TARIM, İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ VE KARBON

Tarım sektörünün iklim değişikliği ile ilişkisi azaltım ve uyum konu başlıkları altında yer almaktadır. Azaltım konusu Tarım ve LULUCF (Land Use Land Use Change and Forestry) kapsamında ele alınırken uyum konusu Uyum başlığı altında Orman ve Su İşleri Bakanlığının ilgili birimleriyle ortak biçimde yürütülmektedir.

Tarım ürünleri kendine özgü iklim koşulları gereksinim duyarlar. İklim değişikliği başta kuraklık olmak üzere bu koşulları çeşitli şekillerde değiştirebilmektedir.

Bu konuda detaylı bilgi için bknz 2008 tarihli USDA Report on Effects of Climate Change on Agriculture, Land Resources, Water Resources, and Biodiversity);

 

Tarım ürünlerinin iklim değişikliğine tepkisi

Tarım ürünleri, yaşam döngüleri içerisinde sağlıklı gelişim için ihtiyaç duydukları sıcaklık aralığı bakımından farklılık gösterirler. Bitkisel gelişim için büyümenin başladığı bir eşik sıcaklık değeri ve bitkinin olabildiğince hızlı büyüdüğü optimum (en uygun) bir sıcaklık vardır. Türlere bağlı değişmekle beraber optimum bir sıcaklığa kadar artan sıcaklık genellikle ürünün gelişimini, yaşam döngüleri fazları (fenolojik) yoluyla hızlandırır. Bu optimum sıcaklık değeri aşıldığında ise gelişim (nod ve yaprağın ortaya çıkma hızı) yavaşlar. Kısıtlayıcı değişken olarak sadece sıcaklığın olduğu şartlarda seçilmiş tek yıllık tarım ürünlerinin önemli sıcaklık değerleri Tablo 1 ve 2’de gösterilmiştir. 

 

Tablo 1. Ekonomik olarak önemli bazı ürünler için; vejetatif gelişim ve üreme (reprodüktif) gelişimi için kardinal, temel ve optimum sıcaklıklar, vejetatif biyokütle için optimum sıcaklık, maksimum hububat hasadı için optimum sıcaklık ve ürün alınamayan zarar (tavan) sıcaklığı ile ilgili bilgiler verilmiştir. Vejetatif üretim ve hububat hasadı için optimum sıcaklık ile zarar noktası sıcaklıkları günlük sıcaklık aralığı 10°C’ye kadar olan çalışmaların ortalamalarını temsil etmektedir.

Ürün

Baz Sıcaklık Bitk.Büyüme

Opt Sıcaklık Bitk.Büyüme

Baz Sıcaklık Üreme

Opt Sıcaklık Üreme

Opt Sıcaklık Aralığı Bitk.Üret.

Opt Sıcaklık Aralığı Üreme

Zarar Sıcaklığı Üreme

Mısır

81

341

81

341

 

18-222

353

Soya Fasulyesi

74

304

65

265

25-376

22-246

397

Buğday

08

268

18

268

20-309

1510

3411

Pirinç

812

3613

812

3312

3314

23-2613,15

35-3613

Sorgum

816

3416

816

3117

26-3418

2517,19

3517

Pamuk

1420

3720

1420

28-3020

3421

25-2622

3523

Yer Fıstığı

1024

>3024

1124

29-3325

31-3526

20-2626,27

3926

Fasulye

 

 

 

 

2328

23-2428,29

3228

Domates

730

2230

730

2230

 

22-2530

3031

1Kiniry and Bonhomme (1991):,2Muchow et al. (1990); 3Herrero and Johnson (1980); 4Hesketh et al. (1973); 5Boote et al. (1998); 6Boote et al. (1997); 7Boote et al. (2005); 8Hodges and Ritchie (1991); 9Kobza and Edwards (1987); 10Chowdury and Wardlaw (1978); 11Tashiro and Wardlaw (1990); 12Alocilja and Ritchie (1991); 13Baker et al. (1995); 14Matsushima et al. (1964); 15Horie et al. (2000); 16Alagarswamy and Ritchie 1991); 17Prasad et al. (2006a); 18Maiti (1996); 19Downs (1972); 20K.R. Reddy et al. (1999, 2005); 21V.R. Reddy et al. (1995); 22K.R. Reddy et al. (2005); 23K.R. Reddy et al. (1992a, 1992b); 24Ong (1986); 25Bolhuis and deGroot (1959); 26Prasad et al. (2003); 27Williams et al. (1975); 28Prasad et al. (2002); 29Laing et al. (1984); 30Adams et al. (2001); 31Peat et al. (1998).

