Ziraat Mühendisliği Platformu

Organik karbonun toprak oluşumdaki rolü nedir süreyi nasil etkiler ?

Bilgilendiriseniz sevinirim

Son yıllarda yapılan çalışmalar, toprak karbon stoklarındaki hızlı oksidasyonun çevrede özellikle atmosferin kimyasında önemli değişmelere neden olduğunu ortaya koymuştur. Atmosferdeki sera gazlarından özellikle CO2'nin miktarındaki artış, iklimi, bitkilerin fizyolojisini, toprağın mikrobiyal aktivitesini ve organik maddenin oluşumunu ve parçalanmasını önemli ölçüde etkiler. Topraklar atmosferdeki karbon için bir depo olabileceği gibi kaynak da olabilir. Bir ekosistemde toprakta depolanan veya topraktan atmosfere salınan C miktarı, net ekosistem üretimi ile ekosistemden atmosfere salınan toplam hetetrofik solunuma bağlıdır. Arazi kullanımına bağlı olarak yoğun toprak işleme, topraktaki organik C'un hızla oksidasyonuna neden olarak toprakların atmosferdeki CO2 için bir kaynak olmasına neden olur. Toprakların yıllardır yapılan geleneksel toprak işleme sonucu başlangıç karbonunun yaklaşık % 50'si kaybolmuş bulunmaktadır. Minimum sürüm ve sürümsüz tarım teknikleri organik karbonun oksidasyonunu azaltarak toprağın net C kazanımına neden olur. Böylece çeşitli yollarla atmosfere salınmış olan C'nin yeniden toprakta depolanması sağlanabilir. Yüksek organik karbon aynı zamanda toprağın kalitesi ve verimliğini de artırır. Böylece topraklar atmosferdeki karbonun depolanması için iyi bir kaynak görevi görür.
Atmosferde önemli sara gazlarından biri olan CO2 konsantrasyonundaki hızlı artış ve küresel iklim değişimleri karbon dioksit ve diğer karbonlu gazların (metan ve hidrokarbonlar) toprakta depolanmasına olan ilgiyi artırmıştır. Atmosferdeki CO2 konsantrasyonu endüstriyel gelişmeden önce 270 ppm iken günümüzde 360 ppm ulaşmıştır (IPCC, 2001). Bu artışın en büyük sebebi fosil yakıtların kullanımı, kısmen de olsa arazi kullanımındaki değişme, ormanların kesilmesi, meraların tarıma açılması ve geleneksel toprak işleme yöntemleridir.

