Toprak-Bitki-Su İlişkileri TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA DERSİ Toprak-Bitki-Su İlişkileri Prof.Dr.Belgin ÇAKMAK

Toprak fazları Katı (toprak taneleri) Sıvı (toprak suyu) Gaz (toprak havası) Toprak bünyesi : Toprak tanelerinin büyüklük dağılımı Kil (< 0.002 mm), C Silt (Mil) (0.002 - 0.05 mm), Si Kum (0.05-2 mm),L

Toprak bünye sınıfları S, LS, SL, L, SiL, Si, SCL, CL, SiCL, SC, SiC, C Toprak yapısı : Toprak tanelerinin dizilişi ve gruplar halinde kümeleşme biçimi Taneli (teksel) yapı Kümeli (agregat şeklindeki) yapı

TOPRAK-BİTKİ-SU İLİŞKİLERİ GAZ SIVI KATI Wg Ww Ws W AĞIRLIK (g) Vg Vw Vs Ve V HACİM (cm3) Toprak fazları

Gs = γs / γw = Ws / Vs γw = Ws / Vs Özgül ağırlık (Gs), hacim ağırlığı (γt), porozite (n), gözenek oranı (e), doyma derecesi (S) Gs 2.40-2.75 olup ortalama 2.65 alınabilir. Gs = γs / γw = Ws / Vs γw = Ws / Vs γt = Ws / V n = 100 (Ve / V) e = 100 (Ve / Vs) S = 100 (Vw / Ve)

Sulama; bitkinin normal gelişmesi için gerekli olan ancak doğal yağışlarla karşılanamayan suyun, bitki kök bölgesindeki toprağa, gereken zamanda, gereken miktarda ve kontrollü olarak verilmesidir. Gereğinden fazla yada bilinçsiz sulama uygulamaları; Kök hücrelerinin gelişiminin azalmasına, Faydalı toprak mikroorganizmalarının faaliyetinin yavaşlamasına, Toprakta besin maddelerinin alımını engelleyen zararlı bileşiklerin oluşmasına, Yüksek taban suyuna, Toprak tuzluluğu ve çoraklaşmaya, Erozyonla toprak kaybına, Aşırı su kullanımına ve verim kaybına neden olmaktadır.

Sulamanın önemi Bitki tarafından alınan su; TERLEME Bitki tarafından alınan su; - Bitki dokularında su olarak kalır. - Bitki bünyesinde çeşitli bileşiklerin yapımında kullanılır. - Terleme ile atmosfere verilir. Sulamada, alınan suyun terleme miktarına eşit olduğu yaklaşımı yapılır.

Sulamanın Yararları Sulamanın en önemli yararı, büyüme mevsimi boyunca, bitkinin gereksinim duyduğu su miktarının kök bölgesinde depolanmasını sağlamasıdır. Böylelikle, devamlı ve kararlı bir bitki yetiştiriciliği yapılır. Topraktaki fazla tuzun yıkanması sağlanır. Bu özellikle, bitkilerin çimlenme ve çıkış dönemleri için önemlidir. Toprak tuzluluğuna dayanıklı olan bitkilerde bile, çimlenme ve çıkış periyodunda toprak tuzluluğuna duyarlılık söz konusudur. Ekimden hemen sonra yapılacak çimlenme ve çıkış sulaması, tohum yatağındaki tuzları alt katlara yıkar ve istenen düzeyde çimlenme ve çıkış elde edilir. Ayrıca, tuzlu toprakların ıslahında, tuzların kök bölgesinin altına yıkanması için gerekli yıkama suyu sulama ile verilir.

3. Toprakta mevcut taban taşı yumuşatılır 3. Toprakta mevcut taban taşı yumuşatılır. Toprak işleme aletleri ile, genellikle aynı derinlikte işleme yapıldığından, pulluk tabanı, toprağı sıkıştırarak sert bir tabaka oluşturabilir. Bitki kökleri bu tabakayı geçmekte zorlanır. Sulama ile sıkışmış olan bu tabaka yumuşar ve bitki köklerinin alt katmanlara doğru gelişmesi kolaylaşır. 4. Toprak ve bitki civarındaki hava serinletilir. Bitkiler, genellikle, en iyi gelişmeyi 20-25 oC sıcaklıkta gösterir. Yaz aylarında, bitki civarındaki hava sıcaklığı, genellikle bu değerin üzerine çıkar. Sulama yapıldığında, bitki civarındaki hava ve toprak serinletilir ve sıcaklık açısından bitki gelişmesine katkıda bulunulur. 5. Damla ve ağaç altı mikro yağmurlama gibi bazı sulama yöntemlerinde, bitki besin elementleri sulama suyuna karıştırılarak uygulanır. Böylelikle, etkin bir gübreleme yapılır.

