TOPRAĞIN ORGANİK MADDESİ Toprağın içinde ve üstünde bulunan tüm ölmüş bitkisel ve hayvansal maddeler ile bunların organik ayrışma ürünlerine toprak organik maddesi denmektedir.
TOPRAĞIN ORGANİK MADDESİ Ormanda toprağın organik maddesinin önemli bir kısmı ağaçların yaprakları, meyve ve tohumları, bunlara ait kozalak, vd. organlar kabuklar ve dallardır.
TOPRAĞIN ORGANİK MADDESİ TERİMLERİ
HUMUS Humus: Humus terimi bazen, toprak organik maddesi olarak çok genel anlamda, bazen de organik maddelerin belirli bir ayrışma aşamasındaki morfolojik durumunu ifade etmek amacıyla kullanılmaktadır. Fakat genellikle, humus deyimi, organik maddenin tümünü birden ifade etmek için kullanılmaktadır.
HUMUSLAŞMA (HUMİFİKASYON) Humuslaşma (Humifikasyon): Organik artıkların şiddetle ayrışarak koyu renkli, yüksek moleküllü ürünlere (humin maddelerine) dönüşmesi olayıdır..
MİNERALİZASYON Mineralizasyon: Kompleks bileşime sahip organik maddelerin, toprak mikroorganizmaları tarafından bir seri zincirleme olaylarla ayrıştırılması CO 2, H 2 O ve mineral besin maddesi (Mg, Fe, N, S vb.) gibi anorganik ayrışma ürünlerinin meydana gelmesi sürecidir.
ÖLÜ ÖRTÜ Ölü Örtü: Özellikle orman ekosistemlerinde, mineral toprak üzerinde yatan ve çoğunluğunu bitkisel artıkların oluşturduğu organik madde tabakasıdır
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN BİLEŞİMİ Toprak organik maddesi, kimyasal bileşim olarak hem metal olmayan maddeleri (C, H, O, N, S, P) hem de metalleri, özellikle Ca, Mg, K, Na, Cu, Mn, Zn, Al, Fe gibi maddeleri içermektedir. Ancak organik maddelerin kimyasal yapısı çok karışıktır. Başlıca yapı maddeleri: selüloz (%20-50), hemiselüloz (%10-30), ligninler (%10-30), tanen, renkli maddeler, kutin, suberin, yağlar ve mumlar (%1-8), proteinler (%1-15) dir.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN MİKTARI Orman topraklarının organik madde kaynağını yıllık yaprak dökümü, doğal dal budanması, toprak canlıları ile bitki kökleri oluşturur. Özellikle çok çabuk ayrışmayan ölü örtü, mineral toprak üzerinde önemli miktarlarda organik madde birikimi meydana getirir. Bu miktar ağaç türüne, meşcere yaşına, iklime ve topoğrafik koşullara göre değişir.
ÜLKEMİZDE BAZI TÜRLERE GÖRE ÖLÜ ÖRTÜ MİKTARI Ağaç Türü Göknar +Kayın (yaşlı) Göknar +Kayın (orta yaşlı) Göknar +Kayın (genç) Göknar +Kayın+Sarıçam Kayın (yaşlı) Sarıçam Ölü örtü miktarı kg/ha 73531 43284 30275 34570 36618 32672 Bakı KB K KB B G B Göknar ormanları altındaki topraklarda organik karbonun toprağın derinliklerine doğru dağılımı ve yükselti-iklim kuşaklarına göre değişimi.
YETİŞME ORTAMI VE ORGANİK MADDE Organik madde miktarı yetişme ortamlarına ve toprak derinliğine göre çok değişmektedir. Örneğin turbalıklarda % 80-90 oranında olan organik madde miktarı, bazı topraklarında çok seyrek hallerde % 15 i geçer. Ayrıca toprak derinliğine göre de büyük bir değişim gözlenmektedir. Mineral toprağın en üstünde (0-5 cm) % 10 olabilen organik madde miktarı, 60 cm toprak derinliğinde % 0.5 ve daha düşük düzeye inebilmektedir.
