4. TOPRAĞIN ÖZELLİKLERİ

Transkript

1 4. TOPRAĞIN ÖZELLİKLERİ Toprağın kendine özgü birçok fiziksel ve kimyasal özelliği vardır. Toprağın sözkonusu edilecek olan özellikleri; bir yandan toprağın gelişimi bakımından, öte yandan topraktan faydalanma açısından üzerinde önemle durulması gereken hususlardır. Toprak Genetiği toprağın oluştuğu anakayanın özelliklerini, toprağın bileşimini gözönüne aldığı kadar toprağın kazandığı özellikleri de gözönüne almak ve böylece genetik gelişimi incelemek durumundadır. Toprağı işlemek ve ondan ürün elde etmek isteyen her uygulama dalı da toprağın özelliklerini iyi incelemek ve gereğini yapmak zorundadır. Ormancılıkta da toprağın özellikleri bilinmeden ve bu özelliklere uygun bir tür seçimi veya uygulama yöntemi karşılaştırılmadan yapılacak her işlemin sonucunda başarısızlık sözkonusudur. Ormancılıkta yanlış uygulamanın sebep olduğu başarısızlık tarımda olduğu gibi hemen anlaşılamaz. Aksine ormancılıkta uzun yıllar geçip yüksek masraflar yapıldıktan, emekler sarfedildikten sonra başarısızlığın farkına varılabilir. Bu nedenle toprağın özelliklerinin iyi incelenmesi gerekmektedir. Ancak toprak özelliklerinin tek tek incelenmesi de yeterli değildir. Toprak, çeşitli özelliklerinin birbirini dinamik bir şekilde etkilediği heterogen bir sistemdir. Toprağın belirli bir üretime tahsisi için birçok özelliğinin incelenmesi ve bir özellikler bileşkesinin çıkartılması gerekmektedir (Ekolojik toprak sınıflandırması bkz. Bölüm7.1) Toprağın Fiziksel Özellikleri Toprağın fiziksel özellikleri; toprağın derinliği, taneliliği, iç yapısı (strüktürü) ve gözenekliliği, sıkılığı, taşlılığı ve bunlara bağlı olarak toprak suyu, toprak havası, toprağın sıcaklığı ve rengi gibi konuları kapsar Toprağın Derinliği Toprağın derinliği teriminden Toprak Genetiğinde toprağın B horizonunun alt sınırına kadar olan kalınlığı anlaşılır. Bu kesim toprak oluşumu ve gelişimi sonucunda topraklaşmış olan ve Toprak İlmi nde solum olarak tanımlanan kesimdir. Bitki yetiştiriciliğinde ise bitki köklerinin gelişebildiği materyalin derinliği sözkonusudur (fizyolojik derinlik). Burada topraklaşmış olan kesimin (solum un) derinliğinden bahsedilecektir. Topraklar çeşitli derinliklerde olabilirler. Oluştukları anakayanın özelliklerine, yeryüzü şekline, bitki örtüsüne, iklim özelliklerine ve canlıların (özellikle insanın) etkilerine bağlı olarak toprakların derinliği değişir. Genellikle yamaçların üst kesiminde topraklar daha sığ, orta kesimde derin ve alt yamaçta daha derindirler. Dik eğimli yamaçlardaki topraklar, hafif eğimli yamaçlardakilerden daha sığdırlar. Kolay ufalanabilen kayalardan derin, güç ufalanabilen kayalardan sığ topraklar oluşur. Tabakaları arazinin yüzeyine dik durumda olan kayalar, tabakaları yatay durumda olanlardan daha derin toprak verirler. Kireç taşı topraklarının derinliği taşın içindeki katık maddesine ve çatlak sistemine önemle bağlıdır. Gevşek tortul materyallerinin toprakları anamateryalin tane yapısına bağlı olarak farklı derinliklere sahip olurlar (Şekil 17).

2 83 Topraklar derinliklerine göre sınıflandırılırlar (Tablo 36). Toprağın derinliği ağaç köklerinin gelişebilecekleri toprak hacmini, bu toprakta tutulan su ve bitki besin maddesi kapasitesini etkiler. Şekil 17. Belgrad Ormanı nda aynı iklim şartları altında farklı türdeki pliosen tortullarından gelişmiş olan toprakların derinlikleri (solum derinliği) (Kantarcı, M.D.1980 den). Tablo 36. Toprakların derinliklerine göre sınıflandırılması Pek sığ Sığ Orta derin Derin Pek derin < 25 cm 2550 cm 5075 cm cm > 100 cm Toprağın Taşlılığı Topraklar oluştukları anakayanın özelliğine ve topraklaşmanın derecesine göre farklı miktarlarda taş içerirler. Toprağın taşlılığı topraklaşmanın derecesi hakkında fikir verebildiği gibi, toprağın su ve besin kapasitesi hakkında da önemli etkilere sahiptir. Toprakların taşlılık oranına göre de sınıflaması yapılmıştır (Tablo 37). Tablo 37. Toprakların taşlılığa göre sınıflandırılması Az taşlı < % 10 Taşlı % 1025 Orta taşlı % 2550 Çok taşlı % 5075 İskelet toprağı > % 75

3 Toprağın taneliliği (Tekstür) ve Toprak Türleri Toprağın Taneliliği İnce toprak bölümü Ø < 2 mm olan toprak taneciklerini kapsar. İnce toprağın içinde kum (Ø mm), toz (Ø mm) ve kil (Ø < mm) bölümleri ayırtedilir (Tablo 14). Toprağın mineral kısmı kaba bölümü olan taş (Ø > 20 mm) ve çakıllar (Ø 202 mm) ile ince toprak bölümündeki kum, toz ve kilin karışımından meydana gelmiştir (Tablo 14). Toprağın taneliliği (tekstür) terimi toprağın mineral kısmını teşkil eden bu taneciklerin boyutlarını ve toprağın iri taneli veya ince taneli oluşunu ifade etmek için kullanılır. Yukarıda sıralanan ve tablo 14 te verilmiş olan tane çapları Uluslararası Toprak İlmi Derneğinin 1933 yılında kabul etmiş olduğu sınıflandırmadır. Bazı ülkeler ise değişik tane çapı sınıflandırmaları kullanırlar. Türkiye de İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Toprak İlmi ve Ekoloji Anabilim Dalında kurulduğu 1942 yılından beri uluslararası tane çapı sınıflandırması kullanılmaktadır (Tablo 38). Tablo 38. Toprak taneciklerinin çap sınıflaması Kaba Kısım İnce kısım İri kum Orta kum İnce kum Kaba toz Orta toz İnce toz Kil Uluslararası sınıflama Taş Ø > 200 mm İri çakıl Ø mm İnce çakıl Ø 20 2 mm Kum Toz Kil Ø mm Ø mm < Ø mm İngiltere de kullanılan sınıflama Ø mm Ø mm Ø mm Ø mm Ø mm Ø mm Ø < mm Amerika Birleşik Devletlerinde Kullanılan sınıflama Çok iri kum Ø mm İri kum Ø mm Orta kum Ø mm İnce kum Ø mm Çok ince kum Ø mm Toz Ø mm Kil Ø mm Federal Almanya da kullanılan sınıflama İri taş Taş İri çakıl Orta çakıl İnce çakıl İri kum Orta kum İnce kum (Çok ince kum Kaba toz Orta toz İnce toz Kil İnce kil Ø > 200 mm Ø mm Ø 6020 mm Ø 206 mm Ø 62 mm Ø mm Ø mm Ø mm Ø mm) Ø mm Ø mm Ø mm < Ø mm < Ø mm Toprağın tane çapı bölümlerinin farklı özellikleri ve etkileri vardır. Kaba kısmı oluşturan taş ve çakıllar toprağın nispeten daha gevşek bir yapıda olmasını (özellikle ince topraklarda) sağlarlar. Kum ve tozlar su ve bitki besin maddelerini tutamazlar. Bunların yüzeyine bağlanan (yüzey çekimi ile) ince bir film halindeki su ile birlikte tutulmuş olan iyonların pratik olarak pek değeri yoktur. Killer ise gerek iç yüzeyleri 26), gerekse negatif elektrik yükleri ile iyonları ve özellikle katyonları tutabilirler. Kum tanelerinin toprakta bol bulunması toprağın sürekliliğini ve daha iyi havalanmasını sağlarlar. Toz toprağın gözeneklerinin tıkanmasına sebep olur. Kil toprağın süzekliğini ve havalanmasını büyük ölçüde engeller. Tane çaplarının bu özellikleri ve etkilerinden dolayı kumlu toprakların fiziksel, killi toprakların kimyasal özellikleri daha iyi olarak kabul edilir (Tablo 39). Ağaçların kökleri de iri taneli ve iri gözenekli topraklarda daha kolay gelişir ve saçaklanır, ince taneli topraklarda ise kök gelişimi önemli ölçüde engellenir (Tablo 39, 43, 44 ve Şekil 30 arasında ilişki kurunuz).

4 Toprak Türleri Kum, toz ve kilin biraraya karışması ile meydana gelen ince toprak bu karışımın tane çapı durumuna göre isimlendirilir. Kumun hakim olduğu topraklar kumlu toprak, tozun hakim olduğu topraklar tozlu toprak, kilin hakim olduğu topraklar killi toprak, kum, toz ve kilin belirli oranlarda bulunduğu topraklar balçık (kumlu balçık, tozlu balçık, killi balçık, ağır balçık gibi) toprakları olarak tanınırlar. Bu toprak türlerinin adı ile belirli fiziksel ve kimyasal özellikleri de birlikte ifade edilmiş ve anlaşılmış olur. Toprak türlerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerine ait ifadeler kesin özellikleri kapsamayıp oldukça genel ifadelerdir (Tablo 39 ve 40). Toprak türlerinin tane çapı sınırları, bu çapların tayin edildiği laboratuvar metoduna bağlıdır. Kullanılan farklı laboratuvar metodlarında toprak taneciklerinin farklı çaplarına göre farklı çökme zamanında ölçmeler yapılmaktadır 39). Toprak türünü tayin için kullanılan üçgenler de aşağıda verilmiş olan farklı çökme süresinde ölçülmüş çökelmeye göre düzenlenirler. Türkiye de pratik sonuçlar için uluslararası tane çapı sisteminin ve buna göre düzenlenmiş olan toprak türleri üçgeninin kullanılması yeterli bulunmuştur (Şekil 18). Toprak türlerinin arazideki tayininin el muayenesi ile yapılması gerekmektedir. El muayenesi ile toprak türünün tayini oldukça kaba bir işlemdir. Bu nedenle fazla ayrıntıya gidilmeden kum, balçıklı kum, kumlu balçık, balçık, ağırbalçık (killi balçık ve balçıklı kil)ve kil türündeki toprak türlerinin tayini yapılabilmektedir 40). Arazide el muayenesi ile tayin edilen toprak türleri ve laboratuvarda çamur analizi ile tayin edilen toprak türleri arasındaki ilişkiyi kurabilmek için şekil 19 daki üçgenin düzenlenmesi gerekmiştir 41). 39) Uluslararası Toprak İlmi Derneği nin kabul ettiği çap sınıfları ile bunların 20ºC taki çökme süresi (Stokkes prensibine göre) (Irmak, A.1954 ten): Kum (Ø mm) çökme süresi 4' 48'' Toz (Ø mm) çökme süresi 2 saat Kil (Ø < mm) çökme > süresi 24 saat (kaba kil için) Alman ve İngiliz sistemlerindeki çap sınıfları ile bunların 20ºC taki çökme süresi (SchefferSchachtschabel 1970 ten): Kaba ve orta kum (Ø ) 5'' İnce kum (Ø ) 31'' Kaba toz (Ø ) 4' 38'' Orta toz (Ø ) 51' 26'' 2 saat İnce toz Kil (Ø ) (Ø mm) suda kalan süspansiyon 7 saat 43' 8 saat 40) 41) Kum toprağı : Tanecikler bağlı değil, kuru iken parmaklar arasından kolayca akar, bağsız bir yığın halinde görülür. Islak halde iken gıcırtı yapar; şekil verilemez; ele ve herhangi bir cisme yapışıp bulaşmaz. Balçıklı kum :Tanecikler kuru halde iken bağlı, yani toprak kırıntı halinde, fakat parmaklar arasında ezilince kırıntılar kolayca toza döner ve parmaklar arasından akıp gider. Nemlendirilince avuçlar arasında yuvarlanırsa kurşun kalem kalınlığında çubuklar meydana gelmeden dağılır. Kumlu balçık : Toprak kuru halde iken kırıntılı yapıdadır. Parmaklar arasında kuvvetlice ezilirse ince kırıntı şeklinde (toz değil) dağılır. Nemlendirilince kurşun kalem kalınlığında çubuklar yapılabilir. Bu çubuklar dayanıklı değildir. Kuruduklarında dağılırlar. Fakat kum taneleri halen hissedilir. İşaret ve başparmaklar arasında ezilirse kum gıcırtısı duyulur. Balçık : Kum muhtevası ancak kulağa yakın götürülerek parmaklar arasında ezilince duyulacak gıcırtıdan anlaşılır. Nemlendirildikten sonra işaret ve baş parmaklar arasında ezilince mat ve pürtüklü bir yüzey meydana gelir. Avuçlar arasında yuvarlanırsa kaytan kalınlığına kadar incelebilen çubuklar elde edilir. Ağır balçık (killi balçık): Kum muhtevası ancak toprağın dişler arasına alınmasında duyulacak gıcırtı ile anlaşılır. Nemlendirilip parmaklar arasında ezilince parlak ve pürtüksüz bir yüzey meydana gelir. Parmaklara iyice yapışır. Şekil verilebilir. Kil toprağı : Nemlendirilip parmaklar arasında ezilince cilalı bir yüzey meydana gelir. Dişler arasında dahi belirgin bir kum gıcırtısı duyulmaz. Şekil verilebilir. İplik inceliğine kadar çubuklar yapılabilir ve bunlar halka haline getirilince kırılmaz. Fazla yapışkandır. Nemlendirildiğinde ele ve herhangi bir cisme yağlı hissi verecek şekilde yapışır (A. Irmak 1954 ten). Bu üçgenin düzenlenebilmesi için el muayenesi ile toprak türü tayin edilmiş örneklerde laboratuvarda çamur analizleri yapılmıştır. Çamur analizlerinin sonuçları şekil 18 deki üçgene uygulanmıştır. Aynı toprak örneğinde elde edilen arazi ve laboratuvar sonuçları ile şekil 19 daki üçgen düzenlenmiştir.

5 86 KİL K TOZ KUM TK BK KuK TKB KB KuKB TB B KuB BKu Kumlu Topraklar: BKu : Balçıklı kum KuB : Kumlu balçık Balçıklı Topraklar: B : Balçıklı kum KuKB : Kumlu killi balçık KB : Killi balçık Killi Topraklar: K BK KB : Kil (ağır kil) : Balçıklı kil : Killi balçık Tozlu Topraklar: TB : Tozlu balçık TKB : Tozlu killi balçık TK : Tozlu kil Şekil 18. Toprak türleri üçgeni (Uluslararası tane çapı sınıflarına göre) (E.C. Tommerup1934 ten) KİL TK TOZLU KİL AĞIR BALÇIK TOZ AĞIR BALÇIK TB 30 BALÇIK KUM KUMLU BALÇIK Toprak türü Toz + Kil (%) Kum (%) Balçıklı kum < Kumlu balçık Balçık (tozlu balçık) Ağır balçık (tozlu ağır balçık) Kil (tozlu kil) <10 80 BKu 90 Şekil 19. Arazide el muayenesi ile tayin edilen toprak türlerinin laboratuvarda çamur analizi ile yapılan toprak türü tayinlerine göre toprak türü üçgenindeki yeri (Kantarcı, M.D.1980 den).

6 87 Farklı anakayalardan ve anamateryallerden benzer oluşum şartları altında farklı türde topraklar meydana gelmektedir. Özellikle anakayada kuvarsın bulunup bulunmayışı, kireçtaşlarında katık maddesi, tortul materyallerde materyalin taneliliği gibi özellikler toprağın türü üzerinde etkili olmaktadırlar (benzer oluşum şartlarında) (Tablo 40). 1) KUM TOPRAKLARI VE KUMLU TOPRAKLAR Kum toprakları ve kumlu topraklarda tane çapları 0.02 mm den büyük olan bölüm hakimdir. Bu iri tane çapları arasında kalan iri çaplı boşluklar (gözenekler) nedeni ile kum toprakları süzek (suyu tutamayan), iyi havalanabilen ve çabuk ısınan topraklardır. Kuraklığın hakim olduğu mıntıkalarda veya mevsimlerde kum toprakları kurudur (Tabansuyu etkisi altında değillerse). Kilin bulunmayışı veya az bulunuşu kum topraklarında bitki besin maddelerinin de az tutulmasına sebep olur (Tablo 39). Bu nedenle kum toprakları genellikle fakir topraklardır. Kumların mineralojik yapısına ve organik madde miktarına bağlı olarak kum topraklarının verim derecesi yükselir. Kum topraklarının özellikleri organik madde ile iyileştirilebilir. Kimyasal gübreleri tutamadıkları için gübrelemenin etkisi kalıcı değildir. Bazı yerlerde kum topraklarına bir miktar kil (üç tabakalı killerden) karıştırmak uygun olur. 2) BALÇIK TOPRAKLARI Kum ile kilin ve bir miktar da tozun karışması ile balçık toprakları meydana gelir. Kumun hakim olduğu balçıklar kumlu balçık, tozun hakim olduğu balçıklar tozlu balçık, kilin hakim olduğu balçıklar killi balçık (ağır balçık) adını alır. Eğer bu üç tane çapı sınıfı arasında dengeli bir karışım oranı varsa, toprak balçık olarak isimlendirilir. Balçık toprakları iri, orta ve ince gözeneklere sahip, aşırı süzek olmayan fakat çok fazla ölü su tutmayan topraklardır. Bu sebeple bitkiler tarafından faydalanılabilir su tutma kapasiteleri yüksek, havalanmaları yeterlidir. Kumlu topraklardan daha geç, kil topraklarından daha erken ısınırlar. Kil bölümünden dolayı bitkiler için yeterli besin maddelerinin tutulması da mümkündür (Tablo 39). Balçık topraklarının verim gücü yüksektir. Kimyasal gübrelerin de etkisi yeterli ve belirli bir süre için devamlıdır. Tablo 39. Kum, balçık ve kil topraklarının fiziksel ve kimyasal özelliklerinin genel olarak karşılaştırılması Toprak özelliği Kum toprakları Balçık toprakları Kil toprakları Süzeklik Sıkılık Faydalanılabilir su kapasitesi Su tutma gücü 1) Durgun su oluşumu 2) Havalanma Isınma (İlkbahar) Soğuma(SonbaharKış) İşlenebilirlik Besin maddesi kapasitesi Yıkanma hızı Kimyasal gübre etkisi Genel değerlendirme Fiziksel özellikler Kimyasal özellikler Arazi kullanma Aşırı Gevşek Düşük Az Yok İyi Erken Erken Kolay Fakir Çok hızlı Hızla geçici Çok iyi Kötü Orman Orta Sıkıca Yüksek Orta Yok Orta Orta Orta Orta İyi Orta Kalıcı (orta süre) İyi İyi OrmanTarım Meyvacılık vd. Kötü Pek sıkı Orta Yüksek Var Kötü Geç Geç Güç Ortaiyi 3) Güç Kalıcı (uzun süreli) Kötü İyi 3) Çayırotlaktarım M. Doğan Kantarcı 1) Toplam su tutma kapasitesi = faydalanılabilir su+faydalanılamayan (ölü) su. 2) Yeryüzü şekli veya altta bulunan geçirimsiz bir tabaka daima suyun durgunlaşmasına sebep olabilir. 3) İki tabakalı kil minerallerinin hakim olduğu kil topraklarının bitki besin maddelerini tutma gücü düşük, üç tabakalı kil minerallerinin bulunduğu topraklarınki ise yüksektir.

