SDÜ Orman Fakültesi, Orman Mühendisliği Bölümü, Toprak İlmi Dersi nin Konu Özetidir. Yrd. Doç. Dr. Yasin KARATEPE (Bu özetin hazırlanmasında dersin kaynak kitabı olan Prof. Dr. M. Doğan KANTARCI nın Toprak İlmi kitabından faydalanılmıştır.)
1. GİRİŞ Bitki yetiştirme ile ilgili disiplinlere göre Toprak: Bitkilerin kök saldığı, su ve besin maddelerini sağladığı bir ortamdır. Toprak İlmine göre Toprak: Katı yeryüzünün gevşemiş, humus teşekkülü ve kimyasal ayrışma ile değişmiş olan, humuslaşma ve kimyasal ayrışma ürünlerinin taşınması ile değiştirilmiş olan kısmıdır. Toprak oluşum kaynakları: 1. Anorganik kaynak: Anakayalar. 2. Organik kaynak: Canlı artıkları.
TOPRAK İLMİ 1. Toprak İlmi: Toprakların oluşumu, gelişimi, özellikleri ile sistematiğini ve yayılışını konu edinir. 2. Uygulamalı Toprak İlmi: Tarım, ormancılık, peyzaj ve hayvancılık gibi çeşitli konularda üretim amacı ile topraktan faydalanma imkanlarını araştırır.
2. TOPRAĞIN OLUŞUMU Toprak, katı anakayanın fiziksel olarak parçalanması ve kısmen de kimyasal ayrışması sonucunda gevşeyerek anamateryal adını alan malzemenin topraklaşması ile oluşur. Toprağın teşekkül ettiği anakaya ve anamateryaller kaynaklarına ve oluşumlarına göre; 1. Mağmatik (Erüptyif) kayalar, 2. Tortul kayalar, 3. Başkalaşım (Metamorf) kayaları.
Anakayalardaki Elementler ve Mineraller Toprak yapan anakaya ve materyaller iki veya daha fazla elementin bir araya gelerek teşkil ettiği kimyasal bileşenler olan minerallerden oluşur. Bir veya birkaç mineral bir araya gelerek kayaları meydana getirir. Anakaya ve Anamateryaller kendilerini teşkil eden minerallerin boyutlarına ve kimyasal bileşenlerine göre farklı özelliklere sahip olurlar.
Mineralleri Oluşturan Elementler Yerkabuğunun %99 unu dolayısıyla minerallerin ve anakayaların önemli bir bölümünü oluşturan elementlere Kaya yapan elementler denir. Oksijen O % 49.52 Sodyum Na % 2.64 Silisyum Si % 25.75 Potasyum K % 2.40 Aluminyum Al % 7.51 Magnezyum Mg % 1.94 Demir Fe % 4.70 Hidrojen H % 0.88 Kalsiyum Ca % 3.39
Minerallerin İyonik Yapısı Yarıçapı diğerlerine göre çok büyük olan oksijen atomlarının arasındaki boşluklara kendi yarıçaplarına göre diğer katyonlar yerleşerek silikatların kristal yapısını oluştururlar.bir katyonun çevresinde toplanabilen oksijen atomlarının sayısı o katyonun koordinasyon sayısı olarak bilinir.
Minerallerin Sınıflandırılması ve Bazı Özellikleri Kayaları oluşturan minerallerin ilksel ve ikincil mineraller olarak iki büyük gruba ayrılır. İlksel mineraller mağma kökenli olup silikatlar olarak tanınır. İkincil mineraller ilksel minerallerin değişimi ile veya sonradan oluşum ile teşekkül etmişlerdir. Minerallerin sertliği, çapı ve bileşimi gibi farklı özellikler oluşturdukları kayaların parçalanma hızına ve dolayısıyla topraklaşma hızını önemle etkilerler.
Silikatlar Silikatların sınıflandırılmasında temel formülleri esas alınır.temel formüllere göre silikatlar şöyle sıralanır. 1.Silis Grubu Kuvarslar Si02 2.Susuz Aluminosilikatlar Feldspatlar Si4O8 3.Metasilikatlar Piroksenler SiO3 veya Si2O6 Amfiboller Si4O11 veya Si8O22 4.Ortosilikatlar Olivin Grubu Si2O4 5.Hidroksilli alüminasilikat Mikalar Si2010
Toprak Yapan Anakayalar ve Anamateryaller Magmanın katılaşması ile oluşan kayalar magmatik kayalar, erüptif kayalar veya katılaşım kayaları olarak adlandırılır. Çeşitli etkilerle parçalanıp, bir yerden bir yere taşınıp yığılmış olan materyalin bir çimento maddesi ile çimentolanması sonucunda tortul (sediment) kayalar oluşur. Bazen bu materyal gevşek olarak ta bulunabilir. Gerek magmatik gerekse tortul kayaların basınç veya sıcaklık etkisi ( veya her ikisinin birlikte etkisi) ile başkalaşıma uğramasıyla başkalaşım kayaları oluşur.
Toprağın Oluşumu Toprak biri anorganik, diğeri organik iki materyalin fiziksel, kimyasal ve biyolojik ayrışma ürünlerinden oluşur. Toprağın Oluşumunda Etkili Olan Faktörler Toprak, coğrafyaca belirli bir mevkide yeryüzü şekli, iklim, canlılar faktörlerinin etkisi altında anakayaların ayrışması ile zaman içinde oluşur ve gelişir. Dolayısıyla toprağın oluşumu üzerinde etkili olan başlıca faktörler; yeryüzü şekli, iklim, anakaya, canlılar ve zamandır.
Toprağın Oluşum Olayları Toprağın oluşumu olayları; 1) ayrışma olayları, 2) yeniden oluşum olayları, 3) yerdeğiştirme olayları olarak üç bölümde toplanır. Ayrışma olayları fiziksel ayrışma (parçalanma) ve kimyasal ayrışma olayları ile anorganik ve organik materyalin ayrışmasını kapsar. Yeniden oluşum olayları demirin oksitlenmesi, kil mineralinin teşekkülü ve humusun teşekkülünü kapsar. Yerdeğiştirme olayları ise yıkanma-birikme, taşınma-birikme, karıştırılma olaylarını kapsar.
3. TOPRAĞIN YAPISI VE BİLEŞİMİ Toprağın Genel Yapısı Toprağın, birisi anakayanın ufalanıp ayrışması ile oluşmuş anorganik anamateryalin, diğeri de canlıların artıklarından oluşan organik anamateryalin fiziksel ve kimyasal ayrışmaları sonucunda oluştuğu bilinmektedir. Bu maddelerin kompleksi topraktır. Toprak kendisine özgü özelliklere sahip olan toprak suyu ve toprak havasını da içerir. Toprak canlı ve cansız olmak üzere iki bölümden oluşur. Cansız bölümde katı kısım ve katı kısmı oluşturan parçacıklar arasında gözenekler vardır. Gözenekler toprağın havası ve suyu tarafından doldurulur. Toprağın canlı kısmını ise üzerinde ve içinde yaşayan hayvanlar ve bitkiler oluşturur.
