Ünite 3: Toprakların Kimyasal ve Biyolojik Özellikleri

Kil Mineralleri

Killer, toprağa başlıca özellikler kazandıran en önemli inorganik mineral grubudur. Doğrudan ya da dolaylı olarak toprak olaylarının hemen hepsinde etkileri vardır. Kil minerallerinin büyük bölümü 0,002 mm’den küçük kristalli ve levha şeklindedir. Kil levhaları silisyum ( Si ) levhası ve alüminyum ( Al ) levhası biçiminde iki levha grubundan oluşur. Oluşum koşullarına göre yüzlerce kil minerali çeşidi vardır. Kil taneleri, gerçek çözeltilerde olduğu gibi iyon veya moleküllerden oluşmaz. Yine de öyle küçüktürler ki, mikroskopla görülemez, varlıkları katıldıkları olaylarla anlaşılabilir, görülmeleri için X-ışın kırınımı, elektron mikroskobu gibi özel aygıtlar gerekir. Bu minerallere inorganik toprak kolloidi denir. Kolloid tanelerinin basit tanımı, “suda kolay kolay çökmeyip uzun süre askıda kalabilen en iri taneler” biçiminde yapılabilir.

Killer, nemliyken çoğunlukla plastik, kuruyken serttir. Yedi yüz derecenin üzerine ısıtıldıklarında, seramikleşme denen, kalıcı yapısal, kimyasal ve mineralojik değişikliklere uğrarlar. Tıpta ve yapı işlerinde kullanılmalarının yanı sıra;

• Seramik,
• Kâğıt,
• Kozmetik,
• Çimento,
• Endüstriyel filtreleme,
• Tarım ilaçlarının yapımı gibi endüstriyel amaçlara da hizmet etmektedirler.

Kaolin ve attapulgit killeri, günümüzde ishal önleyici ilaçların yapımında kullanılmaktadır.

Kil Tipleri

Uygulamada kil tipleri ikiye ayrılır: İki silisyum levhasının arasında bir alüminyum levhası varsa, buna 2:1 tipi ( Si-AlSi ) kil denir. Diziliş bir silisyum, bir alüminyum levhası şeklinde olursa, buna da 1:1 tipi ( Si-Al ) kil denir. 2:1 tipi killerde levhalar birbirine zayıf oksijen bağlarıyla tutturulduğundan esneyebilir. Böylece levhaların arasına su molekülleri başta olmak üzere, küçük molekül ve iyonlar girebilmektedir. Bu killerin büyük bölümü genişleyebilir özelliktedir. Bunlarda yüzey alanı hesabına hem kilin dış yüzeyleri, hem de levhalar arasındaki iç yüzeyler dâhil edilir. Genişleme yeteneği olmayan tek kil türü, potasyumca zengin illit mineralidir. Genişleyebilir 2:1 tipi killerin yaygın üyeleri ise montmorillonit ve vermikulittir. Bu kil levhalarının arasına suyun girmesi sonucu esneme, ıslanan toprağın şişmesinin başlıca nedenidir. Ortam kurudukça suyun levhaların arasından çıkması, toprağın yeniden büzülmesine ve çatlamalara neden olur. Genç killerin büyük bölümü 2:1 tipi olup, ülkemiz topraklar› da bulunduğumuz ılıman ve yarı kurak coğrafya nedeniyle genellikle gençtir, üstelik killerin önemli bölümü ortamdan yıkanıp uzaklaşma fırsatı bulamamıştır. Yani Türkiye topraklarında özel alanlar dışında kil oranı yüksek olup, bunların da önemli bölümü 2:1 tipi killerdir.

Toprak oluşumunun hızlı olduğu bölgelerde killer de yaşlanarak, önce 1:1 tipine sonra da demir-alüminyum silikatlara dönüşür. Kaolinit, bilinen en yaygın 1:1 tipi kildir. Silisyum ve alüminyum levhalarının arasında kalan boşluklar, aradaki güçlü hidrojen bağlarından dolayı dar ve katıdır, esnemez. Bu nedenle 1:1 tipi killerin arasına su molekülü ve diğer iyonlar giremez. Bu killerde yüzey alanından söz edilirken, yalnızca dış yüzeyler göz önüne alınır. Su alınca şişme özellikleri yoktur.

