Toprak Suyu. Toprak Suyu Çeşitleri. Toprak Havası. Toprak Sıcaklığı. Toprağın Rengi

Transkript

1 Toprak Suyu Toprak Suyu Çeşitleri Toprak Havası Toprak Sıcaklığı Toprağın Rengi

2 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI Toprak tarafından tutulan suyun tutulma enerjisini su sütunu olarak ifade etmek için pf simgesi kullanılmaktadır. Bu deyim su sütunu yüksekliğinin (cm) logaritmik ifadesidir. Örneğin bir toprak kolloidinin yüzeyindeki nemin tutulma gücü cm yüksekliğindeki bir su sütununa eşit olsa, bunun pf olarak değeri: pf = log h = log = log 10 6 = 6 olur. O halde pf simgesi, toprakta suyun tutulma gücünü su sütunu olarak göstermeyi basitleştirmek için kullanılmaktadır. Fakat son yıllarda bar ölçü birimi pf ölçü birimine göre daha çok kullanılmaktadır Kum Toz Kil

3 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

4 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

5 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

6 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

7 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

8 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

9 TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI

10 TOPRAK SUYU ÇEŞİTLERİ Higroskopik su Kapillar su Sızıntı suyu Tabansuyu Durgun su

11 TOPRAK SUYU ÇEŞİTLERİ

12 HİGROSKOPİK SU Toprakta kolloidal taneciklerin yüzeylerini kaplayan bir film şeklindeki toprak nemidir. Toprak tarafından 31 atmosferin ( pf > 4.5) üzerindeki kuvvetlerle tutulur. Bitkiler bundan yararlanamaz. Pratik olarak toprağın hava kurusu durumunda tutmakta olduğu su higroskopik su olarak tanımlanır. Toprakların tane çapı ve ve buna bağlı olarak değişen yüzey 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

13 KAPİLLAR SU Su ile doymuş toprakta geniş gözeneklerdeki su sızıntı suyu halinde sızıp gittikten sonra iri ve orta çaplı gözeneklerde tutulan su kapillar su olarak tanımlanır. Toprak tarafından tutulma tutulma gücü atmosfer arasında değişir. Diğer bir ifade ile pf kuvvetle µ arasındaki gözeneklerde tutulan sudur.

14 SIZINTI SUYU Geniş kaba gözeneklerden hızla, dar kaba gözeneklerden yavaş olarak, yerçekimi kuvveti altında aşağılara doğru hareket eden sudur. Toprakta tutulma enerjisi atmosfer arasındadır. Bu nem derecesindeki topraklara ıslak topraklar denir (pf < 2.5). Bu topraklarda suyun tutulma enerjisine hidrostatik potansiyel ismi verilmektedir. Bitkiler sızıntı suyundan faydalanabilirler. Ancak bu faydalanma suyun kök çevresindeki sızma süresine bağlıdır.

15 TABAN SUYU 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. 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 çizgileri ile belirgindir. Tabansuyunun devamlı bulunduğu kesim ise gri rengi ile belirgindir.

16 DURGUN SU Toprakta geçirimsiz bir tabakada veya bu tabakanın üstünde gözenekleri dolduran su hareket edemediği veya çok yavaş hareket edebildiği için durgunlaşır. Durgun suyun oluştuğu topraklar kışın ve ilkbaharda ıslak, yazın ise kurudurlar. Durgun sudaki serbest oksijen bitki kökleri ile diğer mikroorganizmaların solunumu sonucunda kısa sürede tükenir. Solunum için yeterli oksijen bulamayan earob organizmalar ölürler veya anaerob olanlar topraktaki oksitleri indirgeyerek serbest kalan oksijeni kullanırlar. Özellikle üç değerli demir oksitlerin iki değerli demir oksitlere indirgenmesi ile toprakta kırmızı (pas rengi) ve boz (gri-yeşil- mavimsi yeşil) renkli bir mermer deseni görünümü ortaya çıkar. Bu boz-pas lekeli oluşum durgun suyun varlığının en belirgin göstergesidir.

17 DURGUN SU&TABAN SUYU Taban suyu Durgun Su

18 TOPRAK SUYU VE GÖZENEK ÇAPLARI İLİŞKİSİ

19 TOPRAK TEKSTÜRÜ İLİŞKİSİ

20 ORGANİK MADDE İLİŞKİSİ Organik medde bakımından zengin toprağın su tutma kapasitesi organik maddece fakir topraktan daha yüksektir. Her ikisine aynı miktarda su döküldüğünde organik maddece zengin toprakta suyun ıslattığı koyu renkli kısım daha düşüktür. Bunun nedeni organik maddenin toprağın su tutma kapasitesini artırması ile ilgilidir.