Toprağın Mineralojik Bileşimi Toprağın oluştuğu anakayada bulunan minerallerden henüz ayrışmamış olan bir kısmı toprak içinde de bulunur. Anakayadaki minerallerin ayrışmaya dayanıklılığı ve ayrışmanın hızı bu minerallerin toprakta bulunuşunu ve miktarlarını etkiler. Anakayadaki minerallerden bilhassa ku-vars, çok güç ayrıştığı için, kuvarslı kayalardan oluşmuş topraklarda bol miktarda bulunur. Potasyumlu feldspatlar (ortoklas) ile sodyumlu feldspatlar (albit) daha güç ayrıştıkları halde kalsiyumlu feldspatlar (anortit) veya albit-anortit karışımı olan plajyoklaslar daha kolay ayrışırlar. Toprakta ayrışma ve yeniden oluşum olaylara sonucunda ikincil (sekonder) minerallerden oksitler, karbonatlar ve kil mineralleri de önemli miktarlarda bulunur.
Kil Mineralleri Toprağın Ø<O.OO2mm olan bölümü kil bölümü olarak kabul edilir. Kil mineralleri silikatların ayrışması sonucunda sekonder olarak oluşmuş hidroksilli aluminosilikatlardır. Kil mineralleri alçak basınç ve düşük sıcaklıkta oluştukları için pulcuklar halindedirler. Yapıları tabakalı ve yaprakçıklıdır. Kil mineralleri bir yandan toprağın su tutma kapasitesini bir yandan da katyon tutabilme kapasitesini arttırırlar. Kil minerallerinin toprakta bulunuşu toprağın bitki besleme gücünde çok önemli etkiler yapar.
Toprağın Canlıları ve Organik Maddesi Toprağın organik maddesi toprağın içinde ve kısmen dışında yaşayan toprak canlılarının artıklarından ibarettir. Toprak canlıları toprağın organik maddesi içinde sayılmazlar. Fakat toprak canlıları gerek artıkları gerekse faaliyetleri ile toprağın oluşumu, gelişimi ve özellikleri üzerinde önemli etkilere sahiptir.
Toprak Canlıları Toprak canlıları toprağın içinde veya dışında fakat toprağa bağlı olarak yaşayan canlılardır. Toprak canlıları hayvanlar (toprak faunası) ve bitkiler (toprak florası) olmak üzere, bunlarda ilkel canlılar ve gelişmiş canlılar şeklinde ayrılırlar. Toprak canlılarının yaşama faaliyetleri sonucundaki artıkları (yaprak, meyva, kabuk, dışkı, mayalar, yiyecek depolamaları ve artıkları vd.) ile ölümleri sonucunda kalan artıkları toprağın organik maddesinin kaynağıdır. Toprak canlıları bir yandan bu organik artıkları sağlarlar, öte yandan da bu organik artıkların parçalanması, ayrıştırılması, anorganik madde ile karıştırılması olaylarında önemli etiler yaparlar. Toprak canlılarının bütün bu faaliyetleri toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinde toprağın verim gücünü azaltacak ve yükseltecek derecede etkili olur.
Toprağın Organik Maddesi Toprağın organik maddesi toprakta yetişen bitkiler ile toprak içinde yaşayan canlıların artıklarından oluşur. Ormanda toprağın organik maddesini ağaçların yaprakları, meyve ve tohumları, kozalakları, kabukları ve dallarıdır. Organik madde artıkları toprağın yüzeyinde bir ölü örtü halinde serilmiş durumdadır. Bu ölü örtünün ayrışması, ayrışma ürünleri veya humus halinde toprağa karışması toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinde olduğu kadar bitkilerin büyümesi üzerinde de önemli etkiler yapar.
Ormanda Ölü Örtü Ormanda ölü örtü, yaprak, çürüntü ve humus tabakalarının tümünü kapsar.bu tabakalar orman toprağının üstünde yer alırlar. Humus tabakasının mineral toprağa karıştığı kesim (Ah horizonu) ölü örtüden sayılmaz. Ölü örtü sadece organik madde tabakasına verilmiş genel isimdir. Orman topraklarında ölü örtü miktarı üzerinde mevkiin iklim özelliklerinin, yeryüzü şeklinin, yükseltinin, ağaç türünün, orman yaşının, kapalılık derecesi ve sıklığın ve toprağın fiziksel-kimyasal özelliklerinin yanında toprak canlılarının da önemli etkisi vardır.
Organik Maddelerin Ayrışması Organik maddelerin ayrışması ayrışmayı sağlayan canlıların yaşadığı ve kimyasal reaksiyonların geliştiği ortamdaki koşullara bağlı olarak iki şekilde gerçekleşir. Bunlar oksidatif ayrışma ve humuslaşmadır.
Oksidatif ayrışma: Organik maddelerin ayrışması için gerekli faktörlerin optimumda bulunması durumunda, organik maddelerin tam olarak fakat ağır ağır yanması olayıdır. Bu olayın gerçekleşmesi süresince önemli miktarda ısı açığa çıkar. Organik maddelerin oksitlenmesi sonucu C karbondiokside, H suya, N amonyağa dönüşür. Organik maddedeki mineral kısım ise kül halinde oksitlere veya serbest iyonlara dönüşür. Humuslaşma: Organik maddelerin ayrışması için gerekli olan şartlardan birisinin optimumdan uzaklaşması halinde oksidatif ayrışma engellenir. Bu defa organik maddelerin çürüyüp kokuşması ve giderek humuslaşması daha sonra da yavaş yavaş mineralize olması söz konusudur. Bu şekilde safha safha ilerleyen organik madde ayrışması olayına humuslaşma denir.
Humus Tipleri Toprağın üzerinde yatan ölü örtü bir yandan ayrışmakta, öte yandan yaprak dökümü ve diğer olaylarla yeni organik artıklar ölü örtüye katılmaktadır. Böylece üstte bir ayrışmamış yaprak tabakası (Y), onun altında çürüyüp kokuşarak ayrışmakta olan çürüntü tabakası (Ç), onunda altında kolloidal bir yapı kazanmış olan humus tabakası (H) yer almaktadır.ölü örtünün bu üç tabakalı durumu her ortamda görülmeyebilir. Ayrışmanın çok hızlı gerçekleştiği yerlerde toprağın yüzeyinde sadece yaprak tabası çürüntü safhasına geçmeden humuslaşabilir (Mul Tipi Humus). Ayrışmanın yavaş gerçekleştiği yerlerde yaprak, çürüntü ve humus tabakaları alt alta sıralanır (Çürüntülü Mul Tipi Humus). Ayrışmanın çok yavaş ilerlediği yerlerde ise yaprak tabakası kalın bir örtü halinde toprak yüzeyinde ayrışmadan kalabilir (Ham Humus). Bu birbirinden farklı yapıdaki ölü örtüler humus tipleri olarak isimlendirilip tanımlanırlar.
