Toprak özelliklerindeki değişimlerin bir kısmı, değişen tarımsal uygulamalara çok hızlı tepki verirken diğer bazılarındaki değişim daha yavaş gerçekleşmektedir. Bu nedenle, uzun vadeli değişim eğilimlerin belirlenmesi için uzun süreli çakılı denemelere ihtiyaç vardır. Tarla denemeleri, tesis edildikleri bölgenin koşullarında meydana gelen uzun süreli değişimleri izleyip yorumlayabilmenin önemli unsurlarıdır.
Bu nedenle; çalışmamızın birinci amacı; bölgede pamuk yetiştiriciliği yapılan arazileri temsil edebilecek bir arazide uzun süre çaklı olarak devam ettirilecek bir deneme alanının tesis edilmesidir. Bu amaç aynı zamanda diğer amaçların da gerçekleştirilmesi için önemli bir araçtır. Bu kapsamda, Harran Üniversitesi Osmanbey Yerleşkesinde Ziraat Fakültesi Araştırma ve Uygulama Çiftliği alanında, her biri toplamda 5624 m2 olan üç ayrı bloktan oluşacak toplam 15688 m2 genişliğinde bir çakılı deneme alanı kurulacaktır.
Ürün rotasyonu ve toprak işleme uygulamaları, toprağa girdi sağlama ve bozulmaya neden olma gibi etkiler ile toprak ortamında değişmelere neden olur ve bu da toprağın fonksiyon gösterme kapasitesi olarak tanımlanan kalitesini etkiler. Sürdürülebilir tarımsal uygulamaları belirlemede yapılması gereken öncelikli iş, tarımsal uygulamaların toprak kalitesi üzerindeki etkilerini değerlendirmek olmalıdır (Zuber vd. 2017; Çelik vd. 2021). Pamuk tarımında yaygın olarak kullanılan pullukla toprağın işlenmesi (geleneksel işleme), agregatların parçalanmasına, organik maddenin mikroorganizmalarca ayrıştırılmasının hızlandırılmasına ve nihayetinde arazinin erozyona daha hassas hale gelmesine neden olmaktadır (Busari vd. 2015). Bu nedenle, toprak kalitesi ile kavramsal olarak ilişkili olan korumalı tarım, minimum toprak işleme, ürün rotasyonu ve hasat sonrası toprak örtüsünün korunması işlemlerini esas almaktadır (Mbuthia vd. 2015).
Toprak kalitesini iyileştirmek ve tarımsal üretimi sürdürmek için korumalı toprak işleme ile birlikte arazinin boş kaldığı kış döneminde örtü bitkilerinin yer alacağı yönetim sistemleri adapte edilmelidir. Tarım sistemlerinin sürdürülebilirliği, toprak yüzeyinin korumasız kaldığı kış döneminde örtü bitkisi yetiştiriciliği ile birlikte uygulanacak korumalı toprak işleme sistemleri ile mümkün olabilir. Bu özellikle yağışların çoğunlukla sağanak şekilde gerçekleştiği bölgelerde son derece önemlidir (Gündoğan vd. 2013). Ülkemiz için önemli bir ürün olan pamuk tarımında verimliliğin devamlılığı, koruma amaçlı toprak işleme sistemlerinde kış örtü bitkileri ekilerek sağlanabilir. Bu kapsamda, çalışmanın ikinci amacı; korumalı ve geleneksel toprak işleme yöntemleri, ürün rotasyonu ve örtü bitkisi uygulamalarının, pamuk tarımında toprakların kalitesi üzerine etkilerinin izlenmesi için gerekli minimum veri setlerinin oluşturulması ve toprak kalitesini koruyup geliştirecek amenajman zincirinin belirlenmesidir. Bu amacı gerçekleştrmek için, deneme başı, ilk yıl pamuk hasadı sonrası ve ikinci yıl pamuk hasadı sonrası olmak üzere 3 kez tüm uygulamalarda, 0-10 ve 10-20 cm derinliklerden toprak örnekleri alınacak ve çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri analiz edilecektir. Uygulamaların toprak kalitesine etkisinin değerlendirilmesinde, toprağın fonksiyonları ile ilişkili olan fiziksel, kimyasal ve biyolojik toprak özelliklerini bir arada değerlendiren Toprak Yönetimi Değerlendirme Çerçevesi (SMAF) (Andrews vd. 2004) ve Toprak Sağlığının Kapsamlı Değerlendirmesi (CASH) (Gugino vd. 2007) yöntemleri kullanılacaktır. Toprak kalitesi değerlendirmelerinde, elde edilecek toprak kalitesi indeks değerleri, uygulamaları karşılaştırmak için kullanılacaktır.