Karasal ekosistemde karbonun depolanması, atmosferdeki CO2 artışını engellemek için en iyi ve düşük maliyetli bir yoldur. Karbonun topraklarda depolanması aynı zamanda toprağın verimliliği açısından da önemlidir. Topraklardaki mevcut organik karbonun korunup sürekliliğinin sağlanması, bitki örtüsü ve mevcut organik ve inorganik karbonun korunmasını gerektirir. Bu amaca yönelik yapılacak bir çalışmanın toprağa ve çevreye olumlu yararları olacaktır. Toprakta karbon depolanmasının çevrede yaratacağı olumlu etkilerin yanında, bazı ülkelerde enerji üreten firmalar üreticilerin topraklarında depoladıkları karbona karşılık karbon kredisi sağlamaktadırlar (Marland et al., 2001). Bu bağlamda, organik maddenin yapı taşını oluşturan karbonun korunup muhafaza edilmesi organik maddenin iyi bir yönetimini gerektirir.
Topraktaki karbonun büyük bir kısmı organik maddenin yapısında bulunur. Bunula birlikte kurak ve yarı kurak iklim bölgelerinde kireçli ana materyal üzerinde oluşmuş topraklarda CO3-C önemli bir yer tutar (Sanford et al., 1985). Yeryüzünde karasal ekosistemde toprağın 1 m'lik kısmında depolanan organik karbon miktarı yaklaşık 1200-1600 Gt C (Giga ton C) (Batjes and Sombroek, 1997). Bu haliyle toprak bitkilerin yapısındaki karbondan 2.5 kat daha fazla (560 Gt C) ve atmosferdeki karbondan ise yaklaşık iki kat fazla C içerir (Schlesinger, 2003). Topraklarda depolanan bu karbon miktarı ekosistemden ekosisteme farklılık göstermekle beraber, toprak içerisindeki dağılımı da değişir. Genellikle, toprak yüzeyinden derine doğru inildikce organik karbon miktarı azalır. Bu yüzeyde depolanan organik karbon miktarı toprakta bitki besin döngüsünü ve atmosferle olan gaz değişimini doğrudan etkiler. Topraktaki organik maddenin dinamiği bölgenin sıcaklığı, yağış durumu, toprağın tekstürü ve drenaj durumuna bağlıdır. Toprakların verimliliği toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri tarafından kontrol edilmekte ve bu özelliklerde toprağın organik madde içeriğiyle yakından ilişkilidir. Bu durum, karbonun toprakta depolanmasının yalnızca çevresel açıdan değil, aynı zamanda tarımsal açıdan da ne kadar önemli olduğunu ortaya koymaktadır. Toprak üstü bitki örtüsü ve organik karbon toprağı erozyondan koruyarak, toprağın su tutma ve besin maddesi kapasitesini artırır. Çeşitli yollarla (fosil yakıtlar ve degradasyonla) topraktan atmosfere salınmış olan C'nin yeniden toprağa kazanılmasında arzu edilen en doğru yol bitkiler tarafından fotosentezle tekrar organik yapıya bağlanmasıdır. Atmosferdeki CO2 konsantrasyonundaki bu hızlı artışın engellenerek tekrar eski durumuna getirilmesi lokal ölçekli bir planlamadan ziyade, bölgesel ölçekli küresel arazi kullanım planlamasını gerektirir (Jacobs and Graham, 2000). Bu planlamalar insanların gıda ihtiyacını ve biyolojik çeşitliliği koruyacak şekilde yapılmalıdır. Karasal ekosistemlerde karbon depolanmasını sağlayan arazi kullanım planlaması, arazi kulanım yetenek sınıfına uygun farklı kullanımlardan oluşan kombine bir planlamayı gerektirir. Karbonun toprakta depolanmasının maliyeti düşük ve kısa sürede atmosferdeki yüksek CO2 kontrol altına almak için atılacak en kolay adımdır. Karbonun toprakta depolanmasının yaratacağı maliyet, bazı endüstri kurumları, ülkeler ve sivil toplum örgütleri tarafından karşılanabilmektedir. Bu şekilde üreticiye yapılan ödemeler karbon kredisi olarak adlandırılmakta olup gelişmiş ülkelerde uygulamaya konulmuştur. Uygun arazi yönetim sistemleriyle karbonun toprakta korunması ve muhafazası ile yılda yaklaşık 1 ila 3 Gt C depolanabilir (DOE 2000). Bu durum atmosferdeki yüksek CO2'nin bir kısmının fosil yakıtlar ve arazi kullanımından kaynaklandığını ortaya koymaktadır. Fosil yakıtlar ve arazi kullanımı sonucu, atmosfere salınmış olan CO2'nin yeniden toprağa bağlanması küresel ısınmanın yavaşlatılıp engellenmesi için bir araç olacaktır. Atmosferde bulunan sera gazları yeryüzünden yansıyan ısıyı tutarak yeryüzünün sıcaklığının daha da artmasına neden olur. Son yıllarda küresel ısınmanın iyice hissedilir hale gelmesi karbon döngüsü, karbonun toprak verimliliğindeki önemi, küresel iklim değişimleri ve bunun atmosferdeki yüksek CO2 konsantrasyonuyla olan ilişkisi ve tarımsal faaliyetlerin karbon depolanması üzerine olan etkisi konusunda yapılan araştırmaların artmasına neden olmuştur.

Topraklar yaklaşık 1500 Gt. karbonla karasal ekosistemin en büyük karbon deposunu oluşturur. Bu dinamik depo ile atmosfer arasındaki yıllık CO2 değişimi, fosil yakıtlar tarafından atmosfere salınan karbonun yaklaşık on katıdır (Schlesinger, 2003). Fakat, yıl içerisinde topraklardan atmosfere salınan karbon ile fotosentezle atmosferden uzaklaşan karbon arasında belirli bir denge mevcuttur. Arazi kullanımındaki değişme bu dengeyi doğrudan etkiler. Tarım toprakları başlangıç karbonunun %50-66 kaybetmiş durumda olup bu da 42 ila 78 Gt. C eşdeğerdir (Lal, 2004). Bu tarım topraklarının ne kadar karbonu depolama potansiyeline sahip olduğunu da ortaya koymaktadır.