Ham Humusa Karşı Çareler Ham humusu ayrıştırmak için ormancılar çeşitli yöntemler kullanmak zorunda kalmışlardır. Asit reaksiyonlu mor tipi veya keçeleşmiş mor tipi humus sadece bitki besin maddelerinin ekolojik sistemdeki dolaşımını engellemekle kalmaz, asit karakterli ayrışma ürünleri ile toprağın yıkanmasına da sebep olur. Daha sonraki asitlik derecelerinde topraktaki kil minerallerinin ayrışması ve alüminyum açığa çıkması söz konusudur. Alüminyum bitkiler için zehirlidir. Bu tür etkilerin önlenmesi için mor tipi humus ile keçeleşmiş mor tipi humusun kireçlenmesi kullanılan yöntemlerden birisidir. bilir. Uygun yetişme ortamlarında, ayrışmanın hızlandırılması için ölü örtüye daha fazla ışık ve güneş enerjisi sağlamak amacıyla ormanda aralama kesimi yapılabilir. Ölü örtü mineral toprakla karıştırılabilir. Ayrıca ibreli ormanlara yapraklı,yapraklı ormanlara da ibreli ağaç türlerini dikmek mor tipi humusun oluşumunu önleyebilecek önemli tedbirlerden birisidir. Bazı doğal gençleştirme ve ağaçlandırma alanlarında ise kuru ham humus fazla kömürleştirmeden hafif derecede yaklılabilir.
4. TOPRAĞIN ÖZELLİKLERİ Toprağın kendine özgü birçok fiziksel ve kimyasal özelliği vardır. Toprağın özellikleri; toprağın gelişimi bakımından, topraktan faydalanma açısından önemlidir. Toprak Genetiği toprağın oluştuğu anakayanın özelliklerini, toprağın bileşimini göz önüne 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. 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.
Toprağın Fiziksel Özellikleri Toprağın fiziksel özellikleri; toprağın derinliği, taneliği, içyapısı(strüktürü) ve gözenekliliği, sıkılığı, taşlılığı ve bunlara bağlı olarak toprak suyu, toprak havası, toprağın sıcaklığı ve rengi gibi konulardır.
Toprağın Derinliği Toprağın derinliği; Toprak Genetiğinde toprağın B-horizonunun alt sınırına kadar olan kalınlıktır. Bu kesim toprak oluşumu ve gelişimi sonucunda topraklaşmış olan ve Toprak İlmi nde solum olarak tanımlanan kesimdir. Bitki yetiştirmeciliğinde ise bitki köklerinin gelişebildiği materyalin derinliği söz konusudur (fizyolojik derinlik).
Toprağın Taşlılığı Toprak oluştukları anakayanın özelliğine ve topraklaşmanın derecesine göre farklı miktarda taş içerirler. Toprağın taşlılığı topraklaşmanın derecesi hakkında fikir verebildiği gibi, toprağın su ve besin kapasitesi hakkında da önemli etkilere sahiptir.
Toprağın Taneliği (Tekstür) ve Toprak Türleri Toprağın Taneliği İnce toprak bölümü ø<2 mm olan toprak taneciklerini kapsar. İnce toprağın içinde kum (ø 2.0 0.02 mm), toz (ø 0.02 0.002 mm) ve kil (ø<0.002 mm) bölümleri ayırt edilir. Toprağın mineral kısmı kaba bölümü olan taş (ø>20 mm) ve çakıllar (ø 20 2 mm), ile ince toprak bölümündeki kum, toz ve kilin karışımından meydana gelmiştir. Toprağın taneliliği(tekstür) terimi ince toprak kısmını oluşturan taneciklerin boyutlarını ve toprağın iri taneli veya ince taneli oluşunu ifade eder.
Toprağın tane çapı bölümlerinin farklı özellikleri ve etkileri vardır. Kaba kısmı oluşturan taş çakıllar toprağın nispeten daha gevşek bir yapıda olmasını (özellikle ince topraklarda) sağlarlar. Kum ve tozlar su ve bitki besin maddelerini tutamazlar. Killer ise gerek iç yüzeyleri, 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 süzekliliğini ve havalanmasını büyük ölçüde engeller. Tane çaplarının bu özellikleri ve etkilerinden dolayı kumlu toprakların fiziksel, killi toprakların kimyasal özellikleri daha iyi olarak kabul edilir
Toprak Türleri Kum, toz ve kilin bir araya karışması ile meydana gelen ince toprak bu karışımın tane çapı durumuna göre isimlendirilir. Kumun hâkim olduğu topraklar kumlu toprak, tozun hâkim olduğu topraklar tozlu topraklar, kilin hâkim olduğu topraklar killi topraklar, kum, toz ve kilin belirli oranlarda bulunduğu topraklar balçık toprakları olarak tanımlanırlar.
Kum Toprakları ve Kumlu Topraklar Kum toprakları ve kumlu topraklarda tane çapları 0.02 mm. den büyük olan bölüm hakimdir. İri tane çapları arasında kalan iri çaplı boşluklar nedeni ile kum toprakları süzek, iyi havalanabilen ve çabuk ısınan topraklardır. Kilin bulunmayışı veya az bulunuşu kum topraklarında bitki besin maddesinin de az tutulmasına sebep olur. Bu nedenle kum toprakları genellikle fakir topraklardır. Kum topraklarını özellikleri organik madde ile iyileştirilebilir. Kimyasal gübreleri tutamadıkları için gübrelemenin etkisi kalıcı değildir.
Balçık Toprakları Kum ile kilin ve bir miktar da tozun karışması ile balçık toprakları meydana gelir. Balçık toprakları iri, orta ve ince gözeneklere sahip, aşırı süzek olmayan fakat çok ölü su tutmayan topraklardır. Bu sebeple bitkiler tarafından faydalanabilir su tutma kapasiteleri yüksek, havalanmaları yeterlidir. Balçık toprakları bitkiler için yeterli besin maddelerini tutarlar. Balçık toprakların verim gücü yüksektir. Kimyasal gübrelerin etkisi yeterli ve belli bir süre için devamlıdır.
Kil Toprakları Kil bölümünün ø<0.002 mm olduğu topraklardır. İnce çaplı kil tanecikleri arasında kalan küçük gözeneklerde suyun ve havanın hareketi güçleşmiştir. Bu nedenle kil toprakları sıkı, ısındıkları vakit havalanmaları çok güç, ısınmaları da o derece geç olan topraklardır. Genellikle süzek değildirler. Kireçli kil toprakları daha iyi havalanabilen ve suyun da belirli ölçüde sızabildiği topraklardır. Kireçsiz kil topraklarında suyun sızması genellikle engellenmiş ve su durgunlaşmış olabilir. Kil 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.
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 içyapısını oluşturan tanecikler ve parçacıklar şekillerine göre gruplandırılıp, çaplarına göre sınıflandırılırlar. Toprak tanecikleri eğer bir yapıştırıcı madde tarafından bir araya getirilmişse 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 birbirine yapışarak bağlı-masif yapıyı oluştururlar. Toprak taneciklerinin yapıştırıcı bir madde ile birbirine yapıştırılması ve parçacıkların oluşması ise birleşik yapı adını alır. Bileşik yapı; kırıntılı, topraklı, prizmalı ve levhamsı olmak üzere başlıca dört grupta toplanabilir.
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 birbirlerine yapışmadıkları için bağsız durumda bulunurlar. Buna karşılık kil topraklarının taneleri birbirine yapıştıkları için bağlı ve pek sıkı durumdadırlar. Sıkı ve pek sıkı topraklarda köklerin gelişimi fiziksel bir dirençle karşılaştığı gibi havalanma güçlükleri ve suyun durgunlaşması kökler ve diğer canlıların faaliyeti için sorun yaratır.