YETİŞME ORTAMI VE ORGANİK MADDE Tarım topraklarında organik madde miktarı genellikle %1-4, orman topraklarında ise %1-12 arasında değişmektedir. Ülkemizin çeşitli orman yetişme ortamlarında yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçlara göre Ah horizonlarındaki organik madde miktarlarının genellikle %3-15 arasında değiştiği belirlenmiştir.. Org mad. %80-90 Org mad. %1-4 Org mad. %1-12 Turba alanı Tarım alanı Orman alanı
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN TANITIMI Toprak Organik Maddesinin Tanıtımı % olarak organik madde Tarımda Ormancılıkta Ap- horizonunda Ah- horizonunda Humus bakımından fakir Az humuslu Orta derecede humuslu Çok humuslu Pekçok humuslu Humus bakımından zengin < 1 1 2 2 4 4 8 8 15 15-30 < 1 1 2 2 5 5 10 10 15 15-30
TOPRAK ORGANİK HORİZONU Yaprak tabakası (OL) Çürüntü tabakası(of) Humus tabakası (OH) Ah (humusla karışmış mineral toprak)
HUMUS TİPLERİ Orman ekosistemlerinde mineral toprak üstünde birikmiş olan organik artıkların (ölü örtünün) morfolojik görünümleri renk, doku şekli, tabakalaşma, tabaka sıralanışı ve buna benzer karakteristikleri bakımından çeşitlilik arz eder. Bu özelliklere göre birbirinden ayrılan ve belirli karakteristiklerle tanımlanabilen değişik organik madde veya humus oluşumlarına humus tipleri (humus formları) denmektedir. Humus tiplerinin meydana gelişinde edafik, klimatik ve biyotik faktörler etkili olmaktadır. Bunların ortak etkisine göre üç ana humus formu ayrılmaktadır. Karasal ortamda gelişmiş humus tipleri Mul tipi humus Çürüntülü mul tipi humus Ham humus Islak ortamda gelişmiş humus tipleri Karasal humus tiplerinin ıslak ortamda gelişmiş formları (Islak mul, Islak çürüntülü mul, Islak mor) Turbalıklar
MUL TİPİ HUMUS Mul tipi humusun alt tipleri her ülkenin özelliklerine göre değişebilir. Türkiye de kumlu topraklar üstünde rastlanan kum mul ü, kireçli topraklar üstünde rastlanan kireç mul ü sıcak ve nemli iklim etkisi altında gelişen gizli mul gibi humus tipleri de bulunmaktadır. Kum mul ü esas itibariyle kumlu topraklar üstünde rastlanan ve humusun 20 cm e kadar toprağa karışarak esmer renkli Ah horizonunu meydana getirebildiği bir mul tipi humustur.. Hem yüzey humusta, hem de Ah- horizonunda ayrışmanın çok hızlı olduğu bir humus formudur. Humus tabakası hiçbir zaman bulunmaz. Çürüntü tabakası da çoğunlukla yoktur. Toprak canlıları, özellikle solucanlar bol miktarda bulunur. Toprak reaksiyonu (ph) zayıf asit veya nötrdür.
ÇÜRÜNTÜLÜ MUL TİPİ HUMUS Ilıman iklimin etkisi altındaki yerlerde kış mevsiminin serin ve nemli, yaz mevsiminin ise sıcak ve kurak oluşu toprak canlılarının faaliyetleri üzerinde ve kimyasal ayrışmanın hızı üzerinde yavaşlatıcı veya durgunlaştırıcı etkiler yapar. Böyle ortamlarda Meşe, kayın yerine göre karaçam, sarıçam vb. ağaç türlerinin yapraklarının ayrışması az veya çok asit ürünler verdiği için bunların ölü örtülerinde yaprak tabakası hemen humuslaşamaz. Ah
HAM HUMUS Ham humus çok nemli ve serin (soğuk) iklim etkisinde (kuzey enlemleri ve yüksek dağlar) sarıçam, karaçam, ladin ağaçları ile orman gülü, ayı üzümü veya fundalıkların vb. çalıların altında gelişir. Mineral toprakta podsolleşme yönünde bir gelişim vardır. Elverişsiz biyolojik faaliyetten dolayı organik madde ayrışması çok yavaş cereyan etmektedir. Toprak faunası çok azdır. Toprak reaksiyonu şiddetli asittir. Besin maddesi ekonomisi özellikle fosfor, azot ve kalsiyum bakımından kötüdür.
HAM HUMUSA KARŞI ÇARELER Ayrışmanın hızlandırılması için ölü örtüye daha fazla ışık ve güneş enerjisi sağlamak amacı ile ormanda aralama kesimleri yapmak. Ağaçlandırma alanlarında toprak işlemesi yaparak ölü örtü ile toprağı karıştırmak İbreli ormanlara yapraklı, yapraklı ormanlara ibreli ağaç türlerini karıştırmak Kireçleme ve kontrollü ölü örtü yakma Ham humusu ayrıştırmak için ormancılar çeşitli yöntemler kullanmak zorunda kalmışlardır. Ham humus sadece bitki besin maddelerinin ekolojik sistemdeki dolaşımını engellemekle kalmaz, asit karakterli ayrışma ürünleri ile toprağın yıkanmasına da sebep olur. Daha ileriki asitlik derecelerinde toprakta kil minerallerinin ayrışması ve bitkiler için zehir etkisi yapan alüminyum katyonunun açığa çıkması söz konusudur.