Verim (kg/da) Toprak nemi (mm) İyi drenaj Kötü

Sulama suyu uygulanacak toprak derinliği KÖK BÖLGESİ % 25 % 40 % 30 % 20 % 10 ETKİLİ KÖK DERİNLİĞİ ALINAN SU Etkili toprak derinliği; toprak yüzeyinden geçirimsiz katman ya da taban suyuna kadar olan toprak derinliğidir. Etkili kök derinliği; bitkilerin normal gelişimi için gerekli olan suyun %80’nin alındığı kök derinliğidir. Bu iki değerden hangisi küçük ise, o değer sulama suyu uygulanacak toprak derinliğini verir.

Toprak nemi ifade biçimleri Kuru ağırlık yüzdesi cinsinden ifade Hacim yüzdesi cinsinden ifade Derinlik cinsinden ifade Toprak rutubet gerilimi (tansiyon) cinsinden ifade (atm, b, kg/cm2, m, cm, pF) Pw = 100 (Ww / Ws) = 100 (W - Ws) / Ws ,% Pv = 100 (Vw / V) = Pw (γt / γw) = Pw γt ,% d = (Pw / 100) γt D , mm

Toprak rutubet gerilimi, toprak suyunda erimiş halde bulunan tuzların neden olduğu ozmotik basınç ihmal edilirse, toprak neminin toprak taneleri tarafından tutulma gücüdür. Toprak nemi azaldıkça suyun toprak taneleri tarafından tutulma gücü artmaktadır. Bu nedenle suyun tutulma gücü negatif basınç olarak ifade edilir. Negatif basınç yerine tansiyon deyimi kullanıldığı için toprak rutubet tansiyonu denildiğinde toprak tanelerinin suyu kendi yüzeyleri etrafında tutma gücü anlaşılır. Toprak rutubet tansiyonu cmSS, cm, kg/cm2 , atm, b(bar) olarak ifade edilir. 1 kg/cm2=10 m=0.981 b=0.968 atm dir.

Toprak nemi sabiteleri SIZAN SU KULLANILABİLİR SU HİGROSKOPİK DN TK SN FK 0 atm Hafif bünyeli toprak 1/10-Ağır bünyeli toprak 2/3 atm Ortalama (1/3 atm) Hafif bünyeli toprak 7- Ağır bünyeli toprak 40 atm ortalama(15 atm) 10 000 atm TRG SABİTE KSTK

Doyma noktası;Topra gözeneklerinin tamamen su ile dolu olduğu koşulda toprakta bulunan nem miktarına doyma noktası denir. Tarla kapasitesi; serbest drenaj koşullarında toprak tanelerinin yerçekimine karşı tuttuğu nem miktarına tarla kapasitesi denir. Solma noktası; bitkilerin kökleri ile topraktan su alamadığı ve solmaya başladığı, toprağa su verilse dahi eski durumuna dönemedikleri koşulda toprakta bulunan nem miktarına solma noktası denir. Fırın kuru; Toprak örneğinin fırında 105°C’da kurutulduktan sonra toprakta bulunan nem miktarına fırın kuru denir. Sulama açısından fırın kurudaki nem miktarı ihmal edilir, fırın kurudaki toprak ağırlığı toprak tanelerinin ağırlığı olarak alınır.

Toprağın Kullanılabilir Su Tutma Kapasitesi (KSTK) Serbest drenaj koşullarında, TK’nin üzerindeki nem yerçekiminin etkisi ile kök bölgesinin altına sızmakta ve bitkiler bu nemden yararlanamamaktadır. Bitkiler SN’nın altındaki nemi de kökleri ile alamamaktadır. Dolayısıyla bitkiler ancak TK ile SN arasındaki nemden yararlanabilir. TK ile SN farkına kullanılabilir su tutma kapasitesi, solma noktasının üzerinde toprağın mevcut nemi ile tarla kapasitesine kadar olan topraktaki nem miktarına da kullanılabilir su denir. Örneğin; TK %30, SN%18, mevcut nem MN%26 olan bir toprakta; KSTK=TK-SN=30-18=%12 KS=MN-SN=26-18=%8 (Kullanılabilir su)

KSTK, toprağın kuru ağırlığı %si cinsinden; Pwk=TK-SN Derinlik cinsinden; Dk= Pwk γt D = TK-SN γt D ile hesaplanır. 100 100 Eşitliklerde; Pwk=Kullanılabilir su tutma kapasitesi, % TK=Tarla kapasitesi, % SN=Solma noktası, % dk =Kullanılabilir su tutma kapasitesi, mm γt =Toprağın hacim ağırlığı, g/cm3 D=Toprak derinliği, mm’dir.