Bir diğer kil minerali grubu da, volkanik küllerde bulunan allofanlardır. Bu killerin kristalleri seçilemediği için, allofanlara şekilsiz (amorf) killer denir. Allofanların yüzey alanları fazla olup, bitki besin maddesi ve su tutma özellikleri yönünden verimli topraklar oluştururlar. Allofanlar ayrıca çok gözenekli (kabarcıklı) ortamlar olduğu için, hacim ağırlıkları normal topraklardan daha düşük, su tutma yetenekleri ise daha yüksektir.

Katyon Değişimi

Killerin yüzeylerinde, oluşumlarına bağlı olarak eksi elektrik yükleri bulunur. Bu yükler, toprak çözeltisinden kaynaklanan artı yüklü iyonlarla, yani katyonlarla nötrleştirilir. Kil yüzeylerindeki bu katyonlar, çözeltide başka bir katyon arttığında, ya da bitki kökleri oradan yeterli güçle çekebildiklerinde, tutundukları yüzeyden ayrılabilir.

Killerden kaynaklanan önemli toprak özellikleri, tamponluk, plastiklik, agregat oluşturma ve şişmebüzülmedir.

Toprağın Organik Maddesi

Her türlü bitkisel ve hayvansal atık, toprağa ulaştığında biyolojik ve kimyasal tepkimelerle ayrışmaya, yeni ürünler oluşturmaya başlar. Bu ürünler, artık toprağın organik maddesi olmuştur. Hatta topraktaki canlı varlıklar da en azından çeşitli salgıları dolaysıyla, toprak organik maddesinin parçası sayılırlar. Organik madde mikroorganizmaların temel besini olmasının ve bitkilere besin kaynağı görevi yapmasının yanı sıra, toprakta fiziksel ve kimyasal olayların yürümesinde de etkilidir, görevleri ve yararları sayılamayacak kadar çoktur. İyi havalanma, bol su tutma, su ve hava iletkenliği, erozyona karşı direnç, yapının gelişmesi ve işlemenin kolaylaşması, besin maddelerinin bitkilere hazır durumda tutulması, zehirlere ve asitlikalkaliliğe karşı tamponluk gibi görevlerde organik maddenin payı büyüktür. Organik madde kapsamı yüksek olan toprakların kolay işlendiği, daha fazla su tutup daha uzun süre nemli kaldığı, verimli olduğu, erozyona karşı direndiği gibi özellikler, çağlardan beri bilinmektedir. Killi topraklara organik madde karıştırılması onların yapışkanlığını azaltır, havalanmasını ve su geçirimliliğini artırır. Kumlu topraklar organik madde ile zenginleştirilirse, bitkilerin beslenmesi ve su alması yönünden daha uygun bir ortam elde edilmiş olur. Ancak kumlu topraklarda organik madde ile elde edilen başarılar kısa süreli olmaktadır, çünkü bu topraklarda organik maddenin ayrışması çok hızlıdır.

Organik bileşiklerin on binlere varan Sayıları onları gruplandırmayı zorlatırsa da, yapı maddeleri karbonhidratlar, proteinler ve yağlar olarak üç başlık altında toplanabilmektedir.

Toprak organik maddesi sürekli değişim halindedir. Bu değişim bir ölçüde kimyasal tepkimelerle gerçekleşirse de, organik maddenin nitelik değiştirmesinde asıl etkili olan, mikroorganizmalardır. Karbonhidratlar gibi kimi ürünler birkaç saat içinde tümüyle değişime uğrayabilirken, selüloz ve lignin benzerleri daha dayanıklıdır. Toprakta nem, havalanma, sıcaklık, toprak reaksiyonu gibi koşullar elverişli olduğunda, organik maddenin ayrışması kolaylaşır, hızlanır.

Sık yapılan bir yanlış, her türlü karbonlu bileşiğin toprak organik maddesi olarak nitelenmesidir. Toprak organik maddesinden anlaşılması gereken, o ortamda doğal yaşamını sürdürdükten sonra toprağa dönen organik artıklar olmalıdır. Bu tür organik maddenin en kapsamlı kaynağı ise, yaşadıkları sıradaki salgıları ve kuruduktan sonra da kendi kalıntıları dolayısıyla kökler ve birim hacimdeki sayıları milyarlarla belirtilen ve birbirleriyle sürekli çatışma halinde olan canlı ve ölü mikroorganizmalardır. Geleneksel toprak organik maddesinde temel yapıtaşları karbon ve azot olduğu için, özellikle organik azot yüzdesi, çoğu araştırıcı tarafından toprağın humus veya organik madde miktarını kestirme aracı olarak kullanılmaktadır.