7 88 3) KİL TOPRAKLARI Kil bölümünün (Ø < mm) hakim olduğu topraklardır. İnce çaplı kil tanecikleri arasında kalan küçük gözeneklerde suyun ve havanın hareketi güçleşmiştir. Bu nedenle kil toprakları sıkı, ıslandıkları vakit havalanmaları çok güç, ısınmaları da o derece geç olan topraklardır. Genellikle süzek değillerdir. Kil topraklarının kireçli olanlarında iyi bir kırıntı bünyesi gelişmiştir. Kireçli kil toprakları daha iyi havalanabilen ve suyun da belirli bir ölçüde sızabildiği topraklardır. Kireçsiz kil topraklarında suyun sızması genellikle engellenmiş ve su durgunlaşmış olabilir (Durgunsu toprakları pseudogleyleşme). Kilin yüksek miktarda bulunuşu kil topraklarının bitki besin maddelerince zenginliğini ve gübrelemelerin etkisinin kalıcılığını sağlar. Buna karşılık kök gelişimi için fiziksel özellikler pek elverişli sayılmaz veya bazı şartlarda yetersiz dahi kalabilir (Tablo 39). Kil topraklarının özelliklerinin iyileştirilmesi için kil mineralinin cinsini de bilmek veya tahmin etmek gerekir. Üç tabakalı kil minerallerinin bulunduğu kil topraklarını kireçlemek ve böylece kırıntı bünyesini geliştirmek mümkündür. Ayrıca organik madde ilavesi de toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirir. Buna karşılık iki tabakalı kil minerallerinin bulunduğu topraklara kireç ilavesi ile toprağın kırıntılanması pek sağlanamaz. Bu topraklara organik madde karıştırılarak toprağın özellikleri iyileştirilebilir Toprağın İç Yapısı (Bünyesi = Strüktürü) Toprağın katı kısmı serbest tanecikler veya birbirine yapışmış parçacıklar durumunda bulunur. Katı taneciklerin veya parçacıkların toprağın özelliklerine ve toprak horizonlarına bağlı bir düzenleme şekli vardır. Toprağın bu iç düzenine toprağın iç yapısı (toprağın bünyesi veya toprağın strüktürü) denir Toprağın İç Yapı Elemanları Toprağın iç yapısını oluşturan tanecikler ve parçacıklar şekillerine göre gruplandırılıp, çaplarına göre sınıflandırılırlar. İç yapı elemanlarının şekilleri ve çapları toprağın önemli birçok özelliğinin anlaşılmasını ve yorumlanmasını sağlar. Toprak tanecikleri eğer bir yapıştırıcı madde tarafından biraraya getirilmemişse bu duruma tek tane yapısı denir. Tek tane yapısı kum ve killerde görülür. Kum tanecikleri birbirine yapışmadan serbest tek tane yapısını oluştururlar. Kil tanecikleri ise çok küçük oldukları için birbirlerine yapışarak bağlı masif yapıyı oluştururlar (kalsiyum ile bağlanmamış, kireçsiz killer).

8 89 89 Tablo 40. Farklı anakayalardan oluşan toprakların tane çapları ve türleri Horizon Tane çapı mm Granit 1 Andezit 2 Kuvarsit Mikaşist 3/58 (*) 3/120 Toztaşı şisti 4/22 Pliosen kumlu balçığı 4/15 Pliosen balçığı 4/24 Pliosen ağır balçığı 4/7 Kireç taşı 5/1 (*) A el Kum % Toz % Kil % KuKB BK KuKB BK BK KuB KuB BK BK 35 B ts Kum % Toz % Kil % BK K KuB BK K KuK KuK K BK 40 C v Kum % Toz % Kil % KB KuKB BKu BK K KuK BK K B 19 1) Kantarcı, M.D.1981 Toprak No.39 4) Kantarcı, M.D.1980 Toprak No.22 (*) Toprak No.58 de Bts 2) Kantarcı, M.D Toprak No.10 Toprak No.15 Toprak No.5/1 de Bv 3) Kantarcı, M.D.1979 Toprak No.58 Toprak No. 24 Toprak No.120 Toprak No.7 5) Kantarcı, M.D.1974 Toprak No.1 NOT: Buradaki pliosen yaşlı anamateryaller kireçsiz akarsu tortullarıdır (Pliosen I).

9 Toprak taneciklerinin yapıştırıcı bir madde (kil, organik kolloidler, katyonlar, oksitler, vd.) ile birbirine yapıştırılması ve parçacıkların oluşması ise, birleşik yapı adını alır. Birleşik yapı; kırıntılı, topaklı, prizmalı ve levhamsı olmak üzere başlıca dört grupta toplanabilir (Şekil 20). T O P R A Ğ I N İ Ç Y A P I (S T RÜ K T Ü R ) E L E M AN L A R I TEK TANELİ YAPI BİLEŞİK YAPI KIRINTILI TOPAKLI PRİZMALI LEVHALI SERBEST BAĞLI KÖŞELİ KIRINTI YARI KÖŞELİ KIRINTI KÖŞELİ TOPAKLI YARI KÖŞELİ TOPAKLI PRİZMALI SÜTUNLU Ç. UFAK < 1 mm Ç. UFAK < 5 mm Ç. UFAK < 10 mm Ç.UFAK < 1mm UFAK 12 mm UFAK 12 mm UFAK 1020 mm UFAK 12 mm ORTA 25 mm ORTA 1020 mm ORTA 2050 mm ORTA 25 mm İRİ 510 mm İRİ 2050 mm İRİ mm İRİ 510 mm Ç. İRİ >10 mm Ç. İRİ > 50 mm Ç. İRİ > 100 mm Ç. İRİ > 10 mm Şekil 20. Toprağın iç yapı (strüktür) elemanları. KIRINTILI YAPI Toprak taneciklerinin birbirine yapışıp ufak parçacıklar halinde bir iç yapı kazanmalarına toprağın kırıntılanması denir. Kırıntıların çapı en fazla 10 mm ye kadardır (Şekil 20). Toprağın kırıntılanmasında özellikle kolloid humusun (mul tipi humus altında) kalsiyumun ve toprak canlılarının faaliyetinin büyük etkisi vardır. Kırıntılar köşeli kırıntı ve yarı köşeli kırıntı olarak iki alt tipe ayrılır. Köşeli kırıntılar daha çok kilce zengin humuslu topraklarda meydana gelir. Yarı köşeli kırıntılar ise kumluhumuslu topraklarda görülür. Solucanların yaşamasına uygun ortamlarda (ph nötr civarında, mul tipi humus ve ince taneli toprak gibi) solucan dışkılarından oluşan solucan kırıntısı tipinde kırıntılara da bolca rastlanır. Solucan kırıntıları köşeli veya yarıköşeli kırıntılı yapının arasında yuvarlak solucan dışkıları halinde bulunur. Kırıntılı yapı genellikle toprağın humusça zengin, A h horizonunda veya hemen A h horizonunun altında bulunur. TOPAKLI YAPI Topraklar, toprak taneciklerinin birbirine yapışarak oluşturdukları ve eni, boyu, derinliği birbirine yakın ölçülerde, kırıntıdan daha iri olan parçacıklardır. Topakların çapı 5 50 mm arasında değişir (Şekil 20). Topaklar köşeli topak ve yarıköşeli topak olarak iki alt tipe ayrılır. Kil ve humusca daha zengin topraklar ile kil toprakları köşeli topakları, balçıklar ve bilhassa kumlu topraklar yarı köşeli topakları geliştirirler. Topaklı yapı genellikle Esmer Orman Toprağının balçıklanma zonunda (B v ) ve diğer toprakların yıkanma zonunda (A) gelişmiş olarak bulunur. PİRİZMALI YAPI Toprak tanecikleri birbirine yapışarak boyu eninden fazla olan pirizma şeklindeki parçacıkları da geliştirirler. Pirizmalı yapıda boy mm arasında olabilir (Şekil 20). Pirizmalı yapı, pirizmalı ve sütunlu olmak üzere iki alt tipe ayrılır. Pirizmalı yapıda köşeler

10 114 belirgindir. Sütunlu yapıda ise köşeler yuvarlanmıştır. Pirizmalı yapıya toprakların birikme zonunda rastlanır. Sütunlu yapı ise genellikle tuzlu topraklarda gelişir. LEVHALI YAPI Toprak taneciklerinin bazen basınç altında bazen asit ortamda birbirine yapışarak eni boyundan daha uzun olan iç yapı elemanları geliştirdikleri görülmüştür. Bu yapı levhalı yapı olarak isimlendirilir. Levhalı yapıda parçacıkların kalınlığı 1 10 mm arasında değişir (Şekil 20). Basınç etkisi ile tortul materyallerden oluşan toprakların anamateryal (C v ) horizonlarında, asit ortam etkisi ile podsolların yıkanma (A e ) horizonlarında görülürler İç Yapının Oluşumu ve Devamlılığı Üzerinde Etkili Faktörler Toprağın iç yapısının oluşumu ve iç yapı elemanlarının şekillerinin (dolayısı ile aralarındaki boşluk hacminin) bozulmadan devamı toprağın fiziksel özelliklerinin ve bunlara bağlı olarak toprakta meydana gelen kimyasal olayların ve canlı faaliyetinin önemli dayanaklarından biridir. İnce kırıntılı bir toprak canlı faaliyeti ve bitkisel verim için ne kadar olumlu ise, masif yapılı bir toprak da o kadar olumsuzdur. Toprağın iç yapısının oluşumu veya devamı bir takım faktörlerin etkisi altında bulunur. Bu faktörlerin değişimi toprağın iç yapısının olumlu veya olumsuz yönde gelişimine sebep olur. Sözkonusu faktörleri dış faktörler ve iç faktörler olarak ikiye ayırıp incelemek gerekmektedir. Tarım topraklarında toprağın her yıl sürülmesi iç yapı elemanlarının gelişmesini ve olumlu etkiler yapmasını sağlar. Orman ve otlak topraklarında böyle bir toprak işlemesi ancak özel amaçlarla ve uzun dönemlerle yapılabilir. Bu sebeple orman ve otlak topraklarında iç yapıyı etkileyen faktörler çok önemlidir. 1) DIŞ FAKTÖRLER Toprağın iç yapısının oluşumunda etkili dış faktörler iklim, bitkiler, toprak hayvancıkları ve insan olarak sıralanabilir. İKLİM İklim özelliklerinden bilhassa sıcaklık değişimleriaşırı sıcaklık değerleri etkisi ile kuruma ve donma olayları, yağışlı ve kurak devreler toprağın iç yapısı üzerinde etkili olurlar. Kurak devrelerde suyunu kaybeden topraklarda oksitlerin ve katyonların yoğunluğu giderek artar. Oksitlerin, katyonların ve kilin etkisi ile toprak tanecikleri birbirine daha fazla ve sıkıca yapışarak, toprağın büzülmesi kırıntıların veya daha iri topakların oluşumu sağlanır. Bu sırada toprak parçacıkları arasındaki aralık ve çatlak sistemi daha da genişler. Soğuk mevsimde toprak içindeki suyun donması ve hacminin genişlemesi sonucunda toprak tanecikleri arasında bir basınç gelişir (1ºC ta 130 atm, 20ºC ta 2000 atm). Bu basınç taneciklerin birbirine yapışıp kırıntılanmasını sağlar. Bu kırıntılanma olayında humus veya kilin (veya her ikisinin) ve oksitlerin yapıştırıcı etkileri vardır. Toprak suyunun bir kısmının donması geri kalan toprak suyundaki katyon yoğunluğunun artmasına da sebep olur. Bu artış da taneciklerin birbirine yapışmasını sağlayan diğer bir etkendir. Yağışlı devrelerde ve dolayısıyla toprağın ıslak olduğu yerlerde toprak taneciklerini birbirine bağlayan katyonların suya geçip serbest kalması toprağın gelişmiş yapısının

11 115 bozulmasına sebep olabilir. Bu durum özellikle kumlu topraklarda sözkonusudur. Killi topraklarda ıslak devre ile birlikte eğer sodyumun da etkisi varsa toprağın kırıntılı yapısı bozulabilir. BİTKİLER Bitki köklerinin çap gelişimi sırasında çevreye yaptıkları basınç toprak taneciklerinin sıkışmasına ve kırıntılanmaya yol açar. Saçaklı bir kök sistemi iyi bir kırıntılı yapının gelişmesini de sağlar. Köklerin çürümesi ile oluşan organik kolloidler özellikle kil ve oksitlerin biraraya gelip yapışmasını ve kırıntılanmayı sağlarlar. Mantarların iplikçikleri (miseller) ve bakteri kolonileri de toprak taneciklerini birbirine yapıştırırlar. Mikroflora tarafından (bakteriler) salgılanan sümüğümsü maddeler (mayalar vd.) de toprağın kırıntılanmasına sebep olurlar. Bitkilerin ve ölü örtünün toprak yüzeyini sıkça örtmeleri toprağın yağmur damlalarının darbe etkisinden korunmasını sağlar. Damlaların darbe etkisi ıslanan üst topraktaki kırıntıların dağılmasına yol açar (özellikle kum topraklarda). TOPRAK HAYVANCIKLARI Toprağın organik maddesini mineral maddesi ile birlikte yiyebilen hayvancıklar bu iki maddenin çok iyi bir şekilde karışımını ve taneciklerin de birbirine yapışmasını sağlarlar (solucanlar, kırkayaklar gibi). Bu hayvancıkların dışkıları kendine özgü şekilleri ile toprak kırıntıları arasında solucan kırıntısı olarak seçilir. Özellikle nötr reaksiyondaki ince taneli topraklarda solucanlar önemli ölçüde faaliyet gösterirler ve kırıntılanmaya sebep olurlar. Toprak içindeki yuvalarını yapıp yaşayan hayvanların da depo ettikleri organik maddeler ve dışkıları ile salgıları toprağın kırıntılanması üzerinde etkili olmaktadır (fare, karınca, vd.). İNSANLAR Toprak işlemesi, atmosfer etkisinin toprağın derinliklerine nüfuzunu sağlamaktadır. Sıcaklık farklarının veya don etkisinin toprağın derinliklerine nüfuzu buralarda kırıntılanmaya sebep olmaktadır (kuru tarımda nadas işlemi). Organik maddenin toprağa karıştırılması da kırıntılanmayı sağlar. Ayrıca toprağın gübrelenmesi sonucunda artan katyon miktarı kırıntılanmayı sağlar. Tarlalardaki anız yakma ve orman yangınları (örtü yangınları ) da üst topraktaki katyon miktarını arttırdığı (kül) gibi, yüksek sıcaklık etkisi ile su miktarını da azaltır. Yangınların etkisi ile toprağın kırıntıları artar. 2) İÇ FAKTÖRLER Toprağın iç yapısı kendi özelliklerine göre farklı oluşum şekilleri gösterir. Toprağın iç yapısının oluşumu ve devamlılığı üzerinde etkili olan toprak özellikleri iç faktörler adı altında toplanır. İç faktörler arasında toprağın türü, toprağın horizonlaşması, organik madde ve organik maddenin yapısı, topraktaki oksitler, toprağın katyonları ve reaksiyonu sayılabilir.

