VEZİRKÖPRÜ MESLEK YÜKSEKOKULU ORMANCILIK BÖLÜMÜ / ORMANCILIK VE ORMAN ÜRÜNLERİ PROGRAMI ORP106-ORMAN EKOLOJİSİ Öğr. Gör. Seçil YILDIRIM
TOPRAK VE TOPRAĞIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ-I ORP106-ORMAN EKOLOJİSİ Hafta- 10
Toprak Havası ve Toprağın Havalanmasına Ait Karşılıklı İlişkiler Toprak içindeki boşluklar (gözenekler) su ve hava tarafından bölüşülmektedir. Bu nedenle bir toprağın artan nem miktarına paralel olarak havası azalır. Nem miktarı, tarla nem kapasitesinde olan bir toprak en azından % 10 15 arasında havaya sahip ise bu toprakta havalanma iyi olarak tanımlanabilir. Tarla kapasitesindeki bir toprağın sahip olduğu hava miktarına o toprağın hava kapasitesi denir. Kum topraklarında % 30 40, toz ve balçık topraklarında % 10-25, kil topraklarında % 5 15 ve daha az. Bitkilerin gelişimi için topraktaki hava miktarı kadar, havanın bileşimi de önemlidir. Toprak canlıların yaşayabilmesi için yüksek karbondioksit konsantrasyonuna sahip bu toprak havasının, O 2 bakımından zengin atmosfer havasıyla yer değiştirmesi gerekir. Bu olaya toprak havalanması denir. Toprak havalanması rüzgar, hava basıncı değişimi, nem değişimi ve diffuzyon olayları yardımıyla olur. Toprak havasında karbondioksit konsantrasyonu özellikle derinlerde % 1-4, hatta bazen % 8-13 kadar yükselebilmektedir. Topraktaki % 1 oranındaki karbondioksit konsantrasyonu normal havalanmanın alt sınırı olarak kabul edilmektedir.
Birçok bitkilerin gelişimi % 1 karbondioksit konsantrasyonun da yavaşlamaktadır. Bu oran % 8-10 çıktığında bitki köklerine zehir etkisi yapmaktadır. Fakat bazı mantar ve bakteriler çok yüksek karbondioksit konsantrasyonunda zarar görmeden yaşayabilmektedirler. Genel olarak toprak havasının O 2 konsantrasyonu % 10 a düşünceye kadar bitki kökleri bundan herhangi bir zarar görmezler. Oksijen konsantrasyonu % 3 e düşünce kök büyümesi tamamen durur. Hydrophyt denilen su bitkileri, az oksijen ile yaşamağa o derece alışmışlardır ki iyi drenajlı topraklara kıyasla su içinde daha iyi yetişirler.
Yetersiz havalanma koşullarında toprakta meydana gelecek zararlı sonuçlar şu şekilde özetlenebilir : 1. Aerobik mikrofloranın (nitrat oluşturan, azot bağlayan bakteriler ve kükürt bakterileri gibi) ve toprak hayvanlarının aktivitesi sınırlanır. Bunlar zehirli maddeler salgılamaya başlar. 2. Bitki kökleri kıt oksijen koşulları altında anaerobik solunum yaparlar, Bu koşullarda bitki özsuyunun ph derecesi düşer, plazmanın geçirgenliği azalır. Bunun sonucunda da su ve besin maddeleri alma gücü azalır; transpirasyon yavaşlar. Kök gelişimi, dallanması azalır, dokuların yapısı değişir. 3. Kökler CO 2 yanında formik asit, asetik asit, okzalik asit gibi organik asitler salgılamaya başlar, bunlarda zehir etkisi yapar.
4) Oksijen kıtlığında özellikle Ca, Mn ve Fe bitkiler tarafından alınamaz; böylece bazı beslenme noksanlıkları meydana gelir. 5) Bu topraklarda denitrifikasyonla azot kaybı da meydana gelir. 6) Oksijen azalıp karbondioksit artınca, bu gaz zehir etkisi yapar, ayrıca CO 2, kimyasal reaksiyonlara girerek demir ve manganez bikarbonat bileşikleri oluşturur. İyi bir kırıntılı toprak yapısı ve buna baplı olarak gevşek istiflenme, bol miktarda orta ve kaba gözenek, kök yayılış alanına kadar gelmeyen durgun su veya taban suyu, diffuzyon hızının engellenmemesi gibi koşullar iyi bir toprak havalanmasını sağlayabilir.