Örtü bitkileri, toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin iyileştirilmesine katkı sağlayarak, toprak canlılarının çeşit ve aktivasyonun artmasına destek olur ve sonraki yetiştirilecek ürünün üretim maliyetlerinin azaltılmasına katkı sağlayabilir. Ayrıca, örtü bitkileri, toprak yüzeyine düşecek yağmur damlalarının kinetik enerjisini azaltmaya, toprak yüzeyinden buharlaşmayı azaltmaya, sulama ve yağışlardan gelen nemi korumaya ve sonraki mahsuller için toprak nemi muhafaza etmeye yardımcı olur (Sharma vd. 2018). Bu çalışmada, örtü bitkisi ve korumalı toprak işleme sistemlerinin etkisi ile biyolojik aktivitenin artacağı ve bu durumun yoğun toprak işleme ihtiyacını azaltabileceği düşünülmektedir. Pamuk verimi üzerine toprak yönetiminin etkisi, ABD (Nouri vd. 2019; Burke vd. 2021), Sudan (Nabi vd. 2019), Brezilya (Anghinoni vd. 2019), Hindistan (Aggarwal vd. 2017) gibi dünyanın farklı yerlerinde araştırılmıştır. Azaltılmış ve sıfır toprak işleme sistemleri, özellikle örtü bitkileri ile birleştirildiğinde, su tutma kapasitesi gibi çeşitli fiziksel ve besin döngüsü gibi çeşitli toprak özelliklerini değiştirebileceği ve bunun da daha sonra pamuğun büyümesini ve gelişmesini olumlu etkileyebileceği bildirilmiştir (McDonald vd. 2020).
Bu kapsamda çalışmanın üçüncü amacı; rotasyon ve toprak işleme uygulamalarının pamuk verimine etkilerinin belirlenmesidir. Pamuk tarımında, arazinin boş kaldığı kış ve erken ilkbahar dönemlerinde tek çeşit tahıl veya baklagil yerine baklagil + tahıl örtüsünün birlikte yetiştirilmesi yer üstü ve altı biyokütle verimini ve toprağın C ve N içeriğini artırabilir. Karışık ekimler ile tek tip örtüye kıyasla toprağa daha fazla miktarda C ve N ilave olacağı bildirilmiştir. Bu durum, aynı zamanda toprak kalitesini ve sonraki ürünün verimliliğini de iyileştirme potansiyeline sahiptir (Sainju vd. 2005). Kış örtü bitkileri, sonbaharda ürün hasadından sonra yeraltı suyuna sızabilecek topraktaki artık N’u kullanır ve örtü bitkisinin türene bağlı olarak, atmosferik C ve/veya N’u tutabilir, böylece kendisinden sonraki ürün için gereken N’lu gübre miktarının azalmasını sağlayabilir. Örtü bitkileri toprağı C ve N’yi arttırdığından, atmosferik CO2 ve N2O’nun tutulmasını arttırarak küresel ısınmanın zararlı etkilerinin azalmasına katkıda bulunurlar (Fageria vd. 2005). Ancak, bu olumlu etki, özellikle baklagil olmayan örtü bitkilerinin kullanılması durumunda görülmeyebilir. Sadece buğdaygil örtü bitkisi kullanıldığında çoğunlukla nötr bir durum veya olumlu bir etki rapor edilmiş olmasına rağmen (Bundy ve Andraski, 2005), bazı durumlarda, su veya besin maddesi rekabeti nedeniyle verim üzerinde azaltıcı bir etki olduğu da rapor edilmiştir (Kramberger vd. 2009). Ayrıca, baklagil olmayan örtü bitkilerinin N içeriğini artırmak veya C/N oranını azaltmak için, baklagilleri ve baklagil olmayanları karışık yetiştirmek önerilmektedir. Çünkü çavdar gibi baklagil olmayan örtü bitkileri tipik olarak düşük N içeriğine veya yüksek C/N oranına sahiptir. Yukarda belirtilen sebeplerden dolayı, bu proje çalışmasında, tritikale ve fiğ karışım halinde örtü bitkisi olarak kullanılacaktır. Bu amaç kapsamında, denemede yer alan pamuk, örtü bitkisi, mısır ve buğday verimleri ile birlikte, kapsamlı bir ekonomik analiz yapılarak, uygulamaların karlılıkları karşılaştırılacaktır.
