X-ışını Bilgisayarlı Tomografi Tekniğinin Toprakların Hidro-Fiziksel Özelliklerinin Araştırılmasında Kullanımı

Yazar: Melis Çerçioğlu
 
Toprağın fiziksel bir özelliği olan gözeneklilik (porozite), topraktaki bitki besin elementleri ve suyu taşınmasındaki çok önemli bir parametredir. Bu sebepten dolayı, toprak gözenek (por) özelliklerini anlamak esastır. Suyun iletimi ve depolanması, toprak porlarının geometrisi ve büyüklük dağılımına bağlıdır (Eynard ve ark., 2004). Özellikle porların büyüklük dağılımı ile bağlanabilirliğinin, toprağın hidrolik özelliklerini yönettiğine inanılmaktadır (Vogel, 2000; Perret ve ark., 2000; Pierret ve ark., 2002). Kuru hacim ağırlık ve toplam porozite, toprak kompaksiyonunun miktarının belirlenmesinde de temel özelliklerdir (Lipiec ve Hatano, 2003).

Toprak porlarından özellikle makroporlar (>1000 μm, Luxmoore, 1981), suyun ve havanın hareketine izin vererek toprakların hızlı su hareketini teşvik eder (Perret ve ark.,1999; Fox ve ark., 2004). Buna bağlı olarak, toprağın iyi bir su tutma kapasitesine sahip olması bitki gelişiminin artması için önemlidir. Tarımsal ormancılık, mera ve çim gibi çok yıllık bitki vejetasyonlarının toprak poroziteleri, çapa bitkisi yetiştirilen arazilere göre daha yüksektir (Chan ve Mead, 1989; Seobi ve ark., 2005; Udawatta ve ark., 2006, 2008). Makroporların toprağın transfer özelliklerine etkisi, onların geometrik ve topolojik özellikleri ile doğrudan ilgili olup, bu özelliklerin sürekliliği ve gözenek boyut dağılımı birinci derecede öneme sahiptir. Makroporların şekil, büyüklük ve büyüklük dağılımı gibi özellikleri topraktaki suyun miktarını, akışını ve tutulma miktarını etkiler (Rasiah ve Alymore, 1998; Udawatta ve ark., 2006).

Porozite; ince-kesit analizi (Van Golf-Recht, 1982) ve Boyle’nin porozimetri yasası (American Petroleum Institute, 1960) ile hesaplanabilir. Yüksek kil içeriğine sahip, çok düşük infiltrasyonlu topraklardaki makroporların yokluğu, fazla yüzey akışına yol açabilir. Bu nedenle, tarımsal uygulamaların neden olduğu değişiklikleri tanımlamak ve en iyi uygulamayı geliştirmek için topraklar arasındaki porozite farklarının ölçülmesi gereklidir (Pachepsky ve ark., 1996). Gantzer ve Anderson (2002) geleneksel yöntemlerin porların uzaysal dağılımı hakkında bilgi sağlamadığını bildirmişlerdir. Buna ilave olarak, makroporlar toplam porozitenin sadece küçük bir yüzdesini oluşturduğundan, doymuş akış üzerine büyük etkileri vardır (Luxmoore ve ark., 1990). Bu geleneksel yöntemler zaman alıcı ve bazıları tahrip edicidir. Ayrıca bu yöntemlerle belirlenen porozite, por özellikleri hakkında yeterli bilgi vermemektedir (Udawatta ve ark., 2006). Buna karşın, X-ışını bilgisayarlı tomografi yöntemleri daha hızlı, tahribatsız ve toprak porlarının uzaysal dağılımı ile onların özellikleri hakkında bilgi sağlamaktadır.

X ışını bilgisayarlı tomografi, X-ışın cihazlarının en gelişmişi olup ilk olarak 1970’li yılların başında tıbbi görüntüleme (Hounsfield, 1972; 1973) için geliştirilmis ve son yıllarda toprak ve yeryüzü bilimlerinde uygulanmaya başlamıştır. Toprağın üç boyutlu incelenmesinde de başarılı olarak kullanılan tahribatsız ve non-invaziv bir tekniktir. Toprak biliminde bilgisayarlı tomografi yöntemleri, porozite (Rachman ve ark., 2005), porozitenin fraktal boyutu (Gantzer ve Anderson, 2002) ve çözünmüş maddelerin hareketini (Anderson ve ark., 2003) incelemek için kullanılmıştır. Son yıllarda bilgisayarlı tomografi, toprak bilimciler için toprak stürüktürünü (Gantzer ve Anderson, 2002) gözlemlemek için etkili bir araçtır. X-ışını bilgisayarlı tomografi görüntüleme teknikleri, diğer yöntemler ile karşılaştırıldığında, bu özelliklerin daha iyi ölçümünü sağlayabilir. Bu yöntem aynı zamanda farklı ölçeklerdeki toprak strüktürünü sayısal olarak ölçmede ve görsel olarak incelemede (Garbout ve ark., 2013 ve Taina ve ark., 2008), toprak porlarının şeklini, dizilişini ve dağılımını (Udawatta ve ark., 2008) belirlemede kullanılabilir. Bilgisayarlı tomografi yöntemlerinin, milimetreden mikrometre ölçeğine kadar iyi bir çözünürlük sağladığı ve geleneksel yöntemlere göre daha üstün olduğu gözlenmiştir (Gantzer ve Anderson, 2002; Akin ve Kovscek, 2003; Carlson ve ark., 2003).

Görsel 1. X-ışını bilgisayarlı tomografi tarayıcısı (X-ray CT scanner) ve toprak orneginin taranmasi
Görsel 2. Dört farklı örneğin X-ışını bilgisayarlı tomografi görüntüsünden por yapısının görselleştirilmesi
 
Por sisteminin özelliklerinin bilinmesi, suyun toprak içerisindeki hareketini ve tutulma miktarını açıklamak için gereklidir. Topraktaki porların şekil, diziliş, süreklilik ve boyut açısından sayısal olarak ölçülmesi, toprak strüktürünün karmaşıklığını tanımlamayı ve tarımsal uygulamaların etkilediği değişiklikleri anlamamıza olanak verir. Böylece bu uygulamaların, çevre ile daha uyumlu olması sağlanabilir. Ayrıca, toprakların por özelliklerinin daha iyi ve daha hızlı ölçülmesi, toprak problemlerinin (tarım makinalarının ve insanların neden olduğu kompaksiyon, kimyasal ilaç ve gübre kullanımı gibi yoğun tarım uygulamaları sonucu oluşan toprak kirliliği, yeraltı sularının kirliliği vb.) daha kolay çözümlenmesi ile ürün veriminde artış sağlayarak birçok tarımsal araştırmaya ışık tutacaktır.
 
Görseller:
Yazara aittir.

YORUMLAR

Bu sayfalarda yer alan okur yorumları kişilerin kendi görüşleridir. Yazılanlardan apelasyon.com sorumlu tutulamaz.