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 % 30 70 arasında bulunmaktadır. Kum topraklarının gözenekleri iri, fakat toplam gözenek hacmi küçüktür. Kil topraklarında ise gözenekler ince fakat toplam gözenek hacmi fazladır. Toprak gözeneklerin çapları en ince 0.2 mikrondan küçük, en kaba 75 mikrondan geniş olabilirler. Çapı 75 mikrondan büyük gözenekler yağış anında bile su ile dolu bulunmazlar. Çapı 0.2 mikrondan küçük olan gözeneklerde tutulan su ise bitkiler tarafından alınamaz.
Toprağın Özgül Ağırlığı ve Hacim Ağırlığı Toprağın özgül ağırlığı birim hacimdeki gözenek hacminin veya ince toprak ağırlığının tayini için kullanılır. Toprak suyunun ve toprakta tutulan bitki besin maddelerinin hesabında % değerlerle yeterli bilgi edinilemediği için birim hacimdeki değerle çalışmak gerekebilmektedir. Toprağın derinliği, taşlılığı, türü, organik, madde miktarı ve horizonların özellikleri hacim ağırlığı üzerinde etkilidir. Toprağın hacim ağırlığı üzerinde yükselti-iklim özelliklerinin etkisi de saptanmıştır.
Toprağın Geçirgenliği Toprak içinde suyun kolayca sızabilmesi veya sızmanın bazı güçlüklerle karşılaşıp engellenmesi toprağın geçirgenliği adı altında incelenir. Genellikle toprağın geçirgenliği toprağın türüne, organik madde miktarına, gözenekliliğine ve gözeneklerin iriliğine ve içyapısına bağlıdır. Orman topraklarında toprak üstündeki ölü örtünün bulunuşu ve organik maddenin toprağa karışmış olması toprağın geçirgenliği akımından çok önemlidir. Aynı şekilde toprak içindeki kanallar ve tüneller ile çatlak sistemi de alt toprağın geçirgenliği üzerinde önemli etki yapmaktadır. Bu nedenle orman topraklarının işlenmesi ve alt toprağın sekonder gözeneklerinin bozulması çok tehlikeli sonuçlar verir.
Toprak Suyu Toprağa giren ve toprak tarafından tutulan, gözeneklerde biriken, sızan veya buharlaşıp atmosfere geri dönen su, toprak suyu adını alır. Toprak; yağışlarla veya sulama ile gelen suyun bir kısmını emerek depo eder. Toprakta tutulan bu su, bitkilerin yetişmesini ve ekonomik faydalar sağlayacak şekilde yetiştirebilmelerini sağlayan, en önemli üretim faktörüdür.
Toprakta Suyu Tutan Kuvvetler Su toprakta adhezyon ve kohezyon kuvvetleri ile tutulur. Adhezyon katı maddelerin yüzey çekimi kuvvetleridir. Kohezyon ise su moleküllerinin birbirini çekme gücüdür. Sıcaklık arttıkça kohezyon zayıflamakta, buna karşılık sızıntı suyu artmaktadır. Suda erimiş olan tuzların anyon ve katyonları veya bu nitelikteki kimyasal bileşiklerin kökleri adhezyon ve kohezyon kuvvetleri ile tutulan su miktarının artmasına sebep olur. Bitki kökleri toprakta adhezyon ile suyu ememezler. Kohezyon ile tutulan su, bitki kökleri tarafından kohezyon gücü zayıfladığı oranda, daha kolay emilir.
Toprak Suyu Çeşitleri Toprakta suyu toprak içindeki durumuna göre birbirinden farklı çeşitlere ayrılır. Toprağa giren suyun bir kısmı toprak taneciklerinin yüzeyinde tutulduğu halde, bir kısmı küçük gözenekleri doldurur. Suyun bir bölümü ise toprağın içindeki gözenek-çatlak sistemi boyunca yerçekimi 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 veya suyun sızmasını sağlayan yerçekiminin birlikte etkileri altında toprak suyu çeşitlerine ayrılır. Bunlar: Higroskopik Su Kapillar Su Sızıntı Suyu Taban Suyu Durgun Su
Higroskopik Su Toprağın tanelerinin yüzeyinde adhezyon kuvveti ile tutulan su ile çok küçük çaplı gözeneklerde (< Ø 0.06 mikron) tutulan su higroskopik su olarak tanımlanır. Higroskopik su 50 atmosferlik bir basınçtan daha yüksek güçle tutulur. Pratik olarak toprağın hava kurusu durumunda tutmakta olduğu su higroskopik sudur. Higroskopik su miktarı toprak türüne göre farklılık gösterir. Kumlu topraklarda az, killi topraklarda ise daha fazla higroskopik su tutulur. Higroskopik su, bitkilerin alamadığı su olduğu için ölü su olarak da adlandırılır.
Kapillar Su Su ile doymuş toprakta, geniş gözeneklerdeki su sızını suyu halinde sızıp gittikten sonra iri ve orta çaplı gözeneklerde (kapilar gözenekler) tutulan su kapillar su olarak tanımlanır. Kapillar gözeneklerin çapı 0.2 0.06 mikron arasında değişmekte olup suyun bu gözeneklerde tutulma kuvveti 0.33 15 atmosfer arasındadır. Kapillar suyun miktarı toprağın tekstürüne bağlıdır. Kumlu topraklarda gözenekler büyük, killi topraklarda ise küçük olduğu için kapillar suyun tutulabilme oranı düşük iken balçık topraklarda gözenek büyüklüğü uygun olduğu için tutulabilen kapillar su miktarı fazladır..
Sızıntı Suyu Toprağaı 10 mikrondan geniş çaplı gözeneklerini dolduran su yerçekiminin etkisi ile sızar.sızıntı suyu çapı 50 mikrondan geniş gözeneklerde hızlı, çapı 50-30 mikron arasında yavaş ve çapı 30-10 mikron arasındaki gözeneklerde oldukça yavaş hareket eder. Sızıntı suyu toprakta 0.33 atmosfer basıncından daha küçük kuvvetle tutulur. Bitkiler sızıntı suyundan faydalanabilirler (vejetatif faaliyet sırasında). Ancak bu faydalanma suyun kök çevresinde sızma süresine bağlıdır.
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. Taban suyu devamlı hareket halinde olduğu gibi mevsimlere bağlı olarak toprak içinde belirli bir üst ve alt seviyeye sahiptir. Taban suyunun üst yüzeyinden itibaren su topraktaki kapillar gözeneklerde yükselir. Bu kesim kapillar saçak olarak tanımlanır. Bitki kökleri kapillar saçağa veya taban suyuna ulaştıkları taktirde bu sudan faydalanırlar.taban suyunun toprak içinde yukarıya doğru tırmanması toprağın tekstürüne bağlı olarak değişir.
Durgun Su 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 kapillarite ile üst toprağa yükselir ve buharlaşıp atmosfere geri döner. Gerek serbest oksijenin çabuk tükenmesi gerekse anaerobik ayrışma ürünleri (özellikle hidrojen sülfür) durgun su zonlarında bitki köklerinin gelişimini engeller. Bu nedenle durgun su toprakları ormancılıkta problemli topraklar olarak kabul edilir. Özellikle durgun suyun toprak yüzeyine yakın bulunuşu, bu toprakların ilkbaharda ıslak, yazın ise kuru oluşlarına ve fizyolojik derinliklerinin de sığlığına sebep olur.
Toprakta Suyun Hareketi Toprak suyu sıvı durumda toprağın gözenek ve çatlak sisteminde 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.