12 116 Ayrıca toprağa karıştırılan gübreler ve sentetik maddeler de iç yapının gelişimini ve devamlılığını etkiler. TOPRAĞIN TÜRÜ Toprakta iç yapının gelişiminde en etkili ve baş faktör durumunda olan toprağın tane çapı karışımı yani toprak türüdür. Kumlu topraklarda tek taneli ve bağsız yapının, kireçsiz kil topraklarında ise masif yapının, kum+toz+kil in belirli ölçüde karışımı sonucunda ortaya çıkan balçıklarda ise birleşik yapı elemanlarının oluşumu tamamen toprak türüne bağlıdır (Şekil 21). O O O TANELİ VE A h TANELİ VE KIRINTILI A h 4 KIRINTILI A h 5 KIRINTILI 8 TANELİ VE YARI YARI KÖŞELİ TOPAKLI KÖŞELİ TOPAKLI(İNCE) (İNCE VE ORTA) TANELİ A el A el 18 A le TANELİ VE YARI YARI KÖŞELİ A B KÖŞELİ TOPAKLI B ts KÖŞELİ TOPAKLI TOPAKLI (İRİ)VE PİRİZMALI (AZ MİKTARDA) (ORTA) KÖŞELİ TOPAKLI KÖŞELİ TOPAKLI TANELİ VE YARI B st (ORTA)VE PİRİZMALI B ts (İRİ)VE PİRİZMALI BC KÖŞELİ TOPAKLI (İNCE) (ORTA) (İNCEORTA) KÖŞELİ TOPAKLI KÖŞELİ TOPAKLI TANELİ BC (ORTA)VE PİRİZMALI BC (ÇOK İRİ) C v (İNCE ORTA) TOPRAK NU.14 TOPRAK NU.11 TOPRAK NU.12 KUMLU BALÇIK BALÇIK AĞIR BALÇIK Şekil 21. Orman topraklarında iç yapının (strüktür) toprağın türüne ve horizonlarına göre değişimi (Kantarcı, M.D.1980 den). TOPRAĞIN HORİZONLARI Toprağın oluşumu ve gelişiminde teşekkül eden toprak horizonları birbirinden farklı özelliklerin geliştiği kesimlerdir. Toprağın horizonlarındaki farklı özelliklere göre iç yapının oluşumu ve şekillenmesi de farklı olur. Genellikle organik maddenin karıştığı A h horizonunda kırıntılı, yıkanma (A e veya A el ) horizonunda topaklı, birikme (B ts ) horizonunda ise prizmalı ve topaklı şekillerde bir iç yapının geliştiği gözlenmiştir (Şekil 21). ORGANİK MADDE Toprağa karışan organik maddelerden kolloidal yapıda olanlar toprak taneciklerinin yapışmasını ve kırıntılanmasını sağlarlar. Öte yandan organik maddenin toprak canlıları için besin maddesi oluşu topraktaki canlı faaliyetini arttırır, kırıntılanmayı hızlandırır ve geliştirir. Balçık toprağında her iki yılda bir hayvan gübresi ve yeşil gübre ile yapılan gübrelemelerin sonucunda (20 yıllık işlem ve ölçme) suya dayanıklı (su etkisi ile dağılmayan) kırıntıların miktarının arttığı tesbit edilmiştir. Hayvan gübresi ile gübrelenmemiş toprakta Ø < 0.1 mm olan kırıntılar % 65.3 oranında bulundukları halde, gübrelenmiş toprakta % 80.4 oranına yükselmişlerdir. Çapı 1 mm den iri olan kırıntılar ise gübrelenmemiş toprakta % 25.1 oranında iken gübrelenmiş toprakta % 44.6 oranına yükselmişlerdir (SchefferSchachtschabel 1970 ten). Orman topraklarında mul ve çürüntülü mul humusu altında özellikle A h horizonlarındaki organik madde iyi kırıntılanmış bir iç yapının gelişimini sağlar (Şekil 21).

13 117 TOPRAKTAKİ OKSİTLER Özellikle demir ve alüminyum oksihidroksitlerin (amorf oksitler) ve oksitlerin toprak taneciklerini yapıştırma özelliği vardır. Amorf Fe ve Al oksitlerin kırıntılanmaya olan olumlu etkisi, kristalleşmiş olan (Fe 2 O 3 ve Al 2 O 3 ) oksitlerden daha fazladır. Amorf oksitler (oksihidroksitler FeOOH ile AlOOH) kil çapında olup pozitif yüklüdürler. Bunların negatif yüklü kil tanecikleri ile biraraya gelmesi sonucunda kilin pıhtılanması ve devamlısağlam bir kırıntı yapısını kazanması mümkün olmaktadır. Toprağın yıkanması ve bu arada amorf oksitlerin de yıkanıp ortamdan uzaklaşmaları kırıntılı yapının kaybına sebep olmaktadır (özellikle asit reaksiyonlu yıkanma zonundapodsollaşma). TOPRAĞIN KATYONLARI VE REAKSİYONU Topraktaki katyonların cinsi ve miktarı toprağın özellikle kil bölümünün biraraya gelip pıhtılaşmasını veya birbirinden ayrılıp serbest kalmasını sağlayabilmektedir. Özellikle Ca ++ ve Mg ++ gibi iki değerli katyonlar negatif değerli kil mineralleri ile zincirler teşkil ederek kilin pıhtılaşmasına ve kırıntılı bir yapının oluşumuna sebep olmaktadır. Buna karşılık toprakta K + ve özellikle Na + miktarının artışı toprağın kırıntılı olan yapısının bozulmasına ve taneciklerin serbest kalmasına sebep olur. Topraktaki H + iyonu miktarının artması toprak reaksiyonunun asitleşmesini sağlar. Toprak reaksiyonunun asitleşmesi ile iki değerli katyonların yıkanması kırıntıların bozulmasına sebep olur. Buna karşılık H + iyonunun azalması toprağın nötr veya alkalen reaksiyonda olmasını sağlar. Alkalen reaksiyonlu topraklarda ise yeterli miktarda bulunan Ca ++ ve Mg ++ katyonları kırıntılanmaya sebep olurlar. KİMYASAL GÜBRELER Kimyasal gübreler ve özellikle kalsiyumlu gübreler ile kireç yukarıda da belirtildiği gibi toprağın kırıntılılığını arttırır. Buna karşılık NH + 4 ve K + lu gübreler ise kırıntılılığı olumsuz yönde etkileyebilir. Bu nedenle kimyasal gübrelerin karşılıklı iyon dengeleri gözetilerek dengeli olarak veya toprağın yapısı gözönüne alınarak kullanılması gerekir. SENTETİK MADDELER Toprağın içinde mikroorganizmalar tarafından salgılanan veya oluşturulan organik kolloidler arasında poliüronid ve polisakkaridler kırıntılanmaya sebep olurlar. Bunların sentetik olarak yapılanları da su ve rüzgâr erozyonunun olabileceği yerlerde üst toprağın kırıntılanması ve erozyondan korunması amacı ile kullanılırlar. Ayrıca fidanlık topraklarında bu sentetik maddeleri kullanmak gerekebilir. Keza hidrolize edilmiş poliakrinitril, ayrıca vinilasetat ile anhidritmaleik asitin yaptıkları bileşikler toprağın kırıntılanması için kullanılmaktadırlar Toprağın Bağlılığı Toprağın iri veya ince taneli oluşu veya iri tanelerin ince taneler tarafından birbirine yapıştırılmış olması toprak taneciklerinin birbirine bağlılığına dikkatimizi çeker. İri taneli kum toprakları taneleri birbirine yapışmadıkları için bağsız durumda bulunurlar. Buna karşılık kil topraklarının taneleri birbirine yapıştıkları için bağlı ve pek sıkı durumdadırlar. Kum, toz ve kilin biraraya gelmesi ile oluşan balçıklar hakim tane çapına ve yapıştırıcı kilin miktarına

14 118 göre gevşek, gevrek veya sıkı olarak bağlı bulunurlar. Toprağın bağlılığı aynı zamanda toprağın sıkılık dereceleri ile ifade edilir (Tablo 41). Gevşek ve gevrek topraklar geçirgen yani süzek oldukları gibi kök gelişimi için de uygun topraklardır. Buna karşılık sıkı ve pek sıkı topraklar güç geçirgen veya geçirimsiz topraklardır. Bunlarda köklerin gelişimi fiziksel bir dirençle karşılaştığı gibi havalanma güçlükleri ve suyun durgunlaşması kökler ve diğer canlıların faaliyeti için sorunlar yaratır. Toprağın bağlılığı ve sıkılık derecesi organik maddenin karışması, katyonların yıkanması veya birikmesi veya oksitlerin bulunuşu ile ilişkili olarak değişir (Tablo 41). Bu nedenle toprağın sıkılığını gidermek için yapılan toprak işlemeleri yanında, kum veya organik maddenin karıştırılması veya kireçleme gibi işlemlerin de yapılması gerekebilir. Tablo 41. Toprağın bağlılığısıkılık dereceleri ile bazı toprak özellikleri arasındaki ilişki Sıkılık Derecesi Bağsız : Tanecikler birbirine yapışık değil. Kum toprakları Gevşek : Tanecikler birbirine çok zayıf bağlı olup, parmaklar arasında hafif bir basınç ile dağılırlar. Kum ve balçıklı kum toprakları. Toprakların organik maddece zengin kesimi A h horizonu Gevrek : Tanecikler birbirine oldukça bağlı olup, parmaklar arasında az bir basınç ile dağılırlar. Sıkı : Tanecikler birbirine sıkıca bağlı olup, parmaklar arasında orta derecede bir basınç ile dağılırlar. Kumlu balçık toprakları. Toprakların az humuslu olan kesimi ile yıkanma zonu. Balçık ve killi balçık toprakları. Toprakların yıkanma zonu ve bilhassa birikme zonu. Pek sıkı : Tanecikler birbirine pek sıkı bağlı olup Parmaklar arasında kuvvetli basınç ile güç dağılır. Balçıklı kil ve kil toprakları. Toprakların birikme zonu Toprağın Gözenekliliği Toprak tanecikleri arasında kalan boşluklar toprağın gözenekleri olarak isimlendirilir. Toprağın gözenekleri, toprak tanelerinin çapları veya toprak parçacıklarının çaplarına göre çeşitli iriliktedir. Toprakların gözenek hacmi % 3070 arasında bulunmaktadır. Organik maddenin karışımına göre gözenek hacmi daha da artar. Kum topraklarının gözenekleri iri, fakat toplam gözenek hacmi küçüktür. Kil topraklarında ise gözenekler ince fakat toplam gözenek hacmi fazladır (Tablo 42.a). Tablo 42.a. Gözenek hacmi ile toprak türü arasındaki ilişki (SchefferSchachtschabel 1960 tan) Toprak Toplam gözenek Gözenek çaplarına göre dağılım (%) Türü hacmi % İri gözenekler Orta gözenekler İnce gözenekler Kum Balçık Kil

15 cm cm 119 Toprak gözeneklerinin çapları en ince 0.2 mikrondan küçük, en kaba 75 mikrondan geniş olabilirler (Tablo 42.b). Çapı 75 mikrondan daha büyük olan gözenekler yağış anında bile su ile dolu bulunmazlar. Çapı 5075 mikron arasındaki gözeneklerdeki su yağışın hemen arkasından sızıp gider. Bu gözenekler ancak durgun su şartlarında dolu bulunabilirler. Çapı 5010 mikron arasında bulunan gözeneklerde su sızıntı suyu halinde yerçekimi etkisi ile hareket eder. Bu gözeneklerde suyun hareketi pek hızlı olmaz. Ancak suyun yerçekimine karşı tutulması da mümkün olamaz. Çapı mikron arasında bulunan gözeneklerde ise su yerçekimine karşı tutulur ve ancak bitki köklerinin geliştirdikleri emme gücü ile alınabilir. Çapı 0.2 mikrondan küçük olan gözeneklerde tutulan su bitkiler tarafından da alınamaz (Toprak suyu bölümü ile ilişki kurunuz). Bitkilerin kılcal kökleri ancak çapı 10 mikrondan geniş olan iri gözeneklere girebilir ve gelişebilirler. Mantar iplikçiklerinin (miselleri) çapı 36 mikron arasında, bakterilerin ise çapları 0.51 mikron, boyları ise 13 mikron arasında (çok küçükleri 0.2 mikron kadar) olup bunlar ancak orta ve iri gözeneklere girebilirler. Bu nedenle çapı 0.2 mikrondan küçük olan ince gözenekler gerek biyolojik faaliyet, gerekse suhava değişimi bakımından elverişli değildir. Tablo 42.b. Toprağın gözenek çapları Ø (mikron) Çok iri gözenekler > 50 su hızla sızar (< 0.05 atü) İri gözenekler 5010 su yavaş sızar (< atü) Orta gözenekler kapillar su ( atü) İnce gözenekler < 0.2 ölü su (> 15 atü) (Şekil 24 ile ilişki kurunuz). Topraklarda gözenek hacmi toprağın organik madde karışan kesiminde (A h horizonu) ve üst toprakta fazla olduğu halde derinlikle azalır (Şekil 22). Toprağa organik madde karıştırılması toprağın gözenek hacmini arttırır. Ancak orman topraklarında yapılan mekanik işlemeler toprağın gözenek hacminin ilk yıllarda artmasını sağlamakta ise de, ileriki yıllarda organik maddenin hızla mineralize olup ayrışması ve toprağın oturuşması sonucunda gözenek hacmi eski haline dönüşmektedir. Yani toprak gene sıkışmaktadır. Daha ileriki yıllarda ise toprak eskisinden daha sıkı bir durum almaktadır. Bu nedenle orman topraklarının gözenek hacmini arttırmak için başvurulacak işleme yöntemlerinin toprağın özelliklerine uygun olarak seçilmesi gerekir. Ancak çok fazla organik maddenin karıştırıldığı topraklarda gözenek hacminin arttığı belirlenmiştir (Tablo 43.a) (%) (%) Katı kısım (%) Su ile dolu gözenekler Hava ile dolu gözenekler Gözenek hacmi (%) Şekil 22. Belgrad Ormanındaki ağır balçık topraklarında katı kısım ile gözenek hacminin derinliğe göre durumu ve gözenek hacmindeki su ile hava oranının mevsime göre değişimi (Irmak. A tan).

16 120 Tablo 43.a. Sarıçam ağaçlandırma alanlarında çeşitli toprak işleme yöntemlerine göre işlemden 8 yıl sonra toprağın gözenek hacmi % (Kantarcı, M.D. Kantarcı, N.1975 ten) Derinlik cm Yaşlı Meşcere Toprağı İşlenmemiş toprak Ağır Balçık Toprağında Freze ile işlenmiş toprak (20 cm e kadar) Pulluk ile sürülmüş toprak (40cm e kadar) Kumlu Balçık Toprağında Yaşlı Meşcere Toprağı Pulluk ile sürülmüş toprak (40cm e kadar) Not: 1) Ağır balçık toprağın üstünde yatan ve m² de 7.58 kg olan kalın ölü örtü tabakası freze ile toprağa 20 cm derinliğe kadar, pulluk ile toprağa 40 cm derinliğe kadar karıştırılmıştır. Kumlu balçık türündeki toprağın üstünde yatan m² de 4.65 kg olan ölü örtü tabakası pulluk ile toprağa 40 cm e kadar karıştırılmıştır. Sonuçlar toprağın işlenmesinden (veya işlenmeden bırakılan parselde) 8 yıl sonra yapılan ölçmelerde elde edilmiştir. 2) Ağır balçık toprağında açık alanda toprağın işlenmediği parselde organik maddenin kısmen ayrışması sonucunda (yaşlı meşcere etkisinin kalkması sonucunda meydana gelen) üst toprakta gözenek hacminin azaldığı fakat hemen altta bir miktar arttığı görülmektedir. 3) Toprağa fazla organik madde karıştırılmış olmasına rağmen, pulluk ile işlenen toprağın 05 cm lik üst kesiminde gözenek hacmi azalmıştır Toprağın Özgül Ağırlığı ve Hacim Ağırlığı Mineral toprağın özgül ağırlığı arasında değişir (ortalama 2.65). Kilin özgül ağırlığı , ağır minerallerin özgül ağırlığı , organik maddenin özgül ağırlığı ise ortalama 1.4 kadardır. Toprağın özgül ağırlığı birim hacimdeki gözenek hacminin veya ince toprak ağırlığının tayini için kullanılır 42). Toprağın hacim ağırlığı Ø < 2 mm olan ince toprak için konuşulur. Özellikle toprak suyunun ve toprakta tutulabilen bitki besin maddelerinin hesabında % değerlerle yeterli bilgi edinilemediği için birim hacimdeki değerler ile çalışmak gerekir. Bu durumda toprağın derinliklerine veya horizonlarına göre 1 litredeki hacim ağırlıkları tayin edilir. Bu hacim ağırlıklarından 1 m² (veya hektar) yüzeye ve belirli bir derinliğe sahip toprak hacmindeki ince toprak miktarı hesabedilir. Toprak suyu ve topraktaki besin maddeleri de bu hacim değerlerine göre hesaplanır. Toprağın derinliği, taşlılığı, türü, organik madde miktarı ve horizonların özellikleri hacim ağırlığı üzerinde etkilidirler (Tablo 43.b). Toprağın hacim ağırlığı üzerinde yükseltiiklim özelliklerinin (ve buna bağlı olarak organik maddenin) etkisi de saptanmıştır (Tablo 43.b) Toprağın Geçirgenliği Toprak içinde suyun kolayca sızabilmesi veya sızmanın bazı güçlüklerle karşılaşıp engellenmesi toprağın geçirgenliği (süzekliği) adı altında incelenir. Toprak gözenekleri (primer gözenekler) suyun sızabildiği veya hareket edebildiği boşluk sisteminin önemli bir kısmını oluştururlar. Toprağın çatlak sistemi, toprak hayvancıklarının yuvaları ve yolları, 42) Toprağın özgül ağırlığıkuru haldeki hacim ağırlığı Gözenek hacmi % = x 100 Toprağın özgül ağırlığı

17 121 çürüyen bitki köklerinin yerlerinde kalan kanallar (sekunder gözenekler) orman topraklarında suyun derinlere kadar hızla ulaşmasını sağlayan ve gözeneklerle birarada işleyen kapsamlı bir sızıntı sistemini meydana getirirler (Şekil 26). Genel olarak toprağın geçirgenliği toprağın türüne, organik madde miktarına, gözenekliliğine ve gözeneklerin iriliğine ve iç yapısına (strüktür) bağlıdır (Tablo 44). Üst toprağın daha kumlu, organik maddece zengin, iri gözenekli Tablo 43.b. Toprağın hacim ağırlığının a) anakayaya ve toprak horizonlarına, b) yükseltiye ve toprak horizonlarına göre değişimi a) Hacim ağırlığının anakayaya ve toprak horizonlarına göre değişimi (g/lt) Horizonlar A h g/lt A el g/lt AB g/lt B ts g/lt BC g/lt C v g/lt 1 m²/1m (1m³ teki) hacim ağırlığı kg/m³ Kuvarsit 1) Toprak Nu Serisit şist 1) Toprak Nu Klorit şist 1) Toprak Nu Taşlı toprak 1) Kantarcı, M.D.1976 yayınlanmamış çalışma ve Kantarcı, M.D ) Kantarcı, M.D. 1980a Granit 1) Toprak Nu KuB 2) Toprak Nu B 2) Toprak nu AB 2) Toprak Nu b) Hacim ağırlığının yükseltiiklim kuşaklarına ve horizonlara göre değişimi (g/lt) (Kantarcı, M.D.1979 dan)* Horizonlar Yükselti İklim Kuşakları m m m m A h gr/lt A el gr/lt AB gr/lt B ts gr/lt BC gr/lt C v gr/lt Hacim ağırlığı kg/m³ (*) 1) Andezit anakayasından oluşmuş, Uludağ Göknarı ormanları altındaki topraklara ait ortalama değerler. 2) Yükselti arttıkça toprak daha fazla taşlı ve daha fazla organik maddeli bulunduğu için ince toprak miktarı daha az bulunmuştur. ve kırıntılı iç yapıda oluşu toprağın geçirgenliğinin yüksek olmasını sağlamaktadır. Buna karşılık alt toprağın sıkı oturması, daha killi oluşu ve gözeneklerinin inceliği, iç yapı elemanlarının iriliği, organik maddenin azlığı, toprağın geçirgenliğini önemli derecede azaltmaktadır. Orman topraklarında toprak üstündeki ölü örtünün bulunuşu ve organik maddenin toprağa karışmış olması (A h horizonu) toprağın geçirgenliği bakımından çok önemlidir. Aynı şekilde toprak içindeki kanallar ve tüneller ile çatlak sistemi de (toprağın sekunder gözenekleritoprağın mimarisi) alt toprağın geçirgenliği üzerinde önemle etki yapmaktadırlar. Bu nedenle orman topraklarının işlenmesi ve alt toprağın sekunder gözeneklerinin bozulması çok tehlikeli sonuçlar verebilir. Özellikle yüzeysel akışın ve toprak taşınmasının (erozyon) sözkonusu olduğu yerlerde toprağın geçirgenliği ayrıca üzerinde durulması gereken özelliklerden biridir 43). Toprakların geçirgenliğinin anakaya özelliklerine göre de değişkenlik gösterdiği anlaşılmaktadır (Tablo 44). 43) Toprağın geçirgenliği ve erozyona kabiliyeti konusunda bak. Özyuvacı, N.1976.