21 BİTKİLER AÇISINDAN TOPRAK NEMİ Bitkilerin topraktaki sudan yararlanabilmeleri, su miktarına bağlı olmakla beraber, su miktarı bu hususta rol oynayan tek faktör değildir. Bu hususta başka faktörler, örneğin toprak türleri de önemli derecede etkili olmaktadır. Örneğin bir kil toprağı %30 oranında su içerse bile bitkiler bu sudan yararlanamazlar. Buna karşılık % 12 oranında suya sahip bir kum toprağında alınabilecek su bulunmaktadır. Bunun nedeni kil toprağında su miktarı % 30 düzeyine indiğinde suyun tutulma gücü 15 atmosferi aşmaktadır. Yüksek organizasyonlu bitkiler 15 atmosferden daha yüksek emme kuvvetleri ile toprak tarafından tutulan suyu alamamaktadırlar. Bu nedenle topraktaki su miktarı, her zaman için bitkilerin bu sudan yararlanıp yararlanamayacakları hakkında bir fikir vermez. Bundan dolayı bilim adamları, su miktarı, suyun toprakta tutulma gücü ve bitkilerin bu sudan yararlanma ilişkileri bakımından higroskopik nem, solma sınırı (pörsüme sınırı) ve tarla kapasitesi gibi deyimler kullanmaktadır.

22 Higroskopik nem: Higroskopik nem çok küçük gözeneklerde 31 atmosfer basınçtan (pf > 4.5) daha yüksek güçle tutulan toprak suyudur. Pratik olarak 105 o C de toprağın tutmakta olduğu nem nem higroskopik nem olarak kabul edilir. Kil miktarındaki artış higroskopik nem miktarının da artmasına sebep olur. Bitki toprak suyu ilişkileri bakımından önemsizdir. Ancak toprak analizlerinde elde edilen bütün sonuçlar 105 o C de kurutulmuş toprak için verilir. Solma sınırı: Bitki kökleri en fazla 4.2 pf (15 atmosfer) lik bir emme gücü ile toprak suyunu alabilirler. Bu noktada toprağın içerdiği nem miktarı solma sınırındaki veya solma noktasındaki nem miktarıdır. Diğer bir ifade ile, toprakta bitkiler su noksanlığından dolayı pörsürler ve bu toprağa su verilmemek koşulu ile sürekli pörsümüş durumda kalırlarsa, bu toprağın su miktarı veya nem içeriği solma sınırındadır denir.

23 Solma noktası kesin bir değer olmayıp toprak ve çevre şartlarına göre bazı değişiklikler gösterebilmektedir. Bu değer bitki için yarayışlı olan toprak suyunun alt sınırını belirlemektedir. Tarla Kapasitesi: Tarla kapasitesi sızıntı suyu topraktan sızıp ayrıldıktan sonra kapillar gözeneklerde tutulan suya eşdeğer nemi ifade etmektedir. Diğer bir anlatımla, doyurucu bir yağıştan sonra, düşey yöndeki su hareketi durduğu anda (yağışa bağlı olarak genellikle 2-4 gün sonra) bir toprağın tutmuş olduğu su miktarını ifade eden bir deyimdir. Bitkiler tarafından yararlanılabilen suyun üst sınırını ifade eden bir deyimdir. Tarla kapasitesi sınırındaki toprağın nem durumu uygulamada toprağın tavda olması şeklinde ifade edilir. Toprağın tavda olması deyimi ile; yağış veya sulama suyunun fazlasının topraktan sızıp ayrılmasından sonra toprağın kürek, çapa, kazma veya pulluk gibi işleme aletlerine yapışmadan işlenebilir durumda olmasını belirtmektedir.

24 Yaralanılabilir su miktarı: Bitkiler tarla kapasitesi sınırı (2.5 pf = 0.33 atmosfer) ile solma sınırı (4.2 pf = 15 atmosfer) arasında kapillar gözeneklerde ( µ) tutulan sudan faydalanabilirler. Bu nedenle bu iki nem sınıfı büyük bir önem taşımaktadır. Toprakların faydalanılabilir su kapasitelerinin hesabı tarla kapasitesindeki nem miktarından solma sınırındaki nem miktarının farkı alınarak bulunur. Faydalanılabilir = Tarla kapasitesi - Solma sınırındaki Su miktarı (FSK) sınırındaki nem (TK) nem (SN)

