Boğaziçi’nden akademisyenler araştırdı: Toprağın nemini ölçen SMAP teknolojisi ile orman yangınlarını önlemek mümkün

Ülkemizin de içinde yer aldığı Akdeniz havzasında özellikle yaz dönemleri, kurak ilkbahar ve sonbahar dönemlerinde orman yangınlarının sayısında son yıllarda ürkütücü bir artış görülüyor. Tarım ve Orman Bakanlığı'na bağlı Orman Genel Müdürlüğü'nün 2019 yılı verilerine göre geçen yıl Türkiye’de toplam 2 bin 688 orman yangını meydana geldi. Orman yangınlarının önceden tahmin edilerek bir erken uyarı modelinin geliştirilebilmesi için yapılan araştırmalar, yangın ve iklim arasındaki ilişkinin daha iyi anlaşılması gerektiğine dikkat çekiyor. Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü’nde doktora öğrencisi Burcu Calda’nın, Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü'nden Dr. Öğr. Üyesi M. Ali Khalvati’nin danışmanlığında yürüttüğü proje, orman yangınlarının önceden tahmin edilebilmesi konusunda yeni bir perspektif sunuyor. Bir yıl sürmesi planlanan proje, durdurulamayan orman yangınlarının başlamasında bariyer görevi gören toprak nemini SMAP teknolojisiyle belirleyerek toprak nemini artırmada mikroorganizmaların rolünü araştıracak, böylece orman yangınlarıyla mücadele konusunda biyolojik bir çözüm önerecek.

Projenin ortaya çıkışı, Burcu Calda’nın “Contributions of Plant Microbe Interactions to Enhance Drought Resistance Against Forest Fires / Orman Yangınlarına Karşı Bitki-Mikrop Etkileşimlerinin Kuraklık Direncini Artırmadaki Katkısı” başlıklı yüksek lisans tezine uzanıyor. Yüksek lisans tezinde toprak nemini dikkate alarak hesaplama yapan bir yangın indisi ile (the Canadian Fire Weather Index (FWI)) diğer bir deyişle yangın riskini sayısal olarak ifade eden bir sistem ile gelecekte orman yangın riskinin Akdeniz havzasında ne kadar artacağını öngörmeye çalışan Burcu Calda, sera çalışmasıyla da orman yangınlarına karşı ağaç ve arbüsküler mikorizal fungus (AMF) arasındaki etkileşimin kuraklık direncini artırmadaki katkısını araştırdı. Burcu Calda’nın araştırmasına, 2016 yılında Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü’nde öğretim üyesi olan ve 2000’li yıllarda Türkiye’de toprak mikroorganizmaları ve kuraklık üzerine projeler yürüten Doç. Dr. M. Ali Khalvati ile İklim Değişikliği ve Politikaları Uygulama ve Araştırma Merkezi müdürü Prof. Dr. Levent Kurnaz danışmanlık yaptı.

Boğaziçi Üniversitesi ve İzmir Ege Üniversitesi Bayındır Meslek Yüksekokulu iş birliğinde başlayan “Correlation Between Soil and Plant Components Water Contents to Predict Wildfire Using Dielectric Constant and Soil Moisture Active Passive (SMAP) Technology” başlıklı proje, İzmir’de gerçekleştirilecek sera ve laboratuvar çalışmalarından oluşacak. Yapılan çalışmalar, faydalı bir toprak mikroorganizması olan arbüsküler mikorizal fungusun (AMF) toprağın nemini artırmadaki etkisini ölçecek. Böylece orman yangınları açısından riskli olup Akdeniz iklim şartlarının görüldüğü bir bölge olan İzmir’de orman yangınlarını önlemek için AMF’nin nasıl bir rol üstlendiği değerlendirilecek. Projenin detaylarını Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri'nden Dr. Öğr. Üyesi M. Ali Khalvati ile Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü’nde doktorasına devam eden Burcu Calda ile konuştuk. 

Akdeniz ülkeleri bazında ve özellikle Türkiye’de orman yangınlarının son zamanlarda artma sebeplerini nasıl değerlendirirsiniz? Türkiye’de orman yangınlarıyla en çok hangi bölgelerde karşılaşıyoruz?

Türkiye, Akdeniz ikliminin görüldüğü bir coğrafyada yer alıyor. Orman yangınları Akdeniz havzasının doğasında olan bir durum. Burada yaz dönemleri kurak geçiyor ve nispi nem düşük seyrediyor. Bu yüzden çıkan yangınları durdurmak epey zorlaşıyor. İklim değişikliği ile son yıllarda yangınların sayısında ciddi bir artış gözlendi. Yangınların bir kısmı artan kurak hava koşulları nedeniyle doğal yollardan meydana gelirken, diğer bir kısmı ihmal ya da kasıt sonucunda oluşan ve büyük ölçüde yağış, rüzgâr vb. iklim elemanlarının etkisiyle büyüklüğü değişen yangınlar olarak karşımıza çıkıyor.     