Toprak Suyunun Sıvı Durumda Hareketi Su toprağa girdikten ve onu doygun duruma getirdikten sonra sızıntı suyu halinde henüz doymamış kesimlere doğru hareket eder. Suyun sızıntı suyu durumundaki hareketi farklı işletme ve farklı toprak özelliklerine göre değişiklik gösterir. Sızıntı suyu sızmaya devam edip sistem dışına çıkabilir, taban suyuna veya durgun suya dönüşebilir. Suyun sıvı durumdaki hareketi genel olarak yukarıdan aşağı yerçekimi etkisinde olmakla beraber kapilar gözeneklerin etkisi ile aşağıdan yukarı veya yatay yönde de gelişebilir. Bu nedenle suyun sıvı olarak hareketini iri gözenek-çatlak sistemi boyunca ve kapillar gözeneklerde (Ø 10 2 mikron) olmak üzere ikiye ayırmak mümkündür.
Toprak Suyunun Buhar Halinde Hareketi Toprak yüzeyinin ısınması ile sıvı durumdaki su buharlaşır ve atmosfere geri döner. Kurak mıntıkalarda derinde tuz yoğunlaşmasının söz konusu olduğu topraklarda da buharlaşma zonunda tuz çökeleklerinin oluşumu gözlenir. Kurak mıntıkalarda tuz birikimi toprak yüzeyinde de görülür (Konya- Karapınar 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. Ormancılıkta da fidanlarda, kavaklıklarda, ağaçlandırma alanlarında üst toprağın işlenmesi toprak suyunun buharlaştığı çatlak sistemini kırmakta ve fidanların daha hızlı büyümelerini sağlamaktadır.
Toprak Nemi Bitki toprak 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 değerine pek yakındır. Bu nedenle higroskopik su = higroskopik nem ve kapillar su = tarla kapasitesindeki nem kavramları halinde kullanılabilmektedir. Toprak nemi üç başlıkta incelenir 1. Higroskopik nem 2. Solma sınırı (pörsüme sınırı) 3. Tarla kapasitesi
Higroskopik Nem Higroskopik nem, çapı 0.06 mikrondan küçük gözeneklerde ve 4,7 pf den (50 atmosfer) daha yüksek güçlerle tutulan toprak suyudur. Pratikte toprağın 105ºC te kurutulmasıyla hesaplanır. Kil miktarındaki artış higroskopik nem miktarının da artmasına sebep olur. Bu nedenle kum topraklarından kil topraklarına doğru higroskopik nem oranı artar. Aynı zamanda toprağın içerdiği katyonlar da higroskopik nem oranının artmasına sebep olur.
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 sınırındaki 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.
Tarla Kapasitesi Tarla kapasitesi sızıntı suyu topraktan sızıp ayrıldıktan sonra kapilar gözeneklerde tutulan suya eşdeğer nemi ifade etmektedir. Tarla kapasitesindeki nem 2,5 pf (0.33 at) lik bir güç ile tutulan suya eşdeğerdir. Yani toprakta kapillarite ile tutulan suyun üst sınırına eşdeğer nem tarla kapasitesi olarak tanımlanmaktadır. 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 olması belirtilmektedir.
Bitki Toprak Suyu İlişkileri Serbest drenajlı topraklarda; bitkiler tarla kapasitesi sınırı işe solma sınırı arasındaki kapillar gözeneklerde tutulan sudan faydalanabilirler ve bitkiler için su kapasitesi hesabı şöyle yapılır: Faydalanabilir su kapasitesi (FSK) = Tarla kapasitesi (TK) Solma sınırındaki nem (SN) Toprakta kil arttıkça tarla kapasitesi sınırındaki nem artar. Aslında bu durumda toprakta suyun daha çok tutulduğunu zannedilir ama böyle değildir. Solma sınırındaki nem miktarının killi topraklarda çok olması faydalanılabilir su kapasitesinin azalmasına neden olur. Balçık topraklarda en fazla kullanılabilir suya rastlanmaktadır. Kumlu balçık ve balçıklı kum topraklarda bu oran diğerine nazaran daha azdır.
Toprak Havası Toprak suyu tarafından doldurulmamış boş gözeneklerde bulunan hava toprak havası dır. Toprak gözenekleri yağışlı havalarda toprak suyu çok toprak gözenekliliği azdır. Yağışın az olduğu zamanlarda da bu durum tam tersidir. Toprak havası yeni kimyasal oluşumlar ve organik - anorganik maddelerin ayrışması için gereklidir. Toprak içinde yaşayan canlılar ve bitki kökleri de solunum için toprak havasına ihtiyaç duyarlar. Toprak havasının olmayışı birçok organizma ve orman ağaçlarının gelişememesine sebep olur. Toprak havası bileşimi atmosferdekinden özellikle CO2 ve O2 oranı bakımından farklıdır. Toprak havasında O2 miktarı %20, CO2 miktarı % 0.2-0.7 civarıdır. Toprakta yaşayan mikroorganizma ve bitki köklerinin solunumu organik maddelerin ayrışması toprağın CO2 ce zenginleşmesine sebep olur.
Toprağın Havalanması Toprak suyunun miktarı ve hareketi kadar toprak havasının miktarı ve hareketi de bitki gelişimi açısından oldukça önemlidir. Toprak havasının hareketsizliği, azlığı veya toprak havasındaki oksijen miktarının azalıp karbondioksit ile diğer gazların artması gerek toprağın genetik gelişimi, gerekse bitkilerin yaşaması ve verimliliği için üzerinde önemle durulması gereken özelliklerdir. Toprak havasındaki karbondioksit fazlalılığı buna karşılık oksijen azlığı, atmosferde ise karbondioksit azlığı, oksijen fazlalığı ve toprak havası ile atmosfer arasındaki sıcaklık farkları toprak ve atmosfer arasında gaz alışverişine sebep olmaktadır.
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 sıcaklığının üç kaynağı vardır. Bu kaynaklardan en etkilisi güneş enerjisidir. 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.
Toprağın Rengi Toprağın rengi, toprak oluşumu ve gelişimindeki genetik olayların önemli sonuçlarından biridir. Toprakların tanınmasında bir çok bilgiye toprağın renginden ulaşılır. Toprağa renk veren başlıca maddeler; 1. Demir bileşikleri 2. Manganez bileşikleri 3. Organik madde olarak sıralanmaktadır.ayrıca toprakta ayrışmamış durumda bulunan renkli mineraller de toprak rengini etkileyebilirler. Demir bileşikleri oluşturdukları ortamın nemliliğine ve reaksiyonuna göre çeşitli renklerde bulunurlar.
Toprağın Kimyasal Özellikleri Toprağın kimyasal özellikleri toprak oluşum ve gelişiminin incelemesi ve hükümlendirilmesi konusunda olduğu kadar toprağın bitki besleme gücünün değerlendirilmesi ve bu gücün artırılması konusunda önemlidir. Fiziksel özelliği iyi olan topraklarda yeterli bir bitki kök sistemi gelişmesi söz konusudur. Ancak bu topraklar bitki besin maddesince fakir ise yeterli bir ürün elde edilemez. Öte yandan toprağın işlenmesi ve gübrelenmesi veya ormancılıkta uygulanan birçok orman yetiştirme ve orman bakımı işlemleri toprağın kimyasal özellikleri üzerinde de etkiler yapmaktadır. Bu etkilerin toprağın fiziksel özelliklerini olduğu kadar kimyasal özelliklerini de iyileştirici yönde olması, toprağın verim gücünü azaltmayıp çoğaltması gerekmektedir.