Humus

Humus, organik maddenin toprak açısından en önemli yapı taşıdır. Humus, toprağa özgü, koyu renkli, ipliksi, suda çözünmeyen ve uzun ömürlü organik bileşikler topluluğudur. Humusun kökeni bitkisel veya hayvansal bir organizma olabilir, ama artık hangisi olduğu anlaşılmamaktadır, çünkü humus oluşumu sırasında ayrışma ve yeni bileşikler oluşturmak üzere sentezlenme olaylar birlikte gerçekleşmektedir. Humusun temel taşlarından biri de azottur. Humus, organik kolloid olarak tanımlanır. Humusun katyon değişim kapasitesi, en yüksek kapasiteye sahip kil minerallerinin bile birkaç katına varabilmektedir.

Kimi humus bileşikleri, killerin çevresini sararak, onlara daha yüksek tamponlama, katyon tutma, agregatlaflma gibi özellikler kazandırır.

Genelde organik madde miktarı toprakların üst horizonlarında yüksektir. Ancak, podzollaflmada olduğu üzere, humus derinlerde de birikebilmektedir.

Organik Maddenin Topraktaki İşlevleri

Toprakta organik maddenin etkileri, aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Toprak rengini koyulaştırması,
• Toprağın yapısını geliştirmesi,
• Su tutma ve su geçirgenliği yeteneğini artırması,
• Plastikliği azaltması, esnekliği artırması,
• Katyon değişim kapasitesini büyük oranda artırması, toprağa anyon değişim yeteneği katması,
• Bitki besin elementlerini değişebilir formda veya kendi bünyesinde tutabilmesi, bitkilerin bunlardan yararlanabilmesi,
• Asit kökleri dolaysıyla, kimi elementleri minerallerden çözüp, bitkilere sunması,
• Toprakta mikroorganizmalar, solucanlar vb. canlılar için başlıca besin kaynağı olması, toprak oluşumunu ve verimliliğini dolaylı olarak etkiler.

Toprakta Organik Maddenin Korunması

Toprakta organik madde varlığını sürdürmenin en etkili yollarından biri, sürekli destek yapmaktır. Ahır gübresi, organik madde ve yeşil gübreleme, bitki besin maddesi desteklerinin başında gelir. Ancak taze ahır gübresi asitli ve yakıcıdır. Ayrıca, hayvanın yediği kimi bitkilerin tohumları ve hastalık yapıcı parazitler, sindirim sisteminden öylece geçerek, tarım arazisine bulaşma riski doğurur. Onun için ahır gübresi bir kenarda yığın olarak bekletilip, üzerinden bir kış geçmesi sağlanır. Kızışma adı verilen bu süreçte, mikrobiyel etkinliklerle gübre aşırı ısınır ve yakıcı asit vb. maddelerle birlikte çoğu tohum, hastalık etmeni ve parazit yok olur.

Bir diğer organik madde kaynağı, çöpler ve ağaç kalıntıları başta olmak üzere, çeşitli atıklardır. Yapraklar, talaş, posa, meyve, sebze kabukları, biçilmiş çim vb. ürünler bir çukura doldurulup çürümeye bırakılır. Başlangıçta ortamın asitliğini gidermek için bir miktar toz kireç serpmek, mikropların daha etkili çalışmasını sağlamak için de azotlu gübre uygulamak daha iyi sonuç sağlar. Yığın arada bir karıştırılarak, yanmaya fırsat verilmez. Kompost denen bu organik gübre, ahır gübresi kadar değerli bir organik madde kaynağı olacaktır.

Yetiştirilen bitkilerin hasat edilmeden tümüyle toprağa karıştırılmasına yeşil gübreleme denir. Bu uygulama ile toprakta organik madde artırılırken, bir yandan da erozyon önlenmekte ve fiğ, korunga gibi bir baklagil bitkisi yetiştirildiğinde toprağa azot bağlanmaktadır.

Kan tozu, öğütülmüş kemik, deniz yosunları ve su bitkileri, boynuz gibi başka organik artıklar da, toprağa organik madde kazandırmak için uygulanabilir.

Yüzeyi uzun süre örten, güçlü kök yapısına ve yeşil örtüye sahip bitki yetiştiriciliği, toprakta organik madde miktarının sürekli destekleyicisi olur. Bu konuda çayır bitkileri, hızlı gelişip yüzeyi hemen örtmeleri ve saçak köke sahip olmaları dolaysıyla özel önem taşır.