25 Doymuş toprak Tarla kapasitesi Solma noktası Doymuş toprak Katı Su Tarla kapasitesi Solma noktası Higroskobik nem Hava Hava Hava Katı Gözenek kısmı Şekil farklı nem içeriğine sahip 100 gram tozlu balçık toprağın su ve hava hacimlerini göstermektedir. En üstteki tamamen nem bakımından doymuş toprağı temsil etmektedir. Bu durum yağmurdan veya sulamadan kısa bir süre sonraki nemdir. Su kısa bir süre sonra iri gözeneklerden (makropor) akar. Bu durumda toprak tarla kapasitesindedir. Solma sınırına kadar bitkiler suyu topraktan kolaylıkla alabilirler. Bu durumda toprakta önemli miktarda su vardır ancak bitkilerin alamayacağı kadar büyük kuvvetle tutulmaktadır. Daha fazla nem içeriği azaldığında higroskopik nem olarak adlandırılır ve su sadece toprak kolloidlerinin etrafında bulunur.

26 Faydalanılabilir su kapasitesi üzerinde etkili faktörler *Toprakta kil oranı arttıkça tarla kapasitesi sınırındaki nem miktarı artmaktadır. 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. Bitkiler için en fazla yarayışı su orta tekstürlü (balçık) topraklarda tutulmaktadır. Kumlu balçık ve balçıklı kum toprakları ile Balçıklı kil ve kil topraklarında faydalanılabilir su kapasiteleri balçık topraklarından daha azdır. * Toprak tavda iken toprak işleme yapmak gözenek hacminin artmasını ve buna bağlı olarak faydalanılabilir su kapasitesinin artmasını sağlar.

27 Faydalanılabilir su kapasitesi üzerinde etkili faktörler * Organik maddenin varlığı, hem topraktaki kapillar boşlukların miktarını artırdığından hem de organik maddenin kendisi yüksek su tutma kapasitesine sahip olduğundan, benzer tekstürlü topraklarda organik madde içeriği arttıkça yarayışlı su miktarı da artmaktadır. * Strüktür de faydalanılabilir su kapasitesini kontrol eden bir diğer etmendir. İyi agregatlanmış killi toprakların (kireçsiz killerin kireçlenmesi) µ arasındaki gözeneklerin hacminin fazla olması faydalanılabilir su kapasitesini de artırmaktadır.

28 Toprak tekstürüne bağlı olarak yararlanılabilir su kapasitesinin değişimi

29 Toprak Havası Toprak suyu tarafından doyurulmamış boş gözeneklerde bulunan hava toprak havası olarak tanımlanır. Toprağın hava kapasitesi nem durumuna göre çok değişmektedir. Toprağın hava kapasitesi iri çaplı gözeneklerin ( > 10 µ) hacmine bağlıdır ve % 5-40 arasında değişir. 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. Toprak havasının bileşimi Toprak havasının bileşimi atmosferdekinden özellikle CO 2 ve O 2 oranı bakımından farklıdır. Toprak havasında oksijen miktarı % 20.6 (Atmosferde % 20.9) civarında, karbondioksit miktarı ise % (Atmosferde % 0.03) arasında bulunmaktadır. Toprakta yaşayan mikroorganizmaların ve bitki köklerinin solunumu ve organik maddelerin ayrışması toprak havasının CO 2 ce zenginleşmesine sebep olur.

30 Orman ve tarım alanlarından yılda toplam 4000 m 3 /ha CO 2 in atmosfere ulaştığı bildirilmektedir. Bu miktarın 2/3 ü toprak organizmalarının faaliyetinden, 1/3 ü ise kök solunumundan kaynaklanmaktadır. Toprak Havasının Yenilenmesi Toprak havası ile atmosfer arasında karşılıklı gaz alışverişi vardır. Buna toprak havalanması veya toprak solunumu denmektedir. Bu olay, kütle akımı (konveksiyon) ve difüzyon olmak üzere başlıca iki süreç sonunda meydana gelir. Toprak havasının bileşimine göre; en azından %10 oranında oksijen varsa (aşağı sınır), en çoğunda %5 oranında CO 2 bulunursa (yukarı sınır), bu toprak havalanması sınır değerdedir. Başka bir ölçü olarak da bir toprağın hava kapasitesi en azından % ise bu toprağın havalanması iyi olarak kabul edilmektedir. Toprak Havası ile Bitki Gelişimi Arasındaki İlişkiler Bitki kökleri, özellikle yeni çimlenmekte olan fidecikler, topraktaki oksijen kıtlığına karşı çok duyarlıdırlar. Ağaç kökleri, % 2 oranında oksijene sahip toprak havasına kısa bir süre dayanabildikleri halde, fidecik köklerinin %10 oksijen oranında bile gelişimlerinin yavaşladığı ifade edilmektedir.