Toprak Suyu ve Toprak Suyuna Ait Karşılıklı İlişkiler Yüksek enlem dereceleri ile yüksek dağ bölgelerinde bitkilerin yayılış ve gelişimini sınırlayan ekolojik faktör genellikle sıcaklıktır. Buna karşılık alçak yerler ile sıcak iklim bölgelerinde sınırlayıcı faktör olarak sıcaklığın yerini toprak nemi alır. Bütün canlılarda olduğu gibi bitkilerde de susuz yaşam olmaz kuralı geçerlidir. Suyun Bitkiler İçin Önemi Su, bitki yapısını oluşturan önemli bir madde olması, bitki beslenme ve organik madde üretimini sağlaması, birçok biyokimyasal olayın temelini oluşturması bakımından bitkiler için son derece önemlidir. Bilindiği üzere suyun bitki hayatındaki oynadığı roller ekolojik ve fizyolojik olarak ikiye ayrılabilir.
1. Suyun Ekolojik Önemi Su faktörü çeşitli vejetasyon tiplerinin dünya üzerindeki yayılışında büyük bir etkiye sahip olduğu gibi, gümrah bir gelişim olup olmamasını da dikte ettiren bir faktördür. Gerçekten yağışın bol olduğu ve mevsimlere düzenli dağıldığı bölgelerde çok iyi gelişmiş bitki toplumları vardır. Karadeniz kıyı ormanları suyun bitkiler üzerindeki ekolojik önemini kanıtlayan tipik örneklerdir. Serin bölgelerde miktarı az bile olsa yağışın etkenliği çoktur ve buralarda orman yetişebilmektedir. Onun içindir ki yüksek enlem derecelerinde çok az yağış alan yerlerde bile orman yetişebilmektedir. 2. Suyun Fizyolojik Önemi Bitkilerde ki her fizyolojik olay doğrudan doğruya yada dolaylı olarak su temini ile ilişkilidir. Bitkinin topraktan besin maddelerini alabilmesi ve bunu asimilasyon organlarına kadar taşıyabilmesi yine suyun varlığı ile sağlanabilmektedir. Yaprakların fotosentez yapabilmesi için gerekli temel elemanlardan biride yine sudur. Ayrıca besin maddeleri çözündürücüsü ve bitki içerisindeki taşıyıcısı, fotosentez için mutlak surette gerekli bir hammaddedir.
Suyun Toprakta Tutulması ve Toprak Nemi Çeşitleri Bitkilerin topraktaki sudan yararlanabilmeleri, su miktarına bağlı olmakla beraber, su miktarı bu hususta rol oynayan tek faktör değildir. 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.
Higroskopik nem: Higroskopik nem çok küçük gözeneklerde 31 atmosfer basınçtan daha yüksek güçle tutulan toprak suyudur. Pratik olarak 105 C de toprağın tutmakta olduğu 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 C de kurutulmuş toprak için verilir. Solma sınırı: Bitki kökleri en fazla 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. 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.
