GİRİŞ
Toprak işleme, tarla tarımı işlem zincirinde birincil
işlem olarak yer almakta ve yetiştirilecek bitkiye en
uygun toprak koşullarını sağlamayı hedeflemektedir.
Toprak işleme farklılığı, toprak granül iriliğine ve
bunların derinliğe göre dağılımına, boşluk oranına,
toprak hacim ağırlığına ve toprak penetrasyon direnci
gibi toprağın bazı fiziksel özelliklerine etki etmektedir.
Toprak işleme yöntemleri içinde koruyucu toprak
işleme; genel olarak tarla yüzeyinde bitki artıklarının
belirli oranda kalmasını sağlayarak erozyonu önlemeyi
hedefleyen, toprak işlemede işlem sayısını azaltarak
enerji tüketimini ve zaman gereksinimini en aza
indiren bir yöntem olarak tanımlanmaktadır. Birincil
toprak işlemede kullanılan ekipmanlardan biri olan Farklı Tipteki Çizel Ayaklarının İşletme Performanslarının Belirlenmesi
274
çizelin, pulluğa göre topraktaki nem kaybına daha az
etki ettiği ve toprak yüzeyinde bitki artıklarını daha
fazla bırakması nedeniyle erozyon etkisini azalttığı
bilinmektedir. Günümüzde koruyucu toprak işlemenin
önemi giderek artmakta ve buna bağlı olarak çizelin
ülkemizde kullanımı yaygınlaşmaktadır.
Çizel; toprağı devirmeden işleyen, toprağı parçalama
etkisi az, kabartma etkisi fazla olan bir toprak işleme
aletidir. Genellikle dar uç demirine sahip ayaklar, tek
sayılardan (5-7-9 gibi) oluşan gruplar şeklinde iki sıra
halinde bir çatıya bağlanması ile oluşturulmaktadır.
Çizel ayaklarının geometrik şekli ve boyutsal özellikleri,
toprak işleme sırasında toprağın fiziksel özelliklerini
değiştirmekte aynı zamanda enerji tüketimini de
etkilemektedir.
Türkiye topraklarının %34.4’ü erozyona neden
olan yüksek eğilimli (%15-40) alanlardan oluşmaktadır.
Yapılan araştırmalar dünyada ortalama olarak yılda
150 ton ha-1 ’lık bir toprak kaybının olduğunu ortaya
koymuştur (Anonim, 2004).
Erozyonu önleyici toprak işleme sistemlerinin
kullanılması ülkemiz açısından oldukça önemlidir. Bu
nedenle "koruyucu toprak işleme" sistemleri önem
kazanmakta ve toprağı devirerek işleyen pulluğun
yerini çizel almaktadır (Önal ve Aykas, 1992).
Megyes ve ark.’ları (2003), Macaristan koşullarında,
geleneksel toprak işlemenin yerini koruyucu toprak
işleme yöntemlerinin alabileceğini yaptıkları çalışmalarla
ortaya koymuşlardır.
Alt üst edilmemiş bir toprakta bitki artıkları zamanla
toprağın üzerinde bir malç tabakası oluşturur. Bu
tabaka toprağı, yağmurun ve rüzgarın fiziksel
etkilerinden korurken, yüzeyde nem ve sıcaklığın
devamlılığını sağlar (Önal, 1995). Pidgeon (1983),
doğal yapısı minimum toprak işleme ve toprak
işlemesiz ekime uygun olmayan topraklarda, pulluk
yerine çizelin kullanılmasını önermektedir. Yapılan
çalışmalar çizelin toprak yüzeyinde yaklaşık %36
oranında bitki artığı bıraktığını ve bunun toprak
erozyonu kontrolünde yeterli olabileceğini belirtilmektedir.
Böylece, önceki yıla ait bitki artıklarının tarla
yüzeyinde bırakılması su yüzey akışını azaltmakta ve
infiltrasyonu artırmaktadır (Erbach et al., 1992;
Korucu ve ark. 1998).
Toprak işleme aletlerinin çeki kuvveti gereksinimi
aletin şekline, toprak çalışma şartlarına ve ilerleme
hızına bağlı olarak artar veya azalır. Genellikle çalışma
hızının arttırılması ağır toprak şartlarında çeki kuvveti
gereksinimini olumsuz yönde etkilemektedir. Aletlerin
performansının değerlendirilmesinde, aletlerin hıza
bağlı çeki kuvveti gereksinmesinin belirlenmesi
önemlidir (Kushwaha and Linke, 1996; Manuwa, 2009).
Ayrıca, ayak geometrisine bağlı olan ayak batma
açısının, çizel ayaklarının bireysel iş genişliklerinin ve
ilerleme hızının toprak işlemede alet performansına
doğrudan etkileri olduğu birçok araştırmacı tarafından
bildirilmektedir (Tong and Moayad, 2006; Manuwa
2009; Stafford and Tanner, 1983).
Bu çalışmada; Türkiye’de yaygın olarak kullanılan
dökümden yapılmış çizel ayağına alternatif olarak
tasarlanıp üretilen iki yeni çizel ayak modelinin tarla
koşullarında çalışma performansı saptanmış ve
toprağa olan bazı fiziksel etkileri incelenmiştir.
MATERYAL ve YÖNTEM
Materyal
Tarla denemeleri, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesindeki
killi-tın bünyeye sahip (%44.96 kum, %23.28 mil ve
%31.76 kil) ve yüzeyi arpa-fiğ anızıyla kaplı tarlada
gerçekleştirilmiştir.