Toprağın İyonları Tutma (Adsorpsiyon) Özelliği ve Sebepleri Toprakta bulunan kil, organik madde ve oksitlerin iyonları tutma özellikleri vardır. Toprağın iyonları tutması geniş yüzeylerde ve elektriksel güçlerin etkisi ile mümkün olur. Toprak iyonlar arasında en çok katyonları tutabilir (kil minerallerinin negatif yükü). Bazı anyonlarda toprak tarafından tutulabilmektedir (kil minerallerinin kırık yüzeylerindeki + yükler). Toprakta iyon tutabilen kil + oksitler + organik madde birliği toprağın katyon değişim kompleksi veya toprağın kolloid kompleksi olarak tanımlanır. Toprakta iyonlar toprak suyunun da bulunduğu ortamda toprak suyu ile toprağın kolloid kompleksi arasında alınıp verilir.bu alışverişte toprak suyuna geçen iyona eşdeğer bir iyonun toprağın kolloid kompleksine verilmesi gerekmektedir.
Toprağın kolloid kompleksi ile toprak suyu arasındaki iyon değişiminin 5 temel kaidesi 1. Toprak en çok katyonları tutar, anyonlardan sadece fosfat iyonları tutulur. 2.Toprak bir çözeltiden bir katyonu alıp bağladığında (adsorbsiyon) o çözeltiye eşdeğer miktarda (équivalent) başka bir katyon verir (desorpsion). 3.Bu iyon değişim olayı kısa zamanda olur. 4.İyon değişim olayları topraktaki kolloid maddelerin cinsine ve miktarına bağlıdır. 5.İyon değişim olayları tersinir reaksiyondadır.
Toprakta Katyon Değişimi Toprağın kimyasal özelliklerinden en önemlisi katyon değişimi olayıdır. Toprak suyunda bulunan katyonlar ve bunların toprağın kolloid kompleksi tarafından tutulması toprağın fiziksel özelliklerine ve kimyasal özelliklerine bağlıdır. Ancak bu katyonlar da; toprağın iç yapısını (kırıntılılık ve masif yapı), toprağın su ve hava ekonomisini, toprağın biyolojik aktivitesini, toprağın reaksiyonunu ve bütün bunlarında katkısı ile toprağın genetik gelişimini etkilerler. Toprak kolloid kompleksinin katyonları tutması sızıntı suyu ile katyonların yıkanıp ortam dışına çıkmasını engeller.
Katyon Değişiminin Esasları Değiştirilebilir katyonlar toprak kolloidleri tarafından toprak suyundaki katyonlarla değiştirilebilir durumda tutulmaktadırlar. Toprakta tuzlar halinde bağlı olan (klorürler, nitratlar, karbonatlar, sülfatlar gibi) katyonlar değiştirilebilir katyonlardan sayılmazlar. Bu katyonlar toprak suyunda çözünebilen tuzların katyonlarıdır.
Değiştirilebilir katyonlar, kolay ve güç değiştirilebilir katyonlar olarak iki grupta toplanırlar. Kolay değiştirilebilir katyonlar toprak kolloidleri ile toprak suyunun hemen alışverişte bulunabildiği katyonlardır. Güç değiştirilebilir katyonlar ise su alınca şişmeyen kil minerallerinin yaprakçıkları arasında tutulmuş olan katyonlardır. Bu katyonlar özellikle potasyum ve amonyumdur. Kil minerallerinin ve diğer minerallerin kristal yapılarında bağlı olan katyonlar değiştirilebilir ve suda çözünebilir katyonlar değillerdir. Toprakta değiştirilebilir katyonların miktarı toprağın katyon değişim kapasitesine ve reaksiyonuna bağlıdır. Toprağın katyon değişim kapasitesi ise toprak kolloidlerinin miktarına ve cinsine bağlıdır.
Toprağın Katyon Değişim Kapasitesi ve Baz Doygunluğu Toprağın (ve özellikle toprak kolloidlerinin) tutabilecekleri katyonların toplam miktarına eşdeğer kapasiteye (toprağın katyon değişim kapasitesi denir. Katyonlarca doyurulmuş olan katyon değişim kapasitesi kısmının (S), tüm katyon değişim kapasitesine (T) oranı toprağın baz doygunluğunu (%V) verir. Yani; V=(S/T)X100 dür. Toprakların katyon değişim kapasiteleri ve baz doygunlukları toprağın oluştuğu anakayaya, toprağın içindeki kil ve organik maddenin miktarına, iklim özelliklerine, toprağın genetik gelişim safhasına (toprak tipi), toprak horizonlarına ve toprak işlemesi ile gübrelemelere bağlı olarak değişiklik gösterir.
Toprakta Anyon Değişimi Toprak kolloidleri pozitif yüklü kısımlarında (kil mineralleri) veya pozitif yüklü durumlarda (oksitler ve organik kolloidler) anyonlarıda değiştirilebilir halde tutarlar. Ancak toprak kolloidlerinin tutabildiği anyon miktarı pek azdır. Bu nedenle toprağın iyon değişim kapasitesi katyon değişim kapasitesi olarak anılır. Anyonlar arasında en çok fosfat anyonu tutulur. Buna karşılık sülfat, klor ve nitrat anyonları pek az tutulabilir.
Toprak Reaksiyonu Toprak çözeltisinin asit veya alkali reaksiyonda oluşu toprak reaksiyonu olarak tanımlanır. Toprak reaksiyonu ph terimi ile ifade edilir. Toprak reaksiyonu, toprağın kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerinden olduğu kadar toprağın oluşum ve gelişimini etkileyen yeryüzü şekli, iklim, anakaya ve canlılar gibi faktörlerin de kontrolü altındadır. Toprak reaksiyonu bir yandan toprakların genetik gelişimi üzerinde, bir yandan da toprakların kimyasal ve fiziksel özellikleri hakkında bilgi edinmemizi sağlamaktadır. Topraktaki bir çok kimyasal ve fiziksel oluşum ve gelişim olayları ile toprakların verimliliği ve bitkilerin yayılmaları, bitki toplumlarının tür bileşimi toprağın reaksiyonundan önemle etkilenir.
Toprak Reaksiyonunun Tanımı ve İfadesi Toprak reaksiyonu toprak suyundaki hidrojen iyonlarının yoğunluğu ile ölçülür. Toprak tarafından tutulan değiştirilebilir hidrojen iyonlarının bir kısmı toprak suyuna geçer. Bu nedenle toprağın tüm asitliği, katyon değişim asitliği ve toprağın aktüel asitliği, yani ph sı (toprak reaksiyonu) birbirinden farklı kavramlardır. Toprağın Aktüel Asitliği Toprağın aktüel asitliği yağış sularının toprağa girmesi ve onu ıslatması sonucunda toprak kolloidlerinin tutmuş olduğu değiştirilebilir H+ iyonlarından toprak suyuna geçen miktarının ifadesi için kullanılır. Laboratuarda hava kurusu toprağın saf su ile karıştırılıp 24 saat kadar bekletilmesi ile suya geçen H+ iyonları miktarı aktüel asitlik olarak ölçülür. Uygulamada toprak reaksiyonu veya ph olarak kullanılan toprak asitliği bu aktüel asitliktir.