Herbisitler, düşük maliyetleri, yabancı otların çoğuna karşı yüksek etkinliği, uygulama kolaylığı ve düşük iş gücü gereksinimleri nedeniyle modern tarımda yabancı ot yönetiminde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Chauhan vd. 2012). Bununla birlikte, herbisitler yabancı ot kontrolünde kesin bir çözüm değildir (Harker ve O’Donovan, 2013). Modern tarım uygulamalarının uyguladığı seleksiyon baskısı nedeniyle herbisite dayanıklı yabancı otların evrimi, yabancı ot yönetimini zorlaştırmaktadır (Norsworthy vd. 2012). Dünya genelinde yabancı otların herbisite dirençliliği ile ilgili raporlar (Heap, 2020), yenilikçi yabancı ot yönetimi stratejilerini gerektirmektedir (Bajwa vd. 2015; Tranel vd. 2011). Tarım arazisinde etkinliklerinin azalmasının yanında, herbisitlerin insanlar dahil hedef olmayan organizmalar üzerindeki etkisine dair endişelerde giderek artmaktadır (Beecham ve Seneff, 2016). Özellikle, glifosat bazlı herbisitlerin toksik etkileri son zamanlarda çok fazla tartışılmaktadır (Agostini vd. 2020; Caiati vd. 2020; Peillex ve Pelletier, 2020). Bu nedenle toksik etkilerini azaltmak için herbisit kullanımından kaçınılmalıdır. Herbisit direncinin gelişimini sınırlamak için entegre yabancı ot yönetimi (EOM) yaklaşımlarının geliştirilmesi ve uygulanmasına ihtiyaç vardır (Korres vd. 2019). Örtü bitkisi uygulamalarının da yer aldığı EOM stratejisi ile yabancı ot yönetimi için herbisitlere ve toprak işleme uygulamalarına aşırı bağımlılık azaltılacaktır. Bununla birlikte, EOM, daha iyi toprak koruma, daha düşük CO2 emisyonu ve artan biyoçeşitlilik dahil olmak üzere çeşitli çevre dostu faydalar da sunmaktadır (Weiner vd. 2010).
Kışlık örtü bitkileri sonbaharda ekilir, ana ürün ekiminden önce erken ilkbaharda sonlandırılır. Böylece kışın toprak yüzeyini yağmur damlasının tahrip edici etkisinden korurken yabancı ot kontrolü de sağlanmış olunur. Örtü bitkisi uygulamalarının özellikle sıfır toprak işleme ile birlikte yabani otları bastırdığı ve zararlıları kontrol altına almaya yardımcı olduğu da belirtilmektedir. Saini vd. (2006), pamukta örtü bitkilerinin yabancı ot oluşumunu azalttığı veya geciktirdiğini bildirmiştir. Bu nedenle çalışmanın dördüncü amacı; örtü bitkisi uygulamasının yabancı ot kontrolüne etkisinin belirlenmesi şeklinde tanımlanmıştır. Bu kapsamda, araştırmadaki her bir uygulama parseli herbisit uygulaması yapılmış ve yapılmamış şeklinde ikiye ayrılacak ve parselin yarısına yabancı ot kontrolü için herbisit uygulanırken, diğer yarısına herbisit uygulanmayacaktır. Parsellerdeki bu işlem yoluyla toprak işleme uygulamaları ile örtü bitkisi yetiştiriciliğinin pamuk tarımındaki yabancı ot kontrolüne katkısını ve bu uygulamanın pamuk verimine etkisini belirlemektir. Bu nedenle, herbisit uygulanmış ve herbisit uygulanmamış şeklinde ayrım yapılan bölümlerde sadece pamuk verimi ve yabancı ot tanımlama ve sayımları yapılacaktır. Örtü bitkisinin yabancı ot kontrolüne etkisi sadece ört bitkisi uygulamasının olduğu deneme bloğunda araştırılacaktır. Deneme parsellerinin genişliği 14×30 m = 420 m2’dir, örtü bitkisi uygulaması olan bloktaki her parselin 1/5’lik kısmı (14×6 m = 84 m2), yabancı ot kontrolü etkinliği amacının gerçekleştirilmesinde kullanılacaktır. Toprak kalitesi için toprak örneklemeleri, arazide yerinde ölçümler, C ve N emisyon ölçümlerine ilişkin faaliyetler parselin herbisit uygulanmayan 4/5’lik kısmında gerçekleştirilecektir.
