3.Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu - DSİ Genel ...

1. GİRİŞ
Tarımsal hidroloji, bitkisel üretim yapılan alanlarda su kaynaklarının etkin yönetimini, ve çevre ve
gıda güvenliğini sağlamak amacıyla hidrolojik süreçleri inceleyen bir bilim dalıdır. Radyoaktif ve
kararlı izotopların kullanıldığı nükleer teknikler tarımsal hidroloji uygulamalarında verimliliğin
arttırılması, çevresel kirleticilerin tanınması, izlenmesi ve zararlarından korunma, ve kaynak
geliştirme çalışmalarında kullanılmaktadır. Tarımsal verimlilik için uygun bitki besin maddelerinin
ve bitki koruma önlemlerinin uygulanması yanında toprakta optimum düzeyde bir su dengesinin
sağlanması gerekir. Yeterli miktarlarda bitki besin maddesi bulunduran topraklarda bitkilerin
gelişmesi ve verim artışında en önemli etmen sudur. Toprakta suyun fazlalığı bitki gelişimi için
zararlı olmakta, yetersizliği ise verimde önemli azalmalara neden olmaktadır. Bu nedenle topraktaki
su miktarı ölçülerek izlenmelidir. Sulu tarımda toprağa verilecek su miktarı ile sulama zamanının
belirlenmesine dayanan uygun sulama programlarının uygulanması ve kuru tarımda ise toprakta
bulunan sudan en iyi şekilde yararlanılabilmesi, toprak suyunun sürekli olarak kontrol edilmesi ve
su miktarının doğru olarak belirlenmesi ile mümkündür.
Nükleer teknikler toprak nemi ( 18 O, 2 H, nötronmetre ile) ölçümü yanında tarımsal hidroloji ile
ilişkili diğer birçok alanda da kullanılmaktadır. Bu çalışmalar; gübre kullanım etkinliğinin
belirlenmesi ( 15 N, 32 P izotopları ile), biyolojik nitrojen fiksasyonu, bitki kalıntıları, fosfat kayaçları
gibi farklı kaynaklardan besin sağlanması, tarımsal kirleticilerin su kaynaklarına karışma yolları,
süreçlerinin belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması ( 18 O, 2 H, 15 N izotopları ile), pestisit
kalıntılarının analizi ( 14 C izotopu ile), toprak erozyonunun belirlenmesi ( 137 Cs, 210 Pb, 7 Be izotopları
ile), tuz ve kuraklığa dayanıklı bitkilerin seçilmesi ( 13 C izotopu ile), bitki kalıntılarının toprak
stabilizasyonuna katılım etkisi ve verimliliğin arttırılması ( 13 C ve 15 N izotopları ile), iklim ve yağış
farklılık ve değişimlerinin belirlenmesi ( 18 O ve 36 Cl) ile ilgili çalışmalar olarak sıralanabilir (IAEA,
1976; Nguyen, 2006).
Tarımsal hidroloji çalışmaları kapsamında toprak-su-bitki ilişkilerinin belirlenmesinde yaygın
olarak kullanılan nükleer teknikler, nötron ve nötron/gama metrelerdir. Başlıca kullanım alanları
toprak su içeriğinin ölçülmesi, toprak-su karakteristik eğrilerinin çıkarılması, toprak hidrolik
iletkenliğin belirlenmesi, toprak su bütçesinin belirlenmesi, toprak su içeriğindeki mekansal
değişimlerin izlenmesi, toprak derinliği boyunca bitki köklerinin su alma durumunun incelenmesi,
sulama programlarının uygulanması ve kontrol edilmesi olarak sıralanabilir.
2. NÖTRON VE NÖTRON/GAMA METRENİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Nötronmetre genel olarak hızlı nötron yayan radyoaktif kaynak, yavaş nötron detektörü ve
yavaşlamış nötronları sayan elektronik bir sayaçtan oluşmaktadır. Nötron kaynağı ve detektör tek
parça halindeki sonda içinde yeralmakta; toprak içerisinde ölçüm yapılacak derinliklere bir giriş
tüpü aracılığıyla iletilmektedir (Şekil 1). Nötron kaynağı olarak, alfa partikülleri yayıcı (örneğin
amerisyum ve radyum) ve ince berilyum tozları karışımı kullanılmaktadır. Alfa partikülleri
berilyumun atom çekirdekleri ile çarpıştığında yüksek enerjili hızlı nötronlar meydana gelir.
Ölçümler sırasında sonda, giriş tüpünde belirlenen derinliğe indirilir ve hızlı nötronlar toprak içinde
nötron kaynağı tarafından saçılırlar. Nötronlar, toprak suyundaki hidrojen atomları ile etkileşime
girer ve enerjilerini kaybederek yavaşlarlar. Yavaş nötron detektörü aracılığıyla belirlenen yavaş
nötron çarpmaları önce sonda içinde yükseltilir. Yükseltilmiş çarpmalar, elektronik sayıcı sisteme
gönderilir. Bir yavaş nötronun detektöre ulaşmasından gelen çarpma ile her bir sayım birbirine
eşittir ve mikro işlemciler ham sayım verilerini bir dakikadaki sayıma (cpm) veya bir saniyedeki
sayıma (cps) çevirirler. Sonda, giriş tüpü içerisine indirildiğinde, yavaş nötronların yaklaşık 30 cm
çaplı sabit küresel bir “bulutu” kaynak etrafında hızlıca gelişir. Bu yavaş nötron bulutu, “etki
küresi” olarak adlandırılır. Teorik çalışmalar, etki küresi çapının toprak su içeriğinin bir fonksiyonu
olduğunu göstermektedir. Saf su içerisinde etki küresinin çapı yaklaşık olarak 5-8 cm’dir. Çok kuru
topraklarda, bu değer 20 cm veya daha fazla olabilir. Bu nedenle, toprak nemi ölçümlerinde
14