Katyon Değişim Asitliği (Potansiyel Asitlik) Toprak eğer bir tuz çözeltisi ile muamele edilirse çözeltideki katyonlar toprak kolloidleri tarafından tutulan H+ iyonları ile yer değiştirir. Toprak suyuna çıkan H+ iyonlarının miktarı toprağın katyon değişim asitliği veya potansiyel asitlik olarak isimlendirilir. Laboratuvarda katyon değişim asitliği normal KCl (veya 0,1 N KCl ) çözeltisi ile toprağı ıslatmak ve 24 saat kadar bekledikten sonra H+ iyonları miktarını ölçmek yolu ile belirlenir. Toprağın katyon değişim asitliği aktüel asitlikten daha düşüktür. Aradaki fark yaklaşık 1 ph derecesi kadardır.
Toprağın Tüm Asitliği (Toplam Değiştirilebilir H+ Miktarı) Toprağın tüm asitliği ile toprak kolloidleri tarafından tutulmuş olan H+ iyonlarının toplamı ifade edilir. Diğer bir tanımlama ile toprağın katyon değişim kapasitesinde katyonlar tarafından doyurulamamış olan kapasite ( baz doygunluğu açığı) toprağın tüm asitliği olarak anlaşılmaktadır. Toprağın tüm asitliğinin tayini için toprağın tuz çözeltisi ile birkaç defa muamele edilmesi gerekmektedir. Böylece toprak kolloidleri tarafından tutulan H+ iyonlarının tamamı tuz çözeltisindeki katyonlarla yerdeğiştirmiş olurlar. Toprağın tüm asitliği uygulamada toprak reaksiyonu olarak değil baz doygunluk açığı olarak kullanılır H+ iyonu miktarı me/100g olarak ifade edilir.
Toprağın Tampon Etkisi Aşırı ph değişikliklerine karşı toprağı gösterdiği reaksiyon toprağın tampon etkisi olarak tanımlanır. Toprağa verilen gübreler, asit yağışların getirdiği asit grupları, ölü örtünün ayrışma ürünlerinin sızıntı suyu ile toprağın derinliklerine taşınması toprak suyunda H+ iyonlarının veya kireç eklendiğinde OH- iyonlarının artmasına sebep olur. Toprak suyundaki bu H+ veya OH- iyonu artışı toprak kolloidlerinde değiştirilebilir durumda tutulan katyonlar tarafından nötrleştirilir. Toprağın asitleşmeye karşı tampon etkisi baz doygunluk oranının yüksekliğine bağlı olarak artar. Toprak kolloidlerinin katyonlar tarafından doyurulmuş olması durumunda toprak suyundaki yüksek miktardaki H+ iyonları (asit etkisi) bu katyonlarla yer değiştirir ve toprak suyunun asitliği giderilir. Toprak kolloidlerinin doygunluk oranının düşüklüğü kolloidlerde H+ iyonunun fazla bağlandığını ifade eder. Bu tür toprakların (asit topraklar) toprak suyundaki H+ iyonu artışına karşı tampon etkisi daha zayıf olur.
5. TOPRAKTA BİTKİ BESİN MADDELERİ Topraktaki bitki besin maddelerinin önemli bölümü anakayadan (veya anamateryalden) toprağa intikal eden minerallerin ayrışması sonucunda serbest kalan iyonlardır. Organik madde topraktaki bitki besin maddelerinin diğer bir kaynağıdır. Toprağa ayrıca taban suyu, yağışlar ve gübreleme ile de bitki besin maddeleri katılmaktadır. Bitki küllerinde 51 elementin bulunduğu tespit edilmiştir. Genel olarak bitkilerde kuru maddenin % 95 ini C, H, O ve N oluşturmaktadır. P, S, K, Ca, Mg ile Si, Al, Na ve Cl kuru maddenin ancak % 4 ünü oluşturmaktadır. Geri kalan % 1 lik bölümünde ise diğer elementler yer almaktadır. Topraktan alınan bitki besin maddelerinden N, P, S, Ca, Mg, K gibi çok miktarda alınanlar makro elementler, Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl gibi az miktarda alınanla mikro elementler olarak isimlendirilirler. Bitkiler besin maddelerini anyon ve katyon halinde alabildikleri gibi bir kısmını da moleküller halinde alırlar.
Azot Toprağın anakayasında ve anakayadan gelen anaorganik anamateryalde azot bileşikleri yoktur. Toprakta azotun esas kaynağı esas itibariyle organik materyaldir. Ayrıca yağışlarla havadan toprağa ulaşan NOx gazları ve azot asitleri ile diğer azot bileşikleri de topraktaki azotun kaynağıdırlar. Endüstri etkisi altındaki bölgelerde havadan gelen azot bileşiklerinin miktarı daha da fazladır.
Topraktaki Azot ile Bitki Arasındaki İlişkiler Azot birçok organik maddenin bileşimine önemli ölçüde katıldığı gibi madde değişimi ve büyüme ilişkilerinide önemle etkilemektedir. Bir yandan proteinlerin (aminoasitler ve amidler), öte yandan klorofilin sentezinde azotun etkisi pek yüksektir. Köklerin solunumunda, çiçeklenmenin zamanında gerçekleşmesinde, meyvanın (tohumun) oluşmasında ve olgunlaşmasında azotun rolü çok önemlidir. Azotça iyi beslenen ağaçların zararlılara karşı direncide artmaktadır.
Azotun topraktan doğrudan alınabilmesi birçok bitki için mümkün değildir. Özellikle koniferlerin topraktan azotu almasına mikoriza mantarı aracı olmaktadır. Koniferlerden başka yapraklılardan meşe, kayın, gürgen, dişbudak, ıhlamur ve huş da mikoriza aracılığı ile topraktaki azotu alabilmektedirler. Mikoriza bitkiden karbonhidrat almaktadır. Buna karşın mikoriza topraktan sadece azotun değil aynı zamanda fosfor ve potasyumun da bitkiye geçmesini sağlamaktadır. Mikorizanın bitki kökleri ile yaşama birliği oluşturması özellikle ağaçlandırma alanlarında fidanların daha hızlı büyümesini sağlamaktadır. Toprağın reaksiyonunun 7.5 ph dan daha yukarı çıkması mikoriza üzerinde olumsuz etki yapmaktadır.
Fosfor Toprakta fosforun kaynağı apatit mineralidir. Toprağın oluştuğu anakayaların türüne ve mineralojik yapılarına göre fosfor miktarı da değişmektedir. Genel olarak kuvarsitler, fillitler ve mikaşistler gibi kristalin şistler az miktarda fosfor içerdikleri halde bazalt ve benzeri bazik erüptif kayalardaki fosfor miktarı daha fazladır. Fosforun organik madde miktarına bağlılığı fazladır. Orman topraklarında organik maddenin bol bulunduğu Ah-fosfor miktarı da yüksektir.
Bitkiler İçin Fosforun Önemi ve Alınışı Fosfor bitkideki birçok organik bileşiklerin temel elementini oluşturmaktadır. Fosfor aynı zamanda bitki içindeki madde dolaşım ve değişimi ile enerji bilânçosunda da önemli etkiler yapar. Fosfor eksikliği bitkideki azot miktarını ve bitkide azotun bağlanış şeklini önemle etkilemektedir. Bitkiler toprak suyundan fosforu H2PO4- veya HPO4-2 anyonları halinde alabilmektedirler. Topraktaki organik fosfor bileşikleri köklerin salgıları ile ayrışmakta ve bitkiler organik fosforu böylece alabilmektedirler. Fosforun bitki tarafından alınışında Mg+2 iyonunun taşıyıcı bir görev yaptığı ve fosforun alımını kolaylaştırdığı bilinmektedir.