Toprak örneklerinin alınması 0 cm 30 cm 60 cm 90 cm 120 cm Bozulmamış örnek alma kabı 150 cm

Bozulmamış toprak örneklerinden Bozulmuş toprak örneklerinden Tarla kapasitesi ve hacim ağırlığı Bozulmuş toprak örneklerinden Toprak bünyesi, solma noktası, toprak tuzluluğu (elektriksel iletkenlik ya da tuz yüzdesi) Profillerin incelenmesinden Etkili toprak derinliği

Toprak neminin ölçülmesi 1) Gravimetrik yöntem W - Ws Pw = 100 Ws

2) Tansiyometre Lastik tapa Saydam boru Vakum göstergesi Seramik uç Toprakta bulunan nem miktarına göre seramik uçtan toprağa ya da topraktan tansiyometre gövdesine su akışı olur. Bu sırada tansiyometre göstergesinden okunan değer kalibrasyon eğrisinde işaretlenerek, topraktaki nem miktarı kuru ağırlık %si cinsinden bulunur. Seramik uç

3) Nötron yöntemi Sayaç Alüminyum (PVC) tüp Kablo Radyoaktif madde Esası, hızlı nötron yayan bir kaynaktan çıkan nötronların toprak suyu tarafından yavaşlatılması ve yavaşlatılmış nötron sayısının özel sayaçlarla ölçülmesidir. Bu değer kalibrasyon eğrisinde işaretlenerek toprak nemi bulunur. Radyoaktif madde (Am + Be)

4) Elle kontrol yoluyla tahmin Toprak örneğinin rengi Avuçta bıraktığı ıslaklık Top oluşturma durumu Sicim - şerit oluşturma durumu

Toprakta suyun hareketi Doymuş toprak koşullarında Yerçekiminin etkisi ile Basınç yükünün yüksek olduğu noktadan basınç yükünün düşük olduğu noktaya doğru Doymamış toprak koşullarında Kapilar kuvvetler ve yerçekiminin etkisi ile TRG’nin düşük olduğu noktadan yüksek olduğu noktaya doğru (Nemin yüksek olduğu noktadan düşük olduğu noktaya doğru)

Sulama sırasında Doyma noktası Çok ıslak Islak TK civarı TK’den düşük SUYU Doyma noktası Çok ıslak Islak TK civarı TK’den düşük Yerçekimi ile aşağı doğru nem hareketi Nem hareketi yok D

• Sulamadan sonra BUHARLAŞMA BÖLGESİ Nem hareketi yukarı doğru 10-15 cm ASIL KÖK BÖLGESİ Nem hareketi köklere ve yukarı doğru 45 cm İKİNCİ DERECE KÖK BÖLGESİ Nem hareketi köklere ve aşağı doğru 90 cm KÜÇÜK KÖK BÖLGESİ Nem hareketi köklere doğru

Suyun köklere doğru hareketi 09.04.2017 Suyun köklere doğru hareketi - Su hareketi kılcal köklere doğrudur - Kılcal kökler nemin yüksek olduğu noktaya doğru uzayarak suya ulaşırlar

Toprağın su alma hızı Suyun yüzeyden toprak içerisine düşey doğrultuda girmesine toprağın su alması (infiltrasyon), birim zamanda toprağa giren su miktarına ise su alma hızı (infiltrasyon hızı) denir. Su alma hızı, birim zamanda birim alandan toprak içerisine giren suyun hacmidir ve hız boyutuna sahiptir, cm/h ya da mm/h ile ifade edilir.

Su alma hızına etkili faktörler Toprak bünyesi Toprağın yapısı Toprakta mevcut nem miktarı Toprağın işlenme durumu Toprak yüzeyindeki su yüksekliği Topraktaki tuzların cinsi ve miktarı

Örneğin; su alma hızı hafif bünyeli topraklarda yüksek, ağır bünyeli topraklarda düşük, kümeli yapıya sahip topraklarda yüksek, taneli yapıya sahip topraklarda düşük, kuru topraklarda yüksek, nemli topraklarda düşük, işlenmiş topraklarda yüksek, işlenmemiş topraklarda ve sıkışmış topraklarda düşük, toprak yüzeyindeki su yüksekliği fazla olduğunda yüksek, az olduğunda düşük, kireçli topraklarda yüksek, sodyumlu topraklarda düşüktür.

Toprağın su alma hızı; sulama yöntemlerinin seçimine, yüzey sulama yöntemlerinde akış uzunlukları ve debinin, yağmurlama sulama yönteminde başlık debisi ve tertip aralıklarının, damla sulama yönteminde damlatıcı debisi ve yerleşim aralıklarının belirlenmesine ve tüm sulama yöntemlerinde sulama süresine etkili bir faktördür. Toprağın bünyesine göre değişen su alma hızı değerleri, Çizelge 1’de verilmiştir. Sulama uygulamalarında infiltrasyon hızının mutlaka ölçülmesi gerekir. İnfiltrasyon hızının belirlenmesinde birçok yöntem kullanılmaktadır.