T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Orman Genel Müdürlüğü’nün 2019 yılı illere göre orman yangınlarının dağılımı verisini ele aldığımızda Akdeniz ve Ege Bölgesi’nde yangın sayısının daha fazla olduğunu ve orman yangınlarının özellikle Muğla, Antalya, İzmir ve Çanakkale illerinde diğer illere göre daha yüksek olduğunu söyleyebiliriz. Örneğin; 2019 yılında Muğla’da 264, Antalya’da ise 199 orman yangını çıkmış. Bu illerdeki yangın sayısı, bazı dönemlerde Türkiye’nin diğer bölgelerindeki yangın sayısının on katı olabiliyor.

Gelişen teknolojiyle orman yangınlarını kontrol altına almak kolaylaştı mı? Yangınları önlemek için ne tür tedbirlere ihtiyaç duyuluyor?

IoT sensörleri, yapay zekâ, kameralar ve insansız hava araçları gibi akıllı teknolojiler yangını erken tespit ederek yangına hızlı müdahale imkânı sağlayabiliyor. Ancak geçtiğimiz aylarda ABD’nin California, Washington, Colorado ve Oregon eyaletlerini etkileyen bir dizi büyük orman yangını meydana gelmişti. Can kayıplarının yaşandığı, evlerin tahrip olduğu, yüzbinlerce hektar alanın yandığı bu yangınlara bakıldığında durdurulamayan büyük orman yangınlarını (wildfires) kontrol altına almak hâlâ zor diyebiliriz.

Yapılan araştırmalar iklim değişikliği ile birlikte Akdeniz ikliminin hâkim olduğu bölgelerde yazların daha sıcak ve kurak geçmeye başlamasıyla orman yangını riskinin artacağını gösteriyor. Bu nedenle yangın indisleri kullanılarak olası orman yangınlarının çıkabileceği bölgelerin öngörülmesi ve bu bölgelerde gerekli tedbirlerin alınması önem arz ediyor.

Ayrıca şöyle bir durum da var: Her ne kadar değişen iklimle yangınlar artış gösterse de yangınların başlamasında temel etkenin hâlâ insan olduğunu biliyoruz. Bu yüzden alınan önlemler insanlardan kaynaklı çıkan yangınları hemen fark etmek ve bunların hızlıca kontrol altına alınmasını da hedeflemeli.   

“Yangınlar ağaçların üstünden değil, topraktan başlar”

Toprağın nem oranı ile durdurulamayan yangınların başlaması arasındaki ilişki nedir?

Topraktaki yüksek nem içeriği, bitkilerin stabil bir şekilde büyümesini sağlamakta ve topraktaki nemin azaldığı alt katmanlara kadar orman yangınlarının genişlemesini engelleyerek bariyer görevi görmekte. Bu nedenle toprağın ve toprak yüzeyinde bulunan otların, çalıların ve ağaçların nem içeriğinin; durdurulamayan büyük orman yangınları üzerinde önemli bir etkisi bulunuyor. Bunu şöyle de düşünebiliriz: Islak odunu yakmak zordur ama odun kuruysa, hava rüzgarlıyla ve önünde bir engel yoksa hemen harlanır. Özellikle kuru otların tutuşmasıyla yangınlar domino etkisi gibi büyür. Bir de ülkemizde yoğun şekilde bulunan çam ormanlarındaki kozalaklar, yanınca patlayıp saçıldıkları için çıkan yangının hemen yayılmasına sebep oluyorlar.  

Genel kanının aksine yangınlar ağaçların üstünden veya dallardan değil topraktan başlar. Bu nedenle yangınları önleyen temel unsur aslında yağmurdur. Önceden orman yangınlarıyla bu kadar sık karşılaşmıyorduk çünkü daha düzenli yağmur yağdığından toprağın nemi dengeliydi. Şimdi ise küresel ısınmayla yağmur dengesinin bozulduğunu ve toprağın neminin her geçen gün azaldığını söyleyebiliriz. Bizim projemiz de topraktaki bu nemi korumayı esas alıyor ve bunun için mikroorganizmaların faydasını göz önünde bulunduruyor. Araştırdığımız bu mikroorganizmasının ismi ise arbüsküler mikorizal fungus. Kısaca AMF olarak adlandırılıyorlar ve bitkinin içine girip toprağın nemini yükseltiyorlar. Aslında mikorizalar “kök mantarı” anlamına gelen bir terimdir ve köklerde çıplak gözle görebildiğimiz simbiyotik birçok mantar türleri ektomikorizalara örnektir, fakat biz bitki köklerinde simbiyotik olarak yaşayan AMF’ler üzerine çalışıyoruz. Bunun için mantarları mikroskop altında takip ederek uzun vadede AMF aşılamasının toprağın nem oranını yükseltmede nasıl fayda sağladığını incelemeyi planlıyoruz. AMF sayesinde topraktaki nemi ne kadar koruyabilirsek yangınları önlemek o kadar mümkün olacak.