31 Toprağın yetersiz havalanma koşullarına dayanabilen bazı ağaç türlerinin bulunduğu, araştırma ve sera denemeleri ile belirlenmiştir. Bu türler Salix, Tilia cordota, Eucalyptus camaldulensis, Quercus petraea, Fraxinus angustifolia, Taxodium disticum, Alnus glutinosa gibi ağaç türleri girmektedir. Toprağın yetersiz havalanma koşullarına dayanıksız olan ağaç türleri ise: Fraxinus excelsior, Acer pseudoplatanus, Acer campestre, Acer platanoides, Quercus robur, Cedrus libani, Robinia pseudoacacia, Picea abies ve yerli Pinus türleri. Toprak havalanması toprak mikroorganizmaları için de son derece önemlidir. Aerobik organizma denilen ve ancak yeterli oksijenin bulunduğu ortamlarda faaliyet gösteren organizmalar, oksijen kıtlığında organik maddeleri ayrıştıramaz, organik madde artıkları birikir. Anaerobik organizmalar ise, bu koşullarda topraktaki oksitlerden (demir ve mangan oksitleri) oksijenini alır, onları redükler. Her iki şekilde de toprakta bazı zehirli maddeler oluşur. Bunun sonucunda Ca, Mn ve Fe besin maddeleri alınamaz, toprak reaksiyonu değişir.

32 TOPRAK SICAKLIĞI Yeryüzüne ulaşabilen güneş enerjisi miktarı üzerinde atmosfer tabakalarının kalınlığı, içindeki katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin cinsi ve miktarı, mevsimler, günün çeşitli saatleri, bitki örtüsü, arazi yüzü şekli, enlem dereceleri vb. faktörler etkilidir. Atmosfere ait faktörlerin etkisinden dolayı ve yeryüzünden meydana gelen yansıma gibi nedenlerle güneş enerjisinin ancak %50 sine yakın kısmı toprağa ulaşabilir. Toprağın mineral ve organik madde bileşimi, nem içeriği ve rengi gibi fiziksel özellikler doğrudan ve dolaylı olarak toprak sıcaklığını etkilemektedir. Toprak rengi, ışınları yansıtmak veya absorbe etmek suretiyle etkili olur. Yangından sonra siyah renge dönüşmüş olan bir humuslu orman üst toprağının sıcaklığının, aynı yerde yanmamış toprağa kıyasla o C daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Her maddenin ısı iletkenliği ve özgül ısısı değişik olduğu için, toprağın minerolojik bileşimine, humus ve su içeriğine göre sıcaklığı da değişmektedir.

33 TOPRAK SICAKLIĞI Çeşitli maddelerin özgül ısıları farklı olduğundan, sıcaklıklarının 1 o C yükselmesi için alınması gerekli güneş enerjisi miktarı da farklı olacaktır. Örneğin içinde 100 gram su bulunan bir toprak kitlesi, aynı minerolojik bileşimdeki kuru toprağa kıyasla 100 kalori daha çok ısı alabilirse ancak her iki toprak aynı sıcaklık derecesinde olacak demektir. Onun içindir ki ıslak topraklara soğuk topraklar adı verilmektedir. Çakıl ve taş bakımından zengin topraklar ötekilerine kıyasla daha çabuk ve daha yüksek derecelere kadar ısınacaklardır. Böylece kurak toprakları oluşturacaklardır. Toprak tekstürüne göre de ısı iletkenliği değişmektedir. Isı iletkenliği çoktan aza doğru şu sıra ile gitmektedir: Kum > Balçık > Kil

34 Toprak Sıcaklığının Ekolojik Önemi ve Bitki Gelişimine Etkisi Sıcaklık, don meydana getirecek derecede düşmüşse fizyolojik kuraklık meydana gelir. Yani toprakta su olmasına karşın, bitki bu suyu alamaz. Bunun aksine toprak çok ısınırsa, içindeki su buharlaşarak kuraklık meydana gelir. Bu durum yalnız suyun değil, besin maddelerinin de bitki kökleri tarafından alınmasını engeller. Çimlenme için gerekli minimum toprak sıcaklığı istekleri de bitki türlerine göre değişmektedir. Esasında sıcaklık optimum dereceye kadar yükseltilmesi ile çimlenme yüzdesi hızla artmaktadır. Ağaç köklerinin gelişmeye başlaması için gerekli minimum toprak sıcaklığının 0 o C nin biraz üzerinden 7 o C ye kadar değiştiği bildirilmektedir. Kök gelişimi için gerekli optimum toprak sıcaklığı ise o C arasında olduğu bildirilmektedir.