 

Hava sıcaklığının artışı yönünde küresel değişimler öngören çeşitli iklim değişikliği senaryoları olduğu bilinmektedir. Fakat bitkiler açısından hava sıcaklığı yanında başka faktörler de önemlidir. Örneğin, kuraklık koşullarında, yeterli düzeyde sulanan ürünler, terlemeden dolayı hava sıcaklığından 10°C daha soğuk olabilirler. Güneş ve gökyüzü radyasyonu, rüzgâr hızı, havanın nemi ve bitkilerin gözeneksel iletkenliği (stomatal conductance) hava ve bitki arasındaki sıcaklık farkını etkileyen değişkenlerin tümüdür.

Tek yıllık ürünlerin daha hızlı gelişimi çok da ideal bir durum değildir. Daha küçük bitkilerde, daha kısa yaşam döngüsü daha kısa üreme sürecine ve daha düşük ürün potansiyeline neden olmaktadır. Bu nedenle, ürün için optimum sıcaklık her zaman yaprağın ortaya çıkma hızı, bitkisel büyüme veya üreme için gerekli optimum sıcaklıktan daha düşüktür.  Ayrıca, gelişimin kritik dönemlerinde sıcaklık özel eşiklerin altına düşer veya üzerine çıkarsa, ürün üzerinde önemli etkileri olur. Sıcaklık ürün yaşam döngüsü sürecini ve yetiştiricinin üretim bölgesine uyumunu etkilemekte olup, pek çok ürünün yaşam döngüsü için özellikle soya fasulyesinde gün boyu hassasiyet de önemli bir rol oynamaktadır. Gelişmenin üreme aşamasında daha yüksek sıcaklıklar polen canlılığını, tozlaşmayı ve meyve/hububat oluşumunu etkilemektedir. Meyve veya hububat oluşumunun tozlaşma evresinde, kronik ve aynı zamanda kısa süreli olarak yüksek sıcaklığa maruz kalma ürün potansiyelini azaltır. Bu gelişim evresi, olağanüstü sıcaklıklara verilen tepkinin en önemli olduğu büyüme aşamalarından biridir. Her ürünün, vejetatif ve reprodüktif büyümesinin optimal bir hızla ilerleyeceği özel bir sıcaklık aralığı olup bu aşamalarda aşırı yüksek sıcaklıklara maruz kalınması büyümeyi ve ürünü etkileyebilir, ancak gelişimin üreme safhasında olağanüstü olaylardan kaynaklanan akut etkiler fazla hasar verici olabilir.

Çoğu çok yıllık, sıcak seven meyve ve kabuklu yemiş ürünlerinde, kış sıcaklıkları verimlilikte önemli bir rol oynamaktadır (Westwood, 1993). Meyve ve kabuklu yemiş ürünleri arasında kış dayanıklılıkları (yani, aşırı düşük derecelerde hayatta kalma yeteneği) bakımından çok fazla miktarda genotip varyasyonları ve bahar ve yaz mevsimlerinde optimum düzeyde çiçek açmaları ve meyve vermeleri için kış serinliği (winter chilling) gereksinimleri bulunmaktadır (Tablo 3). Meyve ve kabuklu yemiş ürünlerinin özel alanlarda yerleştirilmesi bölgedeki iklimin ve iklimsel kaynakların fenolojik aşamalarla uyumu ile ilgilidir.