TURBALIKLAR Yarı karasal koşullarda, organik maddeler, tamamen siyah renkli amorf humus maddelerine dönüşemez. Yarı humuslaşmış organik artıkların su içinde yığılmasından meydana gelen bir oluşum gelişir. Buna turba oluşumu, meydana gelen yarı humuslaşmış organik artıkların oluşturduğu kitleye de turbalık denir.
TURBALIKLAR Turbalıklar su altı koşullarında oluştukları için havayla teması kısmen veya tamamen kesilir. Bu şekildeki ortamlarda meydana gelen biyolojik ayrışmalara anaerob ayrışma denir ve bu tür ayrışma ile yarı humuslaşmış, çoğu kez orijinal materyalin şeklini koruyan bitki artıkları birikimi turba meydana gelir. Turbalıklar esas itibariyle alçak turbalıklar ve yüksek turbalıklar olarak iki farklı oluşum gösterirler.
TURBALIKLAR Alçak turbalıklar mineral maddelerce ve özellikle kalsiyum ile azotça zengin sularda teşekkül eder. Alçak turbalıkların yüzeyi düz olup buralarda yetişen Söğüt, Kızılağaç, Su kamışı, Patlangaç, Saz gibi türlerin artıklarından oluşmuşlardır. Yüksek turbalıklar mineral maddelerce fakir sularda teşekkül ederler. Bu sularda besin maddesi istekleri az olan Turba yosunu (Sphagnum), Yün otu, Süpürge çalısı ve çeşitli bodur çalılar yetişebilmektedir.
TURBALIKLAR Ülkemizde turbalıklar oldukça azdır. Bölgesel iklim koşulları ve su ortamlarının oluşturduğu turbalıklar niteliğindedir. Göle ye yakın Yalnızçam Dağları nda, Abant Gölü nde, Amanos Dağları nda, Kuzey Karadeniz Dağları nda turbalıklar bulunmaktadır.
ORGANİK MADDENİN AYRIŞMASINDA ROL OYNAYAN ETMENLER Her bitki türünün yukarıda sayılan maddeler bakımından yapısı farklı olduğundan, ayrışma hızları da değişik olur. Örneğin Sambucus nigra, Alnus glutinosa, Ulmus campestris ölü örtüsü çok hızlı ayrıştığı halde, Platanus, Fagus, Quercus pedunculata ölü örtüsü yavaş ayrışır. İğne yapraklardan oluşan ölü örtü ise çok güç ayrışmaktadır.
ORGANİK MADDENİN AYRIŞMASINDA ROL OYNAYAN ETMENLER Ayrışma hızını arttıran organik yapı maddeleri; Protein, Ca, Mg, P 2 O 5, K, azot, şekerli maddeler, nişasta, hemiselüloz, pektin, güzel kokulu aromatik bileşikler ve suda kolay çözünen maddeler. Ayrışma hızını düşüren yapı maddeleri ise şunlardır; Reçineler, ligninler, hoşa gitmeyen kokular, alkoloidler (acı lezzet veren maddeler), glikozitler, yağlar, tanenli maddeler.
ORGANİK MADDENİN AYRIŞMASINDA ROL OYNAYAN ETMENLER Organik maddelerin ayrışma hızı üzerinde rol oynayan yapı maddelerinden biri de azottur. Örneğin azot bakımından zengin olan ağaç yapraklarının daha kolay ayrıştığı araştırmalarla belirlenmiştir. Bunun ölçüsü olarak da yaprakların içerdiği karbon miktarının azot miktarına oranı karbon-azot oranı (C/N) bir ölçüt olarak alınmaktadır. Örneğin C/N > 30 olursa ayrışma çok yavaş olmakta, bu oran 20-30 arasında olursa, ayrışma hızının normal olduğu, 20 den küçük olduğunda da organik madde ayrışmasının çok hızlı cereyan ettiği ifade edilmektedir.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ 1- Toprakta ayrışma olaylarına etkileri Bazı mineral maddelerin ayrışma hızını artırır ve podsollaşmaya neden olabilir. Organik maddelerden meydana gelen bazı organik asitler topraktaki kalsit, aragonit, magnezit, dolomit, siderit vb. mineralleri çözündürmektedir. Soğuk ve nemli iklimlerde ise, organik asitleri, alüminyum ve demiroksitler ile killeri, koruyucu kolloidler halinde toprak içinde taşıyarak, alt toprak horizonlarında biriktirmektedir. 2- Toprak strüktürüne etkisi Organik maddeler, bireysel toprak taneciklerini birbirine yapıştırarak, kırıntı veya agregat denilen toprak parçacıklarını meydana getirir. Böylece bir çimentolayıcı, veya yapıştırıcı etki yaparak kırıntı strüktürünün oluşumunda önemli roller oynamaktadır. Organik madde, özellikle topraklarda kaba gözenekleri bulunan bir agregat strüktürünün oluşmasını ve bunun stabil olmasını sağlar. Toprak organik maddesi topraklarda azaldığı zaman, topraklar sert, sıkışık ve kesekli olur. Dolayısıyla toprağın fiziksel özellikleri bozulur. Toprak organik maddesi özellikle aşırı killi, drenajı bozuk topraklar ile kumlu toprakların ıslahında çok faydalı olur.