Yaralanılabilir su miktarı: Bitkiler tarla kapasitesi sınırı (0.33 atmosfer) ile solma sınırı (15 atmosfer) arasında kapillar gözeneklerde (0.2 10 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 Su miktarı (FSK) = Tarla kapasitesi sınırındaki nem (TK) - Solma sınırındaki nem (SN)
Toprağın nem miktarı üzerinde etkili olan faktörler Yağışların etkisi: Toprak neminin başlıca gelir kaynağı olan yağışların miktarı ve mevsimlere dağılışı ekolojik bakımdan büyük önem taşır. Ülkemiz dünya üzerinde az yağışlı iklim kuşaklarına girmektedir. Fakat topoğrafik faktörler ve nem getiren rüzgarların yönüne göre Türkiye de yağış miktarı bölge bölge çok değişir. Örneğin Rize 2357 mm ortalama yıllık yağış ile en yağışlı bölgeyi temsil ederken, en aza yağış Iğdır civarına düşmekte olup yıllık miktarı 251 mm dir. Ülkemiz genel yüzölçümünün %16 sı yılda 400 mm den az, %27 si 400-600 mm, %57 si 600 mm. nin üzerinde yağış alır. Bu sayısal değerlerden anlaşılacağı üzere yıllık yağış toplamının çok az olduğu bölgelerin oranı o kadar çok değildir. Fakat buna karşılık yağışların mevsimlere dağılışı bitkiler için elverişsizdir. Ülkemiz yüzölçümünün yarısına yakın kısmı yazın 50 mm den az yağış almaktadır. Bu sayısal değerlerden anlaşılmaktadır ki, yaz kuraklığı Türkiye için önemli bir problemdir. Onun içindir ki bitkiler yazın harcayacakları suyu ancak kış ve ilkbahar yağışlarından toprakta biriktirilmiş olan sudan karşılamak zorunluluğundadır. Toprak neminin kaynağı olan yağışlar üzerinde etkili olan enlem derecesi, nem getiren rüzgarların yönü ve arazinin bakısı, soğuk ve sıcak su akıntıları gibi faktörlerin yanı sıra ormanların da etkisi söz konusudur.
Ormanların Yağış Miktarı Üzerine Etkisi Ormanların yağış oluşumuna ve miktarına etki yapıp yapmadığı eskiden beri tartışılan bir konudur. Geçen yüzyılda ormanlı ve ormansız sahalarda yapılan araştırmalarda orman varlığının yağış arttırdığı sonucuna varılmıştır. Ancak son zamanlarda yapılan araştırmalardan anlaşıldığına göre ormanın yağış oluşumuna ve miktarına yaptığı etki önemli değildir. Yağış atmosferdeki su buharının yoğunlaşması ile meydana gelir, bu ise orman ağaçlarının erişebileceği yüksekliğin çok yukarılarında olur. Çok yükseklerdeki sıcaklık ve basınç ilişkilerine bağlı olarak yağış oluşur. Onun için ormanın yağış oluşumuna etkisi bu faktörlere kıyasla ikinci derecede kalır. Durgun ve geniş bir hava kitlesine çarpan yoğunlaşmış nem taşıyan hava, nemin bir kısmını bırakmak zorunda kalır. Böylece orman, bazı koşullar altında kendi sahasında yağışların miktarını bir parça yükseltebilir.
Ormanların yağışlar üzerindeki etkisini inceleyebilmek için iki yol vardır: 1) Gittikçe tahrip olan bir orman sahasında yapılan devamlı yağış ölçmeleri. Böylece, değişen orman varlığının yağış miktarı üzerinde etkili olup olmadığı meydana çıkar. 2) Orman içinde ve civarında kurulmuş ölçme istasyonları ile yapılan araştırmalar. Bakı, denizden uzaklık, yükseklik ve rüzgar yönü gibi faktörler yağış miktarı üzerinde etkili olduğundan, karşılaştırmalı istasyonların bu etkenler bakımından benzer yerlerde kurulması gerekir. Ormanların bir yere düşen yağış miktarını arttırma nedenleri ise şu şekilde açıklanabilir: 1) Ormana çarpan havanın bu engeli yükselterek aşması ve bu anda daha da soğuması, bunun sonucunda bir miktar hava neminin yoğunlaşarak yağışa dönüşmesi, 2) Ormanın düz olmayan tepe çatısının hava ile sürtünmesi sonucunda meydana gelen yoğunlaşma, 3) Üstündeki havanın bilhassa geceleri daha serin oluşundan ve sürtünmeden dolayı ormanın, özellikle sis yağışları ile toprağa fazla su kazandırmasıdır.