 Sıcaklığın tarımsal çıktılar üzerinde etkileri

 

Mahsulün sıcaklığa tepkisi türler arasında ürünün kardinal sıcaklık gereksinimlerine göre değişiklik göstermektedir. Bitkiler daha serin sıcaklıklarda optimum bir aralığa sahip olup sıcaklığın bu aralığın üzerine çıkması durumunda mahsulde önemli ölçüde düşüşler ortaya çıkabilir. Ancak, tarladaki sıcaklığın yükselerek mahsulün azalması tek başına sıcaklıktan dolayı olmayabilir, çünkü pek çok yerde bu durum yağış eksikliği ile de ilgilidir. Sıcaklık değişimleri, bitkilerde doğrusal tepkiler yaratmaz, çünkü sıcaklığa yönelik biyolojik tepkiler doğrusal değildir. Bazı durumlarda sıcaklık artışının etkileri tahmin edilenden daha büyük olabilir. Sıcaklık ve su eksikliği arasındaki etkileşim tarımsal ürünleri olumsuz yönde etkilemektedir.

 

Tablo 2. Bazı sebze ürünleri için sıcaklık eşikleri. Değerler yaklaşık ve sadece gruplar arası göreli karşılaştırmalar içindir. Don hassasiyeti; “+ =  dona hassas”, “- = göreli olarak hassasiyeti yok”, “( ) = belirsiz ya da türe bağlı ya da büyüme aşamasında hassasiyet”. Krug (1997) ve Rubatzky ve Yamaguchi (1997)’den uyarlanmıştır.

 

 

İklimsel sınıflama

Ürün

Çimlenme için kabul edilebilir sıcaklık (C)

Mahsul için optimum sıcaklık (C)

Büyüme aralığı için kabul edilebilir sıcaklık (C)

Don hassasiyeti

Sıcak

Karpuz

21-35

25-27

18-35

+

Okra

21-35

25-27

18-35

+

Kavun

21-32

25-27

18-35

+

Tatlı patates

21-32

25-27

18-35

+

Ilık

Salatalık

16-35

20-25

12-30(35)

+

Biber

16-35

20-25

12-30(35)

+

Tatlı Mısır

16-35

20-25

12-30(35)

+

Fasulye

16-30

20-25

12-30(35)

+

Domates

16-30

20-25

12-30(35)

+

Serin-Ilık

Soğan

10-30

20-25

7-30

-

Sarmısak

7-25

20-25

7-30

-

Turp

10-35

18-25

5-25

-

Bezelye

10-30

18-25

5-25

( )

Serin

Patates

7-26

16-25

5-25(30)

+

Marul

5-26

16-25

5-25(30)

(+)

Lahana

10-30

16-18(25)

5-25

-

Brokoli

10-30

16-18(25)

5-25

-

Ispanak

4-16

16-18(25)

5-25

-

 

2.1. Mısır

Artan sıcaklık, mısır yaşam döngüsü ve üreme aşamasının kısalmasına ve hububat mahsulünde azalmaya neden olmaktadır.

ABD Illinois’de simule edilen çeşitli mahsullerde her 2 °C ‘lik sıcaklık artışında ürün verimi %5 ila %8 oranında düşmüştür. Bu ilişkiden yola çıkılarak, sulamanın yeterli olduğu şartlar altında ABD’nin orta batısında gelecek 30 yılda yaşanacak bir 1.2 °C’lik sıcaklık artışının ürün verimini %4 oranında azaltabileceği söylenebilir (Tablo 4)

 

Küresel mısır üretiminin yeni bir değerlendirmesinde, 1961-2002 yılları arasında sıcaklık ve yağışa verilen tepkiyle ilişkili olarak Lobell ve Field (2007) sıcaklıkta 1°C’lik artış başına %8.3’lük mahsul azalması olduğunu bildirmişlerdir. Benzer birçok araştırmada farklı iklim koşullarında tarımsal ürün veriminin sıcaklık artışıyla ters orantılı olarak azalabileceği ortaya konulmuştur.  

 

Tablo 3. Bazı çok yıllık odunsu meyve ve kabuklu yemiş ürünleri için Winter Chill 1 (kış serinlemesi) (saat) gereksinimleri, kış dayanıklılığı (minimum kış sıcaklıkları) ve minimum don olmayan gün sayısı (büyüme mevsimi gereksinimleri). Çiçekler ve ürünlerin meyvelerinin oluşumunun yumuşak dondan orta dona kadar (0 ºC ila -5 ºC) hasar görme konusunda hassas oldukları ve yüksek sıcaklık baskısı (>35ºC) ve ürünlerin çeşidine göre değişen zarar verici özel sıcaklıklar tabloda gösterilmemiştir. Değerler yaklaşık ve göreli karşılaştırmalar içindir sadece. Westwood (1993)’den uyarlanmıştır.