Toprakların karbon depolama kapasitesine ulaşması toprağın verimliliğini, erozyona karşı direncini artıracak ve erozyon sonucu tarımsal değerini yitirmiş olan toprakları yeniden rahabilite edecektir. Erozyonun önlenmesiyle akarsularla göllere ve barajlara taşınan sediment miktarı azalacak, suyun kalitesi ve aquatik yaşam olumlu yönde etkilenecektir. Sonuç olarak, toprakta karbon depolanmasının bu çok yönlü faydası yıllardır geleneksel olarak yapılan tarımsal faliyetlerin yeniden gözden geçirilmesinin bir ihtiyaç olduğunu ortaya koymaktadır. Topraklarda depolanan karbon miktarı, fotosentezle organik yapıya bağlanan karbonla, organizmalar tarafından organik maddenin parçalanması ve solunum sonucu atmosfere salınan karbon arasındaki bir dengeyi ifade eder. Karasal ekosistemdeki bu iki olay fiziksel ve biyolojik faktörler tarafından kontrol edilir. Bitkisel üretim ve fotosentez büyük ölçüde iklim, toprağın su tutma kapasitesi, toprağın besin maddesi durumuna ve atmosferin CO2 içeriğine bağlıdır. Atmosferdeki CO2 konsantrasyonunun artması fotosentez ve bitkisel üretimin artıracağına bir işarettir. Fakat, atmosferdeki yüksek CO2'nin yaratacağı küresel ısınma toprakta organik maddenin parçalanmasını hızlandırarak uzun vadede bitkisel üretimi olumsuz yönde etkileyecektir.

Toprakta organik karbonun depolanması toprağın verimliliğini olumlu yönde etkileyerek sürdürülebilir üretim için bir anahtar görevi görür (Bauer and Black, 1994; Lal et al., 1997). Toprak yönetim sistemindeki değişme toprakta depolanan organik C miktarını artırıp azaltabilir. Optimum tarımsal yönetim sistemleri organik karbonun depolanmasını sağlayarak atmosferdeki yüksek CO2'nin yeniden dengelenmesini sağlar (Sampson and Scholes, 2000). Bu optimum tarımsal yönetim sistemleri, minimum toprak işleme veya işlemesiz tarım, münavebe ve organik atıkların (bitkisel ve hayvansal) kullanımını gerektirir. Yapılan bir çalışma geleneksel sürüm sisteminden sürümsüz tarıma geçmekle, toprağın ilk 8 cm kısmında önemli miktarda karbon depolandığını ve 8-15 cm de ise depolanan karbon miktarındaki artışın daha az olduğunu ortaya koymuştur (Kern and Johnson 1993). Uygun toprak işlemenin yanında, münavebe sisteminin kullanılması da toprakta depolanan karbon miktarında önemli artışa sebep olur (Machado et al., 2006). Kuru tarım yapılan alanlarda minimum sürüm sistemiyle birlikte uygun münavebe sisteminin kullanılması toprakta depolanan karbon miktarını artırmaktadır (Sainju et al., 2006).

Toprağa ilave olan organik karbon miktarı, topraktan oksidasyon yoluyla kaybolan karbon miktarından fazlaysa toprağın organik karbon içeriği artar. Böyle bir artış sürüm sistemlerine ve bitki gelişimini teşvik eden faktörlerin (gübreleme ve sulama) varlığına bağlıdır. Bunlar içerisinde en fazla etkiyen faktör minimum sürüm sistemleridir (sürümsüz tarım, çizerek sürüm ve malçlı sürüm). Diğer bir faktör olan hasat atıklarının yönetimi ve nadas süresinin kısaltılmasıda organik karbon miktarını etkiler. Amerika da yapılan bir çalışmada minimum toprak işleme ve hasat atıklarının yönetimiyle yılda yaklaşık 30 ila 105 milyon m-3, münavebe ve kışlık örtü bitkisi kullanımıyla 14 ila 29 milyon m-3 ve uygun gübreleme ve sulamayla 11 ila 30 milyon m-3 karbonun depolanabileceği tahmin edilmektedir (Follett, 2001). Yapılan araştırmalar tarımsal ekosistemde karbon depolanmasıyla atmosferdeki CO2 konsantrasyonunun % 20 ve daha fazla azalacağını ortaya koymaktadır (Follett, 2001).

Tarımsal ekosistemde karbon depolanmasını artırmak için, sürümsüz tarım ve minimum sürüm sistemlerinin uygulanması, monokültür ürün deseni yerine polikültür ürün deseninin kullanılması, nadasa bırakmanın terk edilerek bitkisel üretimin bütün bir yıla yayılması, erozyonun önlenmesi, hasat atığı fazla olan bitkilerin yetiştirilmesi, karbon depolama yeteneği yüksek olan hibritlerin kullanılması ve tarıma uygun olmayan alanların otlak ve orman alanı olarak kullanılması gerekir