Kükürt Kükürt primer olarak bazik eruptif taşlarda Fe2S ve bakır, nikel sülfitler halinde bulunur. Tortul taşlarda veya metaryallerde yerine göre anhidrit (CaSO4) veya jips (CaSO4. 2H2O), tuzlu tortullarda (deniz tortullarında) CaSO4 + MgSO4 bileşimlerinde bulunur. Kükürt genellikle yağışlı bölgelerde topraktan kolay yıkandığı için anorganik formda az miktarda bulunur. Nemli bölgelerde kükürdün bulunuşu organik maddeye bağlıdır. Bu nedenle orman topraklarında kükürt miktarı üst toprak kesiminde daha fazladır (yıllık yaprak dökümüne bağlı olarak). Toprakta organik karbon ile kükürt oranı ( C/S ) 100-150 arasında bulunmaktadır. Bitkiler kükürdün önemli bir kısmını yapraktan almaktadırlar. Topraktan kükürt SO4 iyonları halinde alınmaktadır. Kükürt bitkilerde aminoasitlerin ve proteinlerin sentezinde önemle etkili olup bunların bileşiminde yer almaktadır. Bitkilerde yumurta akı maddelerinde, birçok mayanın bileşiminde ve B1 (Thamin) ile H (Biotin) vitaminlerinde kükürt önemli miktarda bulunmaktadır.
Potasyum Potasyum en fazla potasyumlu feldispatlar (ortoklas ve mikrolin) ile mikalar (muskovit ve biotit) gibi minerallerde ve illit,vermiküllit, gloukonitgibi kil minerallerinde bulunmaktadır. Toprakta minerallere bağlı olan potasyumun (Kt) miktarı ana kayanın mineralojik bileşimine göre değişebilmektedir. Toprağın değiştirilebilir potasyum miktarı (K+)ise ana kayanın mineralojik bileşiminden çok toprağın kolloid madde miktarına ve toprak horizonlarına göre değişir. Değiştirilebilir potasyum (K+) miktarı tüm potasyumun küçük bir bölümüdür. Toprakta değiştirilebilir potasyum ile değiştirilebilir kalsiyum iyonları arasında karşılıklı bir denge vardır. Fazla miktarda kalsiyum varlığında potasyumun bitkiler tarafından alınması zorlaşmaktadır. Potasyum bitkide bir iyon olarak etki yapar. Özellikle hücre özsuyunun ve dolayısı ile bitkinin su dengesini sağlaması kuraklığa karşı dayanma gücünü arttırır. Potasyumun toprakta yeterli bulunması ve yeterince alınabilmesi yaz kuraklığının atlatılmasında ve donlara karşı dayanıklılıkta olumlu etkiler yapmaktadır. Potasyum fotesentez olayında olduğu kadar bitki içindeki mayaların aktifleştirilmesinde, madde oluşum ve değişimlerinde de vazgeçilmez bir bitki besin maddesidir.
Sodyum Toprakta sodyum, değiştirilebilir katyon durumunda veya sodyumun suda çözünebilir tuzları halinde (Na2CO3, Na2SO4, NaCl gibi ) bulunur. Suda çözünemeyen tüm sodyum miktarı anakayanın mineralojik bileşimine veya tuzlu sularda tortullaşmış olup olmamasına bağlıdır. Ayrışma sonucunda serbest kalan sodyum katyonları yağış suları ile yıkanıp giderler. Bu nedenle asit ve nötr reaksiyonlu topraklarda değiştirilebilir sodyum katyonunun tüm sodyum katyonundan pek az olduğu bulunmuştur. Toprakta az miktarda sodyumun bulunması bitkiler için zararlı bir etki yapmamaktadır. Bazı bitkiler için sodyum potasyumun görevini de üstlenmekte ve bitki besin maddesi olarak sayılmaktadır. Sodyumun toprakta yüksek miktarda bulunması halinde diğer katyonlar alınamamakta ve sodyum zehir etkisi yapmaktadır. Ayrıca sodyum çok şiddetli hidratlandığı için bitki köklerinde veya kök çevresinde sodyum toplanması köklerin su alımını engellemektedir. Topraktaki değiştirilebilir sodyum (Na+) ve bunun orman ağaçları tarafından alınan miktarı iklimin nemliliğindeki artışa paralel olarak azalma göstermektedir.
Kalsiyum Kalsiyum, erüptif kayalardaki primer minerallerden, kireçli tortul kayalarla gevşek materyallerden ve kalk şistler gibi başkalaşım kayalarından toprağa intikal eder. Gerek ölü örtünün ayrışmasında, gerekse toprak içindeki mikrobiyolojik olaylarda kalsiyum çok önemli bir katyondur. Kalsiyum bitkilerin beslenmesi bakımından da vazgeçilmez bir yapı taşıdır. Kalsiyumun bitki beslenmesi ve topraktaki mikrobiyolojik faaliyetler üzerindeki doğrudan ve dolaylı etkileri onu en önemli bitki besin maddelerinden biri yapmıştır. Kalsiyum eksikliği kök gelişimi üzerinde olumsuz etki yapmaktadır. Toprakta yeterli Ca bulunmaması H iyonlarının tamponlanamamasına ve toprak suyu ile kolloidlerinde Al ve Mn iyonlarının artarak bitkiler üzerinde zehir etkisi yapmalarına sebep olmaktadır. Kalsiyum fazlalığı toprakta diğer katyonların (özellikle, Mg gibi) alınmasını engelleyebilmektedir. Özellikle kirece karşı hassas bitkilerin kireçli topraklara dikilmesi bu bitkilerde kloroza yol açmaktadır.
Mağnezyum Mağnezyumun kaynağı biyotit, ojit, hornblende, olivin, serpantin, klorit, dolomit gibi minerallerdir.toprakta mağnezyum anakayanın minerolojikbileşimine göre çeşitli miktarlarda bulunur. Mağnezyumun topraktan yıkanıp gitmesi Na ve K dan daha güç ve yavaş,fakat Ca dan daha hızlıdır. Serpantinlerden ve kloritçe zengin olan Klorit şistlerden oluşan topraklarda Mg fazla bulunmakta ve bitki gelişimini olumsuz yönde etkilemektedir. Mağnezyum bitkide mayaların etkilediği birçok oluşum ve değişimler için gereklidir. Azot bileşiklerinin oluşumu ve bitkinin fosfat alımı ile fosfatların bitki içinde taşınması olayları da mağnezyum tarafından etkilenir. Klorofilin merkezinde Mg iyonu bulunmaktadır. Klorofilin sentezi ve asimilasyon olayları mağnezyumun önemle etkisi altındadır. Mağnezyum eksikliğinde bitkilerde asimilasyon ve sentez faaliyetlerinde önemli eksiklikler görülmektedir. Toprakta mağnezyumun fazlalığı diğer katyonların azlığına ve iyon dengesizliğine ve dolayısı ile de verimsizliğe sebep olmaktadır.