Denemelerde, Türk Fiat 80-66 DT marka dört
tekerleği tahrikli standart tip bir traktör kullanılmıştır.
Traktöre ilişkin bazı teknik özellikler Çizelge 1’de
verilmiştir.
Deneme traktörüne, yakıt ölçme düzeneği, veri
toplama sistemi ve üzerinde kuvvet algılama pimleri
takılı çatıdan oluşmuş çeki kuvveti ölçüm sistemi
yerleştirilmiştir (Şekil 1).
Denemelerde geometrik şekilleri ve malzeme
yapıları farklı 3 tip çizel ayağı kullanılmıştır (Şekil 2).
A ve B tipi ayaklar parabolik bir şekilde 25 mm
kalınlığındaki çelik platinadan kesilerek oluşturulmuş,
C tipi ayak ise dökümden yapılmıştır. C tipi ayak
ülkemizde bir çok firma tarafından kullanılan çizel
ayak modelidir. Manisa’da faaliyetini sürdüren bir
tarım makinaları firmasının boyutlandırdığı ve patent
başvurusu yaptığı B tipi ayak ile literatür çalışmalarından
elde edilen bilgiler doğrultusunda E.Ü.Z.F. Tarım
Makinaları Bölümü’nde boyutlandırılan ve geliştirilen A
tipi ayak diğer modelleri oluşturmaktadır. Bu ayaklara
ait bazı teknik özellikler Çizelge 2’de verilmiştir. Her
ayak tipi için ayrı ayrı 7 şer ayaktan oluşan set, iki sıra
halinde aynı çizel çatısı üzerine bağlanarak denemeler
her bir set için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir.
Yöntem
Deneme planı; denemeler üç çizel ayak tipi, iki
ilerleme hızı ve iki derinlik dikkate alınarak üç
tekerrürlü olarak düzenlenmiştir. A, B ve C tipi
ayaklardan oluşturulan 7 ayaklı çizeller, kullanılan
ayak tipine uygun harf ile tanımlanmıştır (çizel A, B ve C).
Denemelerde ilerleme hızı olarak traktörün “Ağır 2” ve
“Ağır 3” vites seçenekleri dikkate alınmış ve denemeler
sırasında traktör motoru 2000 min-1’de çalışacak
şekilde ayarlanarak çalışma koşulları tüm denemelerde
benzer hale getirilmiştir. Belirtilen koşullarda traktörün
teorik ilerleme hızları; Ağır 2 vites için (Hız I) yaklaşık
5 kmh-1, Ağır 3 vites için (Hız II) 6 kmh-1 şeklinde
gerçekleşmiştir (Çizelge 1). Traktörde bir üst vites
“Seri 1” (7.53 kmh-1) üçüncü hız seçeneği olarak
denemede ele alınmış ancak çizeller tarlada bu vites
kademesinde çekilemediği için Seri 1 vites
kademesindeki çalışmalar iptal edilmiştir. Çizellerin
çalışma derinliği (17 cm ve 27 cm) olarak belirlenmiş
ve çatının her iki yanına bağlanan yüksekliği
ayarlanabilen tekerlekler yardımıyla tarlada ayakların
ayarlanan derinlikte çalışılması sağlanmıştır (Şekil 3).
Deneme alanı 3 metre genişlik ve 40 m uzunluğunda
parsellere ayrılmıştır. Parsellerin başında ve sonunda
gerekli boşluklar bırakılmıştır. Tesadüf parselleri
deneme desenine göre yürütülen çalışma 36 parselde
yapılmış ve sonuçlar Costat istatistik programında
değerlendirilmiştir.
Bu çalışmada, E.Ü. Bilimsel Araştırma Projesi
kapsamında Evcim ve arkadaşları tarafından daha
önceki bir çalışmada (Evcim ve ark., 1997) geliştirilen
çeki kuvveti ölçme sistemi kullanılmıştır. Sistem; bir
ölçme çatısı ve üç adet kuvvet algılama pimi ve
bilgisayarlı veri toplama ünitesinden oluşmaktadır.
Çeki kuvvetlerinin belirlenmesinde STRAINSERT
(ABD) firması tarafından hazırlanmış kuvvet algılama
pimleri (Biaxial clevis pin) kullanılmıştır (Çizelge 3).
Algılayıcılardan gelen sinyalleri işlemek ve
değerlendirmek amacıyla ADVANTECH firması
tarafından üretilen ADAM-5000/485 veri toplama ve
kontrol sistemi kullanılmış ve sistem RS-232 seri
haberleşme kablosu yardımıyla bir dizüstü bilgisayara
bağlanmıştır. VISIDAQ yazılım programında
oluşturulan bir strateji yardımıyla veriler bilgisayara
kaydedilmiştir. Daha sonra bu veriler bir Excel
dosyasına aktarılarak kalibrasyon eşitlikleri yardımıyla
kuvvet değerlerine dönüştürülmüştür. Yatay yönde
ölçülen kuvvetler toplanarak her bir çizelin toprak
işlemedeki çeki direnci saptanmıştır.
Yakıt tüketimi, traktöre monte edilmiş olan yakıt
ölçüm kabı ile belirlenmiştir. Denemeler sırasında
traktörün yakıt deposu iptal edilmiştir. 1000 mL ‘lik
ölçü kabı ve şeffaf bağlantı hortumları yardımıyla
hazırlanan yakıt ölçme düzeneği, depo ile aynı
seviyede olacak şekilde traktöre monte edilmiş ve
mazot geri dönüş hattı ise ölçü kabına tekrar geri
dönüşü sağlayacak şekilde bağlanmıştır. Yakıt tüketim
değerleri mL olarak ölçülmüştür.