Yüzeysel Akış Gerçekten yağış sularının bir kısmı toprağın içine girmeden yüzeyden eğim yönünde akarak derelere, ırmaklara ve oradan da göl ve denizlere karışır. Yüzeyden akış üzerinde çeşitli faktörler etkili olup, en önemlileri yağış şiddeti, arazi yüzü şekli, toprak özellikleri ve bitki örtüsüdür. Sakin ve uzun süreli yağışlardan toprağın su kazancı daha yüksek olmakta, böylelikle yüzeysel akışta azalmaktadır. Arazi yüzü şekillerinden özellikle dik eğimli yamaçlarda yüzeysel akış çok olmaktadır. Ayrıca arazi yüzü düz olan yamaçlar daha fazla yüzeysel akışa sahiptir. Toprak özellikleri açısından ise; tekstür, strüktür, nem miktarı, sıcaklığı, organik madde miktarı önemli etkilere sahiptir. Toprak ne kadar kaba tekstürlü ise yüzeyden akış o kadar az olur. Kırıntılı bir strüktüre sahip gevşek oturmuş topraklarda da yüzeyden akış azdır. Toprağın nem miktarı ekstrem durumlarda, yani çok kuru veya çok yaş ise her iki durumda da yüzeyden akış yüksektir. Eğer toprak donmuş ise eriyen karlardan veya yağış sularından toprak yüzeyine gelen kısım, toprak içine girmeden yüzeysel akışa geçer. Toprak üzerinde ölü diri örtünün bulunuşu da yüzeyden akışı azaltmaktadır.
Ormanlar toprak yüzünü ölü örtü ile örterler. Bu ölü örtü üst toprağı kırıntılı ve geçirgen bir duruma getirir. Ayrıca ölü örtü mevcudiyeti ile hem suyu sünger gibi emerek yüzeysel akış hızını yavaşlatır, hem de yağmur tanelerinin doğrudan doğruya mineral toprak yüzüne vurarak sertleşmesini engeller. Bütün bu etkiler sonucunda yüzeyden akış yavaşlar, toprağa sızan su artar. Eğimli arazideki sık orman ağaçlarına ait gövde ve kökler yüzeysel akışı mekanik olarak yavaşlatır, toprağa sızan suyu arttırır. Elmalı baraj havzasında yapılan bir araştırmada benzer arazi ve toprak özelliklerine sahip çıplak arazi, çayır arazisi, ve orman arazisinde meydana gelen yüzeysel akış karşılaştırılmış ve şu sonuçlar bulunmuştur: Dış Toprak Hali Yüzeysel akış (Yağışın % si olarak) Çıplak %56 Çayır %36 Orman %18
İntersepsiyon Toprak nemi üzerinde etkili faktörlerden biri de intersepsiyondur. Bitkilerin toprak üstü kısımlarınca tutulan yağış sularının bir kısmının buharlaşarak tekrar atmosfere karışması olayına intersepsiyon denir. Gerçekten çeşitli bitkilerin, özellikle ormanların tepe çatısına düşen yağışın bir kısmı ağaçların dal ve yaprakları tarafından tutulur, bütün dal, yaprak ve gövde kısımları iyice ıslandıktan sonra arta kalan yağış suları dal ve yapraklardan damlamak, gövdeden akmak suretiyle toprağa varır. İntersepsiyonla kayba uğrayan yağış miktarını bulmak için ormanın tepe çatısının üstüne gelen yağış miktarı ile orman toprağının üzerine ulaşmış yağış miktarını bulmak gerekir.
İntersepsiyon açık alana veya meşcere tepe çatısının üstüne düşen yağışın % si olarak ifade edilir. Yani bir ormanda intersepsiyon % 25 denince, ormanın tepe çatısına düşen yağışın ancak % 75 i orman toprağının yüzeyine varabiliyor demektir. Yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçlara göre intersepsiyon miktarı çeşitli faktörlere göre değişmektedir. Bu faktörlerin başlıcaları şunlardır : vejetasyon tipleri (orman, çalı, çayır vb.), bitki türleri veya cinsleri ( çam, ladin, kayın vb.), bitki topluluklarının yapısı ( gevşek veya sıkı bir örtü meydana getirmeleri ), yağış şekilleri, miktarı, şiddeti, devamı ve mevsimler. İntersepsiyon miktarları üzerinde ağaç türlerinin de etkisi vardır. Bu etki, ağaç türlerinin yaz kış yapraklı olup olmadıklarına, gövde ve dal kabuklarının özelliklerine göre değişir. Ülkemizde yapılan bir araştırmada en yüksek intersepsiyon miktarı çam meşceresinde ölçülmüştür. Bunun başlıca nedeni çamların yaz kış yapraklı olmasıdır. İntersepsiyonu etkileyen faktörlerden bir tanesi de yağışların şekli, süresi, miktarı ve şiddeti olduğu daha önce ifade edilmiştir.