18 Toprak Suyu Toprağa giren ve toprak tarafından tutulan, gözeneklerde biriken veya sızan veya buharlaşıp atmosfere geri dönen su toprak suyu adını alır. Toprak suyu gerek tutulması, gerekse hareketi ve toprağa girdikten sonra kazandığı kimyasal özellikleri ile ve bitki yetişmesindeki çok önemli etkisi ile Toprak İlmi nin önemli konularından biridir. Toprak; yağışlarla veya sulama ile gelen suyun bir kısmını emerek depo eder. Toprakta tutulan bu su, bitkilerin yetişmesini ve ekonomik faydalar sağlayacak şekilde yetiştirilebilmelerini sağlayan, en önemli üretim faktörüdür. Toprak içinde suyun hareketi, tutulabilmesi ve geri alınması (bitki kökleri tarafından emilmesi) kendine özgü bir takım kanuniyetlere bağlıdır. Toprakta suyu tutan kuvvetler, toprak suyunun çeşitleri, toprak nemi, toprak suyunun hareketi ve toprakların özelliklerine göre faydalanılabilir su kapasitesinin değişimi aşağıda sıra ile incelenmiştir. Tablo 44. Toprağın geçirgenliği ile anakaya, toprak derinliği, toprak türü ve organik madde miktarı arasındaki ilişki (Özyuvacı, N.1976 da verilmiş ortalama değerlerden derlenmiştir) Derinlik Kum % Toz % Kil % Toprak türü Kuvarsit (Kuvarsserisit şist) BK BK BK Granit Arkoz Neojen (Pliosen ağır balçığı) Kil şisti Kristalen şistler KuK KuK KuK BK BK BK BK K K BK K K BK BK K Geçirgenlik cm/saat Taş % Suyun verilmiş derinliği, sızma süresi Saat dakika Kaynak: Kantarcı, M. D Toprakta Suyu Tutan Kuvvetler (1) TOPRAKTA SUYU TUTAN KUVVETLER Su toprakta adhezyon ve kohezyon kuvvetleri ile tutulur. Adhezyon katı maddelerin yüzey çekimi kuvvetidir. Toprak taneciklerinin sahip oldukları katyonların hidratlanma gücü ile su dipollerini çekmesi yüzey çekim (adhezyon) gücü ile olarak tanımlanır. Kohezyon ise su moleküllerinin birbirini çekme gücüdür. Adhezyon gücü ile toprak taneciklerinin yüzeyinde su ince filmler halinde tutulur (Şekil 23.a). Bu su filmlerindeki su molekülleri kohezyon güçleri ile diğer su moleküllerini tutarlar. Böylece toprak tanecikleri arasındaki gözenekler (kapillar gözenekler) su ile dolmuş olur (Şekil 23.a). Daha geniş gözeneklerde ise

19 TOPRAK VEYA KRİSTAL YÜZEYİ 123 (Ø > 10 mikron) su yerçekimi kuvveti ile sızmağa başlar (Şekil 23.a ve b.) Çünkü bu gözeneklerde toprak taneciğini yüzey çekimle (adhezyon) kaplayan su moleküllerine kohezyon ile tutunan su molekülleri artmakta ve bu ikinci su tabakası kalınlaştıkça kohezyon KAPILAR SU ADHEZYON SUYU KOHEZYON SUYU KATI TANE SIZINTI SUYU M. Doğan Kantarcı Şekil 23.a. Toprak taneciklerinin yüzeyinde adhezyon ile tutulan su, tanecikler arasında kohezyon ile tutulan su ve geniş gözeneklerde sızıntı suyu. 2 H + H + Su dipolü ADHEZYON (Yüzey Çekimi) > 4.5 pf ( > 31 atm) KOHEZYON pf ( atm) SIZINTI SUYU YERÇEKİMİ < 2.5 pf (< 0.33 atm) M. Doğan Kantarcı Şekil 23 b. Geniş çaplı (> Ø 10 µ) gözeneklerde toprak yüzeyinde adhezyon ve kohezyon ile tutulan su molekülleri ve yer çekimi etkisi ile sızan su moleküllerinin (dipollerinin) şematik görünümü ve etkili kuvvetler.

20 124 ile tutabilme gücü zayıflamaktadır. Yerçekiminin kohezyonla tutulabilme gücünü aştığı gözeneklerde ise su artık tutulamayıp sızmağa başlamaktadır. Sıcaklık arttıkça su moleküllerinin birbirlerini tutma gücü (kohezyon) zayıflamakta, buna karşılık sızıntı suyu artmaktadır. Su ısındıkça iki su molekülünde yani oksijen atomları arasındaki uzaklık artmaktadır. Su moleküllerinin oksijenleri arasındaki mesafe buz durumunda 2.76 Aº olduğu halde, sıvı durumunda sıcaklığa göre değişir. İki molekül arasındaki uzaklığın sıcaklıkla artması (suyun genleşmesi) kohezyon gücünün zayıflamasına, yerçekimi etkisi ile sızıntı suyunun artmasına sebep olur. Suda erimiş olan tuzların (organik bileşikler dahil) anyon ve katyonları veya bu nitelikteki kimyasal bileşiklerin kökleri adhezyon ve kohezyon kuvvetleri ile tutulan su miktarının artmasına sebep olur. Bitki kökleri toprakta yüzey çekim gücü (adhezyon) ile tutulan suyu ememezler. Kohezyon ile tutulan su, bitki kökleri tarafından kohezyon gücü zayıfladığı oranda, daha kolay emilir. 1) TOPRAKTA SUYU TUTAN KUVVETLERİN İFADESİ Toprağın tuttuğu suyun geri alınması için uygulanması gerekli güç, suyun toprakta tutulma gücü olarak tanımlanır. Toprakta suyu tutan kuvvetlerin çeşitli şiddetlerde oluşu farklı toprak suyu çeşitlerinin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Farklı kuvvetlerle tutulan bu toprak suyu çeşitlerinin geri emilmesi için de farklı güçlerin uygulanmasını gerektirir. Toprak suyunun geri alınması (veya emilmesi) için uygulanabilecek güçler milibar veya atmosfer 44 cinsinden ifade edilir (Şekil 24). Toprakta tutulan suyun geri alınması (veya emilmesi) için uygulanması gereken gücün, tabanı 1 cm² olan su sütununun yüksekliği ile yani milibar cinsinden ifadesi ve kullanımı, logaritmik değerlerin alınması ve kullanılmasına imkân vermektedir. Örnek olarak; cm lik bir su sütununun 1 cm² alana yaptığı basıncı hesaplarda kullanmak veya grafiklerde göstermek imkânsızdır. Bunun yerine logaritma değerleri kullanılabilmektedir. Yani cm lik su sütununun basit logaritması olan 6 sayısını kullanmak tercih edilmektedir 45). Bu basit logaritma değerleri pf değerleri olarak tanımlanmaktadır 46). Böylece pf değerleri kullanılarak toprağın tuttuğu suyun tutulma gücü grafikler halinde ifade edilebilmektedir (Şekil 24). Adhezyon kuvveti ile tutulan suyun geri alınabilmesi için cm (yani cm) yüksekliğinde su sütunlarının 1 cm² alana yaptıkları basınca denk bir güç uygulanması gerekmektedir. Bu güç (Şekil 24); cm su sütunu/1 cm² için = ( milibar) = 10 5 milibar = 5 pf = 100 at dir cm su sütunu/1 cm² için = ( milibar) = 10 6 milibar = 6 pf = 1000 at dir. 44) 45) 46) Bir atmosfer basıncı deniz kıyısında 15ºC sıcaklıkta yüksekliği 760 cm olan cıva sütununun 1 cm² alana yaptığı basınçtır. Bu basınç 1000 milibar olarak da ifade edilir. Daha hassas bir ifade ile; 1 Atm = bar = 1013 milibar = 1 kg/cm² dir. 1 bar =1 din/cm²;1000 bari = 1 milibar = 1 gr/cm²; 1000 milibar = 1 bar = 1 kg/cm². log (yani 10 6 ) = 6 pf sembolünde; p 10 taban sayısının üstü olan sayıyı (10 5, 10 6 gibi) logaritmik olarak göstermekte, F ise, serbest enerjiyi ifade etmektedir. Diğer bir deyimle pf uygulanan milibar (gr/cm²) cinsinden enerjinin basit logaritmasıdır.

21 Suyun Tutulma Kuvveti Gözenek Çapları, (mikron) 125 (atm) (pf) ,00 6, ,00 5, , ,50 HİGROSKOPİK SU SINIRI (0.06 ) ,00 KİL PÖRSÜME SINIRI, ( 0.2 ) 0.2 3,50 1 3,00 BALÇIK Kapilar su ,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 BALÇIKLI KUM KUM (Su çeşitleri) Higroskopik su su SIZMA SINIRI, (10 ) Yavaş sızan su Hızlı sızan su Gözeneklerdeki Su, (%) Şekil 24. Toprak gözeneklerinde tutulan su cinslerinin tutulmaemilme gücü ile gözenek çapları ve toprak türü arasındaki ilişki (Laatsch, W ile SchefferSchachtschabel 1956 dan derlenmiştir) Kohezyon kuvveti ile tutulan suyun bitki kökü tarafından emilebilmesi için ortalama güç 1000 cm lik (10 4 ) bir su sütununun 1 cm² alana yaptığı basınca denk bir gücün uygulanması gerekmektedir (Şekil 24). Bu güç ; 1000 cm su sütunu/1 cm² için = (1000 milibar) = 10³ milibar = 3 pf = 1 atm dir. Toprakta suyun tutulmasına, adhezyon ve kohezyon kuvvetleri yanında toprağın tane iriliği (tekstürü) ve taneler arasındaki gözeneklerin çapları ile tanelerin yapısı (kum, toz ve kil gibi) da etkili olabilmektedir. Bu nedenle aynı pf veya atm değerlerinde toprakta tutulan suyun miktarı toprak türüne göre değişiklik göstermektedir (Şekil 24) Toprak Suyu Çeşitleri Toprak suyu toprak içindeki durumuna göre birbirinden farklı çeşitlere ayrılır. Toprağa giren suyun bir kısmı toprak taneciklerinin yüzeyinde tutulduğu halde, bir kısmı küçük (kapillar) gözenekleri doldurur. Suyun bir bölümü ise toprağın içindeki iri gözenekçatlak sistemi boyunca yer çekimi etkisi ile sızar. Suyun sızmasını engelleyen toprak tabakalarının içinde ve üstünde toprak suyu birikebilir. Toprakta suyu tutan kuvvetlerin, suyun tutulmasına veya birikmesine etkili toprak özellikleri ile toprak içindeki boşluk sisteminin ve suyun sızmasını sağlayan yerçekiminin birlikte etkileri altında toprak suyu çeşitlere ayrılır (Şekil 24 ve 25).

22 126 Higroskopik su Kapillar su Sızıntı suyu Tabansuyu Durgun su 1) HİGROSKOPİK SU Toprağın tanelerinin yüzeyinde adhezyon kuvveti ile tutulan su pörsüme(solma) sınırı, 105 ºC molekülleri ile çok küçük çaplı gözeneklerde (< Ø 0.06) tutulan su higroskopik su (adsorpsiyon suyu) olarak tanımlanır. Higroskopik su 4.7 pf (50 atm) den daha yüksek güçlerle toprakta tutulur (Şekil 24). Pratik olarak toprağın hava kurusu durumunda tutmakta olduğu su higroskopik su olarak tanımlanır. Toprakların tane çapı ve buna bağlı olarak değişen yüzey ile ince gözeneklerin miktarı hava kurusu durumuna ve higroskopik su miktarına etki eder. Bu nedenle higroskopik su miktarı toprak türüne göre farklıdır. Kumlu topraklarda daha az, killi topraklarda daha fazla higroskopik su tutulur (Şekil 24 deki eğrileri karşılaştırınız). Toprak suyunda katyonların bulunuşu ve miktarı da higroskopik suyun tutulmasına etkili olur. Katyonların artması (özellikle Ca ve Mg gibi iki değerliler) higroskopik suyu da arttırır. Higroskopik su bitkilerin alamadığı su olduğu için ölü su olarak da adlandırılır. 2) KAPİLAR SU Su ile doymuş toprakta geniş gözeneklerdeki su sızıntı suyu halinde sızıp gittikten sonra iri ve orta çaplı gözeneklerde (kapilar gözenekler) tutulan su kapilar su olarak tanımlanır. Kapilar su yaklaşık µ çapındaki gözeneklerde tutulur. Ancak 5010 µ çapındaki gözeneklerde tutulan su yerçekiminin etkisi ile yavaş yavaş sızdığı için yavaş sızan su olarak tanımlanır. Çapı µ arasındaki gözeneklerde tutulan su ise bitki kökleri tarafından emilemez. Bu nedenle çapları µ arasındaki gözeneklerde (orta çaplı gözenekler) tutulan su kapilar su olarak kabul edilir. Kapilar suyun toprakta tutulma gücü (veya bu suyun emilmesi için gerekli güç) 2.5 (2.45) 4.2 pf ( atm) değerleri arasındadır (Şekil 24). Kapilar suyun miktarı toprağın taneliliğine (tekstürüne) bağlıdır. Kum topraklarında gözenekler iri ve kapilar gözenekler az olduğu için tutulabilen kapilar su miktarı daha azdır. Kil topraklarında da gözenekler çok ince ve kapilar gözenekler az olduğu için tutulabilen kapilar su miktarı daha azdır. Kireçsiz (veya iki değerli katyonlarca, özellikle kalsiyumca fakir) kil toprakları pek sıkı bağlılıkta oldukları için ince gözenekler çoğunluktadır ve bu topraklarda kapilar su miktarı daha azdır. Buna karşılık kireçli veya kalsiyumca zengin kil topraklarında kırıntılı bir iç yapı (strüktür) geliştiği için kapilar gözenekler de fazladır. Bu nedenle kireçli kil topraklarında tutulan kapilar su kireçsiz kil topraklarında tutulan kapilar sudan daha fazladır. Balçık topraklarında ise kapilar gözenekler daha fazla olduğu için bu

23 127 toprakların kapillar su kapasiteleri de kum ve kireçsiz kil topraklarına göre daha fazladır (Şekil 24 de eğrileri karşılaştırınız ve toprak nemi bölümünde tarla kapasitesine bakınız). Buharlaşan su Adhezyon suyu (Higroskopik su) Kohezyon suyu (Kapillar su) Sızıntı suyu Durgun su Şekil 25. Toprak suyu çeşitleri. 3) SIZINTI SUYU Taban suyu M. Doğan Kantarcı Toprağın 10 µ dan geniş çaplı gözeneklerini dolduran su yerçekiminin etkisi ile sızar. Sızıntı suyun çapı 50 µ dan geniş gözeneklerde hızlı, çapı 5030 µ arasında oldukça yavaş ve çapı 3010 µ arasındaki gözeneklerde daha yavaş hareket eder (Şekil 24). Sızıntı suyu toprakta 2.5 pf (0.33 atm) den daha düşük kuvvetlerle tutulur. Bitkiler sızıntı suyundan faydalanabilirler (vejetatif faaliyet sırasında). Ancak bu faydalanma suyun kök çevresinden sızma süresine bağlıdır. Sızıntı suyu tarım yapılan topraklarla orman topraklarında farklı bir sızma yoluna ve sürecine sahiptir. Her yıl işlenen tarla topraklarında yağış veya sulama suları öncelikle toprağın üst kesimi doygunluğa ulaştıktan sonra bir alt kesime, alt kesim doygunluğa ulaştıktan sonra daha alt kesime geçer. Böylece tarla toprakları yağışın veya sulama suyunun miktarına göre yukarıdan aşağı kesimkesim doygunluğa ulaşabilirler. Sızıntı suyu da üst toprak doygunluğa ulaşmadan alt toprağa ulaşamaz (Şekil 26 a). Buna karşılık orman topraklarının iç yapısı (toprağın mimarisi) çok başkadır. Orman toprakları gerek toprak hayvancıklarının, gerekse çürüyen köklerin bıraktıkları tünellerle kendilerine özgü bir iç yapı gösterirler. Yağış suları bu tünellerden toprağın derinliklerine doğru hızla sızar. Böylece toprağın üst kesimleri tam anlamı ile doymadığı halde su toprağın derinliklerine ulaşabilir (Şekil 26 b). Orman toprağında sızıntı suyunun hareketi toprağa ulaşabilen az miktardaki yağış sularının dahi toprağın derinliklerine (kök yayılış alanına) erişmesini ve ağaçların bu