Hasattan sonra bitki artıkları toplanmayıp toprağa karıştırılmalı ve biçerdöverin geride bıraktığı anız asla yakılmayıp, olabildiğince uzun süre yüzeyde tutulmalıdır. Erozyonu önleyici önlemler, toprakta organik maddenin korunmasına da katkı yapar.

Toprak Reaksiyonu ( pH )

Toprak reaksiyonu, toprağın asitlik veya alkaliliğini gösteren bir terimdir. Sulu çözeltilerde hidroksil ( OH- ) ve hidrojen ( H+ ) atomlarının bir bölümü iyon halinde bulunur. Çözeltide hidroksil iyonlarının fazlalığı alkaliliğe, hidrojen iyonları ise asitliğe yol açar.

Toprak Reaksiyonunun Ölçülmesi

Toprak çözeltisinin reaksiyonu pH metre ile ölçülür. Ölçüm, belirli oranlardaki toprak - arı su karışımında, su ile doygun çamurda veya bu çamurdan vakumla elde edilen süzükte yapılabilir.

Pratik amaçlarla toprak reaksiyonunu belirlemede boya yönteminden yararlanılır. Bu yöntemde çamura boya karıştırılıp pH değerine bağlı renge bakılmaktadır. Daha basit bir yöntem olarak, her bir pH aralığında farklı renge bürünen, önceden boyaya batırılmış kâğıtlar da kullanılmaktadır. Burada ölçüm duyarlığı 0,5 pH kadar olmaktadır.

Toprağın Tamponluğu

Aygıtlarla ölçülen pH değeri, toprak çözeltisindeki serbest hidrojen ve hidroksil iyonları hakkında bilgi verir. Buna ölçülebilir veya aktif asitlik denir. Kil ve humus gibi toprak kolloidlerinin yüzeylerinde, bunun yüzlerce katına varan oranlarda hidrojen iyonu değişebilir, yani yerini başka bir katyona bırakıp çözeltiye geçebilir durumda tutulmaktadır. Değişebilir yüzeylerden kaynaklanan ve potansiyel asitlik olarak adlandırılan bu asitliğin kalıcılığı, topraklarda pH değişiminin zorluğunun yanı sıra toprağın elverişsiz asitlik ve alkalilik olaylarına karşı tamponluğunu da göstermektedir.

Asitlik Ve Alkaliliğin Nedenleri

Toprak oluşum sürecinin önemli evrelerinden biri hidroliz olup, killerin yapıtaşını kuran bu olay sırasında açığa çıkan bazlar toprağın bazla doygunluk yüzdesini yükseltmeye katkı yapar. Kurak ve yar› kurak bölge topraklarında bazla doygunluk yüzdesinin hemen hiçbir zaman % 90 düzeyinin altına inmemesinin nedeni bu olaydır. Ancak yağışlı yörelerde bu bazlar yıkandıklarında, yerlerini hidrojen iyonlar› almaya ve toprak asit özellik kazanmaya başlar. Bu durumda toprak asitleşmeye, asitlik artışlı da, çözünürlükleri artırmaya başlar, yani ortamdaki bazlar giderek daha kolay yıkanır.

Toprak Reaksiyonunun Uygulamadaki Önemi

Toprak pH'sı uygulamada çeşitli açılardan önemlidir. Birtakım bitkiler sağlıklı gelişme için belirli pH aralığına gerek duyar.

Toprakta gelişerek bitkiyi hasta eden mikroorganizmaların büyük bölümü, belirli pH aralığında aşırı gelişir. Hastalık yaygınlaşır. Modern tarımda, bu tür hastalıkların önlenmesinde ortamın pH'sını düzenlemek de yer almaktadır.

Toprak pH'sı, birçok zehirli maddenin etkisinin artmasına veya azalmasına neden olur. Genellikle asitlik arttıkça bakır, kurşun, alüminyum gibi ağır metaller başta olmak üzere, çözünürlük artar. Böylece ortaya çıkan çözünmüş ürünlerin bir yandan yıkanması, öte yandan bitkilerce alınması kolaylaşmış olur.