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ Organik madde, özellikle topraklarda agregat strüktürünün oluşmasını ve bunun stabil olmasını sağlar. Yukarıdaki basit bir deneyle organik maddenin agregat stabilitesi (kırıntı dayanıklılığı) üzerindeki etkisi kolaylıkla anlaşılmaktadır. Organik maddece zengin topraktaki (sol) kırıntılar dağılmadan su içerisinde kaldığı halde, organik maddece fakir toprağın (sağ) su içerisinde kolayca dağıldığı görülmektedir.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ 3- Toprakların su tutma kapasitesine etkisi Toprakların su tutma kapasitesini artırır. Örneğin bir kum toprağının maksimum su tutma kapasitesi %28, killi balçığın %44 olduğu halde, bu oranın turba organik maddesinde %1057 olduğu, bu koşullarda yararlanılabilir su miktarlarının ise killi balçıkta %13, turba organik maddesinde %84 olduğu bildirilmektedir. Organik madde yüksek su tutma kapasitesine sahiptir; kendi ağırlığının 3-5 katı su tutabilir. Bu özellik kumlu topraklar için önemlidir. Kum topraklarına %12 oranında humus karıştırıldığında yararlanılabilir su miktarının iki katına çıktığı araştırmalarla belirlenmiştir. 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.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ 4- Toprağın hava ekonomisine etkisi Humus toprakta iyi bir kırıntı yapısı oluşturduğundan, toprakların hava ekonomisini de düzeltmektedir. Yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçlara göre, bir toprağın humus miktarı %0 dan %15 e çıkarıldığı zaman gözenek hacminin %42 den %70 e yükseldiği belirlenmiştir. 5- Toprakların ısı ekonomisine etkileri Toprakların ısı ekonomisi de organik maddeler tarafından etkilenir. Humus koyu renkli olduğu için güneş ışınlarını çok absorbe eder ve sıcaklığı artırabilir. Fakat humus çok su tuttuğundan, nemli durumda iken tam aksine bir kum toprağına kıyasla daha serin olur. Bunun dışında, mineral toprakların özgül ısısı (0.2 cal/gr), humusun özgül ısısından (0.3-0.4 cal/gr) daha az olduğu için mineral toprak humuslu bir topraktan daha çok ısınabilir. 6- Toprağın biyolojik özelliklerine etkileri Toprak organik maddesi, toprak organizmalarının besin kaynağı olduğu için toprak biyolojisinde de önemli roller oynamaktadır. Diğer yandan yüksek miktarda organik maddenin bulunması halinde saprofit organizmaların gelişmesi artar ve parazitlerin gelişmesi baskı altına alınır.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ 7- Toprağın besin ekonomisine etkileri Toprak organik maddeleri, besin maddesi kaynağı ve iyon adsorpsiyon kompleksi olarak toprakların besin ekonomisi üzerinde önemli etkilere sahiptir. Toprak organik maddesinin besin kaynağı olarak önemi, özellikle azot için büyük bir değer taşır. Çünkü toprakta öteki inorganik besin maddelerini verecek mineraller bulunduğu halde, azotun kaynağı sadece organik maddelerdir. Toprak organik maddesi ılıman bölge topraklarının azot (N) ihtiyacının hemen hemen tamamını, fosforun (P) %50-60 ını, kükürdün (S) %80 den fazlasını sağlar. K + Mg 2 + Na + Cl - NO 3 - SO 4 2- İyon adsorpsiyon kompleksi olarak toprakların besin ekonomisi üzerinde oynadığı rollere gelince: Toprakta kolloidal boyutlara kadar ayrışmış amorf humus maddeleri, geniş yüzeylerinden dolayı anyon ve katyonları adsorpsiyon yolu ile tutarlar. Bunları bitkilere verirler veya başka iyonlarla değiştirirler. PO 4 3- Ca 2+
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ 8- Toprak kirliliğini önleme Toprak organik maddesi tarımsal mücadele amacıyla kullanılan ilaçları özellikle de herbisitleri absorbe ederek onların toksik (zehir) etkilerini ve yıkanarak taban sularına karışmalarını önler. Bu durum nemli bölgelerde, yoğun tarımsal ilaçların kullanıldığı durumlarda çevre kirliliği açısından büyük önem taşımaktadır. 9- Tamponluk etkisi Humus maddeleri, toprak reaksiyonunun ani olarak değişmesine engel olur. Buna tamponluk etkisi denmektedir. Toprak organik maddeleri çok çeşitli olduğundan hem zayıf asit, hem de zayıf alkalen karakterde olanları vardır. O nedenle bunlar hem asit, hem de alkalen yöndeki toprak reaksiyonu değişimini bir dereceye kadar engelleyerek ani reaksiyon değişimlerinin önüne geçerler. Organik Madde Ekonomisinin Düzenlenmesi Tarım ve bahçe kültürlerinde, organik gübrelemenin sağlanması, ahır gübresi verilmesi, vb. önlemlerle sorun çözümlenebilir. Tarım topraklarına yılda 5 ton/ha kadar organik gübre verilebileceği, birçok yetişme ortamlarında 2-4 ton/ha kadar organik madde verilmesinin yeterli olacağı bildirilmektedir.