24 128 yağışlardan da faydalanabilmesini sağlamaktadır. Kireç taşlarından oluşmuş orman topraklarında ise sızıntı suyu ile topraktaki tünel ve anakayalardaki çatlak sisteminin ilişkileri daha farklıdır. Kireç taşı topraklarında topraktaki tünel sisteminden derinlere sızan su çevresindeki toprağı ıslatmakla birlikte, anakayanın çatlak sistemine ulaştığı yerlerde daha derinlere sızıp gider. Anakayanın çatlak sisteminin toprakla dolduğu ve köklerin buralarda geliştiği durumlarda orman ağaçları sızıntı suyunu kullanabilirler. Fakat kireç taşı anakayasının çatlak sistemi genellikle sızıntı suyunu sistem dışına (ekosistem) kaçıran bir drenaj sistemi olarak kabul edilmelidir (Şekil 26 c). Bu nedenle orman topraklarının oluştuğu anakayanın yapısı da sızıntı suyunun hareketinde ve bitkilerin bundan faydalanmasında etkilidir. Sızıntı suyu toprak içinde kil bölümünün ve anyonlarla katyonların hareketini de sağlamaktadır. Toprak içinde sızıntı suyu ile anyon ve katyonların yukarıdan aşağı hareketi ormanların beslenmesinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Ölü örtünün ayrışması ile mineralize olan bitki besin maddeleri ve kolloidal humus sızıntı suyu yardımı ile toprağın derinliklerine taşınır. Böylece orman ağaçlarının derinlere ulaşmış kökleri de bitki besin maddelerini alabilirler (Şekil 26 b ile Şekil 15 te m arasında ilişki kurunuz). Sızıntı suyunun demir bileşiklerini üst topraktan alt toprağa taşıması toprakta yıkanma ve birikme horizonlarının gelişimini ve bu horizonları ayırdetmemizi sağlar (Kantarcı, M.D.1979 a bakınız). Sızıntı suyunun yardımı ile toprağın kil bölümü de yukarıdan aşağı taşınıp birikir. Böylece üst toprakta kil bakımından bir fakirleşme, alt toprakta ise zenginleşme görülür (Kantarcı, M.D.1980 e bakınız). Sızıntı suyunun sözkonusu edilen kolloid maddeleri (kil ve humus) taşıyıp biriktirmesi ile iyonları yıkayıp biriktirmesi kendine özgü iklim ve toprak özelliklerinin etkisi altında gerçekleşir. Toprak İlminde bu konu ile Toprak Genetiği dalı meşgul olur. YAĞIŞ VEYA SULAMA YAĞIŞ YAĞIŞ A p 1 A h 0 A h 0 B t A el AB B ts B v BC 2 BC BC C v C v a Tarla toprağı C n b Orman toprağı C v c Orman toprağı (Toprağın ıslanması 1.,2.,3...derinlik kesimlerini izler). (Çatlaklı olmayan anakayalar üstünde) (Çatlaklı anakayalar üstünde. Kireçtaşı v.b.) Şekil 26. Sızıntı suyunun toprak içindeki hareketi M. Doğan Kantarcı

25 129 4) TABANSUYU Toprakta derinlere doğru sızan su geçirimsiz bir tabakaya rastlarsa daha derinlere sızamayarak toprağın gözeneklerini doldurur. Su bu defa geçirimsiz tabakanın eğimine veya bazı yerlerde arazinin eğimine bağlı olarak hareket eder (Şekil 27). Y A Ğ I Ş Y A Ğ I Ş Sızıntı suyu Yamaç taban suyu Kaynak Sazlık Bataklık Dere Geçirimsiz tabaka Taban suyu M. Doğan Kantarcı Şekil 27. Tabansuyu ile yeryüzü şekli ve geçirimsiz tabaka ilişkileri. Tabansuyu devamlı hareket halinde olduğu gibi mevsimlere bağlı olarak toprak içinde belirli bir üst ve alt seviyelere sahiptir. Tabansuyunun üst ve alt seviyeleri kırmızı renkte yatay yükseltgenme (oksidasyon) çizgileri ile (3 değerli demir oksit) belirgindir. Tabansuyunun devamlı bulunduğu kesim ise gri (yerine göre yeşil ve mavimsi yeşil) indirgenme (redüksiyon) rengi ile belirgindir (Şekil 28). A h A el AB B ts BC G 0 G r Taban suyunun yükselmealçalma seviyeleri Taban suyu zonu (Kırmızı yatay çizgiler) (Griyeşilmavimsi renkte) Şekil 28. Tabansuyunun yükseltgenme (oksitlenme) ve indirgenme (redüktlenme) zonları. Tabansuyunun üst yüzeyinden itibaren su topraktaki kapilar gözeneklerde (kapilarite ile) yükselir. Bu kesim kapillar saçak olarak tanımlanır. Bitki kökleri kapilar saçağa veya tabansuyuna ulaştıkları takdirde bu sudan faydalanabilirler (Şekil 29). Tabansuyunun toprak içinde yukarı doğru tırmanması toprağın taneliliğine (tekstürüne) bağlı olarak değişir. Tabansuyunun kapilarite ile yükselmesi kapilar gözeneklerin miktarına bağlıdır.

26 130 Bu nedenle kapilar saçak kum topraklarında dar, killi topraklarda daha geniştir. Tabansuyu genel olarak yağışlı mevsimde ve özellikle ilkbaharda (karların erimesi ile) daha yüksek, kurak mevsimde (yazın) daha düşüktür. Orman altında tabansuyu tarım ve mera alanlarındakinden daha derindedir. Kök sistemi derinde olan orman tabansuyunu emip kullanmaktadır (Şekil 30, 37 ve 38 i karşılaştırınız). Şekil 29. Tabansuyu ve kapilar saçak. 5. DURGUN SU M. Doğan Kantarcı Toprakta geçirimsiz bir tabakada veya bu tabakanın üstünde gözenekleri dolduran su hareket edemediği veya çok yavaş hareket edebildiği için durgunlaşır. Durgun su yerçekimi ile derinlere sızıp gidemediği için ya bitkiler tarafından kullanılır veya kapilarite ile üst toprağa yükselir ve buharlaşıp atmosfere geri döner. Durgun suyun oluştuğu topraklar kışın ve ilkbaharda (yağışlı devrede) ıslak, yazın (kurak devrede) ise kurudurlar. Durgun sudaki serbest oksijen bitki kökleri ile diğer mikroorganizmaların solunumu sonucunda kısa sürede tükenir. Solunum için yeterli oksijeni bulamayan aerob organizmalar ölürler veya anaerob olanlar topraktaki oksitleri indirgeyerek serbest kalan oksijeni kullanırlar. Özellikle üç değerli demir oksitlerin (Fe 2 O 3 ) iki değerli demir oksitlere (FeO) indirgenmesi ile toprakta kırmızı (pas rengi) ve boz (griyeşilmavimsi yeşil) renkli bir mermer deseni görünümü ortaya çıkar. Boz renkli kesimler topraktaki üç değerli demir oksitlerin iki değerli demir oksitlere indirgendiği yerlerdir. Bu bozpas lekeli oluşum durgun suyun varlığının en belirgin göstergesidir. Bozpas lekeli durgun su zonunun üst kesiminde lekelerin arasında koyu pas renginde demir oksit çökelekleri (konkresyonlar) de görülür. Demir çökeleklerinin bulunduğu toprak zonu durgun suyun oluştuğu fakat alttaki kesime oranla daha hızlı kuruduğu bölgedir. Durgun su zonunda ölen kök ve mikroorganizma artıkları anaerobik (oksijensiz) ayrışmaya uğrarlar. Anaerobik ayrışmanın sonucunda organik maddede (aminoasitlerde) bağlı olan kükürt hidrojen sülfüre (H 2 S), azot ise amonyağa (NH 4 OH) dönüşür. Karbon daindirgenerek metan a (CH 4 ) dönüşür. Özellikle hidrojen sülfürün çürük yumurta kokusu durgunsu toprakları kazıldığında (ilkbaharda) belirgin olarak hissedilir. Gerek serbest oksijenin çok çabuk tükenmesi, gerekse anaerobik ayrışma ürünleri (özellikle CH 4, NH 3 ve H 2 S) durgun su zonlarında köklerini geliştiremezler. Bu nedenle durgun su toprakları ormancılıkta problemli topraklar olarak kabul edilirler. Özellikle durgun suyun toprak yüzeyine yakın bulunuşu, bu toprakların ilkbaharda ıslak, yazın ise kuru

27 131 oluşlarına ve fizyolojik derinliklerinin de sığlığına sebep olur. Bilhassa kireçsiz pliosen tortulları ile alüvyonlarda killi anamateryalden oluşan topraklarda durgun su oluşumu görülür. Bu topraklar derin ve anamateryalleri taşlaşmamış (gevşek) bir tortul olduğu halde fizyolojik derinlikleri durgun sudan dolayı azdır (Şekil 30) (Fazla bilgi için bak. Kantarcı, M.D.1980a). Toprak Nu : 13 Yamaç şekli : Orta yamaç, Eğim : % 40, Bakı : Güney, Ormanın kapalılığı : %70 Anamateryal : Pliosen ağır balçığı Toprak tipi : Boz Esmer Orman Toprağı, Drenaj : Serbest Toprak Horizonu A h 04 A el 414 AB 1429 B ts 2954 BC 5490 C v 90 Kum (%) Toz (%) Kil (%) Toprak türü KuB B B AB AB AB Taşlılık (%) Derinlik (cm) Ağaç Dibinden Uzaklık,m P E K S I K S I K O R T A S E Y R E K Y O K Toprak Nu : 7 Yamaç şekli : Üst yamaç, Eğim : % 10, Bakı : Doğu, Ormanın kapalılığı : %90 Anamateryal : Pliosen kili Toprak tipi : Pseudogleyli Solgun Esmer Orman Toprağı Drenaj : Engellenmiş Toprak Horizonu A h 08 A el 826 B ts 2645 C ts / S d 45 Kum (%) Toz (%) Kil (%) Toprak türü AB AB K K Taşlılık (%) Derinlik (cm) Ağaç Dibinden Uzaklık, m P E K O R T A S I K S E Y R E K Y O K Şekil 30. Belgrad Ormanı nda pliosen tortullarından oluşmuş geçirgen bir toprak ile geçirimsiz bir durgun su (pseudogley) toprağında Çoruh Meşesi nin (Quercus petrea ssp. iberica syn. Q. dschrochensis) geliştirdiği kök sistemleri (Kaynak : M.D.Kantarcı 1980a).

28 Toprakta Suyun Hareketi Toprak suyu sıvı durumda toprağın gözenek ve çatlak sisteminde yukarıda bahsedilen adhezyon ve kohezyon kuvvetleri ile yerçekiminin etkisi altında hareket halinde bulunur. Sıcak ve kurak mevsimlerin etkisi ile toprağın ısınması toprak suyunun da buharlaşmasına ve buhar halinde hareket etmesine sebep olur. 1) TOPRAK SUYUNUN SIVI DURUMDA HAREKETİ Su toprağa girdikten ve onu doygun duruma getirdikten sonra sızıntı suyu halinde henüz doymamış kesimlere doğru hareket eder. Suyun sızıntı suyu durumundaki hareketi Şekil 26 da görüldüğü gibi farklı işletme ve farklı toprak özelliklerine göre değişiklik gösterir. Sızıntı suyu sızmağa devam edip sistem dışına çıkabilir (Şekil 26 c ve 27), taban suyuna veya durgun suya dönüşebilir (Şekil 27, 28). Suyun sıvı durumdaki hareketi genel olarak yukarıdan aşağı yerçekimi etkisinde olmakla beraber kapilar gözeneklerin etkisi ile aşağıdan yukarı (Şekil 29) veya yatay yönde de gelişebilir. Bu nedenle suyun sıvı olarak hareketini (1) iri gözenekçatlak sistemi boyunca ve (2) kapilar gözeneklerde (Ø µ) olmak üzere ikiye ayırmak mümkündür. İri gözenekler ile çatlak ve tünellerin oluşturduğu sistem boyunca ve yerçekimi etkisinde suyun hareketi ile toprağın süzekliği (infiltrasyonugeçirgenliği) arasında yakın ilişki vardır. Orman topraklarında çatlaktünel sistemi olmayan kesimlerden alınan toprak örneklerinde geçirgenlik ölçmeleri yapılmıştır. Farklı anakayalardan oluşan toprakların üst, orta ve alt kesimlerinden alınmış örneklerde kil oranı ile toprağın geçirgenliği arasında belirgin ilişkiler vardır (Tablo 44 ve Şekil 3l, 32, 33). Sözkonusu ilişkiler suyun sıvı durumdaki hareketinin toprağın kil miktarına veya toz+kil miktarına önemle bağlı olduğunu göstermektedir. Ancak toprağın derinliği ve üst toprak ile alt toprakta farklı iç yapı (strüktür) ve toprağın oluştuğu anakayanın cinsi de (anakayadan kazanılmış özellikler nedeni ile) suyun toprak içindeki hareketini belirgin olarak etkilemektedir. Orman topraklarında üst toprağın organik madde bakımından zengin oluşu yağışlarla gelen suyun hızla toprağa sızmasını mümkün kılmaktadır. Suyun sıvı durumda iken yukarıdan aşağı toprağın alt kesimlerine doğru hareket hızı ise azalmaktadır. Yağış sularının bir yandan hızla toprak tarafından emilmesi (yüzeysel akış ve sel oluşumunun önlenmesi), bir yandan da derinlerdeki kök sistemine ulaşabilmesi gerekmektedir. Tablo 44 ile şekil 31 ve 32 nin incelenmesinden; toprağın orta ve alt kesiminin geçirgenliğinin pek az olduğu ve suyun çok yavaş sızabildiği sonucu elde edilmektedir. Bu sonuç orman topraklarındaki çatlaktünel sisteminin toprak suyunun hareketindeki önemini ortaya koymaktadır (Şekil 26b). Sızıntı suyunun yukarıdan aşağı doğru hareketi toprakların yıkanmasını ve yıkanmabirikme zonlarının oluşumunu sağlayan başlıca etkendir (Şekil 26b de horizonlar). Suyun kapilar gözeneklerdeki hareketi ise yerçekiminin etkisine bağlı olarak yukarıdan aşağı doğru değil, hemen her yöne doğru olur. Toprağın bir kesimindeki kapilar gözeneklerin su ile doygun duruma gelmesi ile henüz su ile doymamış olan diğer toprak kesimlerindeki kapilar emme gücü doygun kesimdeki gözeneklerden suyun emilmesini sağlar (Şekil 26 ve 29). Diğer bir deyimle su kapilar gözeneklerde alçak pf gücü ile tutulduğu bölgelerden yüksek pf ile tutulabileceği bölgelere doğru hareket eder. Bu hareket orman topraklarında çatlaktünel sistemi ile derinlere ulaşan sızıntı suyunun yatay yönde yayılmasını ve kök sisteminin sudan yararlanmasını sağlar (Tablo 26b).

29 Geçirgenlik, (cm/saat) Geçirgenlik, (cm/saat) V I : ARKOZ TOPRAKLARI II : GRANİT TOPRAKLARI III : KİL ŞİSTİ TOPRAKLARI IV : KRİSTALEN ŞİST TOPRAKLARI V : KUVARS SERİZİT ŞİST TOPRAKLARI VI : PLİOSEN AĞIR BALÇIĞI TOPRAĞI II A : 0 10, 0 15, 0 20 B cm: 10 30, 15 40, 20 50/60 C cm: 30 90, , , cm 40 I Kil, (%) VI IV Şekil 31. Farklı anakayalardan oluşmuş orman topraklarında değişik derinliklerdeki geçirgenliğin kil oranına bağlılığı (Kaynak : N.Özyuvacı 1976 da verilen ortalama değerlerden derlenerek çizilmiştir). Kapilar gözeneklerde suyun sıvı durumdaki hareketi gözenek çapına dolayısı ile toprak türüne bağlıdır. Kumlu topraklarda kapilar gözenek çapları daha iri olduğu için kapilarite ile suyun yükselmesi iri taneli kumlarda 35 cm, ince taneli kumlarda 70 cm kadardır. Buna karşılık ince taneli ve dolayısıyla kapilar gözenekleri de küçük çaplı olan ağır balçıklarda kapilarite ile suyun yükselmesi 85 cm den daha fazladır (Irmak, A. 1972). Kapilar suyun hareketi, sızıntı suyu ile toprağın alt kesimine taşınmış olan bitki besin maddelerinin tekrar üst kesimlere taşınmasını sağlayabilmektedir (Şekil 29 kapilar saçak). Suyun kapilarite ile yatay yönde yayılmasının da bitki besin maddelerinin kök sisteminin çevresine taşınmasında etkisi vardır. III M. Doğan Kantarcı Org.mad. : Üst toprak kesimi % 8 15 : Orta toprak kesimi % 6 10 : Alt toprak kesimi % < Ø 20 (0,02 mm) Toz + Kil (%) M. Doğan Kantarcı Şekil 32. Farklı anakayalardan oluşmuş orman topraklarında üstorta ve alt toprak kesimlerindeki geçirgenliğin toz + kil oranına bağlılığı (Kaynak : N.Özyuvacı 1976 da verilmiş ortalama değerlerden derlenerek çizilmiştir).

30 [G], Geçirgenlik, (cm/saat) [G], Geçirgenlik, (cm/saat) [G], Geçirgenlik, (cm/saat) GRANİT 020 cm Kumlu Killi balçık KUVARSİT 0 10 cm Killi balçık 0 10 cm Kumlu killi balçık cm Kumlu killi balçık G > 25 (Çok hızlı) [G] = 22,313[K] + 770,98 r = G > 25 (Çok hızlı) [G] = 5E+27[K] 16,584 r = < G < 25 (Hızlı) < G < 12.5 (Orta) [K], Kil, (%) [K], Kil, (%) G > 25 (Çok hızlı) 12.5 < G < 25 (Hızlı) KRİSTALİN ŞİST 0 15 cm (Killi balçık) cm (Killi balçık) cm (Kil) 1 0, < G < 12.5 (Orta) < G < 0.50 (Yavaş) r = 0,507 [G] = 2,81E+06[K] 4,3017 r = G < (Çok yavaş) 0, [K], Kil, (%) M. Doğan Kantarcı Şekil 33. Toprağın su geçirgenliği ile kil oranı arasındaki ilişki (Kaynak: Özyuvacı, 1976 da verilen değerlerden derlenerek çizilmiştir).