 

Ürün

Yaygın Çeşitler

Diğer

Minimum Kış Sıcaklığı (C)

Minimum Don Olmayan Gün Sayısı

Badem

100-500

 

-10

>180

Elma

1000-1600

400-1800

-46 to -4

<100 (+)

Yaban mersini

400-1200

0-200

-35 to -12

<100 (+)

Vişne

900-1200

600-1400

-29 to -1

<100 (+)

Narenciye

0

 

-7 to 4

>280

Üzüm (Avrupa)

100-500

 

-25 to 4

>120

Üzüm (Amerika)

400-2000 (+)

 

-46 to -12

<100 (+)

Şeftali

400-800

200-1200

-29 to 4

>120

Armut

500-1500

 

-35 to -1

>100

Pekan

600-1400

 

-10

>180

Şam fıstığı

600-1500

400-600

-10

>180

Erik

800-1200

500-600 (Japanese)

-29 to 4

>140

Frambuaz

800-1700

100-1800

-46 (+)

<100 (+)

Çilek

300-400

 

-12

<100 (+)

Ceviz

400-1500

 

-29

>100

1 Kış serinliği pek çok meyve ve kabuklu yemiş ürünü için dar bir sıcaklık aralığında 0°C ila 15°C yaşanmakta olup maksimum serinleme toplamı 7.2°C ‘ de yaşanmaktadır. bu sıcaklıkların altında ya da üstünde sıcaklıklar serinleme gereksinimlerine katkıda bulunmamaktadır ve hatta 15°C’nin üzerinde sıcaklıklar daha önceki serinlemeyi etkisiz kılabilmektedir.

 

Artan sıcaklıkların neden olduğu mahsul azalması sıcaklığın tozlaşma ve çekirdek oluşumu üzerine etkisi ile ilgilidir. 35 °C’den yüksek sıcaklıklar polen canlılığı için öldürücüdür.

30 °C’nin üzerindeki sıcaklıklar, mısır çekirdeklerinde hücre bölünmesini ve amiloplast replikasyonunu bozmakta ve böylece hububatın yutak etkinliğini ve mahsulü azaltmaktadır. Mısırda yaprak fotosentez hızının yüksek bir optimum sıcaklığı vardır (33 °C ila 38 °C). Bu yüksek sıcaklıklarda ışık kullanım verimliliğinin düşük düzeyde bir hassasiyeti vardır, ancak 38 °C’nin üzerinde fotosentez hızı azalmaktadır.

 

 

2.2. Soya Fasulyesi

 

Soya fasulyesi üreme gelişiminde (antez zamanında), mısırıınkinden bir miktar daha düşük kardinal sıcaklıklar söz konusudur. Ortalama sıcaklık 23 °C’nin üzerine yükselirse, soya fasulyesinde tohumun büyüme hızı, tohumun boyutu ve hububatın parçalanma yoğunluğu 39 °C ortalamada sıfıra ulaşıncaya kadar azalır (Pan 1996; Thomas 2001).

 

Eğer sıcaklık 30 °C’yi (optimum sıcaklık) aşarsa, soya fasulyesi polen canlılığı azalır. Soya fasulyesi mahsulü,  farklı bölgelerde soya fasulyesinin antez sonrası döneminde hakim sıcaklık ortalamasına büyük ölçüde bağlıdır. Soya fasulyesinin büyüme mevsiminde sıcaklık ortalama 22.5 °C olan ABD’nin orta batı bölümünün üst kesimlerinde, soya fasulyesi mahsulü sıcaklığın 1.2 °C’lik bir artışıyla %2.5 oranında artabilir (Tablo 4). Buna karşın, soya fasulyesi büyüme mevsiminde sıcaklıkların 25 °C ila 27 °C ABD’nin güney kesimlerindeki soya fasulyesi üretimi güncel olan 26.7 °C’den 1.2 °C’lik bir artışla %3.5 oranında azalabilir (Boote et al. 1996, 1997).