TOPRAK ORGANİK MADDESİNİN ÖNEMİ Buraya kadar yapılan açıklamalardan anlaşılacağı üzere toprak organik maddesi veya humusun en önemli fonksiyonları şunlardır: 1- Bazı minerallerin ayrışma hızını arttırır ve podsollaşmaya neden olabilir. 2- Toprak strüktürünü ıslah eder 3- Toprakların su ve hava ekonomisini düzeltir. 4- Toprağın iyon değişim kapasitesini yükseltir. 5- Toprak mikroorganizmaları ve organizasyonlu bitkiler için bir besin maddesi kaynağıdır. 6- Toprağa tamponluk özelliği kazandırır.
TOPRAĞIN BAĞLILIĞI 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. Toprağın bağlılığı aynı zamanda toprağın sıkılık dereceleri ile ifade edilir.
TOPRAĞIN BAĞLILIĞI Bağsız Gevşek Sıkı Pek sıkı
HACİM AĞIRLIĞI&TANE YOĞUNLUĞU Hacim ağırlığı belirli bir toprak hacminde ne kadar katı toprak maddesi bulunduğunu ifade eden bir deyimdir. Hacim ağırlığı toprakların istiflenme düzenine göre, aralarında az veya çok boşluklar bulunan bir toprak kitlesinin ağırlığı olduğu için buna boşluklu ağırlık denmektedir. Tane yoğunluğu, toprak taneciklerinin özgül ağırlığını ifade etmektedir. Örneğin topraktaki kuvarsın tane yoğunluğu 2.65 denince, kuvarstan kesilecek 1 cm 3 hacmindeki bir parçanın ağırlığının 2.65 gram olduğu anlaşılır.
HACİM AĞIRLIĞI&TANE YOĞUNLUĞU Hacim ağırlığını belirlemek için toprağın tüm hacmi ölçülür Tane yoğunluğunu belirlemek için toprağın sadece katı kısmının hacmi ölçülür
HACİM AĞIRLIĞI&TANE YOĞUNLUĞU 1 cm 3 toprak hacminin ağırlığı (katı ve boşluk kısmı) ½ boşluk ½ katı Toprağın Hacim ağırlığı: Toprağın Tane Yoğunluğu: Hacim 1 cm 3 (Katı+boşluk) Ağırlık: 1.33 gr. (Sadece katı) Hacim 0.5 cm 3 (Sadece Katı) Ağırlık: 1.33 gr. (Sadece katı) Hacim Ağırlığı = Fırın kurusu toprak ağırlığı Toprak hacmi (Katı+boşluk) Buna göre; Hacim ağırlığı, Db= 1.33 = 1.33 gr/cm 3 1 Tane yoğunluğu = Katı toprak ağırlığı Katı kısmın hacmi Buna göre; Tane yoğunluğu, Dp = 1.33 = 2.66 gr/cm 3 0.5
HACİM AĞIRLIĞI&TANE YOĞUNLUĞU Toprakların hacim ağırlığını belirlemek için, araziden hacmi bilinen kaplar içine, doğal istiflenme düzeni bozulmamış toprak örnekleri alınır. Bunlar 105 o C de kurutulur ve bu toprak örneği tartılarak ağırlığı bulunur. Bu örneğin hacim ağırlığı şu şekilde hesaplanır: Hacim Ağırlığı = 105 o C de kurutulmuş toprak ağırlığı Bozulmamış toprak örneği hacmi Hacim ağırlığının ölçü birimi gr/cm 3 veya gr/lt olarak ifade edilebilir.