Toprağın penetrasyon direncini belirlemek amacıyla
Spectrum Technologies firmasının ürettiği FIELDSCOUT
SC900 marka standart tip bir penetrometre kullanılmıştır.
Penetrometrenin ölçüm aralığı 0-7 MPa, maksimum
ölçüm derinliği ise 45 cm’dir.
Toprak hacim ağırlığının belirlenmesi için, toprak
işleme öncesi ve sonrası 0-10, 10-20 ve 20-30 cm
derinliklerden 100 cm3
lük bozulmamış örnek alma
kaplarıyla örnekler alınmış ve tartılmıştır. Bu örnekler
etüvde 105º C ‘de 24 saat kurutulduktan sonra tekrar
tartılmış ve toprağın nemi (kuru baz) ve birim hacim
ağırlığı hesaplanmıştır.
BULGULAR ve TARTIŞMA
Çizel ayaklarının toprağın fiziksel özelliklerine
yaptığı etkiyi belirlemek için toprak işleme öncesi ve
sonrası toprağın penetrasyon direnci ve birim hacim
ağırlığı değerleri ölçülmüştür. Toprak nemi ortalama
olarak %19.2 olarak hesaplanmıştır. Toprak işleme
öncesi ve sonrası ölçülen toprak penetrasyon direnci
değerleri Şekil 4 ve 5’de verilmiştir.
Toprağın batma direnci değerleri işleme öncesine
göre istatistiksel olarak α=0.05 önem seviyesinde
önemli bulunmuştur. Deneme toprağında, toprak
işleme öncesi ölçülen ve bitki köklerinin gelişmesinin
durduğu 2 MPa ve üzeri penetrasyon değerlerinin,
çizellerle toprak işleme sonrası 1 MPa değerinin altına
indiği görülmüştür.
Bitkilerin kök gelişimini etkileyen önemli
parametrelerden biri de toprağın birim hacim ağırlığıdır.
Toprak işleme öncesi ve sonrası toprağın kuru birim
hacim ağırlığı değerleri Çizelge 4 ve 5’te verilmiştir.
Toprak işleme öncesi 1.3 g cm-3 olan birim hacim
ağırlığı çizellerle toprak işleme sonucunda işleme
derinliklerinde istenen birim hacim ağırlığı değerleri
(≤1.1 g cm-3) sağlanmıştır. Çizellerle her iki iş derinliğinde
toprak işleme sonrası elde edilen hacim ağırlığı
değerleri işleme öncesine göre istatistiki olarak α=0.05
önem seviyesinde önemli bulunmuştur. İşleme
derinliğinin altındaki derinliklerde ise hacim ağırlığı
değerleri işleme öncesine göre fazla değişmemiş olup
sonuçlar arasında istatistiki olarak ta fark bulunmamıştır.
Araştırmada üç farklı çizel ayağı, iki farklı hızda ve
iki derinlikte çekilmiş ve çizellerin her bir farklı
konumunda çeki kuvvetleri ve yakıt tüketimleri
ölçülmüştür. Çizellerle toprak işleme sırasında traktör
tekerlek patinajı, birim alandaki yakıt tüketimi ve tarla
iş başarıları hesaplanmıştır. Çizellerin ortalama tarla
performans değerleri Çizelge 6’da verilmiştir. Tarlada
yapılan denemelerde sadece döküm ayaklı Çizel C, Hız
II’de çekilememiştir. Bu çizel, traktörde yüksek
patinaja sebep olmuş ve kimi yerlerde traktörün
motorunu durduracak şekilde tarlada zorlanmalara yol
açmıştır. Bu nedenle istatistiksel olarak Hız II değeri
Çizel C için değerlendirmeye alınmamıştır. İstatistiksel
değerlendirme önce sadece Hız I’de tüm çizeller için
yapılmıştır. Hızın etkilerini istatistiksel olarak sorgulamak
için ise sadece Çizel A ve Çizel B iki farklı hız ve iki
farklı derinlik kademelerinde değerlendirilmiştir.
Yakıt Tüketimi
Farklı ayak tiplerine sahip çizellerin farklı hız ve
derinlikte çalışırken ölçülen yakıt tüketim değerleri
Şekil 6’da verilmiştir.
Çizeller arasında yakıt tüketim değerleri Toprak
işlemede derinlik arttıkça tüm çizellerde yakıt tüketimi
de artmaktadır. Örneğin Çizel A’da, Hız I’de, işleme
derinliği 17 cm’de ortalama yakıt tüketimi 13.85 L ha-1
iken, derinlik 27 cm’de 14.23 L ha-1 değerine
çıkmaktadır. Fark istatistiksel olarak önemli bulunmuş
olup (α=0.05 önem seviyesinde) derinlikle birlikte
yakıt tüketimi % 3.25 artmıştır.
Sadece A ve B tipi çizellerinin farklı hızlarda (I ve
II) yakıt tüketimleri incelenecek olursa, hızla birlikte
yakıt tüketiminin düştüğü görülmektedir (Şekil 6).
Çizelle toprak işlemede hızın yakıt tüketimi üzerindeki
etkisi istatistiksel olarak da α=0.05 önem seviyesinde
önemli bulunmuştur.