31 135 Kapilarite ile taban suyu belirli bir yüksekliğe kadar ulaşabilir. Bu nedenle derinlerdeki taban suyundan kapilarite ile suyun yükselmesi ve kök sistemine ulaşması her yerde ve her toprakta mümkün olamayabilir. 2) TOPRAK SUYUNUN BUHAR HALİNDE HAREKETİ Toprak yüzeyinin ısınması ile sıvı durumdaki su buharlaşır ve atmosfere geri döner. Toprak içindeki çok iri gözeneklerde ve çatlaktünel sistemindeki hava su buharı ile doygundur. Toprağın yaz devresinde veya gündüz ısınması toprak suyunun da buharlaşıp toprak havasına geçmesini ve çatlaktünel sistemi boyunca yukarı yükselip atmosfere ulaşmasını sağlar. Bu olay toprak içinde yüksek buhar basıncının gelişmesi ve su buharı ile doygun havanın daha alçak buhar basıncına sahip olan atmosfere doğru hareketinin sonucudur. Atmosferin daha nemli olduğu hallerde su buharı ile doygun havanın toprak içine doğru hareketi de mümkündür (Toprak ile atmosfer arasındaki gaz alışverişi). Sıcak ve kurak iklim etkisi altında (özellikle bozkırda) yazın toprakların üst kesiminin kuruması derin ve genişçe bir çatlak sisteminin gelişmesine sebep olur. Bu durum; Türkiye de bozkırlarda olduğu kadar, Akdeniz ve Ege Bölgesi nde de yaz mevsiminde görülür. Ancak benzer olaylar Bahçeköy de, Belgrad Ormanı ndaki ağırbalçık ve kil topraklarında da görülmektedir. Yaz mevsiminin kurak geçtiği bölgemizde özellikle kil ve ağırbalçık topraklarında derin çatlak sisteminin gelişmesi toprak suyunun daha derinlerde buharlaşmasına ve çatlak sisteminden yukarı hareketle atmosfere ulaşmasına sebep olmaktadır (Şekil 29 ve 34) Toprak suyu daha aşağıdaki taban suyu, durgun su veya kapilar su bölgesinde, toprağın suda çözünebilen tuzlarını ve kil ile organik maddeden suya geçebilen katyonlarla anyonları da içerir. Kapilarite ile yukarı yükselen su buharlaşma zonunda çözünmüş olarak taşıdığı katyon ve anyonların çökelmelerine sebep olur. Kireçli topraklarda toprak suyunda çözünmüş olan karbonatlar ve özellikle kalsiyum bikarbonat Ca(HCO 3 ) 2 buharlaşma zonunda kalsiyum karbonata (CaCO 3 ) dönüşerek çökelir (kireç çiçeklenmeleri ve çökelekleri) (Şekil 34a). Durgun suyun bulunduğu topraklarda ise durgun su zonunda indirgenerek iki değerli duruma dönüşmüş olan demir bileşikleri ve özellikle oksitleri Fe(OH) 2 veya FeO suda çözünebilirler. Kapilarite ile yükselen su buharlaşma zonunda taşıdığı bu demir oksitleri çökeltir. Yeterli serbest oksijeni bulan demir oksitler yükseltgenerek Fe (OH) 3 e dönüşür. Fe(OH) 3 giderek oksitlenir ve FeOOH safhasından geçerek Fe 2 O 3 çökeleklerini (demir konkresyonları) oluştururlar (Şekil 34b). Yoğun bir yapıda olan kireç ve üç değerli demir çökelekleri kolay erimedikleri için teşekkül ettikleri toprak zonunda kalırlar. Bu demir 3 oksit çökelekleri Mn oksitlerce de zengin oldukları için pas renginde değil, kara renkte görünürler (Bkz. Bölüm Mangan oksitler) Kurak mıntıkalarda derinde tuz yoğunlaşmasının sözkonusu olduğu topraklarda da buharlaşma zonunda tuz çökeleklerinin oluşumu gözlenir. Kurak mıntıkalarda tuz birikimi toprak yüzeyinde de görülür (KonyaKarapınar Ovası gibi). Derinde tuz tabakası veya tuzlarca zengin zonların bulunduğu toprakların sulanması dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Yetersiz su yukarıdan aşağı sızarak tuzlu kesime ulaştıktan sonra kuraklığın etkisi ile tekrar yukarı doğru harekete geçerse kök derinliğinde veya toprak yüzeyinde tuzlanmalara sebep olur (Şekil 34c ve d).

32 136 A h A h B v A el AB/S w BA /S w DEMİR ÇÖKELEKLERİ (Buharlaşma zonu) B Ca KİREÇ ÇÖKELEKLERİ B ts /S w SUYUN KAPİLAR YÜKSELMESİ C v SUYUN KAPİLAR YÜKSELMESİ BC /S d C v / S d a) Trakya da Kepirtepe (Lüleburgaz) çamlığında miosen marn anamateryalinden oluşmuş bir karakepir (vertisol) toprağında suyun buharlaşma zonunda kireç çökeleklerinin bulunuşu. b) Belgrad Ormanı nda (Bahçeköyİstanbul) meşe ormanı altındaki bir durgun su toprağında (pseudogleyli BozEsmer Orman Toprağı) suyun buharlaşma zonunda demiroksit çökeleklerinin (demir konkresyonları) bulunuşu (Kantarcı, M.D.1980,Top.nu.25). SULAMA SUYU TUZ BİRİKİMİ A p ÇATLAK SİSTEMİ A p SULAMA SUYUNUN KAPİLAR YÜKSELMESİ B t KİREÇLİ VE TUZLU ÇÖKELEKLERİ B t KİREÇLİ VE TUZLU ÇÖKELEKLERİ C v SUYUN KAPİLAR YÜKSELMESİ C v TABAN SUYUNUN KAPİLAR YÜKSELMESİ c) Tuz çökeleklerinin toprak içinde buharlaşma zonunda birikmesi (İç Anadolu da Karapınar tarla toprağı. A p : Pulluk zonu). d) Tuz çökeleklerinin toprak yüzeyinde birikmesi (kurak mıntıkada tuzlu toprakların yetersiz sulanmasının sonucu). M. Doğan Kantarcı Şekil 34. Toprak suyunun buhar halindeki hareketi sonucunda toprakta çökelek zonunun oluşması. Suyun buhar halinde toprak içinde hareket ederek çatlak sisteminden atmosfere ulaşması toprak yüzeyinin çapalanması ile önlenebilmektedir. Çapa ile toprak yüzeyinde oluşan ve derinlere uzanan çatlak sisteminin kırılmasıbozulması üst toprağın bir yalıtım zonu görevi görmesini sağlar. Alt toprağa ulaşmış olan çatlaklarda su buharlaşsa bile çapalanmış kesimi (yalıtım zonunu) kolayca geçip atmosfere ulaşamaz. Gece ile gelen serinlik etkisi buhar halinde toprak havasını doyurmuş olan suyun tekrar sıvı haline dönüşmesini sağlar. Tarımda çapa bitkilerinin yetiştirildiği toprakların çapalanması ile üretim yükseltilebilmektedir 47). 47) Çapa bitkilerini yetiştirenler arasında iki çapa bir su deyimi yaygındır. Bu söz iki defa çapa yapmanın bir defa sulama yerine geçtiğini ifade eder.

33 Boy, cm 137 Ormancılıkta da fidanlıklarda (özellikle kavak fidanlıklarında), kavaklıklarda (pulluk ve diskaro ile), ağaçlandırma alanlarında (pulluk, diskaro veya çapa ile) üst toprağın işlenmesi toprak suyunun buharlaştığı çatlak sistemini kırmakta ve fidanların daha hızlı büyümelerini sağlamaktadır 48) (Şekil 35). Y a ş Dikim aralığı boy cm Biberler boy cm Dikilitaş boy cm Biberler Dikilitaş Dikim aralığı Açıklamalar: Dikim aralığı denemesi: Toprak işlenmemiş, dikim aralığı 3 x3 m çukur dikimi. Biberler mevkii ağaçlandırması: Toprak riper pullukla işlenmiş, dikim aralığı 3 x 3 m, 1. yıl 3 defa, 2. yıl 2 defa çapalanmış Yaş Dikilitaş mevkii ağaçlandırması: Toprak riper pullukla işlenmiş, dikim aralığı 3 x 3 m, 1. yıl 3 defa, 2. yıl 2 defa, 3. yıl 1defa çapalanmış. M. Doğan Kantarcı Şekil 35. Toprak işlemesi ve çapalamanın Kızılçam fidanlarının boylanması üzerine etkisi (AntalyaKurşunlu ağaçlandırma alanı) (Kantarcı, M. D. 1985) Toprak Nemi Toprak suyu sızıp gittikten sonra toprağın kapilar gözeneklerinde tutulan kapilar su ile adhezyon gücü ile tutulan higroskopik su toprakta kalır. Bitkilerin kapilar gözeneklerdeki suyu alabildikleri, buna karşılık higroskopik suyu alamadıkları daha önce belirtilmiştir. Bitkitoprak suyu ilişkilerinin incelenmesinde pratik amaçlar için toprağın faydalanılabilir nem miktarının bilinmesi gerekmektedir. Bu nedenle toprak nemi toprak suyu çeşitlerinden ayrı bir bölümde incelenmiştir. Toprak neminin tayininde kullanılan yöntemlerle elde edilen sınır değerleri toprak suyunu tutan güçlerin sınır değerlerine pek yakındır. Bu nedenle higroskopik 48) Üst toprağın çapalanması ile bir yandan çatlak sisteminin kırılarak bir yalıtım zonu oluşturulmasını sağlamakta, öte yandan yabani otlar da uzaklaştırılarak toprak suyunu kullanan bitki sayısı azaltılmaktadır. Burada konumuzun özelliği nedeni ile çapalamanın çatlak sistemi üzerindeki etkileri anlatılmıştır.

34 138 Toprak nemi aşağıdaki bölümlerde incelenmiştir. (1) Higroskopik nemi (2) Solma sınırı (pörsüme sınırı) (3) Tarla kapasitesi (1) Higroskopik Nem Higroskopik nem çapı 0.06 mikrondan küçük gözeneklerde ve 4.7 pf den (5 atmosfer) daha yüksek güçlerle tutulan toprak suyudur. Pratik olarak 105ºC ta toprağın tutmakta olduğu nem higroskopik nem olarak kabul edilir. Ancak kil miktarındaki artış higroskopik nem miktarının da artmasına sebep olur. Bu nedenle kum topraklarından kil topraklarına doğru higroskopik nem oranı artar (Şekil 24). Toprağın içerdiği katyonlar da higroskopik nem oranının artmasına sebep olurlar. Higroskopik nem toprakta pörsüme sınırındaki nemden daha yüksek bir güç ile tutulduğu için bitkitoprak suyu ilişkilerinde önemsizdir. Ancak toprak analizlerinde elde edilen bütün sonuçlar 105ºC ta kurutulmuş toprak için verilir. (2) Solma Sınırı (Pörsüme Sınırı) Bitki kökleri en fazla 4.2 pf (15 at) lik bir emme gücü ile toprak suyunu alabilirler. Kökler daha yüksek bir emme gücü geliştiremezler. Bu noktada toprağın içerdiği nem miktarı solma sınırındaki veya pörsüme sınırındaki nem olarak tanımlanır. Solma sınırında toprak suyu çapı 0.2 mikrondan daha küçük gözeneklerde tutulur. Solma sınırındaki toprak nemi toprağın tane çapına yani kil miktarına dolayısıyla toprak türüne bağlı olarak değişir (Şekil 24 ve 26). Toprakta bitkiler tarafından alınabilir (faydalanılabilir) su kapasitesinin hesabında solma sınırındaki nemin bilinmesi çok önemlidir (bak. bitkitoprak suyu ilişkileri). Solma sınırının tayininde eskiden Ayçiçeği bitkisi kullanılmıştır. Ayçiçeği yapraklarının pörsümeğe başladığında toprağın sahip olduğu nem solma sınırındaki nem olarak kabul edilmiştir. Sarıçam köklerinin de ayçiçeği kökleri kadar yüksek bir emme gücü geliştirebildiği bildirilmiştir (SchefferSchachtschabel 1970). Daha sonraları gelişen teknik aletler ile solma sınırındaki nemin tayini basınç kullanarak daha kısa sürede yapılmaktadır. (3) Tarla Kapasitesi Tarla kapasitesi sızıntı suyu topraktan sızıp ayrıldıktan sonra kapilar gözeneklerde tutulan suya eşdeğer nemi ifade etmektedir. Tarla kapasitesindeki nem toprakta 2.5 pf (0.33 at) lik bir güç ile tutulan suya eşdeğerdir. Yani toprakta kapilarite ile tutulan suyun üst sınırına eşdeğer nem tarla kapasitesi olarak tanımlanmaktadır (Şekil 24). Tarla kapasitesi sınırındaki toprağın nem durumu uygulamada toprağın tavda olması şeklinde ifade edilir. Toprağın tavda olması deyimi ile; yağış veya sulama suyunun fazlasının

35 Katı Kısım (Toprağın Tane Yapısı), (%) 139 topraktan sızıp ayrılmasından sonra toprağın kürek, çapa, kazma veya pulluk gibi işleme aletlerine yapışmadan işlenebilir durumda olması belirtilmektedir. Kumlu topraklar, organik maddece zengin topraklar veya iyi kırıntılanmış topraklar iri çaplı gözeneklere sahip oldukları için suyu hızla sızdırarak tarla kapasitesindeki nem sınırına (tav durumuna) ulaşırlar. Buna karşılık toprakta kil oranının artması, organik maddenin azalması veya toprağın kırıntılı yapısının bozulması ile gözenek çapları küçüldüğü için geçirgenlik azalır ve tarla kapasitesindeki nem sınırına da geç ulaşılır. Toprağın tarla kapasitesindeki nem miktarı kil oranına bağlı olarak kum topraklarından kil topraklarına doğru artar (Şekil 24 ve 36) BKu KuB KuKB B BK K 4 KİL BÖLÜMÜ TOZ BÖLÜMÜ KUM BÖLÜMÜ Sıvı Kısım, (mm/m 3 =lt/m 3 ) SIZINTI SUYU FAYDALANILABİLİR SU FAYDALANILAMAYAN SU TARLA KAPASİTESİ SOLMA SINIRI 0 BKu KuB KuKB B BK K M. Doğan Kantarcı Şekil 36. Toprak türleri ile toprak nemi sınırları arasındaki ilişki (M. D. Kantarcı 1980 den derlenmiştir). Tarla kapasitesi sınırındaki nem miktarı geçirgen (serbest drenajlı) topraklar için sözkonusu edilmelidir. Durgun su toprakları ile taban suyu topraklarında çapı 10 mikrondan iri gözeneklerin de su ile dolu durumda bulunmasından dolayı tarla kapasitesi sınırının çok üstüne çıkılır.

36 140 Tarla kapasitesinde ve solma sınırında toprağın tuttuğu nem 105ºC ta kurutulmuş toprak ağırlığına göre % olarak veya birim hacımdaki (100 cm³, 1 lt veya 1 m³ gibi) toprağın tuttuğu nem miktarı (gr veya mm) olarak verilir. Bitkitoprak suyu ilişkileri bakımından ve yetişme ortamı birimlerinin sınıflandırılmasında toprağın birim hacımda tuttuğu su miktarı daha önemlidir (Fazla bilgi için bak. Kantarcı, M.D.1980). Tarla kapasitesi sınırında toprağın tuttuğu nem miktarının tayini için toprak yerçekiminin 1000 misline eşit bir güç ile santrifüje edilmektedir. Santrifüj ve tartma imkanlarının olmadığı durumlarda toprağın tane çaplarına ait oranlar belirli katsayılarla çarpılarak tarla kapasitesi sınırına eşdeğer nemi hesaplamak mümkündür. Özellikle organik maddece fakir topraklar için tarla kapasitesine eşdeğer nemin hesabında aşağıdaki formülleri kullanılmak uygun olur (Taşsız topraklar için). Tarla kapasitesine eşdeğer nem = [kum] [Toz] [kil] Bitki Toprak Suyu İlişkileri Serbest drenajlı (süzek) topraklarda bitkiler tarla kapasitesi sınırı (2.5 pf = 0.33 atm) ile solma sınırı (4.2 pf = 15 atm) arasında kapillar gözeneklerde (Ø µ) tutulan sudan faydalanabilirler (Şekil 24). Bu nedenle serbest drenajlı (süzek) toprakların bitkiler için faydalanılabilir su kapasitelerinin hesabı tarla kapasitesi sınırındaki nem miktarından solma sınırındaki nem miktarının farkı alınarak bulunur. Faydalanılabilir su kapasitesi (FSK) = Tarla kapasitesi sınırındaki nem (TK) Solma sınırındaki nem (SN) Toprakta kil oranı arttıkça tarla kapasitesi sınırındaki nem miktarı artmaktadır (Şekil 36). Bu durumda killi toprakların daha fazla su depo ettikleri ve bitkilere daha fazla su verebilecekleri zannedilir. Gerçekte durum böyle değildir. Solma sınırındaki nem miktarının killi topraklarda çok yüksek olması killi toprakların faydalanılabilir su kapasitelerinin azalmasına sebep olmaktadır (Şekil 36). Toprak neminin toprağın tane yapısına ve türüne göre tarla kapasitesi sınırında (pf 2.5) ile solma sınırında (pf 4.5) çizdiği eğriler balçık topraklarının en fazla faydalanılabilir su kapasitesine sahip olduklarını göstermektedir. Kumlu balçık ve balçıklı kum toprakları ile balçıklı kil ve kil topraklarında faydalanılabilir su kapasitesi balçık topraklarından daha azdır (Şekil 36). Toprağın gözenek hacminin (özellikle Ø µ arasındaki gözenekler) arttırılması tarla kapasitesinin de artmasını sağlar. Bu amaçla toprak işlenir. Ancak toprak işlemesinin çok iri kesekler ve bloklar bırakmayacak şekilde ve toprak tavda iken yapılması gerekir. Bu nedenle pulluk ile sürülen toprak daha sonra diskaro ve tırmık veya toprak frezesi ile işlenir. Ormancılıkta fidanlıklarda, kavaklıklarda ve ağaçlandırma alanlarında toprak işlemesi yapılarak toprağın tarla kapasitesinin arttırılması yoluna gidilmektedir. Böylece toprağın gözenek hacmi ile birlikte faydalanılabilir su kapasitesi de artmaktadır. Ağaçlandırma alanlarında toprak işlemelerinin olumlu sonuçları alınmıştır (Şekil 35) (Daha geniş bilgi için bak. Kantarcı, M.D. S. Koparal 1984 ve Kantarcı, M.D.1984). Ancak ağaçlandırma alanlarında yapılacak toprak işlemelerinde kullanılacak yöntemin ve makine ile ekipmanlarının toprağın özelliklerine göre seçilmesi gerekmektedir (Bak.Kantarcı, M.D.1982 b). Kurak mıntıkalarda yapılan terasların, kanallı teras 51) olarak kazılması ile toprağın su tutma kapasitesi arttırılmakta ve ağaçlandırmalarda başarı oranı yükselmektedir (Bak.Kantarcı, M.D.1986b).