Gövdeden akış: Yağışların dal ve gövdeden aşağı akarak toprağa ulaşmasıdır. Böylece gövde etrafında nemli bir bölge oluşur. Gövdeden meydana gelen akış yaprak şekli, gövde ve dal yapısına bağlı olarak değişir. Genel olarak, gövde akışı yapraklı ağaç türlerinde ibrelilere göre daha fazladır. Tepe çatısından damlama: Özellikle ibreli türlerde tepe çatısından damlayan yağış suları nem bakımından zengin bir bölge meydana getirir. Ara yağış: yağışın yaprak ve dalların arasından geçerek toprağa ulaşmasıdır. Yaprak alanı, sıklık, yağışın şiddeti, süresi gibi faktörlere bağlı olarak değişir.
Evaporasyon Yeryüzündeki okyanus, göl, deniz, akarsu gibi serbest su yüzeylerinde sıcaklık etkisiyle bir miktar su buharlaşır. Genel olarak evaporasyon, yeryüzüne varan yağış suyunun sıcaklık etkisi ile buharlaşarak tekrar atmosfere dönmesi olayıdır. Buharlaşan su miktarı üzerinde daha çok iklim şartları egemen olduğundan buna klimatik buharlaşma veya fiziksel buharlaşma da denmektedir. Topraktan meydana gelen buharlaşma miktarı üzerinde toprak özellikleri, arazi yüzü- şekli, iklim karakteristikleri gibi bir çok faktörler rol oynar. Burada bitki örtüsünün, özellikle ormanların topraktan olan buharlaşma üzerine yaptığı etkiler söz konusu edilecektir. Üzeri bitki örtüsü tarafında kaplanmış topraklarda fiziksel buharlaşma açık alanlardan daha azdır. Bunun nedeni bu gibi yererde güneş ışınlarının çok az bir kısmının toprak yüzüne kadar gelebilmesi, hava hareketlerinin bitki toplumları yavaşlatılmış olması ve havanın doygunluk açığının azaltılmış bulunmasıdır. Topraktan meydana gelen buharlaşmayı ormanların ne dereceye kadar azalttığını ortaya çıkarmak güçtür. Zira bitkilerle kaplı alanlarda klimatik buharlaşmayı fizyolojik buharlaşmadan ayırmak çok güçtür. Çünkü toprak ikisinin ortak etkisi altında kurutulmaktadır. Bu nedenle ormanların klimatik buharlaşmayı azaltması, aynı iklim koşullarında serbest su yüzeyinden buharlaşmaya yaptıkları etkilerin ölçülmesi ile ortaya çıkarılabilir.
HAFTALIK DERS SUNULARININ HAZIRLANMASINDA KULLANILAN KAYNAKLAR 1. Irmak, A., 1966. Orman Ekolojisi, İ.Ü. Orman Fakültesi Yayınları, İ.Ü. Yayın No: 1187, Orman Fak. Yayın No: 104, Kutulmuş Matbaası, İstanbul 2. Çepel, N., 1978. Orman Ekolojisi, İ.Ü. Orman Fakültesi Yayınları, İ.Ü. Yayın No: 2479, Orman Fak. Yayın No: 257, Taş Matbaası, İstanbul 3. Kimmins, J.P., 1996, Forest Ecology, 2. edition, pp.596, New Jersey 4. BİTKİ EKOLOJİSİ, Prof. Dr. Mahmut KILINÇ ve Prof. Dr. H. Güray KUTBAY, Palme Yayıncılık,Ankara 2008 NOT: Bu ders notu içeriği, belirtmiş olduğum kaynaklardaki ders kitapları ve notlarından derlenerek hazırlanmıştır.