Hız I ve 17 cm iş derinliğinde çizeller yakıt tüketim
açısından kıyaslanacak olursa, en düşük değer 13.85
Lha-1 ile Çizel A ’da görülmüş ve en yüksek değerde
18.08 Lha-1 ile Çizel C’de çıkmış olup çizeller arasındaki
fark istatistiksel olarak önemli bulunmuştur.
İş Başarısı
Tüm çizellerin farklı hız ve derinlikteki iş başarıları
Şekil 7’de verilmiştir. Çizelle toprak işlemede derinliğin
artmasıyla iş başarısı azalmıştır. Hızın etkisi dikkate
alındığında ise hızla birlikte iş başarısı da artmaktadır.
Nitekim, Çizel A ’da 17 cm derinlikte Hız I’de iş
başarısı 8.73 ha h-1 ölçülürken bu değer 27 cm iş derinliğinde 8.31 ha h-1 düşmektedir. Hız II’de aynı
çizelde iş başarıları 17 cm iş derinliğinde 10.54 ha h-1
ve 27 cm iş derinliğinde ise 9.82 ha h-1 değerlerine
yükselmektedir.
Çizeller iş başarıları yönünden kendi aralarında
karşılaştırıldığında, fark istatistiksel olaral önemli
bulunmuş olup en yüksek iş başarısı 10.54 ha h-1 ile
Çizel A’da, en düşük iş başarısı ise 6.83 ha h-1 ile Çizel
C ‘de belirlenmiştir.
Çeki Dirençleri
Çizellerin farklı hız ve iş derinliklerindeki çeki
dirençleri Şekil 8 ’de verilmiştir. Şekilden de görüleceği
üzere, derinlik ve hızın artması tüm çizellerde çeki
direncinin artmasına neden olmuştur.
Çizel C Hız II ‘de çeki direnci çok yüksek olduğu
için deneme traktörü ile belirlenen motor devri ve
toprak şartlarında çekilememiştir. İşleme derinliği
17 cm dikkate alındığında, hızın arttırılmasıyla çeki
direnci Çizel A ‘da 12.65 kN ‘dan 13.70 kN değerine
çıkmıştır. Aynı hız kademesinde (Hız I), derinlik
artışıyla birlikte Çizel A ‘nın çeki direnci 12.65 kN ‘dan
13.83 kN değerine yükselmiştir.
Çizeller arasındaki çeki direnci farkı istatistiksel
olarak önemli bulunmuştur. Hız I ve 17 cm iş
derinliğinde; en düşük çeki direnci 12.65 kN ile Çizel A
‘da elde edilirken, bunu 13.79 kN ile Çizel B ve 15.55
kN ile Çizel C izlemiştir.
SONUÇ
Daha ekonomik ve sürdürülebilir tarım amacıyla
yapılan bu çalışmada, geleneksel olarak kullanılan
çizel ayağına alternatif olarak tasarlanmış iki yeni ayak
modelinin tarla koşullarında çalışma parametreleri
saptanmış ve toprağa olan bazı fiziksel etkileri
incelenmiştir.
Denemede ele alınan farklı tip ayaklara sahip
çizellerin, Hız I’ de çeki direnci, yakıt tüketimi ve iş
başarıları derinlikle değişmiş ve farklar istatistiksel
olarak önemli bulunmuştur. Genel olarak derinlik
arttıkça çizellerin çeki kuvveti ihtiyacı ve yakıt
tüketimleri artmakta, iş başarısı düşmektedir.
Denemelerde döküm ayaklı çizel (C), traktörde
yüksek patinaja neden olduğundan traktörün motorunu
durduracak şekilde tarlada zorlanmış ve bu nedenle
istatistiksel olarak Hız II değeri Çizel C için
değerlendirme dışında bırakılmıştır. Sadece A ve B
çizellerinde farklı hızlarda yakıt tüketimleri incelendiğinde,
hızın çeki kuvvetini yükselttiği, birim alana yakıt
tüketimini düşürdüğü ve iş başarısını da arttırdığı
bulunmuştur. Hızın artması ile Çizel C hariç, parabolik
ayaklı A ve B çizellerinde toprak partiküllerinin
dinamik olarak akışının kolaylaşması nedeniyle daha
rahat bir sürüm, dolayısıyla patinaj ve yakıt
tüketiminde azalma sağlanmıştır.
Çizeller kendi aralarında karşılaştırılacak olursa,
döküm ayaklı Çizel C, 16.25 kN ile en yüksek çeki
kuvveti ihtiyacını gösterirken, 6.83 ha h-1 ile en düşük
iş başarısı ve 19.23 L ha-1 ile en fazla yakıt tüketimine
sahip çizel olarak en düşük performansı göstermiştir.
Tüm ölçümlerde, Çizel A en düşük çeki direnci ve
yakıt tüketimine paralel olarak en yüksek iş başarısı ile
en yüksek performansı veren çizel olarak göze
çarpmaktadır. Çizel B, döküm ayaklı Çizel C’ ye göre
daha iyi performans göstermiş olmasına rağmen elde
edilen verilere göre performans olarak Çizel A ’nın
gerisinde kalmıştır.
Sonuç olarak yeni tasarlanan Çizel A, sahip olduğu
performans ile mevcut deneme koşulları dikkate
alındığında diğer çizellere göre üstünlük sağlamıştır.
Bu çalışmada ele alınan çizel ayak tiplerinin
özellikle toprak kanalı gibi çalışma koşullarının daha iyi
kontrol edildiği şartlarda denenmesi, tek ayak testleri
ile toprağa olan etkilerinin daha detaylı incelenmesi ve
bu konuda yeni araştırma çalışmaları yapılması
planlanmaktadır.