Son yıllarda, atmosferdeki sera gazı emisyonlarını azaltmak için bir strateji olarak tarım arazilerinin karbon biriktirme kabiliyetine ilişkin tartışmalar artmıştır. Kışlık örtü bitkileri, uygun şekilde yönetilirse ekonomik ve tarımsal olarak önemli avantajlar sağlayabileceği gibi, çevrenin korunması adına da fayda sağlayabilir. Örtü bitkisi ekimi, arazi yüzeyinin çıplak kaldığı nadas dönemini ek bir karbon asimilasyon süresi ile değiştirerek tarım arazilerinin net ekosistem karbon dengesini iyileştirmeye yardımcı olacak bir uygulama olarak tanımlanmaktadır (Lal, 2001). Diğer organik katkı maddelerinin aksine, örtü bitkilerinden toprağa katılan karbon girdisinin büyük bir kısmı kök olarak eklenir ve bunun nispeten kararlı karbon havuzuna yer üstü karbon girdisine göre daha etkili bir şekilde katkı yaptığı belirlenmiştir (Kätterer vd. 2011). Topraktaki karbon ve azot dinamikleri, benimsenen yönetim uygulamaları ve yetiştirilen bitki çeşitleri ile çok yakından ilişkilidir. Koruma amaçlı tarım uygulamaları, toprak organik karbonunu artırarak, CO2 emisyonlarından kaynaklanan sera gazını düzenleyebilecekleri belirtilmiştir (Paustian vd. 2016; Lal, 2015). Organik maddenin dinamiklerini etkileyen çevresel faktörler nedeniyle topraktaki karbon ve azotun korunması ve birikmesi yarı-kurak bölgelerde son derece önemlidir. Bu nedenle, toprak ve ürün yönetimi uygulamaları, C girdisinin kaybından daha büyük olduğu üretim sistemlerini iyileştirmek amacıyla geliştirilmelidir (Dignac vd. 2017).
Bu kapsamda çalışmanın beşinci amacı; uygulamaların toprakta karbon ve azot depolama ve aynı zamanda karbon ve azot gazı emisyonlarına etkilerinin belirlenmesidir. Bu amacı gerçekleştirmek için, pamuk vejetasyon süresince, gübreleme ve sulamalardan sonra 3 kez tüm uygulamalardan alınan bozulmamış toprak örneklerinde, azot ve karbon gazı emisyonları ölçülecektir. Ayrıca, aynı dönemlerde, yaprak azot miktarı, klorofil iiçeriği, ilave alınacak bozulmamış toprak örneklerinde nitrat ve amonyum tayinleri yapılarak, uygulamaların azot dinamiklerine etkileri belirlenecektir.
Pamuk, dünya çapında yetiştirilen ekonomik açıdan en önemli lif bitkisidir. Ekilen alan bakımından pamuk, tahıllar, soya fasulyesi ve kolza ile birlikte en fazla ekilen üründür (FAO, 2019). Küresel ısınmadan kaynaklanan iklim değişikliğinin tarım ve insan gıdası arzı üzerindeki olası etkileri toplumların her kesimindeki insanları endişelendirmektedir. Küresel iklim değişikliği senaryosu tahminlerinin çoğu, günümüze kıyasla daha yüksek CO2 konsantrasyonlarına, daha yüksek sıcaklıklara ve gelecekte değişen yağış modellerine sahip ortamları esas almaktadır. Hava koşullarındaki herhangi bir değişiklik, ürün veriminin azalmasına ve ürün ekilen alanlarının değişmesi nedeniyle gıda üretimi ile ilgili belirsizliği artıracağından dolayı, beklenen iklim değişikliğinin dünya tarımı üzerinde önemli düzeyde etkilerinin olması beklenmektedir. Atmosferik CO2 seviyelerindeki artış, fotosentezi uyaracak ve böylelikle bitki büyümesini artıracaktır. Bu yüzyılda tahmin edildiği gibi CO2 seviyeleri yükselmeye devam eder ve üreticiler tarımsal uygulamalarını ortaya çıkan/çıkacak iklim değişikliğine adapte edebilirlerse, pamuk verimi muhtemelen günümüze kıyasla artış gösterecektir. Karbondioksit konsantrasyonunun artmasının neden olduğu iklim değişikliği, yarayışlı su miktarının azalması, sıcak dalgaları, kuraklıklar ve yoğun yağışlar gibi aşırı hava olaylarının daha sık meydana gelmesi, değişen sıcaklık rejimlerinden kaynaklanan türlerin neslinin tükenmesi, daha uzun büyüme mevsimleri, pamuğa uygun olası yeni coğrafi bölgeler, artan zararlılar, hastalıklar ve aşırı hava koşulları pamuk üretiminde kullanılan uygulamaların yeni koşullara adapte olmasını gerektirecektir (Ooesterhuis, 2013). Bu çalışmada, iklim değişim senaryoları ile birlikte, gelecekte bölgede pamuk veriminin nasıl değişeceği, her bir uygulama için ayrı ayrı simüle edilecektir.