 

Tablo 4. Hububat mahsulü ve evapotranspirasyonun artan sıcaklığa (1.2 °C), artan CO2(380 to 440 ppm)miktarına ve sıcaklık ile artan CO2miktarının birlikte etkisine tepkisinin yüzde değişimi. Reprodüktif büyüme döneminde güncel hava sıcaklık ortalaması her ürün/bölge için başlangıç referansı vermek için parantez içinde gösterilmiş olmasına rağmen tüm tahıl mahsulleri, mahsul olgunlaşması sırasında güncel hava sıcaklık ortalamasını altındaki sıcaklık değerleri ile azalmaktadır.

 

 

Hububat Mahsulü

Evapotranspirasyon

Ürün

Sıcaklık

(1.2ºC)

CO2 (380 to 440 ppm)

Sıcaklık/CO2 Beraber

Sulu

Sıcaklık

(1.2 °C)

CO2 (380 to 440 ppm)

% değişim

Mısır – Orta batı (22.5ºC)

-4.0

+1.0

-3.0

+1.8

 

Mısır – Güney (26.7ºC)

-4.0

+1.0

-3.0

+1.8

 

Soya fasulyesi – Orta batı (22.5ºC)

+2.5

+7.4

+9.9

+1.8

-2.1

Soya fasulyesi – Güney (26.7ºC)

-3.5

+7.4

+3.9

+1.8

-2.1

Buğday – Plains (19.5ºC)

-6.7

+6.8

+0.1

+1.8

-1.4

Pirinç – Güney (26.7ºC)

-12.0

+6.4

-5.6

+1.8

-1.7

Sorgum (tüm sıcaklıklar)

-9.4

+1.0

-8.4

+1.8

-3.9

Pamuk – Güney (26.7ºC)

-5.7

+9.2

+3.5

+1.8

-1.4

Yerfıstığı – Güney (26.7ºC)

-5.4

+6.7

+1.3

+1.8

 

Fasulye – göreli olarak (23ºC)

-8.6

+6.1

-2.5

+1.8

 

 

 

2.3. Buğday

 

Artan sıcaklıkla beraber buğday ve diğer küçük hububatların, hububat oluşum süreci aniden kısalabilir. Sıcaklık artışı olduğu için mahsulün hububat oluşum dönemi kısalacaktır. Zira genellikle buğday oluşumu sürecinde yaşanan 25-35 °C’yi geçen sıcaklık artışları hububat oluşumu sürecini kısaltır.

Aynı şekilde, 1 °C’lik bir artış reprodüktif dönemi %6 kadar, hububat oluşumu sürecini %5 kadar kısaltabilir ve hububat mahsulü ile hasat indeksini oranlı olarak azaltabilir (Lawlor and Mitchell, 2000).Bender et al. (1999), Avurpa’da dokuz bölgede bahar buğdayını analiz etmiş ve her 1 °C’lik sıcaklık artışında mahsulde %6 kadar bir azalma olduğunu bulmuştur. Lobell ve Field (2007), sıcaklıktaki her 1ºC’lik artışın küresel buğday mahsulü ortalamasını %5,4 oranında azalttığını bildirmiştir. Hububat boyutu çok az miktarda azalacaktır. Bu dört referans birbirleri ile uyum içindedirler, bu nedenle Tablo 2.6’da yer alan mahsul üzerindeki sıcaklık etkisi projeksiyonu olasıdır. Artan sıcaklığın, öncelikli olarak su eksikliği yoluyla etkilenen fotosentez üzerindeki etkisi buğday mahsulünü azaltan ek bir faktör olarak görülmelidir (Paulsen 1994). Ayrıca, artan sıcaklıklar buğday endosperminde nişasta sentezini azaltmaktadır (Caley et al. 1990).

 

 

2.4. Pirinç

 

Pirincin sıcaklığa verdiği tepki ciddi anlamda çalışılmaktadır (Baker and Allen 1993a, 1993b; Baker et al. 1995; Horie et al. 2000). 33 °C’ye kadar biyokütle artışıyla  (Matsushima et al. 1964) birlikte, 8ºC temel bir sıcaklıkla beraber pirinçteki yaprak oluşum hızı termal hayatta kalma eşiği olan 36-40 °C’ye ulaşana kadar (Alocilja and Ritchie 1991; Baker et al. 1995) artmakta olup, hububat oluşumu ve mahsul için gerekli olan sıcaklık daha düşüktür (25 °C) (Baker et al. 1995).Baker et al. (1995), pirinçte hububat oluşumunu mahsul için ortalama optimum sıcaklığı 25 °C olarak ifade etmektedir. 25 °C’nin üzerinde her 1 °C sıcaklık artışı hububat mahsulünü ortalama %10 oranında gece ve gündüz arasında 7 °C’lik bir fark gözeterek ortalama 35-36 °C sıcaklıkta sıfır mahsule ulaşıncaya kadar azaltmıştır (Baker and Allen 1993a; Peng et al. 2004).