Toprak işleme, tarla tarımı işlem zincirinde birincil
işlem olarak yer almakta ve yetiştirilecek bitkiye en
uygun toprak koşullarını sağlamayı hedeflemektedir.
Toprak işleme farklılığı, toprak granül iriliğine ve
bunların derinliğe göre dağılımına, boşluk oranına,
toprak hacim ağırlığına ve toprak penetrasyon direnci
gibi toprağın bazı fiziksel özelliklerine etki etmektedir.
Toprak işleme yöntemleri içinde koruyucu toprak
işleme; genel olarak tarla yüzeyinde bitki artıklarının
belirli oranda kalmasını sağlayarak erozyonu önlemeyi
hedefleyen, toprak işlemede işlem sayısını azaltarak
enerji tüketimini ve zaman gereksinimini en aza
indiren bir yöntem olarak tanımlanmaktadır. Birincil
toprak işlemede kullanılan ekipmanlardan biri olan Farklı Tipteki Çizel Ayaklarının İşletme Performanslarının Belirlenmesi
274
çizelin, pulluğa göre topraktaki nem kaybına daha az
etki ettiği ve toprak yüzeyinde bitki artıklarını daha
fazla bırakması nedeniyle erozyon etkisini azalttığı
bilinmektedir. Günümüzde koruyucu toprak işlemenin
önemi giderek artmakta ve buna bağlı olarak çizelin
ülkemizde kullanımı yaygınlaşmaktadır.
Çizel; toprağı devirmeden işleyen, toprağı parçalama
etkisi az, kabartma etkisi fazla olan bir toprak işleme
aletidir. Genellikle dar uç demirine sahip ayaklar, tek
sayılardan (5-7-9 gibi) oluşan gruplar şeklinde iki sıra
halinde bir çatıya bağlanması ile oluşturulmaktadır.
Çizel ayaklarının geometrik şekli ve boyutsal özellikleri,
toprak işleme sırasında toprağın fiziksel özelliklerini
değiştirmekte aynı zamanda enerji tüketimini de
etkilemektedir.
Türkiye topraklarının %34.4’ü erozyona neden
olan yüksek eğilimli (%15-40) alanlardan oluşmaktadır.
Yapılan araştırmalar dünyada ortalama olarak yılda
150 ton ha-1 ’lık bir toprak kaybının olduğunu ortaya
koymuştur (Anonim, 2004).
Erozyonu önleyici toprak işleme sistemlerinin
kullanılması ülkemiz açısından oldukça önemlidir. Bu
nedenle "koruyucu toprak işleme" sistemleri önem
kazanmakta ve toprağı devirerek işleyen pulluğun
yerini çizel almaktadır (Önal ve Aykas, 1992).
Megyes ve ark.’ları (2003), Macaristan koşullarında,
geleneksel toprak işlemenin yerini koruyucu toprak
işleme yöntemlerinin alabileceğini yaptıkları çalışmalarla
ortaya koymuşlardır.
Alt üst edilmemiş bir toprakta bitki artıkları zamanla
toprağın üzerinde bir malç tabakası oluşturur. Bu
tabaka toprağı, yağmurun ve rüzgarın fiziksel
etkilerinden korurken, yüzeyde nem ve sıcaklığın
devamlılığını sağlar (Önal, 1995). Pidgeon (1983),
doğal yapısı minimum toprak işleme ve toprak
işlemesiz ekime uygun olmayan topraklarda, pulluk
yerine çizelin kullanılmasını önermektedir. Yapılan
çalışmalar çizelin toprak yüzeyinde yaklaşık %36
oranında bitki artığı bıraktığını ve bunun toprak
erozyonu kontrolünde yeterli olabileceğini belirtilmektedir.
Böylece, önceki yıla ait bitki artıklarının tarla
yüzeyinde bırakılması su yüzey akışını azaltmakta ve
infiltrasyonu artırmaktadır (Erbach et al., 1992;
Korucu ve ark. 1998).
Toprak işleme aletlerinin çeki kuvveti gereksinimi
aletin şekline, toprak çalışma şartlarına ve ilerleme
hızına bağlı olarak artar veya azalır. Genellikle çalışma
hızının arttırılması ağır toprak şartlarında çeki kuvveti
gereksinimini olumsuz yönde etkilemektedir. Aletlerin
performansının değerlendirilmesinde, aletlerin hıza
bağlı çeki kuvveti gereksinmesinin belirlenmesi
önemlidir (Kushwaha and Linke, 1996; Manuwa, 2009).
Ayrıca, ayak geometrisine bağlı olan ayak batma
açısının, çizel ayaklarının bireysel iş genişliklerinin ve
ilerleme hızının toprak işlemede alet performansına
doğrudan etkileri olduğu birçok araştırmacı tarafından
bildirilmektedir (Tong and Moayad, 2006; Manuwa
2009; Stafford and Tanner, 1983).
Bu çalışmada; Türkiye’de yaygın olarak kullanılan
dökümden yapılmış çizel ayağına alternatif olarak
tasarlanıp üretilen iki yeni çizel ayak modelinin tarla
koşullarında çalışma performansı saptanmış ve
toprağa olan bazı fiziksel etkileri incelenmiştir.
MATERYAL ve YÖNTEM
Materyal
Tarla denemeleri, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesindeki
killi-tın bünyeye sahip (%44.96 kum, %23.28 mil ve
%31.76 kil) ve yüzeyi arpa-fiğ anızıyla kaplı tarlada
gerçekleştirilmiştir.