Bu nedenle, çalışmamızın altıncı amacı; gelecek iklim senaryolarında bu projede önerilen azaltılmış ve sıfır toprak işleme, kışlık örtü bitkisi kullanımı ve pamuk/kışlık buğday-mısır rotasyonu ile geleneksel uygulamalar altında pamuk veriminin nasıl değişeceğinin belirlenmesidir. Elde edilecek sonuçlar, kısa dönemde alacağımız sonuçların gelecek ile karşılaştırılmasını ve uygulamaların sürdürülebilirliği hakkında bilgi sahibi olmamızı da sağlayacaktır. Gelecek ile ilgili pamuk verim tahminlerinde DSSAT sistemleri altında pamuk için geliştirilmiş olan CSM-CropGro-Cotton modeli kullanılacaktır. CropGro-Cotton ürün simülasyon modelinin değerlendirmeleri, ABD’de güneydoğuda yer alan nemli bölgeler (Garcia y Garcia vd. 2010; Paz vd. 2012), yarı kurak batı Teksas (Modala vd. 2015) ve Arizona (Thorp vd. 2014) dahil olmak üzere en fazla pamuk üretilen bölgelerden alınan verileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Model, ABD’de pamuk üretimiyle ilgili çeşitli konuları değerlendirmek için uygulanmıştır. İklim değişkenliği ve değişimin etkileri (Adhikari vd. 2016; Garcia y Garcia vd. 2010; Paz vd. 2012), pamuk su kullanımı ve sulama yönetimi stratejileri (Guerra vd. 2007; Modala vd. 2015; Thorp vd. 2017) ve denizden yüksekliğin kurak bölgelerde pamuk verimi üzerindeki etkileri (Mauget vd. 2017) modelin uygulandığı konular arasındadır. Bu amacı gerçekleştirmek için, model ile 3 farklı toprak işleme x 3 rotasyon ve iki farklı gelecek sera gazı senaryosuna göre pamuk verimi tahmini yapılacaktır.
Çalışmanın yedinci amacı; örtü bitkisi ve korumalı toprak işleme uygulamalarının yaygınlaştırılmasıdır. Korumalı tarım kavramının temel unsurları; korumalı toprak işleme, çeşitli ürün rotasyonları, anız yönetimi ve örtü bitkilerinin kullanımını içermektedir. Buna rağmen, bu kavram gelişmiş birçok ülkede, iyice yerleşmiş olmasına rağmen, ülkemizde toprak işlemesiz ve azaltılmış toprak işleme gibi korumalı toprak işleme uygulamalarının benimsenmesi oldukça yetersiz düzeydedir. Sıfır toprak işleme, yüzey kalıntısını arttıran, suyun toprağa girişini ve ardından su tutma kapasitesini, toprakta su depolamayı ve su kullanım verimliliğini artırabilen bir uygulamadır (Baumhardt vd. 2012). Amerika Birleşik Devletlerinde pamuk yetiştirilen alanlarının %40’ında korumalı toprak işlemenin uygulandığı bildirilirken, mısır, soya fasulyesi ve buğday alanlarının % 65’inden fazlasında korumalı toprak işleme uygulandığı bildirilmektedir (Claassen vd. 2018). Ülkemizde ise, sıfır toprak işleme ve hatta azaltılmış toprak işleme ile pamuk yetiştiriciliği nerede ise hiç uygulanmamaktadır. Üreticilerin, yeni uygulamaları adaptasyonunda çiftçi merkezli bir yaklaşım kullanarak, tarla günleri, web sitesi ve çalıştaylar ile üreticiler, kamu ve özel sektörde çalışan yayım personeli, TAGEM araştırma personeli ve diğer tarım paydaşları için toprak koruma uygulamalarını teşvik etmek için yaygınlaştırma faaliyetlerinin yapılması planlanmaktadır.