 

Gündüz maksimum sıcaklık 33 °ºC’yi aşınca, polen canlılığı ve polen üretimi düşüşe geçmekte olup, maksimum sıcaklık Tmax 40 °C’a ulaşınca bu düşüş sıfıra ulaşmaktadır (Kim et al. 1996). Pirinçte çiçeklenme gün ortasında meydana geldiği için Tmax, ısının başakcık sterilitesi (kısırlığı) üzerinde yarattığı stresin en iyi göstergesidir. Pirinçte hububat boyutu çoğunlukla sabit kalmaya eğilimlidir, tozlaşma hata noktasına kadar, artan sıcaklık karşısında yavaş bir biçimde azalır (Baker and Allen 1993a).

 

 

2.5. Pamuk

 

Pamuğun yüksek sıcaklıklara uyum sağladığı düşünülmektedir. Bu algıya rağmen, pamuğun üreme sürecinin yüksek sıcaklıklarından olumsuz etkilendiği görülmektedir (Reddy et al. 2000, 2005). Tropik bir ürün olarak pamuk, yaprak çıkarma hızının göreli olarak yüksek bir temel sıcaklığa (14 °C) ve optimum sıcaklığa (37 °C) sahip olması nedeniyle yaprak büyümesi ve bitkisel büyüme yönden yüksek sıcaklıklara toleranslıdır (Reddy et al. 1999, 2005). Öte yandan, 14 °C civarında yüksek bir temel sıcaklık beraberinde repordüktif ilerlemenin (ilk çiçeğin oluşumu) optimum sıcaklığı 28-30 °C’dir (Reddy et al. 1997, 1999). Pamuk kozasının maksimum büyüme hızı 25-26 °C’de gerçekleşir, daha yüksek sıcaklıklarda bu hız azalırken; pamuk kozası hasatı indeksi en yüksek 28 °C’de gerçekleşir, daha yüksek sıcaklıklarda bu hız azalarak33-34 °C’de sıfıra ulaşır (Reddy et al. 2005).

 

32ºC’nin üzerindeki ani hava sıcaklıkları, polen canlılığını azaltmakta olup, 29ºC’nin üzerindeki ani hava sıcaklıkları ise polen tüp elongasyonunu azaltmaktadır (Kakani et al. 2005), böylece sıcaklıkta başarılı koza oluşumu aşamalı olarak azalarak 40/32 °C gündüz/gece (ortalama 35ºC ) sıcaklıkta koza mahsulü sıfır noktasına gelmektedir (Reddy et al. 1992a, 1992b).

 

Bu verilerden pamuğun, yükselen sıcaklıklara soya fasulyesi ve yer fıstığından daha hassas, pirinç ve sorgum ile benzer hassasiyete sahip olduğu anlaşılmaktadır.

 

 

2.6. Domates

 

Sıcaklığın domates üretimi üzerinde beklenen ektisi, üretimin yapıldığı bölgeye ve ekim yapılan zamana bağlıdır. Yaprak/salkım gelişimi için optimum22 °C, tozlaşma sonrası meyve oluşumu için optimum 22-26 °C, meyve gelişimi için optimum 22-25 °C gerektiğinden ve 26 °C’nin üzerinde meyve almada yavaşlama olduğu için, 25 °C’yi aşan sıcaklıkların domates üretimini azaltması muhtemeldir. Lineer olmayan mahsul tepkisi ve optimum sıcaklık ile hata sıcaklığı sırasıyla 23.5 °C ve 30 °C olarak varsayıldığında, üretim bölgesine bağlı olarak, 25 °C’nin üzerinde 1.2 °C’lik bir artışın domates mahsulünü %12.6 oranında azaltacağı hesaplanmıştır.