Yarı kurak bir bölgede sürdürülebilir toprak işleme yöntemlerinin toprak kalitesinin değerlendirilmesi yoluyla belirlenmesi
Assesment the sustainable soil tillage practices through soil quality evaluation in a semi-arid region
Yazar: MUSTAFA BAYRAM
Danışman: PROF. DR. ENGİN ÖZGÖZ
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Kurak alan = Arid zone ; Toprak işleme = Tillage ; Toprak özellikleri = Soil properties

Özet:
Toprak parametrelerinin bireysel olarak değerlendirilmesi toprak işleme yöntemlerinin etkilerinin belirlenmesini zorlaştırmaktadır. Sürdürülebilir toprak işleme yöntemlerinin belirlenmesinde toprak kalitesinin izlenmesi önemli avantajlar sağlamaktadır. Kurak bölgelerdeki toprak işleme uygulamaları tarımsal sürdürülebilirlik ve çevre kalitesini tehdit etmekte, toprakların gerçek ve potansiyel üretkenlik fonksiyonunu azaltabilmektedir. Bu çalışmanın amaçları, 1) toprak kalitesi indikatörleri üzerine dört farklı toprak işleme yönteminin etkilerini belirlemek ve 2) toprak fonksiyonları ve indikatör skorlarını kullanarak silajlık tiritikale-ikinci ürün silajlık mısır rotasyonunun üretkenliği üzerine toprak işlemenin etkilerini tayin etmek için ihtiyaç duyulan minimum veri setini belirlemektir. Uygulanan toprak işleme yöntemleri; Geleneksel toprak işleme (kulaklı pulluk+kombine toprak işleme aleti+ekim) (Y1), Azaltılmış toprak işleme (Goble diskaro+ekim) (Y2), Azaltılmış toprak işleme (Çizel+ekim) (Y3) ve direk ekim (Y4)'dir. Çalışma, İç Anadolu Bölgesinde yer alan Emen Ovasında Kızılca ve Karadeli toprak serilerinde yürütülmüştür. Alanın en büyük problemi organik madde içeriğinin düşük olması, pH'nın ve bor konsantrasyonun yüksek olmasıdır. Tarla denemelerine 2012 yılında başlanmış iki yıl devam etmiştir. Denemeler her bir toprak serisinde 12 parselde yürütülmüştür. Amenajmandaki değişime hassas olan hacim ağırlığı, agregat stabilitesi, penetrasyon direnci, toplam organik karbon, sodyum absorbsiyon oranı, elektriksel iletkenlik, pH, fosfor, potasyum, potansiyel mineralize olabilir azot ve elde dilebilir nem içeriği toprak kalitesi indikatörleri olarak kullanılmıştır.  Temel Bileşenler Analizi kullanılarak (PCA) seriler için en uygun minimum veri setleri (MVS) belirlenmiştir. Toprak kalitesi "Toprak Amenajman Değerlendirme Çerçevesi (TADÇ)" kullanılarak; Eklemeli (TKİ-1), Ağırlık Eklemeli (TKİ-2) ve Fonksiyon Ağırlıklı İndeks (TKİ-3) metotları ile hesaplanmıştır.  

Toprak işleme yöntemlerinin özellikle fiziksel kalite indikatörleri olan hacim ağırlığı, penetrasyon direnci ve agregat satabilitesine etki ettiği belirlenmiştir. Çalışmada toprak organik karbonunun (TOK) toprak işleme yöntemlerinden en fazla etkilenen toprak özelliği olduğu ve sürdürülebilir toprak işleme yönteminin belirlenmesinde minimum veri seti için oldukça önemli olduğu görülmüştür. Toprak serilerinde Temel Bileşenler Analizi kullanılarak (PCA) elde edilen tüm veri setlerinde Toprak organik karbonunun (TOK) yanında hacim ağırlığı, penetrasyon direnci, pH, ve elektriksel iletkenlik indikatörlerinin yer aldığı görülmüştür. Ayrıca deneme başlangıcına göre pH, EC ve SAR gerilemiştir. TKİ-1'e göre toprak kalite indeksi 0-10 cm derinlikte Kızılca'da Y1'de düşerken, Y4'te aynı kalmıştır. Bu derinlikte goble diskaro kullanılan (Y2) yöntemde her iki seride de toprak kalitesindeki artış önemli bulunmuştur.  TKİ-2'de ise 0-10 cm'de tüm yöntemlerde kalite indeksindeki artış önemli bulunmuştur. Fonksiyon ağırlıklı indekse (TKİ-3) göre, TKİ-1'de olduğu gibi Kızılca'da başlangıca göre Y1 altında kalite indeksinin gerilediği görülürken, yöntemler arasında önemli farklılıklar olduğu belirlenmiştir. TKİ-2 metoduna göre belirlenen kalite indeksi değerleri diğer metotlara göre belirlenen değerlerden daha yüksektir. Deneme alanı topraklarının TKİ-2'ye göre 0-10, 10-20 ve 20-30 cm derinliklerde Kızılca serisinde sırasıyla 0.88, 0.86, 0.87 ve Karadeli serisinde 0.90, 0.84, 0.82 fonksiyon gösterdikleri belirlenmiştir. Çalışmada deneme sonunda elde edilen kalite indeksi değerleri genel olarak artmıştır. 