“SMAP” teknolojisini MIT ile ortak çalışmamız üzerinden kullanıyoruz

Proje kapsamında yaz aylarında toprağın nemini SMAP sistemiyle takip edecek bir çalışma yürütüyorsunuz. SMAP teknolojisi nedir? Projenizde bu teknolojiyi nasıl kullanıyorsunuz?

The Soil Moisture Active Passive (SMAP) Dünya'nın her yerinde yüzey toprağında bulunan su miktarını ölçen yörüngedeki bir uydu sistemidir. Bu uydu belli dataları topluyor ve genelde dünya üzerindeki iklimsel analizler için kullanılıyor. Literatüre baktığımızda SMAP kullanılarak yapılan pek çok çalışma var. Biz bu projede SMAP uydu sistemini, toprak nem koşullarına ilişkin veri elde etmek için kullanmaktayız. SMAP uydu sisteminden aldığımız toprak nem verisini Türkiye için değerlendireceğiz, böylece araştırmamızı gerçekleştireceğimiz İzmir’deki serada toprak nemindeki düşüşleri takip edebileceğiz. SMAP, toprağın içinde organik maddeleri tespit ediyor ve toprakta ne kadar organik madde varsa toprağın neminin o kadar korunduğu gerçeğinden hareketle toprak nemine dair bize bilgi sağlıyor.

Kullandığımız SMAP verileri herkesin kullanımına açık değil. Biz Massachusetts Institute of Technology (MIT)’deki iş birliğimiz sayesinde SMAP verilerini alabiliyoruz. Şu an Türkiye’de bu teknolojiyi sadece biz kullanıyoruz.

Bu projeyle birlikte depremlerde olduğu gibi orman yangınları için erken uyarı sistemi mümkün olabilir mi?

SMAP sistemi toprak nemindeki değişimleri gösterdiğinden aslında aşırı düşük değerlerin gözlemlendiği bölgelerde tedbirler alınarak olası bir yangın önlenebilir.  

Ayrıca AMF tahrip edilmiş, yanmış bölgeleri tekrar ağaçlandırırken de kullanılabilir. Biz projemizde yangın gerçekleşmeden önce ağaçlara AMF inokülasyonu ile AMF miktarını artırarak yaz dönemlerinde toprak nemindeki azalmayı yavaşlatmayı amaçlıyoruz ve sera çalışmasında AMF aşılamasının ağaçların kuraklık direncini yükseltmedeki etkisini gözlemliyoruz. Önümüzdeki dönemde bu tarz çalışmaların sonuçları yangınlar için bir erken uyarı sistemini söz konusu hale getirebilir. Biz şu an çalışmamızı İzmir’i baz alarak gerçekleştiriyoruz ancak ilerleyen zamanlarda tüm iller için bir çalışma gerçekleştirilebilir.  

Boğaziçi Üniversitesi’nde yer alan serada bu projenin öncü bir çalışması gerçekleştirilmiş. Orada hangi sonuçlara ulaşmıştınız?

Boğaziçi’ndeki sera çalışması 2018’in Temmuz – Ekim ayları arasında yapıldı. Bu çalışmayı Muğla orman bölgesinden getirilen toprak, çam ve meşe fidanları kullanarak gerçekleştirmiştik. Bu çalışma 12160 kodlu “Microsymbiont GLOMALIN as new tool to understand and alleviate the environmental stress response on different contaminated sites triggered by mine tailing among GLOBAL CHANGE conditions” BAP Start-Up projesi içerisinde yer alan çalışmalardan biriydi. Çalışma esnasında Muğla bölgesinin uzun yıllar yaz dönemi yağışını baz alarak toprağa su verdik. Çalışma sonucunda su stresi altında AMF aşılaması yaptığımız ağaçların toprak neminin, AMF eklemediğimiz kontrol gruplarına göre daha yüksek olduğu gözlemledik. Bu da bitkilerle etkileşime giren AMF’nin kuraklık direncini artırmadaki önemli rolünü açığa çıkarmış oldu.