Denemelerde, Türk Fiat 80-66 DT marka dört
tekerleği tahrikli standart tip bir traktör kullanılmıştır.
Traktöre ilişkin bazı teknik özellikler Çizelge 1’de
verilmiştir.
Deneme traktörüne, yakıt ölçme düzeneği, veri
toplama sistemi ve üzerinde kuvvet algılama pimleri
takılı çatıdan oluşmuş çeki kuvveti ölçüm sistemi
yerleştirilmiştir (Şekil 1).
Denemelerde geometrik şekilleri ve malzeme
yapıları farklı 3 tip çizel ayağı kullanılmıştır (Şekil 2).
A ve B tipi ayaklar parabolik bir şekilde 25 mm
kalınlığındaki çelik platinadan kesilerek oluşturulmuş,
C tipi ayak ise dökümden yapılmıştır. C tipi ayak
ülkemizde bir çok firma tarafından kullanılan çizel
ayak modelidir. Manisa’da faaliyetini sürdüren bir
tarım makinaları firmasının boyutlandırdığı ve patent
başvurusu yaptığı B tipi ayak ile literatür çalışmalarından
elde edilen bilgiler doğrultusunda E.Ü.Z.F. Tarım
Makinaları Bölümü’nde boyutlandırılan ve geliştirilen A
tipi ayak diğer modelleri oluşturmaktadır. Bu ayaklara
ait bazı teknik özellikler Çizelge 2’de verilmiştir. Her
ayak tipi için ayrı ayrı 7 şer ayaktan oluşan set, iki sıra
halinde aynı çizel çatısı üzerine bağlanarak denemeler
her bir set için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir.
Yöntem
Deneme planı; denemeler üç çizel ayak tipi, iki
ilerleme hızı ve iki derinlik dikkate alınarak üç
tekerrürlü olarak düzenlenmiştir. A, B ve C tipi
ayaklardan oluşturulan 7 ayaklı çizeller, kullanılan
ayak tipine uygun harf ile tanımlanmıştır (çizel A, B ve C).
Denemelerde ilerleme hızı olarak traktörün “Ağır 2” ve
“Ağır 3” vites seçenekleri dikkate alınmış ve denemeler
sırasında traktör motoru 2000 min-1’de çalışacak
şekilde ayarlanarak çalışma koşulları tüm denemelerde
benzer hale getirilmiştir. Belirtilen koşullarda traktörün
teorik ilerleme hızları; Ağır 2 vites için (Hız I) yaklaşık
5 kmh-1, Ağır 3 vites için (Hız II) 6 kmh-1 şeklinde
gerçekleşmiştir (Çizelge 1). Traktörde bir üst vites
“Seri 1” (7.53 kmh-1) üçüncü hız seçeneği olarak
denemede ele alınmış ancak çizeller tarlada bu vites
kademesinde çekilemediği için Seri 1 vites
kademesindeki çalışmalar iptal edilmiştir. Çizellerin
çalışma derinliği (17 cm ve 27 cm) olarak belirlenmiş
ve çatının her iki yanına bağlanan yüksekliği
ayarlanabilen tekerlekler yardımıyla tarlada ayakların
ayarlanan derinlikte çalışılması sağlanmıştır (Şekil 3).
Deneme alanı 3 metre genişlik ve 40 m uzunluğunda
parsellere ayrılmıştır. Parsellerin başında ve sonunda
gerekli boşluklar bırakılmıştır. Tesadüf parselleri
deneme desenine göre yürütülen çalışma 36 parselde
yapılmış ve sonuçlar Costat istatistik programında
değerlendirilmiştir.
Bu çalışmada, E.Ü. Bilimsel Araştırma Projesi
kapsamında Evcim ve arkadaşları tarafından daha
önceki bir çalışmada (Evcim ve ark., 1997) geliştirilen
çeki kuvveti ölçme sistemi kullanılmıştır. Sistem; bir
ölçme çatısı ve üç adet kuvvet algılama pimi ve
bilgisayarlı veri toplama ünitesinden oluşmaktadır.
Çeki kuvvetlerinin belirlenmesinde STRAINSERT
(ABD) firması tarafından hazırlanmış kuvvet algılama
pimleri (Biaxial clevis pin) kullanılmıştır (Çizelge 3).
Algılayıcılardan gelen sinyalleri işlemek ve
değerlendirmek amacıyla ADVANTECH firması
tarafından üretilen ADAM-5000/485 veri toplama ve
kontrol sistemi kullanılmış ve sistem RS-232 seri
haberleşme kablosu yardımıyla bir dizüstü bilgisayara
bağlanmıştır. VISIDAQ yazılım programında
oluşturulan bir strateji yardımıyla veriler bilgisayara
kaydedilmiştir. Daha sonra bu veriler bir Excel
dosyasına aktarılarak kalibrasyon eşitlikleri yardımıyla
kuvvet değerlerine dönüştürülmüştür. Yatay yönde
ölçülen kuvvetler toplanarak her bir çizelin toprak
işlemedeki çeki direnci saptanmıştır.
Yakıt tüketimi, traktöre monte edilmiş olan yakıt
ölçüm kabı ile belirlenmiştir. Denemeler sırasında
traktörün yakıt deposu iptal edilmiştir. 1000 mL ‘lik
ölçü kabı ve şeffaf bağlantı hortumları yardımıyla
hazırlanan yakıt ölçme düzeneği, depo ile aynı
seviyede olacak şekilde traktöre monte edilmiş ve
mazot geri dönüş hattı ise ölçü kabına tekrar geri
dönüşü sağlayacak şekilde bağlanmıştır. Yakıt tüketim
değerleri mL olarak ölçülmüştür.