Çizelge 1. Toprak bünyesine göre su alma hızı değerleri Su alma hızı, mm/h Kum 25.0-250.0 Kumlu-tın 13.0-76.0 Tın 8.0-20.0 Killi-tın 2.5-15.0 Milli-tın 0.3-8.0 Kil 0.1-5.0

Su alma hızının ölçülmesi Su alma hızının ölçülmesinde 2 yöntem kullanılır. Çift silindir infiltrometre yöntemi; Karık sulama dışında diğer tüm sulama yöntemlerinin uygulanacağı arazilerde uygulanır. Karıklara giren ve çıkan suyun ölçülmesi yöntemi; Yalnızca karık sulama yapılan arazilerde uygulanır. Karık sulama yönteminde, toprak yüzeyinin tamamının ıslatılmadığı ve karık içerisinde suyun yanal doğrultuda da toprağa girmesi söz konusu olduğu için çift silindir infiltrometre yöntemiyle elde edilecek sonuçlar bu yöntem için kullanılamaz. Bu nedenle karık sulama yöntemi için ayrı infiltrasyon testleri yapılır.

Sulama yöntemi, suyun toprağa bitki kök bölgesine veriliş biçimidir. SULAMA YÖNTEMLERİ YÜZEY SULAMA YÖNTEMLERİ BASINÇLI SULAMA YÖNTEMLERİ -Salma sulama yöntemi -Yağmurlama sulama yöntemi -Damla sulama yöntemi -Göllendirme sulama yöntemi .Tavalarda göllendirme (Tava sulama yöntemi) .Karıklarda göllendirme -Ağaç altı mikro yağmurlama sulama yöntemi. -Sızdırma sulama yöntemi -Uzun tava sulama yöntemi -Karık sulama yöntemi

Sulama sistemi; a. suyun kaynaktan alınması b Sulama sistemi; a. suyun kaynaktan alınması b. sulanacak alana iletilmesi ve c. alan içerisinde dağıtılması için gerekli yapı, araç, makina vb. unsurların bütünüdür.

SULAMA SİSTEMLERİ 1. HİZMET ETTİKLERİ ALANA GÖRE 2. SU İLETİMİ VE DAĞITIMINA GÖRE BÜYÜK SULAMA SİSTEMLERİ TARLA SULAMA BASINÇLI SULAMA YÜZEY SULAMA DÜŞÜK BASINÇLI YÜKSEK BASINÇLI

Sulama projesi unsurları 1 4 2 5 3 1 4 2 5 3 Proje alanı (sulanan tarım arazisi) Suyun temin edildiği tesisler Suyun proje alanına iletildiği tesisler Suyun dağıtımı ile ilgili mühendislik tesisleri Drenaj tesisleri

SULAMA PROJELERİ -Özel Sulama Projeleri -Ticari Sulama Projeleri 1. PROJEYİ İDARE EDENLERİN ORGANİZASYON BİÇİMİNE GÖRE 2. SUYUN TEMİNİ VE DAĞITIMINDA KULLANILAN YÖNTEMLERE GÖRE -Özel Sulama Projeleri -Ticari Sulama Projeleri -Kooperatif Sulama Projeleri -Devlet Sulama Projeleri -Yerçekimi Sulama Projeleri -Pompaj Sulama Projeleri -Kombine Sulama Projeleri

Sulama projelerinin hazırlanmasında gerekli bilgiler 1. Proje alanının topografik haritası Ölçek : 1/500 – 1/25 000 Tesviye eğrileri : 0.25 m – 1 m 2. Sulu arazi sınıflandırma haritası 1.sınıf : Sarı Toprak, topografya, drenaj 2.sınıf : Yeşil 3.sınıf : Mavi 4.sınıf : Kahverengi 5.sınıf : Pembe 6.sınıf : -

3. Bitki deseni 4. Tabansuyu durumu 5. Su kaynakları 6. Hidrolojik etütler - 5, 10 ve 15 yıllık yağışlar - En az 20 yıllık akarsu gözlemleri - Bitki su ihtiyaçları 7. Su kalitesi 8. Malzeme

Sulama projelerinin geliştirilmesi aşamaları 1. Etüt (kaynak araştırması) 2. Planlama 3. İnşa 4. Yerleşme 5. İşletme ve bakım 6. İzleme ve değerlendirme

SULAMA SİSTEMİ UNSURLARI 1 Su toplama yapısı 2 Su alma yapısı 3 Taşıma kanalı 4 Ana kanal 5 Sekonder kanal 6 Tersiyer kanal 7 Drenaj hendeği 8 Kolektör 9 Ana drenaj kanalı 1 2 3 4 6 7 AKARSU 5 8 9