HACİM AĞIRLIĞI&TANE YOĞUNLUĞU Toprakların hacim ağırlığı, yaklaşık olarak 1.3 gr/cm 3 kabul edilmekle birlikte, bu değer gözenek hacmine ve toprak türlerine göre çok değişir. Toprak Türü Hacim Ağırlığı gr/cm 3 Gözenek Oranı Kum toprakları Balçık toprakları Toz toprakları Kil toprakları Organik topraklar 1.19-1.67 1.19-1.96 1.19-1.53 0.92-1.32 0.12-0.48 37-55 26-55 42-55 50-65 60-90
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ Toprak tanecikleri ve toprak kırıntıları arasında irili ufaklı boşluklar bulunmaktadır. Bunlara toprak gözenekleri denmektedir. Bu gözeneklerin veya boşlukların birim toprak hacmindeki miktarına toprağın gözenek hacmi veya toprak gözenekliliği ya da gözenek oranı denmektedir.
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ 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. 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
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ D b = hacim ağırlığı D p = tane yoğunluğu W s = toprak ağırlığı (katılar) Ws = Vs Dp (Tane yoğunluğu) V s = katı kısmın hacmi V p = gözeneklerin hacmi V s + V p = toplam toprak hacmi Ws = Vs + Vp Db (Hacim ağırlığı) Ws = Dp x Vs Ws = Db (Vs+ Vp) Dp x Vs = Db (Vs+ Vp) Vs Vs + Vp = Db Dp Vs Vs + Vp x100 = % Katı kısmın hacmi Db x100 = Dp % Katı kısmın hacmi % gözenek hacmi + % Katı kısmın hacmi = 100 olduğuna göre % gözenek hacmi = 100 - % Katı kısmın hacmi % gözenek hacmi = 100 - Db Dp x100
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ Belirli bir toprak hacmindeki gözenek miktarı, yani toprağın gözenek hacmi şu formüle göre hesaplanır: Gözenek hacmi (%) = (1- Hacim ağırlığı) x 100 Özgül ağırlık
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ İyi Agregatlar arasında ve içinde iri gözeneklerin (makroporların) oldukça fazla olduğu bir toprak Orta Agregatlar arasında ve içinde iri gözeneklerin (makroporların) orta derecede olduğu bir toprak Kötü Agregatlar arasında ve içinde iri gözeneklerin (makroporların) çok az olduğu bir toprak
TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ Toprak gözeneklerinin çapları en ince 0.2 mikrondan küçük, en kaba 75 mikrondan geniş olabilirler. a. Çapı 75 mikrondan daha büyük olan gözenekler yağış anında bile su ile dolu bulunmazlar. b. Çapı 50-75 mikron arasındaki gözeneklerdeki su yağışın hemen arkasından sızıp gider. Bu gözenekler ancak durgun su şartlarında dolu bulunabilirler. c. Çapı 50-10 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. d. Çapı 10-0.2 mikron arasında bulunan gözeneklerde ise su yerçekimine karşı tutulur ve ancak bitki köklerinin geliştirdikleri emme gücü ile alınabilir. e. Çapı 0.2 mikrondan küçük olan gözeneklerde tutulan su bitkiler tarafından da alınamaz
Şekildeki gözenek büyüklüğü sınıfları, toprağın su ekonomisi bakımından şu şekilde değerlendirilebilir: İnce gözeneklerde tutulan su, bitkiler tarafından alınamaz. Orta gözeneklerde tutulan su ise bitkiler tarafından alınabilir. İri (kaba) gözeneklerde ise genellikle su tutulamaz. Bu nedenle iri (kaba) gözeneklerin oranı, toprak havalanması için bir ölçü olmaktadır. TOPRAĞIN GÖZENEKLİLİĞİ
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Subtropik iklim kuşağında bulunması nedeniyle yağışların belirli mevsimlerde düştüğü ve çoğunlukla yaz kuraklıklarının hüküm sürdüğü ülkemizde, suyun yukarıda sayılan fonksiyonlarını yerine getirebilmesi, büyük ölçüde, toprağın bazı özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle ülkemizdeki bitki gelişimi bakımından toprak-su ilişkileri büyük bir önem taşımaktadır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Toprakta suyun tutulması ve Toprak suyu enerjisi Toprakta ve bitkide suyun hareketi ve tutulması basit bir madde alışverişi değildir. Bu olay çeşitli tipteki enerji alış-verişine ait süreçlerin bir sonucudur. Burada sözkonusu enerji suyun serbest enerjisi olarak isimlendirilmektedir. Suyun serbest enerjisi, suyun molekül yapısı ile bazı fiziksel ve kimyasal süreçlerden kaynaklanır. Su molekülleri bir dipol oluşturduklarından, bir hekzagonal şebeke oluşturacak şekilde birbirine bağlanırlar. Şekilde görüleceği üzere bir molekülün hidrojen atomları komşu molekülün oksijen atomunu çekerek bir bağ oluşturur. H + H + H + H + O - O - O - H + H +
