Farklı toprak işleme-ekim koşullarında silajlık mısır yetiştiriciliğinde arıtılmış atık su düzeylerinin bitki ve toprak özellikleri ile CO2 salınımına etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of treated waste water levels on crop-soil properties and CO2 emissions in silage maize cultivation under different soil tillage-sowing conditions
Yazar: CANER YERLİ
Danışman: PROF. DR. ÜSTÜN ŞAHİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Atık su = Waste water ; Karbondioksit salınımı = Carbondioxide emission ; Mısır = Maize ; Silaj = Silage ; Sulama yöntemleri = Irrigation methods ; Toprak işleme = Tillage

Özet:
Çalışma, geleneksel toprak işleme ve doğrudan ekim koşullarında arıtılmış evsel atık suyla farklı seviyelerde sulamaların (% 100, % 67 ve % 33) temiz suyla tam sulamayla (% 100) kıyaslanarak silajlık mısırın verim ve kalitesi ile fizyolojik özelliklerine, su verimliliği (WP) ve sulama suyu verimliliğine (WPirrig), toprağın fiziksel, kimyasal ve hidrolik özelliklerine etkilerinin belirlenmesinin yanı sıra topraktan CO2 salınımının toprak işleme-ekimden hasada kadar izlenmesi amacıyla 2020 ve 2021 yıllarında yarı kurak iklime sahip Van ilinde Van gölü havzasında yürütülmüştür. Doğrudan ekim uygulaması geleneksel toprak işlemeye göre % 9,1 ile % 11,3 sulama suyu tasarrufu sağlanmıştır. Bitki su tüketimi de doğrudan ekimde % 5,4 ile % 11,5 daha düşük bulunmuştur. Doğrudan ekimde geleneksel toprak işlemeye göre % 12,3 ve % 13,0 daha yüksek WP ve WPirrig değerleri belirlenmiştir. En yüksek WP atık suyla % 67 seviyesinde ve tam sulamalardan (20,1 kg/m3), en yüksek WPirrig atık suyla % 67 seviyesinde sulamadan (26,9 kg/m3) elde edilmiştir. Atık suyla tam sulamada temiz suya göre porozite, agregat stabilitesi, tarla kapasitesi, solma noktası, yarayışlı su, EC, ESP, KDK, bitki boyu, gövde çapı, silajlık ot ve kuru madde verimleri, SÇKM, ham protein oranı, SPAD, yaprak alan indeksi ve membran zararlanma daha yüksek, kütle yoğunluğu, pH, CaCO3, ADF ve NDF ise daha düşük belirlenmiş ve temiz suyla tam sulamaya göre su kısıntısında sadece porozite,  agregat stabilitesi, CaCO3 ve membran zararlanma artmıştır. Doğrudan ekimde ise geleneksel toprak işlemeye göre kütle yoğunluğu, agregat stabilitesi, tarla kapasitesi, solma noktası, yarayışlı su, gövde çapı, silajlık ot ve kuru madde verimleri, SPAD ve yaprak oransal su içeriği daha yüksek, porozite, EC, KDK ve ham protein oranı ise daha düşük belirlenmiştir. Atık su ve doğrudan ekim uygulamaları toprağın OM, OC, TN, P2O5 ve K2O içeriklerini artırmıştır. Atık suyla sulamada bitki ve toprakta makro ve mikro elementlerle ağır metaller artmış ancak eşik değerler aşılmamıştır. Atık suyla sulamada bitkide mikro element ve ağır metal içerikleri Fe>Mn>Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>Cd şeklindeki bir birikimle sonuçlanmıştır. Atık suyla sulama ve geleneksel toprak işleme CO2 salınımlarını önemli düzeyde artırmış, kısıntı seviyesinin artmasıyla salınımda azalışlar görülmüştür. Ancak doğrudan ekimde atık suyla % 67 seviyesinde sulamada (65,6 g CO2/kg) kontrol uygulamasına göre (76,1 g CO2/kg) % 13,8 daha az 1 kg silajlık ot verimi başına CO2 salınımı gerçekleşmiştir. Ayrıca CO2 salınımı ile H2O salınımı, hava sıcaklığı ve farklı derinliklerde (5, 10 ve 20 cm) toprak sıcaklıkları ile toprak nemleri arasında pozitif korelasyonlar belirlenmiştir. Atık suyun toprak ve bitki verimini artırdığı fakat yüksek CO2 salınımlarına sebep olduğu, bu salınımların ise kolay ve pratik bir uygulama olan doğrudan ekimle kontrol altına alınabileceği belirlenmiştir. Ayrıca doğrudan ekimde azalan sulama suyu ve artan toprak verimliliğinin etkileriyle hem tarımsal hem de çevresel sürdürülebilirliğin sağlanabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
The aims of this study were to obtain effects of domestic waste water irrigation at different levels (100%, 67%, and 33%) under conventional tillage and direct sowing conditions by comparing with full irrigation using fresh water on the yield, quality and physiological characteristics of silage maize, water productivity (WP), irrigation water productivity (WPirrig), physical, chemical and hydraulic properties of soil, and CO2 emission from the soil from tillage-sowing to harvest. This study was carried out in the Van lake basin in the province of Van, which has a semi-arid climate, in 2020 and 2021. The results of this study indicated that the direct sowing treatment provided 9,1% to 11,3% irrigation water savings as compared to the conventional tillage. Crop water consumption was also found to be 5,4% to 11,5% lower in the direct sowing. 12,3% and 13,0% higher WP and WPirrig values were determined in the direct sowing as compared to the conventional tillage. The highest level of WP was obtained from irrigation with waste water at the level of 67% and full (20,1 kg m-3), and the highest level of WPirrig was obtained from irrigation with waste water at the level of 67% (26,9 kg m-3). In full irrigation with waste water, porosity, aggregate stability, field capacity, wilting point, available water, EC, ESP, CEC, crop height, stem diameter, green forage and dry matter yields, TSS, crude protein ratio, SPAD, leaf area index and membrane damage were higher, but bulk density, pH, CaCO3, ADF and NDF were lower as compared to those of with fresh water irrigation. Only porosity, aggregate stability, CaCO3 and membrane damage increased in deficit irrigation compared to full irrigation with fresh water. In the direct sowing, bulk density, aggregate stability, field capacity, wilting point, available water, stem diameter, green forage and dry matter yields, SPAD and leaf relative water content were higher, but porosity, EC, CEC and crude protein ratio were lower than those of the conventional tillage. Waste water and direct sowing treatments increased OM, OC, TN, P2O5 and K2O contents of the soil. In waste water irrigation, macro and micro elements and heavy metal contents increased in crop and soil, but the threshold values were not exceeded. In waste water irrigation, the micro element and heavy metal contents in the crop resulted in an accumulation in the form of Fe>Mn>Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>Cd. Waste water irrigation and conventional tillage significantly increased CO2 emissions, and the emissions decreased with the increase in the deficit irrigation. However, in direct sowing, the CO2 emission per 1 kg of green forage in 67% irrigation with waste water (65,6 g CO2 kg-1) was 13,8% less than the control treatment (76,1 g CO2 kg-1). In addition, positive correlations were found between CO2 emission and H2O emission, air temperature, soil temperatures at different depths (5, 10 and 20 cm) and soil moisture. It was found that the waste water irrigation increased soil and crop productivity but caused high CO2 emissions, but these emissions could be controlled by direct sowing, which is an easy and practical application. In addition, it was concluded that both agricultural and environmental sustainability can be achieved with the effects of decreasing irrigation quantity and increasing soil fertility in direct sowing.