Toprağın penetrasyon direncini belirlemek amacıyla
Spectrum Technologies firmasının ürettiği FIELDSCOUT
SC900 marka standart tip bir penetrometre kullanılmıştır.
Penetrometrenin ölçüm aralığı 0-7 MPa, maksimum
ölçüm derinliği ise 45 cm’dir.
Toprak hacim ağırlığının belirlenmesi için, toprak
işleme öncesi ve sonrası 0-10, 10-20 ve 20-30 cm
derinliklerden 100 cm3
lük bozulmamış örnek alma
kaplarıyla örnekler alınmış ve tartılmıştır. Bu örnekler
etüvde 105º C ‘de 24 saat kurutulduktan sonra tekrar
tartılmış ve toprağın nemi (kuru baz) ve birim hacim
ağırlığı hesaplanmıştır.
BULGULAR ve TARTIŞMA
Çizel ayaklarının toprağın fiziksel özelliklerine
yaptığı etkiyi belirlemek için toprak işleme öncesi ve
sonrası toprağın penetrasyon direnci ve birim hacim
ağırlığı değerleri ölçülmüştür. Toprak nemi ortalama
olarak %19.2 olarak hesaplanmıştır. Toprak işleme
öncesi ve sonrası ölçülen toprak penetrasyon direnci
değerleri Şekil 4 ve 5’de verilmiştir.
Toprağın batma direnci değerleri işleme öncesine
göre istatistiksel olarak α=0.05 önem seviyesinde
önemli bulunmuştur. Deneme toprağında, toprak
işleme öncesi ölçülen ve bitki köklerinin gelişmesinin
durduğu 2 MPa ve üzeri penetrasyon değerlerinin,
çizellerle toprak işleme sonrası 1 MPa değerinin altına
indiği görülmüştür.
Bitkilerin kök gelişimini etkileyen önemli
parametrelerden biri de toprağın birim hacim ağırlığıdır.
Toprak işleme öncesi ve sonrası toprağın kuru birim
hacim ağırlığı değerleri Çizelge 4 ve 5’te verilmiştir.
Toprak işleme öncesi 1.3 g cm-3 olan birim hacim
ağırlığı çizellerle toprak işleme sonucunda işleme
derinliklerinde istenen birim hacim ağırlığı değerleri
(≤1.1 g cm-3) sağlanmıştır. Çizellerle her iki iş derinliğinde
toprak işleme sonrası elde edilen hacim ağırlığı
değerleri işleme öncesine göre istatistiki olarak α=0.05
önem seviyesinde önemli bulunmuştur. İşleme
derinliğinin altındaki derinliklerde ise hacim ağırlığı
değerleri işleme öncesine göre fazla değişmemiş olup
sonuçlar arasında istatistiki olarak ta fark bulunmamıştır.
Araştırmada üç farklı çizel ayağı, iki farklı hızda ve
iki derinlikte çekilmiş ve çizellerin her bir farklı
konumunda çeki kuvvetleri ve yakıt tüketimleri
ölçülmüştür. Çizellerle toprak işleme sırasında traktör
tekerlek patinajı, birim alandaki yakıt tüketimi ve tarla
iş başarıları hesaplanmıştır. Çizellerin ortalama tarla
performans değerleri Çizelge 6’da verilmiştir. Tarlada
yapılan denemelerde sadece döküm ayaklı Çizel C, Hız
II’de çekilememiştir. Bu çizel, traktörde yüksek
patinaja sebep olmuş ve kimi yerlerde traktörün
motorunu durduracak şekilde tarlada zorlanmalara yol
açmıştır. Bu nedenle istatistiksel olarak Hız II değeri
Çizel C için değerlendirmeye alınmamıştır. İstatistiksel
değerlendirme önce sadece Hız I’de tüm çizeller için
yapılmıştır. Hızın etkilerini istatistiksel olarak sorgulamak
için ise sadece Çizel A ve Çizel B iki farklı hız ve iki
farklı derinlik kademelerinde değerlendirilmiştir.
Yakıt Tüketimi
Farklı ayak tiplerine sahip çizellerin farklı hız ve
derinlikte çalışırken ölçülen yakıt tüketim değerleri
Şekil 6’da verilmiştir.
Çizeller arasında yakıt tüketim değerleri Toprak
işlemede derinlik arttıkça tüm çizellerde yakıt tüketimi
de artmaktadır. Örneğin Çizel A’da, Hız I’de, işleme
derinliği 17 cm’de ortalama yakıt tüketimi 13.85 L ha-1
iken, derinlik 27 cm’de 14.23 L ha-1 değerine
çıkmaktadır. Fark istatistiksel olarak önemli bulunmuş
olup (α=0.05 önem seviyesinde) derinlikle birlikte
yakıt tüketimi % 3.25 artmıştır.
Sadece A ve B tipi çizellerinin farklı hızlarda (I ve
II) yakıt tüketimleri incelenecek olursa, hızla birlikte
yakıt tüketiminin düştüğü görülmektedir (Şekil 6).
Çizelle toprak işlemede hızın yakıt tüketimi üzerindeki
etkisi istatistiksel olarak da α=0.05 önem seviyesinde
önemli bulunmuştur.