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Bu hidrojen bağlarının adezyon, kohezyon ve yüzeygerilim kuvvetlerinin kaynağı olduğu kabul edilmektedir. Bu kuvvetler ise topraklarda suyun tutulması ve hareketini yönlendirmektedir. Adhezyon toprak ile su molekülleri arasındaki çekim kuvveti olarak tanımlanabilir. Yüzeygerilim ise su ile havanın temas ettiği arakesitte meydana gelen bir enerji olup, bu enerji sadece toprakta suyun tutulmasını sağlayan bir kuvvettir. Yüzeygerilim, su moleküllerinin birbirini çekme kuvvetinin (kohezyon), hava ile su moleküllerinin birbirini çekme kuvvetinden daha yüksek olmasının bir sunucudur. İşte bir toprakta su ile ilişkili olarak adhezyon ve yüzeygerilim kuvvetleri ne kadar büyük olursa, toprakta suyun tutulma gücü de o kadar büyük olur. Başka bir anlatımla toprakta suyun hareket serbestisi engellenmiş olur. İşte bir toprakta suyu toprağa bağlayan kuvvetler ne kadar az olursa suyun serbest enerjisi, yani kendi kendine hareket ederek sağlayacağı iş gücü o kadar yüksek olur. O halde suyun serbest enerjisi deyimi, her maddede olduğu gibi suyun da bir potansiyel enerjisi olduğunu ifade etmektedir.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Hava-Su arayüzeyi Hava A noktası: B noktası: Su moleküllerine etki eden kuvvetler tüm yönlerde eşit B A Su Su moleküllerinin birbirini çekim kuvveti Hava ile su molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha yüksektir. Yüzeydeki su moleküllerinde net çekim kuvveti aşağıya doğrudur ve yüzeyde sıkışmış bir film tabakası oluşturur. Bu durum yüzeygerilimi olarak adlandırılır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Toprakta suyun miktarı ne kadar çok olursa, serbest enerjisi o kadar fazla olur. Çünkü su miktarı arttıkça toprak tarafından suyun adezyon ve yüzeygerilimle tutulması o kadar az olur. Bu nedenle toprakta su, ıslak toprak kısmından kuru toprak zonuna doğru hareket eder. Başka bir ifade ile suyun toprakta hareketi, yüksek derecede serbest enerjiye sahip olduğu zondan, düşük serbest enerjinin bulunduğu zona doğru olur. Hareket eden suyun miktarı bu iki zon arasındaki enerji farkına bağlıdır. Topraktaki suyun serbest enerjisini etkileyen kuvvetler, toprak tanecikleri ile su arasındaki adezyondan doğan adsorpsiyon ile yüzeygerilimden kaynaklanan kapillarite dir. Toprakta suyun hareketini sağlayan başka bir kuvvet de ozmotik basınç tır. Bunun anlamı, bir çözeltideki iyonlarla su arasındaki çekim kuvvetidir. Buraya kadar sayılan bu kuvvetlerden ilk ikisine matrik kuvvet denmektedir. Yerçekimi kuvveti ise, suyun yukarıdan aşağı doğru hareket etmesini sağlayan ayrı bir kuvvettir ve suyun serbest enerjisini arttırmaktadır. Bu açıklamalardan anlaşılacağı üzere toprak suyunun toplam potansiyeli, yani toplam gücü matrik, osmotik ve yerçekimi kuvvetlerinin toplamına eşittir.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Bu iki farklı su çeşidi matrik potansiyeli (adsorbe edilmiş su ve kapillar su) oluşturmaktadır. Adsorbe edilmiş su toprak fraksiyonları tarafından çok kuvvetli bir şekilde tutulur. Yüzeygerilimi ise suyun kapillar boşluklarda daha düşük kuvvetle tutulmasını sağlar. Adsorbe edilmiş su Kapillar su Toprak partikülü