37 141 Toprağın organik madde miktarı da tarla kapasitesindeki nem sınırını yükseltmektedir. Özellikle kum topraklarının faydalanılabilir su kapasitelerinin arttırılması için bu topraklara organik madde karıştırılır. Kireçsiz killerin kireçlenmesi ile sağlanacak olan kırıntılı toprak yapısı çapı µ arasındaki gözenekleri arttırdığı için bu toprakların hem havalanması sağlanabilmekte, hem de faydalanılabilir su kapasiteleri arttırılabilmektedir. Toprağın solma sınırında ve tarla kapasitesinde tutacağı nem miktarı toprağın kil oranına ve dolayısıyla toprak türüne bağlı olmakla beraber, aynı zamanda kil mineralinin cinsine, toprağın organik madde miktarına, kireçli olup olmayışına, taşlılığına ve köklenme sıklığına göre değişen gözenek hacmine ve gözeneklerin çaplarına da bağlı olarak değişir. Bu nedenle; aynı toprak türünde fakat farklı özelliklerdeki topraklarda farklı tarla kapasitesi ile solma sınırı değerleri ve bunlara bağlı olarak farklı faydalanılabilir su kapasitesi değerleri elde edilmiştir. Ayrıca bir toprak türünün kil oranı sınırları oldukça geniş olduğundan aynı toprak türünde fakat farklı tane çapı karışımındaki (tekstürdeki) toprakların faydalanılabilir su kapasiteleri de farklı bulunmaktadır (Şekil 18 ve 19 ile ilişki kurunuz). Belgrad Ormanı topraklarından elde edilen ortalama değerler şekil 36 da verilmiştir. Toprakta bitki köklerinin ulaşabildiği derinlikteki taban suyu veya taban suyunun kapilar saçağı kurak yaz döneminde bitkilerin su ihtiyacının karşılanmasını sağlar. Özellikle kavaklıkların kurulacağı alanlarda taban suyunun derinliği ve yaz dönemindeki durumu çok önemlidir. Durgun su bitki köklerinin gelişmesini engellediği için sığ kök sistemlerinin oluşumuna sebep olur. Bu nedenle durgun su topraklarının serbest drenajlı olan üst kesimindeki su kökler tarafından kullanılır. Alttaki durgun su zonunda birikmiş olan su ancak kapilarite ile üst toprağa (S w ) yükselebildiği oranda kökler tarafından kullanılır. Ancak bu kapilar su yetersiz kalır. Çünkü suyun durgunlaştığı horizonda (S d ) gözenek çapları genellikle çok küçüktür(< 0.2 µ). Bu gözeneklerdeki su ölü su olup, kapilarite ile hareket edemez. Bu nedenle durgun su topraklarının bulunduğu yetişme ortamları değişken nemli olarak tanımlanır. Toprak suyunun bitkiler tarafından kullanılması kök sisteminin derinliği ile ilgilidir. Sığ köklü bitkilerin yer aldığı alanın toprakları ile baltalık orman altındaki topraklarda suyun yıl içinde kullanımı şekil 37 de verilmiştir. Şekil 37 nin incelenmesinden derin köklü bitkilerin (orman ağaçları vb.) toprakta derinlerde depo edilen suyu daha fazla kullandığı anlaşılmaktadır. Sığ köklü bitkiler (otlar vb.) ancak üst toprakta depo edilmiş olan suyu kullanabilmektedirler. Alt topraktaki suyun kapilarite ile üst toprağa ulaşması ise sınırlı kalmaktadır. Orman altında toprak suyunun kullanımı ve yıl içindeki değişimi mevsimlere olduğu kadar toprak özelliklerine de bağlılık göstermektedir (Şekil 38). Kış aylarında artan yağışlar ve düşen sıcaklık suyun toprakta birikmesini sağlamaktadır (buharlaşma ve terleme azalıyor). Yaz aylarında ise yağışın azalması buna karşılık bitkilerin su kullanımının (terleme) ve buharlaşmanın (toprak yüzeyinden) artması topraktaki su miktarının da azalmasına yol açmaktadır (Şekil 37 ve 38). Ancak topraktaki suyun kullanılması toprak horizonlarının veya toprak tabakalarının tekstürüne ve toprağın genetik gelişim durumuna (toprak tipi) bağlı olarak değişmektedir. Süzek (serbest drenajlı) topraklarda ağaçlar köklerini derinlere ulaştırabildikleri için yaz döneminde derinlerde depo edilmiş suyu da emip kullanabilmektedirler (Şekil 38a ve c de SolgunEsmer Orman Toprakları). Buna karşılık drenajı engellenmiş olan topraklarda kökler durgun su zonunda yeterince gelişemedikleri için

38 142 (hava azlığıtoprak havası bahsine bakınız) burada depo edilmiş suyu kullanamamaktadırlar. Bu nedenle üst topraktaki su kökler tarafından kullanıldığı için üst toprak kurumakta fakat alt toprak ıslak kalmaktadır (Şekil 38b ve d pseudogley toprakları). Suyun yeryüzü şeklinin de etkisi ile durgunlaştığı stagnogley topraklarında ise toprak suyunun yıl içindeki değişimi daha azdır ve toprak devamlı ıslak kalabilmektedir (Şekil 38e ve f). Şekil 37. Fotokopi olarak metine yerleştirilecek Şekil 37. Kristalen şist anakayasından oluşmuş topraklarda fayadalanabilir toprak suyunun baltalık ormanı altında ve açık alanda aylara göre değişimi (Kaynak: N. Özyuvacı 1976 grafik 24 ve 25 den derlenmiştir.)

39 Yağış, (mm) Yağış, (mm) Yağış, (mm) H 2 O (%) a) Solgun Esmer Orman Toprağı (Ladin Ormanı altında) 0 cm cm 40 H 2 O (%) c) Solgun Esmer Orman Toprağı (Göknar Ormanı altında) 0 dm dm 4 H 2 O (%) e) Stagnogley (Fundalık altında) 0 cm cm d) Pseudogleyli Solgun Esmer Orman Toprağı f) Turba Stagnogleyi (Sphagnum Turbası) b) Pseudogley M. Doğan Kantarcı (Ladin Ormanı altında) Şekil 38. Serbest drenajlı SolgunEsmer Orman Toprağı ile engellenmiş drenajlı (Göknar pseudogley Ormanı altında) ve stagnogley topraklarında toprak suyunun (Hacimce %) aylara göre değişimi (Kaynak : H.P. Blume 1968 şekil 4, 30 ve 35 ten derlenmiştir).

40 Toprak Havası Toprak suyu tarafından doldurulmamış boş gözeneklerde bulunan hava toprak havası olarak tanımlanır. Toprak gözenekleri yağışlı (kış ve ilkbahar) mevsimlerde daha çok toprak suyu ve daha az toprak havası ile doldurulmuşlardır. Yağışın az olduğu ve vejetatif faaliyetin arttığı yaz döneminde ise gözeneklerdeki su azalır, hava miktarı artar. Serbest drenajlı topraklarda nem miktarı tarla kapasitesi sınırına ulaştığında mevcut toprak havası da hava kapasitesi olarak kabul edilir. Toprağın hava kapasitesi iri çaplı (> Ø 10 µ) gözeneklerin hacmine bağlıdır ve % 540 arasında değişir. Tarla kapasitesindeki toprağın hava kapasitesi % 1525 arasında bulunuyorsa, bu toprağın iyi havalandığı kabul edilir (Irmak, A den). Toprak havası toprak içinde organik ve anorganik maddelerin ayrışması ve yeni kimyasal oluşumlar için gereklidir. Toprak içinde yaşayan mikroorganizmalardan aerob olanlar, toprak hayvancıkları ve bitki kökleri de solunum için toprak havasına muhtaçtırlar. Toprakta havalanmanın yetersiz oluşu anaerobik yaşama ortamı şartlarının gelişmesine sebep olur. Birçok organizma ve orman ağaçlarının kökleri ise anaerobik şartlarda yaşayamazlar veya gelişemezler Toprak Havasının Bileşimi Toprağın havasının bileşimi atmosferdekinden özellikle CO 2 ve O 2 oranı bakımından farklıdır. Toprak havasında oksijen miktarı % 20 civarında, karbondioksit miktarı ise % arasında bulunmaktadır (Tablo 45). Ancak ıslak dönemde veya üst toprağın donduğu yerlerde veya vejetatif faaliyetin arttığı yaz aylarında alt topraktaki havanın CO 2 oranı % 5 7 ye kadar yükselebilir. Özellikle durgun suya sahip kil topraklarında oksijenin oranı da % 5 e kadar düşebilir (Şekil 39). Toprak havasındaki nem oranı da açık havadakinden daha yüksektir. Tablo 45. Toprak havasının bileşimi (hacım olarak %) Bileşenler O 2 N 2 CO 2 Toprak havası % 20.6 % 79.2 % Açık hava (Atmosfer) % % 79 % 0.03 Kaynak : 1) Russel ve Appleyard 1955 e göre Irmak, A ) SchefferSchachtschabel (1970). Toprakta yaşayan mikroorganizmaların ve bitki köklerinin solunumu ve organik maddelerin ayrışması toprak havasının CO 2 ce zenginleşmesine sebep olur. Toprak havasındaki CO 2 ve O 2 oranları toprağın türüne ve mevsimlere göre belirgin değişiklikler gösterebilir (Şekil 39).

41 CO2 ve O2, (%) CO2 ve O2, (%) Ay 30 cm Kumlu balçık toprağı (Elma bahçesinden) Tozlu balçık toprağı (Elma bahçesinden) Şekil 39. Toprak havasında CO 2 ve O 2 oranının 30 cm ve 90 cm derinlikte aylara göre değişimi (Kaynak : SchefferSchachtschabel 1970). Orman ve tarım alanlarından yılda toplam 4000 m³/ha CO 2 in atmosfere ulaştığı bildirilmektedir. Bu miktarın 2/3 ü toprak organizmalarının faaliyetinden, 1/3 ü ise kök solunumundan kaynaklanmaktadır. Tabii bu CO 2 üretimi; toprağın türüne, toprağın suhava ekonomisine, mevsimlere, arazinin kullanımına, gübrelemeye ve bitki örtüsünün tür bileşimi, kök sisteminin derinlemesine saçaklanmış olması ile yapısına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Örnek olarak orman toprağında yaz döneminde CO 2 üretimi 513 m³/ha/saat olduğu halde, tarım topraklarında ancak 13 m³/ha/saat arasındadır (Scheffer/Schachtschabel 1970) Toprağın Havalanması Ay 90 cm Toprak suyunun miktarı ve hareketi kadar toprak havasının da miktarı ve hareketi çok önemli etkiler yapar. Toprak havasının hareketsizliği, azlığı veya toprak havasındaki oksijen miktarının azalıp CO 2 ile diğer gazların artması gerek toprağın genetik gelişimi, gerekse bitkilerin yaşaması ve verimliliği için üzerinde önemle durulması gereken özelliklerdir. Toprak havasındaki CO 2 fazlalığı buna karşılık O 2 azlığı, atmosferde ise CO 2 azlığı, O 2 fazlalığı ve toprak havası ile açık hava (atmosfer) arasındaki sıcaklık farkları toprak ve atmosfer arasında gaz alışverişine sebep olmaktadır. Toprak havası ile atmosfer arasındaki bu karşılıklı yerdeğiştirmeler toprağın havalanması veya toprağın solunumu veya gaz (difüzyonu) girişçıkışı olarak isimlendirilir. Sözkonusu edilen gaz alışverişinden başka; rüzgârın etkisi, toprağa yakın hava tabakasında basıncın değişmesi, sıcaklık etkisi ile toprak suyunun buharlaşması veya vejetatif faaliyetle toprak suyunun kökler tarafından emilmesi ve yağış (kar erimesi dahil) ile toprağa suyun sızması olayları da toprağın havalanmasını sağlarlar. Toprağın havalanması ve havalanmanın mevsimlik değişimi ile toprak türü arasında önemli ilişki bulunmaktadır (Şekil 39). Kumlu toprakların havalanması killi topraklardan daha kolaydır. İri gözenekli topraklar olan kumlu topraklar ile iyi kırıntılanmış topraklarda gözenek hacmi az olmasına rağmen iri gözenekler çok olduğu için bunlarda hava oranı daha fazla olduğu gibi bu toprakların havalanması da yeterlidir. Buna karşılık ince taneli (killi, tozlu) topraklar ile masif yapıdaki topraklarda gözenek hacmi fazla olmasına rağmen iri gözenekler az olduğu için bunlarda hava oranı daha az ve havalanma daha güçtür (Tablo 45). Suyun toprakta durgunlaşması da toprağın havalanmasında güçlükler yaratmaktadır. Tarla

42 135 kapasitesindeki toprağın hava kapasitesi, toprak türüne göre önemli farklar göstermektedir (Şekil 22 ve Tablo 46). Üst toprağın gözenek hacminin fazlalığı ve iri gözeneklerin daha fazla oluşu da toprağın gözenek hacminin ve buna bağlı olarak hava kapasitesinin derinlikle değişimine sebep olmaktadır (Tablo 43a yaşlı meşcere toprağı). Tablo 46. Toprağın hava kapasitesinin toprak türüne göre değişimi (SchefferSchachtschabel 1970 ten) Toprak Türü Toprağın hava kapasitesi (hacmen %) (Tarla kapasitesi doygunluğunda) Kum Toprağı % 3040 Balçık Toprağı % 1025 Kil Toprağı % 515 (veya daha da az) NOT : Tarla kapasitesi doygunluğunda kapilar gözenekler 0,2 10 mikron su ile doymuştur. Burada verilen hava kapasitesi çapları 10 mikron dan büyük olan iri ve çok iri gözeneklerdeki havadır (M. D Kantarcı). Toprakta suyun depolandığı kış mevsiminde hava kapasitesi azalmakta, suyun buharlaştığı ve kökler tarafından emildiği yaz mevsiminde ise hava kapasitesi artmaktadır (Şekil 40a ve c ile şekil 38a ve c yi karşılaştırınız). Serbest drenajlı topraklarda toprağın hava kapasitesi engellenmiş drenajlı pseudogley ve stagnogley topraklarındakinden daha fazladır. Drenajın engellendiği ve durgunsuyun oluştuğu pseudogley ve stagnogley topraklarında üst toprağın suyu kökler tarafından emilip alındığı ve yerini hava doldurduğu halde, alt topraktaki ıslaklık yaz aylarında dahi devam etmekte ve alt toprağın hava kapasitesi artmaktadır. Şekil 40 ta serbest drenajlı SolgunEsmer Orman Toprağı (a ve c) ile engellenmiş drenajlı pseudogleyli Solgun Esmer Orman Toprağı (d) ve tam engellenmiş drenajlı pseudogley toprağı (b) ve Stagnogley toprağında (e) toprak havasının yıl içindeki değişimi karşılaştırılmıştır. Aynı topraklarda su miktarının yıl içindeki değişimi (Şekil 38) hava miktarının değişimi ile karşılaştırılırsa durgunsu topraklarında ıslak horizonların hava kapasitesinin yaz aylarında da yetersiz olduğu sonucu ortaya çıkar. Aynı topraklarda oksijen girişinin 49) yıl boyunca derinliğe göre durumu karşılaştırıldığında, serbest drenajlı solgunesmer orman toprağı ile engellenmiş drenajlı pseudogley ve stagnogley toprakları arasında özellikle 3040 cm derinlikte önemli farkların sözkonusu olduğu anlaşılmaktadır (Şekil 41). Toprağın oksijen miktarının üst toprakta daha fazla oluşunun sebebi, üst toprağın havası ile açık hava (atmosfer) arasındaki gaz alış verişinin kısa mesafede gerçekleşebilmesidir. Alt toprakta ise havanın girişi için mesafe uzadığından serbest drenajlı topraklarda bile oksijen diffüzyonu (girişi) azalmaktadır. Şekil 41 de solgunesmer orman toprağına 80 cm derinlikte oksijenin girişinin azlığı alt toprağın ıslaklığına değil derinliğin etkisine bağlıdır. Bu nedenle alt toprakta CO 2 oranı daha artmaktadır. Toprağın yeterince havalanmadığı durumlarda toprak içindeki organizmaların yaşama şartları ile ayrışma olaylarında önemli değişiklikler sözkonusudur. Serbest drenajlı topraklarda havalanma yeterli olduğu için aerob mikroorganizma toplumları ile toprak hayvancıkları ve bitki kökleri solunum yapabilirler. Ancak durgunsu topraklarında havalandırma yetersiz olduğu için buralarda anaerob mikroorganizmalar yaşayabilir. Anaerob organizmalar ve durgunsu ortamına kısmen dayanabilen köklerin solunumu ile toprakta CO 2 49) Oksijen oranı platin elektrod ile toprağın redoks potansiyeli ölçülerek bulunur. Redoks potansiyeli azaldıkça toprak ıslaklığı ve oksijen azlığı sözkonusudur.

