırılabilir kullanımlar için yapılmıştır. Alet, topraksız yetiştiricilik ve kum oranı çok yüksek olan topraklara yönelik ortamlarla birlikte kullanıldığında en iyi sonucu verir. Küçük boyutu ve değiştirilebilir "Quick-Flo" ucu nedeniyle sera uygulamaları için en iyi seçenektir.

Kaynaklar

1. Finkel, H.J. ed. CRC Handbook of Irrigation Technology, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, USA, 2018.

2. Dobriyal, P., Qureshi, A., Badola, R., Hussain, S.A., A review of the methods available for estimating soil moisture and its implications for water resource management, Journal of Hydrology, 2012, 458-459, 110-117, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.06.021.