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Ozmotik Basınç Farklı konsantrasyonlara sahip sıvılar içeren iki bölme arasında çözücü sıvının (su) moleküllerini geçiren fakat çözünmüş maddenin (şeker) moleküllerini geçirmeyen bir yarı geçirgen zar (membran) bulunduğunu düşünelim. Bu durumda su molekülleri zardan geçecek ancak şeker molekülleri geçemeyecektir. Bu olay osmoz olarak bilinmektedir. Su moleküllerinin yayınımı iyonik çekimler nedeni ile sağa doğru fazla olacak ve bu bölmeye bağlı borudaki çözelti seviyesi, su moleküllerinin yayınım basıncına karşı koyabilecek bir hidrostatik basınç oluşuncaya kadar yükselecektir. Bu basınç oluşunca, yani dengeye ulaşıldığında söz konusu yükselme duracaktır. İşte bu andaki hidrostatik basınç çözeltinin ozmotik basıncı olmaktadır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Toprak suyunun potansiyeli üzerindeki ozmotik etkiler, çimlenen tohum ve gelişen bitkilerin su alımını kısıtlayacak düzeyde yüksek tuz konsantrasyonuna sahip topraklarda önem kazanmaktadır. Toprakta, suda çözünmüş tuzların ve yarı geçirgen bir membranın (köklerin hücre duvarları) bulunması durumunda ozmotik potansiyel oluşmaktadır. Suyun toprak içindeki akışında, yarı geçirgen bir membranın varlığı söz konusu olmadığından, ozmotik potansiyel önemli değildir. Ancak suyun bitki tarafından alınması konusunda bu potansiyel etkili olmaktadır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Kapillarite Düşey durumdaki kapillar boru içinde suyun yükselmesi, kapillarite kavramı ile açıklanmaktadır. Düşey doğrultudaki kapillar bir borunun alt ucu bir kap içindeki su yüzeyi ile temas ettiğinde suyun kapillar boru içinde belli bir düzeye kadar yükseldiği görülmektedir. Suyun kapillar boru içinde yükselmesine neden olan esas kuvvet kapillar borunun kuru durumdaki iç yüzeyi ile su molekülleri arasındaki adhezyon kuvvetidir. Bunun yanında su molekülleri arasındaki kohezyon kuvveti de suyun yalnızca kapillar borunun çeperlerinde değil boru kesitini tamamen dolduran bir sütun halinde yükselmesini sağlamaktadır. Suyun kapillar yükselmesi yerçekimine karşıt bir olaydır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ r Toprağın katı kısmı adhezyonla su moleküllerini topraksu arakesitinde sıkı bir şekilde tutar. h Su Yerçekimi Toprağın katı kısmından uzak su molekülleri kohezyonla birbirini çeker. Kapillar bir boru içinde suyun yükselmesi
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ r h = 0.15 r h h= kapillar yükselme r= çap r = 0.1 cm; h = 1.5 cm r = 1.0 cm; h = 0.15 cm r = 10 cm; h = 0.015 cm Su Bu durum topraktaki gözenek çapının küçüldükçe suyun kapillar yükselmesinin artacağını göstermektedir.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Şekil A da farklı çaplara sahip cam tüplerde suyun hareketi, B de ise topraktaki hareketi şematik olarak gösterilmektedir.toprak ve cam tüplerde mekanizma aynıdır. Ancak toprakta gözeneklerin şekli ve boyutları farklı olduğundan ve toprak içindeki havadan dolayı su dolambaçlı bir yol izleyerek akar. Bundan dolayı suyun topraktaki akış hızı ve yükselmesi cam tüp içindekine göre daha düşüktür. Katı toprak fraksiyonları Suyun toprakta dolambaçlı bir yol izleyerek hareket etmesi Hava A Su B
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ Suyun kapillar gözeneklerdeki hareketi ise yerçekiminin etkisine bağlı olarak yukarıdan aşağı doğru değil, hemen her yöne doğru olur. Toprağın bir kesimindeki kapillar gözeneklerin su ile doygun duruma gelmesi ile henüz su ile doymamış olan diğer toprak kesimlerindeki kapillar emme gücü doygun kesimdeki gözeneklerden suyun emilmesini sağlar. Kapillar gözeneklerde suyun sıvı durumdaki hareketi gözenek çapına dolayısı ile toprak türüne bağlıdır. Kumlu topraklarda kapillar gözenek çapları daha iri olduğu için kapillarite ile suyun yükselmesi kumlarda ani olmakta ve 35 cm kadardır. Buna karşılık ince taneli ve dolayısıyla kapillar gözenekleri de küçük çaplı olan balçıklarda kapillarite ile suyun yükselmesi 85 cm den daha fazladır. Kapillar suyun hareketi, sızıntı suyu ile toprağın alt kesimine taşınmış olan bitki besin maddelerinin tekrar üst kesimlere taşınmasını sağlayabilmektedir. Suyun kapillarite ile yatay yönde yayılmasının da bitki besin maddelerinin kök sisteminin çevresine taşınmasında etkisi vardır.
TOPRAK SUYU & TOPRAK-SU İLİŞKİLERİ 100 Farklı tekstüredeki topraklarda Kapillarite ile gözeneklerde suyun yükselmesi 75 Balçık Yükseklik (cm) 50 25 Kum Kil 0 5 10 15 20 25 30 Zaman (gün)