Toprak işleme yöntemleri, bitkisel özellikler yönüyle de karşılaştırılmıştır. En yüksek yeşil ot verimi Kızılca ve Karadeli serilerinde ikinci ürün silajlık mısırda sırasıyla 4348.94 kg da-1 ve 4013.62 kg da-1,  silajlık tritikalede ise 2087.50 kg da-1 ve 1948.33 kg da-1 olarak elde edilmiştir. Mısırda en yüksek verim her iki seride de geleneksel yöntemde, tritikalede ise goble diskaronun kullanıldığı yöntemde elde edilmiştir.
Toprak kalite indikatörlerinin skorları incelendiğinde özellikle direk ekim yönteminde toplam organik karbon skorunda deneme başlangıcına göre meydana gelen iyileşmenin diğer yöntemlerden daha fazla olduğu görülmektedir. Uzun dönemde direk ekim yönteminde toprağın hacim ağırlığı ve penetrasyon direnci gibi toprak özellikleri bakımından da daha kararlı hale gelecek olması bu yöntemin çalışma alanında uygulanabilir olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Evaluation of individual soil parameters makes the determination of soil tillage effects difficult. Monitoring of soil quality provides advantages to determine sustainable soil tillage methods. Soil tillage applications in arid regions might decrease actual and potential productivity function of soils and threat to agricultural sustainability and environmental quality. The objectives of this study were to 1.) determine the effects of four different soil tillage systems on soil quality indicators and 2.) determine the minimum data set required to assess tillage effects on productivity of silage triticale- silage corn rotation using soil functions and indicator scoring. The tillage treatments used were: Conventional soil tillage (moldboard plow+combine soil tillage machine+planting) (CT), Reduced soil tillage (Goble-Disc harrow + planting) (RT-1), Reduced soil tillage (Rototiller + planting) (RT-2), and no till (NT). The study has been conducted on Kizilca and Karadeli series located in Emen plain at Central Anatolia of Turkey. Low organic matter, high pH and boron concentration were the major limiting factors of the region. The field studies have been conducted using the 12 field plots in each soil series established in 2012. Bulk density, aggregate stability, penetration resistance, total organic carbon, sodium adsorption ration, electrical conductivity, pH, phosphorus, potassium, potential mineralizable nitrogen and available water content were used as the soil quality indicators which are sensitive to changes in management. The most appropriate minimum data sets (MDS) were determined by using Principal Component Analyses (PCA). Soil quality assessments were performed using the "Soil Management Assessment Framework (SMAF)"; and calculated by additive (AD-1), Weighted additive (AD-2) and Function weighted index (AD-3) methods. 
Bulk density, penetration resistance and aggregate stability were the mostly affected soil physical indicators by tillage practices. Total organic carbon (TOC) was the most affected soil property by the different soil tillage systems and TOC is very important to determine MDS for sustainable soil tillage methods. TOC, bulk density, penetration resistance, pH and electrical conductivity (EC) were included within the MDS of both soil series. pH, EC and SAR values were decreased as compared to the beginning of the filed trails. CT method resulted in decline in soil quality index (SQI) of 0-10 cm depth calculated with AD-1 at Kizilca series, whereas SQI remained constant with NT application.  The increase in SQI at 0-10 cm depth was significant with the use of gobble discharrow (RT-1) in both soil series. The SQI obtained with AD-2 was significantly higher for all methods used as compared to the beginning of the field experiment. The SQI calculated with AD-3 for CT method was lower in Kizilca series as in AD-1 and the differences among methods was significant. The SQI obtained with AD-2 was greater than that of other methods and SQI of Kizilca series for 0-10 cm, 10-20 cm and 20-30 cm depths were 0.88, 0.86, 0.87, and 0.90, 0.84 and 0.82 for Karadeli series, respectively. The values of SQI were mainly greater as compared to the beginning of the experiment. 
Soil tillage methods have also been compared in terms of plant characteristics. The highest forage yield for Kizilca and Karadeli series were 4348.94 kg da-1 and 4013.62 kg da-1, respectively. The lowest forage yield in Kizilca series was 3837,57 kg da-1 with NT and 3702.49 kg da-1 for Karadeli series with RT-2 method. 
Soil quality indicator scores showed that organic carbon score in direct planting method has improved as compared to the other soil tillage methods used. Soil properties such as bulk density and penetration resistance will be stable in long term that will make NT applicable method in the study area.