35 TOPRAĞIN RENGİ Toprağa doğrudan renk veren maddeler Organik maddelerin ayrışma ürünleri, demir ve mangan bileşikleri, kalsit, aragonit, kuvars, feldispatlar, mika ve killerdir. Toprak rengi klimatik toprak tiplerinin sınıflandırılması açısından önemlidir. Toprak rengini dolaylı olarak etkileyen maddeler ve faktörler Toprağın rengi üzerinde toprak nemi ve tekstürü dolaylı bir şekilde etkili olmaktadır. Yüksek derecede nem içeren topraklar güneş ışınlarını yüksek derecede absorbe ettikleri için, olduklarından daha koyu görünür. Kuru topraklar ise, ışığı daha çok yansıttıkları için ıslak topraklardan daha açık renkli görünüme sahiptir. Kaba tekstürlü topraklarda iç yüzey, ince tekstürlü topraklara kıyasla daha az olduğundan, belirli miktardaki bir renk maddesi, örneğin humus, toprak tanecikleri etrafında daha kalın bir tabaka oluşturur, dolayısıyla koyu görünür.

36 TOPRAĞIN RENGİNİN BELİRLENMESİ Toprak rengi, profilde yapılacak gözlemlerle, horizonlara göre ve bilinen renklerle bir yaklaşım sağlanarak belirlenebilir (boz, esmer, kırmızımsı kahve, vb.). Fakat, subjektif bir belirleme olduğu için karşılaştırma bakımından kesinlik arzetmez. Bu nedenle bir standart tanıtım imkanı sağlamak amacıyla Toprak Renk Kartları isimli bir renk kitapçığı geliştirilmiştir (Munsell Soil Color Charts). Bu kitapçığın bir sayfasına dikdörtgen şeklinde renkli kartonlar yapıştırılıp, numaralanmış, karşı sayfaya da bunların isimleri yazılmıştır. Rengi belirlenmek istene topraktan bir miktar örnek alınıp, bu sayfalardaki renklerle karşılaştırılır, en çok hangisine uyuyorsa, onun ismi ve simgesi, bu örneğin rengi olarak belirlenmiş olur. Belirlenen renk üç özelliği ile hassas olarak belirlenir. Bu özellikler; ton (hue), açıklık derecesi (value) ve karışım derecesi (chroma) dır. Böylece dünyanın her yerinde aynı anlama gelen toprak renk belirlemesi yapılmış olmaktadır. Münsell ıskalasına göre renk tayini taze açılmış profil kesitlerinde ve yeterli derecede nemli olan topraklarda yapılır.

37 Hue (ton) Value (açıklık) Chroma (karışım)

38 Value (renge eklenen siyah ve beyazın miktarına bağlı parlaklık) Hue (renk tonu) Chroma (karışım=ışığın başat olan dalga boyunun saflık ölçüsü)

39

40 10 YR 8/3 Çok soluk kahverengi 10 YR 5/4 Sarımsı kahverengi 10 YR 3/3 Koyu kahverengi

41 Toprak renginin ekolojik önemi Toprak renginin bitki gelişimi üzerindeki etkisi azdır. Bununla beraber, toprağın jeolojik orijini, oksidasyon ve redüksiyon olaylarının derecesi, organik madde miktarı, yıkanma ve birikmeler gibi önemli toprak karakteristiklerinin bir indikatörüdür. Toprak rengine göre toprakların verimlilikleri hakkında bir tahminde bulunabilme imkanı vardır. Genellikle koyu renkli toprakların daha verimli, açık renklilerin fakir topraklar olduğu ifade edilmektedir. Bu nedenle toprak rengine göre verimlilik derecesi bakımından topraklar en verimlisinden en fakirine doğru, siyah > esmer > pas kahverengi > grimsi kahverengi > kırmızı > gri > sarı > beyaz şeklinde sıralanmaktadır.

42 Bu sıralanış veya kural her zaman için geçerli olmayabilir. Çünkü verimlilik üzerinde iklim ve zaman faktörleri de önemli rol oynar. Örneğin alüvyal topraklar açık renkli oldukları halde, genç topraklar oldukları için verimlidirler. Toprak rengi, olgun topraklarda erozyonu belirleme için bir gösterge olabilir. Örneğin erozyona uğramış topraklarda koyu renkli A- horizonu aşındırıldığı için, anamateryalin rengi egemen olur. Toprak rengi klimatik toprak tiplerinin sınıflandırılmasında, eskiden beri bir ölçü olmuştur.