43 Şekil 40. Fotokopi olarak metinden alınacak 136

44 O 2 ( g O 2.cm.dakika 1 ) O 2 ( g O 2.cm.dakika 1 ) O 2 ( g O 2.cm.dakika 1 ) O 2 ( g O 2.cm.dakika 1 ) O 2 (x g O 2. cm. dakika 1 ) O 2 ( g O 2.cm.dakika 1 ) O 2 ( g O 2. cm. dakika 1 ) O 2 ( g O 2. cm. dakika 1 ) O 2 ( g O 2. cm. dakika 1 ) 137 miktarı artar. Anaerob mikroorganizmalar yaşamaları için gerekli oksijeni oksitleri indirgeyerek sağlarlar. Anaerob mikroorganizmaların faaliyeti sonucunda topraktaki 3 değerli oksitler (özellikle Fe 2 O 3 ) iki değerli oksitlere (FeO gibi) indirgenir. Bundan dolayı kırmızı olan toprak rengi pseudogleylerde kırmızı boz lekeli mermer desenli bir görünüm alır. Gley topraklarında ise üstte kırmızı renkli yatay bir oksidasyon zonunun altında griboz renkli bir indirgenme (redüksiyon) zonu yer alır. Alt toprağa ulaşmış olan kolloid organik maddelerdeki 2 1 ve ölen organizmalardaki (kökler dahil) proteinlerde bulunan SO 4 ve NO 3 gibi ametaloksitleri de indirgenirler. İndirgenen sülfatlar (SO 2 4 ) önce sülfitlere (SO 2 3 ) ve giderek hidrojen sülfüre (H 2 S) dönüşür. Aynı şekilde nitratlar da (NO 1 3 ) önce nitritlere (NO 1 2 ), daha sonra da amonyağa (NH 3 ) veya toprak suyu ile NH 4 OH e dönüşürler. Organik madde ayrışması ve solunum ile oluşan CO 2 ise metan a (CH 4 ) dönüşür. Gerek metan (CH 4 ), gerekse hidrojen sülfür (H 2 S) ile amonyak (NH 3 ) bitki kökleri için zehir etkisi yaparlar. Ayrıca H 2 S demir oksitleri demir sülfüre (FeS) indirger. Demirsülfür ise durgunsu topraklarını zaten ince olan gözeneklerini tıkayarak drenajın daha da engellenmesine sebep olur. SOLGUNESMER ORMAN TOPRAĞI PSEUDOGLEY STAGNOGLEY cm DERİNLİKTE Aylar cm DERİNLİKTE Aylar cm DERİNLİKTE Aylar cm DERİNLİKTE Aylar 80 cm DERİNLİKTE cm DERİNLİKTE Aylar 80 cm DERİNLİKTE Şekil 41. Serbest drenajlı bir SolgunEsmer Orman Toprağı ile engellenmiş drenajlı pseudogley ve stagnogley topraklarında farklı derinliklere oksijen girişinin aylara göre değişimi (Ölçme yılı 1966) 0 (Oksijen girişi g O 2.cm.dakika veya 4 5 0,01μg 6 7 8/ cm 9 /dakika ) (Kaynak: H.P.Blume Aylar 1968 Şekil 11 ve 37 den derlenerek Aylar çizilmiştir). Aylar cm DERİNLİKTE Aylar 65 cm DERİNLİKTE , Havalanmanın yetersiz olduğu topraklarda yukarda sözü edilen indirgenme olaylarının yanında bazı organik asitler de oluşur (laktik asit, buturik asit, sitrik asit gibi). Bu organik asitlerin oluşumu toprağın ph sını düşürür ve iki değerli demir bileşiklerinin kolayca çözünerek yıkanıp gitmelerine sebep olur. Yetersiz havalanma ile nitratların indirgenerek nitritlere ve daha ileri safhada Yetersiz havalanma ile nitratların indirgenerek nitritlere ve daha ileri safhada amonyağa (NH 3 ) dönüştürülmesi denitrifikasyon olayıdır. Engellenmiş drenajlı topraklarda denitrifikasyon olayı gaz halinde amonyağa (NH 3 ) kadar ilerlemektedir. Durgunsu topraklarında

45 138 denitrifikasyon olayı ile ortaya çıkan amonyak atmosfere ulaşmakta ve önemli azot kayıpları sözkonusu olabilmektedir (Tablo 47). Tablo 47. Toprağın su miktarı, redoks potansiyeli ve azot kaybı arasındaki ilişki (Kaynak : Von H.Marschner 1973) Toprak Suyu % 34 (Tarla kapasitesi) (Su ile doygun) 48 + organik madde BitkiToprak Havası İlişkileri Redoks potansiyeli EH mv günlük deney sonucunda N 2 kaybı mg Bitki köklerinin solunum yapmaları ve bitki besin maddelerini almaları ve gelişmeleri ile toprak havası arasında önemli ilişkiler bulunmaktadır. Kil toprakları ile alt kesiminde durgun su bulunan topraklar çayır otları ve benzeri sığ köklü bitkiler tarafından kaplanır. Sığ köklü bitkiler için genellikle 1020 cm lik üst toprağın havalanması yeterli sayılabilir. Orman ağaçlarının derine ulaşan kök sistemleri nedeni ile alt toprağın da havalanabilir olması gerekir. Ağaçların birçoğunun iyi bir kök gelişimi ve artım yapabilmeleri toprağın gözenek hacminin % 10 dan fazlasının hava ile dolu olmasına bağlıdır (Tablo 48). Saplı Meşe, Sapsız Meşe, Macar Meşesi ve Saçlı Meşe gibi meşe türleri ile Adi Gürgen durgun su şartlarında da köklerini kısmen geliştirebilmektedirler. Buna karşılık Kayın, Mazı Meşesi, Pırnal Meşesi, Sedir, Servi ve Çam türleri ile birçok diğer orman ağacı türleri serbest drenajlı ve iyi havalanabilen topraklarda yayılmaktadırlar. Dışbudak, Çınar, Akçaağaç, Ihlamur, Söğüt ve Kavaklar ise havalanabilen nemli topraklarda olduğu kadar, tabansuyu topraklarında da iyi gelişmektedirler. Tablo 48. Bazı orman ağaçlarının toprak havası ihtiyacı (Gözenek hacminin % si olarak) Ağaç türü Kayın Karaçam Meşe Sarıçam Lâdin Salkım Ağacı (Yalancı Akasya) Karakavak (Tabansuyu) (Kaynak : D.Feher, M.Frank, O.Hank 1954 e atfen A.Irmak 1972 den) Toprak havası ihtiyacı % Toprak havasındaki oksijen miktarı ile yüksek bitkilerin topraktan bitki besin maddelerini almaları ve büyümeleri arasında önemli ilişkiler bulunmuştur. Toprakta oksijen miktarının artması bitki köklerinin potasyum ve fosfor alımını da arttırmıştır. Oksijen miktarının düşmesi fosfor ve potasyum alımının da azalmasına fakat sodyum alımının artmasına sebep olmaktadır (Tablo 49). Bitki köklerinin toprak havasındaki oksijen miktarına bağlı olarak bazı katyonları seçip alması bazılarını da almaması çok dikkat çekicidir. Tablo 49. Toprak havasındaki oksijen basıncının portakal ağacının sürgünlerinde mineral madde miktarları ve kuru madde üretimi üzerindeki etkileri (Kaynak : Labanauskas, C.K. ve ark e göre Von H.Marschner 1973) Oksijen basıncı mm Hg Sürgünlerin kuru ağırlığı g Mineral K madde P miktarı Na mg Cl

46 139 Farklı toprak suyu değerlerinde toprak havasındaki oksijen oranı ile kök gelişimi arasında da belirgin ilişkiler bulunmuştur. Şekil 42 de görüldüğü gibi; toprak suyunun hacmen % 12.5 olduğu, toprak havasındaki oksijen oranının da % 8 den yukarı bulunduğunda mısır bitkisinin kökleri en fazla uzayabilmektedirler. Suyun azalması (% 8) kuraklık etkisi yapmaktadır. Suyun artması ise (% 17) toprağın hava kapasitesini azaltmaktadır. Suyun hacmen % 17 oranına çıkarıldığı ve toprak havasındaki oksijen oranının yüksek tutulduğu örnekler de toplam hava kapasitesi düşük olduğu için mısır köklerinin gelişmesi yeterli olamamıştır (Şekil 42). Toprak havasının ve bu havadaki oksijen oranının bitki büyümesini sağlayan hormonların üretimini de etkilediği anlaşılmıştır 50). Bunlardan gibberillin ve cytokinin büyümekte olan köklerin ucunda oluşmakta ve su ile yukarı taşınarak sürgün uçlarında birikmektedirler. Gibberillin bitkinin boylanmasını sağlayan bir hormondur. Toprak su ile doyurulduğunda ve bu doygunluğun süresi uzadığında kök faaliyeti aksamakta ve buna bağlı olarak bitki sürgünlerindeki boylanma gerilemektedir. Aynı zamanda gibberillik asidinin miktarı da azalmaktadır (Tablo 50). Tablo 50. Toprakta su doygunluğu süresinin domates bitkisinin boylanması ve gibberillikasit miktarı üzerinde etkisi (Kaynak: Von H.Marschner 1973) Su ile doygunluk süresi gün Sürgün boyu artımı mm/gün Gibberillikasit miktarı mg Bir kinetin türevi olan kinin (Cytokinin) ise DNA da ayırtedilmiştir. Kinetinin DNA, RNA ve bioprotein sentezinde etkili olduğu (özellikle azot bileşimi bakımından) bilinmektedir. Toprağın su ile doygunluğu ve bu doygunluk süresinin uzaması kinin üretiminin de azalmasına ve kloroza sebep olmaktadır (Tablo 51). Bu olay fazla yağışlardan veya aşırı sulamadan sonra toprağa giren suyun sızıp gitmemesi ve doygunluğun süresinin uzaması sonucunda bitkilerde görülen sararma (kloroz = su kesti tabir edilir) olayının kök solunumu ile ilişkisini açıklamaktadır. Tablo 51. Toprakta su doygunluğu süresinin ayçiçeği bitkisinde kinin miktarı ve belirtileri üzerine etkisi (Kaynak : Von H.Marschner 1973) Su ile doygunluk süresi gün Kinin oranı % Sürgündeki belirtiler Yok Boylanmada gerileme Şiddetli sararma (kloroz) 50) Bu hormonlar başlıca oksin, gibberillin ve kinetin olarak bilinmektedirler. Fazla bilgi için bak. K.Mengel 1968.

47 Kök uzunluğu, cm Su hacmi %8 iken boylanma Su hacmi %12.5 iken boylanma Su hacmi %17 iken boylanma Toprak Havasında O 2 oranı, (%) Şekil 42. Topraktaki su (hacmen %) ve toprak havasındaki O 2 (hacmen %) oranlarına göre mısır bitkisinin kök uzunluğunun gelişimi (cm) (Kaynak : Von G.Geissler 1973 tablo 5 teki değerlerden çizilmiştir) Toprağın Hava Kapasitesinin Arttırılması Çareleri Toprağın hava kapasitesini arttırmak için çeşitli çareler uygulanmaktadır. Tarla topraklarının her yıl pullukla sürülmesi, diskaro ile işlenmesi ve kültür bitkilerinin çapalanması, meyvelik ve bağ topraklarının kirizma ile derinlemesine işlenmesi ve benzeri işlemler toprağın hava kapasitesinin artmasına yardımcı olmaktadır. Orman topraklarında ise bu işlemlerin uygulanması pratik olarak mümkün değildir. Orman ağaçlarının kökleri çok derine ulaşmaktadır. Toprağın 11.5 m derinliğe kadar işlenmesi pratik ve ekonomik değildir. Ormanın idare süresi içinde toprağın işlenmesi kök sistemini az veya çok tahrip edeceği için toprak derinlemesine işlenmez. Esasen orman topraklarında ölmüş köklerin bıraktığı boşluklar ile toprak hayvancıklarının yuva sistemleri toprağın belirli bir derinliğe kadar havalanmasını sağlamaktadır (Toprağın iç yapısı ve şekil 26). Orman toprağının havalanmasını sağlayan bu biyolojik faaliyetlerin gelişimi ise toprak türü, toprağın gözenekleri ve geçirimliliği ile de yakından ilgilidir. Ancak ağaçlandırma ile yeni orman yetiştirilecekse, yetişme ortamının özelliklerine uygun bir toprak işlemesi sözkonusu olabilir. Ağaçlandırma alanlarında toprağın işlenmesi, bir yandan yağışın tutulması ve toprağa depolanarak yetişme ortamının su ekonomisinin düzeltilmesini amaçlamaktadır. Öte yandan toprak işlemesi ile toprağın gözenek hacmi ve buna bağlı olarak da hava kapasitesi arttırılmaktadır. Yamaç arazide toprak; teras, gradoni ve kanallı teras 51) açılarak işlenmektedir (Kantarcı, M.D.19862). Eğimin uygun olduğu yerlerde ise makineekipman ile toprak 51) Kanallı teras: Normal ağaçlandırma terasının hendeği iki kazma derinliği (5060 cm) kazılarak hazırlanır. Bir cins teras da kirizma işlemidir. Kurak mıntıkalarda, killi veya taşlı topraklarda ağaçlandırmanın başarısını yükseltmiştir.

48 141 mekanize olarak işlenmektedir 52). Toprağın işlenmesinde kullanılacak yöntemin ve makine+ekipman anakaya ve toprak özelliklerine uygun olarak seçilmesi gerekir. Kavaklıkların kurulacağı alanlarda toprağın dikimden önce derin olarak işlenmesi dikim çukurlarının da derin açılması gerekmektedir. Daha sonra üst toprağın sığ olarak pullukla sürülmesi ve diskaro ile işlenmesi su ve hava ekonomisi bakımından iyi sonuçlar vermektedir. Kavaklıkların kurulacağı alanda toprakların kireçsiz olması halinde, kırıntılı ve iri gözenekli bir yapı sağlanması için, toprağa kireç katılması uygundur. Kireç, pullukla sürülmeden önce toprağa serpilip sonra karıştırılabilir, kavak çukurlarına kireç taşı mıcırı olarak atılabilir veya derin sonda çukurlarına doldurularak toprak suyu ile çevreye yayılması beklenir. Özel maksatlı ağaçlandırmalarda da kireç taşı mıcırının fidan çukuruna ve fidan çevresine konulması ile toprağın kırıntılılığı arttırılabilir. Durgunsu toprakları ile yüksek tabansuyu topraklarında suyun akıtılması için kanallar açılması gerekmektedir. Yüksek tabansuyunu akıtmak için çift kulaklı pulluk ile kanal açılabilir 53). Derindeki durgunsu veya tabansuyunun akıtılması için kanal kazmakürek ile açılıp içine iri taş veya künk döşenmektedir. Böylece fazla suyun akıtılıp iri çaplı gözeneklerin hava ile dolması sağlanmaktadır. Orman fidanlıklarının toprakları da usulüne uygun olarak pulluk, diskaro ve çapa ile işlenmektedir. Orman fidanlıklarında özellikle hafif asit reaksiyonlu toprak isteyen fidanların yetiştirildiği yastıklara kırıntılılığı sağlamak için kireç atılması doğru değildir. Bu yastıklarda kireçleme etkisi ile toprağın reaksiyonunun alkali oluşu ve sık sulama sonucunda bazı mantarların gelişip fidanları öldürmesi (dampingoff) sözkonusudur. Otlak veya çayır topraklarının derinlemesine havalandırılması için dişli merdane ile toprak delinir. Daha küçük alanlarda bu işlem çatal bel ile yapılarak 30 cm e kadar toprağa havanın girmesi sağlanır. Bu alanlarda karıncalar, tarla fareleri ile köstebekler de toprağın havalanmasına çok yardımcı olurlar Toprak Sıcaklığı Toprağın sıcaklığı bir yandan toprakta gelişen fiziksel ve kimyasal olayları, öte yandan canlıların yaşayışını etkilediği için önemlidir. Toprakta suyun bulunuşu, hareketi, buharlaşması ve hava kapasitesi, ayrışma olayları, mikrobiyolojik faaliyet, kök solunumu ve vejetatif faaliyet gibi olaylar hep toprak sıcaklığının etkisi altındadır. Toprak sıcaklığı toprak türüne, toprağın gözeneklerinin çapına, topraktaki su ve hava oranlarına önemle bağlıdır. Toprak sıcaklığını bu sayılan toprak özelliklerinden başka toprak özellikleri ve oluş faktörleri de etkilemektedir. Toprak sıcaklığının üç kaynağı vardır. Bu kaynaklardan en etkilisi güneş enerjisidir (Şekil 43). İkinci kaynak toprak içindeki kimyasal ve mikrobiyolojik olaylar sonucunda ortaya çıkan ısı enerjisidir. Üçüncü kaynak ise yerin derinliklerinden gelen ısı enerjisidir. Bu üçüncü kaynak gözönüne alınmayacak kadar az etkilidir. Toprak güneş enerjisi ile gündüz ısınır, gece ise bu ısının bir kısmını geri verir. 52) Toprak işlemesi ile ilgili olarak bak. Kantarcı, M.D.19822, 1983, 1984, 1985, 1998 ve Şekil 35). 53) Bak. Kantarcı, M.D (Toprak İşleme Yöntemleri).

49 142 Şekil 43. Toprak yüzeyinin ısı alış verişi. (Kaynak : R.Geiger 1950 ye göre A.Irmak 1972). Toprak yüzeyinin çıplak olması veya bir bitki örtüsü ile kaplı bulunması güneş enerjisinin toprak tarafından alınma miktarı üzerinde önemli etkiler yapar (Tablo 52). Toprağı oluşturan katı maddelerin, toprak suyunun ve toprak havasının da ısınma kapasiteleri ve ısı iletkenlikleri farklıdır (Tablo 53). Gerek toprağa gelen güneş enerjisinin oranı, gerekse toprağın yapısına bağlı olan ısınma kapasitesi ve ısı iletkenliği toprağın sıcaklığını önemle etkiler. Bunların yanında arazinin bakısı ve eğimine bağlı olarak alınan enerji (Tablo 54) ve toprağın rengine bağlı olarak emilen miktar ile yansıyan miktar (albedo) (Tablo 55) da toprağın sıcaklığını etkilemektedir. Tablo 52. Farklı bitki örtüsü altında toprağa gelen güneş enerjisi ile toprak tarafından alınabilen enerjinin açık alana gelen güneş enerjisine oranı (Kaynak : Baumgartner 1965 e göre G.Mitscherlich 1971, cilt 2) Toprak yüzeyi Çıplak toprak Otlak ve çayır Ekinle kaplı tarla Boylu otlarla kaplı alan Lâdin ormanı Toprağa gelen enerji % Toprak tarafından alınabilen enerji % Tablo 53. Toprağı oluşturan bölümlerin ısı iletkenliği, ısınma kapasiteleri ve sıcaklık İletkenlikleri (Kaynak : *SchefferSchachtschabel 1970) ** Berenyi, D.1967) Toprak bölümü Isınma kapasitesi cal/cm³. Cº Isı iletkenliği cal/cm.sn.cº Sıcaklık iletkenliği cm²/sn Kum (kuru) Kum (nemli) Kil mineralleri Humus (org.madde) Su Buz Kar Hava 0.3** * 0.48* 0.57**0.60* 1.00* * 0.22** * ** * 0.007* ** * * ** * ** 0.01** 0.005** * 0.012** ** 0.161** Not: Isınma kapasitesi (özgül ısı) 1 cm³ maddenin sıcaklığının 1 Cº yükseltilmesi için gerekli ısı olup kalori cinsinden hesaplanır. Örnek olarak; suyun ısınma ısısı sıcaklığın +4ºC tan (veya + 14ºC tan) + 5ºC (veya 15ºC) ta yükseltilmesi için gerekli ısı miktarıdır. Bu miktar 1 cal/cm³ olarak kabul edilmiştir.