Hız I ve 17 cm iş derinliğinde çizeller yakıt tüketim
açısından kıyaslanacak olursa, en düşük değer 13.85
Lha-1 ile Çizel A ’da görülmüş ve en yüksek değerde
18.08 Lha-1 ile Çizel C’de çıkmış olup çizeller arasındaki
fark istatistiksel olarak önemli bulunmuştur.
İş Başarısı
Tüm çizellerin farklı hız ve derinlikteki iş başarıları
Şekil 7’de verilmiştir. Çizelle toprak işlemede derinliğin
artmasıyla iş başarısı azalmıştır. Hızın etkisi dikkate
alındığında ise hızla birlikte iş başarısı da artmaktadır.
Nitekim, Çizel A ’da 17 cm derinlikte Hız I’de iş
başarısı 8.73 ha h-1 ölçülürken bu değer 27 cm iş derinliğinde 8.31 ha h-1 düşmektedir. Hız II’de aynı
çizelde iş başarıları 17 cm iş derinliğinde 10.54 ha h-1
ve 27 cm iş derinliğinde ise 9.82 ha h-1 değerlerine
yükselmektedir.
Çizeller iş başarıları yönünden kendi aralarında
karşılaştırıldığında, fark istatistiksel olaral önemli
bulunmuş olup en yüksek iş başarısı 10.54 ha h-1 ile
Çizel A’da, en düşük iş başarısı ise 6.83 ha h-1 ile Çizel
C ‘de belirlenmiştir.
Çeki Dirençleri
Çizellerin farklı hız ve iş derinliklerindeki çeki
dirençleri Şekil 8 ’de verilmiştir. Şekilden de görüleceği
üzere, derinlik ve hızın artması tüm çizellerde çeki
direncinin artmasına neden olmuştur.
Çizel C Hız II ‘de çeki direnci çok yüksek olduğu
için deneme traktörü ile belirlenen motor devri ve
toprak şartlarında çekilememiştir. İşleme derinliği
17 cm dikkate alındığında, hızın arttırılmasıyla çeki
direnci Çizel A ‘da 12.65 kN ‘dan 13.70 kN değerine
çıkmıştır. Aynı hız kademesinde (Hız I), derinlik
artışıyla birlikte Çizel A ‘nın çeki direnci 12.65 kN ‘dan
13.83 kN değerine yükselmiştir.
Çizeller arasındaki çeki direnci farkı istatistiksel
olarak önemli bulunmuştur. Hız I ve 17 cm iş
derinliğinde; en düşük çeki direnci 12.65 kN ile Çizel A
‘da elde edilirken, bunu 13.79 kN ile Çizel B ve 15.55
kN ile Çizel C izlemiştir.
SONUÇ
Daha ekonomik ve sürdürülebilir tarım amacıyla
yapılan bu çalışmada, geleneksel olarak kullanılan
çizel ayağına alternatif olarak tasarlanmış iki yeni ayak
modelinin tarla koşullarında çalışma parametreleri
saptanmış ve toprağa olan bazı fiziksel etkileri
incelenmiştir.
Denemede ele alınan farklı tip ayaklara sahip
çizellerin, Hız I’ de çeki direnci, yakıt tüketimi ve iş
başarıları derinlikle değişmiş ve farklar istatistiksel
olarak önemli bulunmuştur. Genel olarak derinlik
arttıkça çizellerin çeki kuvveti ihtiyacı ve yakıt
tüketimleri artmakta, iş başarısı düşmektedir.
Denemelerde döküm ayaklı çizel (C), traktörde
yüksek patinaja neden olduğundan traktörün motorunu
durduracak şekilde tarlada zorlanmış ve bu nedenle
istatistiksel olarak Hız II değeri Çizel C için
değerlendirme dışında bırakılmıştır. Sadece A ve B
çizellerinde farklı hızlarda yakıt tüketimleri incelendiğinde,
hızın çeki kuvvetini yükselttiği, birim alana yakıt
tüketimini düşürdüğü ve iş başarısını da arttırdığı
bulunmuştur. Hızın artması ile Çizel C hariç, parabolik
ayaklı A ve B çizellerinde toprak partiküllerinin
dinamik olarak akışının kolaylaşması nedeniyle daha
rahat bir sürüm, dolayısıyla patinaj ve yakıt
tüketiminde azalma sağlanmıştır.
Çizeller kendi aralarında karşılaştırılacak olursa,
döküm ayaklı Çizel C, 16.25 kN ile en yüksek çeki
kuvveti ihtiyacını gösterirken, 6.83 ha h-1 ile en düşük
iş başarısı ve 19.23 L ha-1 ile en fazla yakıt tüketimine
sahip çizel olarak en düşük performansı göstermiştir.
Tüm ölçümlerde, Çizel A en düşük çeki direnci ve
yakıt tüketimine paralel olarak en yüksek iş başarısı ile
en yüksek performansı veren çizel olarak göze
çarpmaktadır. Çizel B, döküm ayaklı Çizel C’ ye göre
daha iyi performans göstermiş olmasına rağmen elde
edilen verilere göre performans olarak Çizel A ’nın
gerisinde kalmıştır.
Sonuç olarak yeni tasarlanan Çizel A, sahip olduğu
performans ile mevcut deneme koşulları dikkate
alındığında diğer çizellere göre üstünlük sağlamıştır.
Bu çalışmada ele alınan çizel ayak tiplerinin
özellikle toprak kanalı gibi çalışma koşullarının daha iyi
kontrol edildiği şartlarda denenmesi, tek ayak testleri
ile toprağa olan etkilerinin daha detaylı incelenmesi ve
bu konuda yeni araştırma çalışmaları yapılması
planlanmaktadır.