Toprakta Kirecin Önemi

Kireç toprakta çok ince tozdan, taş-kayalara varacak irilikte ve tebeşir gibi yumuşak kireçten, sert kireçtaşına dek değişen sertliklerde bulunabilir. Toprakta kireç, bitkiler için önemli bir kalsiyum kaynağı olmasının yanı sıra, çok sayıda işleve sahiptir. Birçok olay kireç tarafından yönlendirilir, hızlandırılır veya yavaşlatılır. Uygun düzeydeki kirecin yararları şunlardır:

• Mikrobiyel etkinliklerin düzenlenmesi, mikropların gerek duyacağı besin maddelerinin yarayışlılığı, yararlı mikroorganizma sayısında artış,
• Fiziksel özelliklerin düzenlenmesi, toprak tanelerinin paketlenmesi, çimentolaması, yumak oluşumu vb.,
• Zehirli bileşiklerin nötrleştirilmesi, yıkanmasının kolaylaşması,
• Bitki hastalıklarının azalması,
• Bitki besin maddelerinin yarayışlılığının artması,
• Toprak reaksiyonunun düzenlenmesi, asitliğin önlenmesi, tamponluk,
• Dezenfeksiyon.

Kireç toprağın yararlı bir bileşeni olmakla birlikte, aşırılığı kimi zararlara da yol açabilir. Fazla kirecin olası zararları aşağıdaki gibidir:

• Bitki besin maddelerinin yarayışlılığı sınırlanır.
• Bitkilerde madde değişimi (metabolizma) bozuklukları görülebilir.
• Toprakta sert katman oluşabilir.
• Toprağa tek seferde büyük miktarda kireç eklenirse, bitkiler şoka girebilir.

Toprağın Kireçlenmesi

Kireci az veya yetersiz olan bir toprakta kireçleme yapılacaksa, ekim, dikimden veya bitkilerin kış uykusundan uyanmasından en az bir ay önce uygulama bitmiş ve kireç toprağa karışmış olmalıdır.

Toprak Canlıları

Topraktaki on binlerce tür canlının yaşam kaynağı organik madde veya topraktaki diğer canlılardır. Bunların büyük bölümü organik ürünleri parçalayıp ayrıştırma, mineral ize etme (inorganik bileşiklere çevirme), yeni organik ve organomineral ürünler oluşturma görevi üstlenmiş olup, çok azı inorganik ürünleri değişikliğe uğratır.

Toprak canlıları geniş ölçüde yararlı organizmalar olup, zararlıların sayısı sınırlıdır. Toprakta üstlendikleri görevler aşağıda özetlenmiştir:

• Ana materyalden toprak oluşmasına yardımcı olmak,
• Toprak taneciklerinin agregatlaşmasmda görev almak,
• Besin maddeleri döngüsünü hızlandırmak,
• Besin maddelerini bir formdan bir başkasına çevirmek,
• Bitkilerin topraktan besin maddelerini almasına yardımcı olmak,
• Topraktaki zehirli bileşikleri parçalamak,
• Bitki hastalıklarına neden olmak, Bitki hastalıklarını azaltmak,
• Suyun toprağa girişini artırmak veya engellemek

Toprak canlıları bitkisel ve hayvansal canlılar olmak üzere iki grupta toplanabilir. Bitkisel canlılar, çoğunlukla güneş enerjisinden yararlanarak mineral maddeleri organik ürünlere çevirebilen ve kendi besinlerini üretebilen varlıklardır. Bakteriler, aktinomisetler, mantarlar ve algler mikroskobik bitkisel toprak canlılarını oluşturur. Hayvansal toprak canlıları ise, bir hücreliler (protozoa), halkasız ipliksi solucanlar (nematodlar), halkalı solucanlar, böcekler ve büyük hayvanlar olarak sınıflandırılır.

Toprak canlıları, toprağa dönen artıkları ayrıştırıp, yeni ürünlere çevirerek, yaşamı sürekli yenilerler. Bu etkinlikler olmasaydı, yeryüzü kısa sürede yaşanamaz hale gelirdi.

Solucanlar

Doğada binlerce tür solucan olmasına karşın, organik artıkları deşenler, yüzey toprağını kazanlar ve derin toprakta çalışan gece solucanları olmak üzere üç grup ayrılabilir. Solucanların ürün verimi üzerine olan etkileri, toprağı işleyip etkin bir akaçlama ve havalanma sağlamalarıyla olur ve beslenme, kalıplama ve kazma eylemleriyle gerçekleşir. Açtıkları kanallar su ve hava hareketinin yanı sıra köklerin ilerlemesini de kolaylaştırır. Bedenlerinden mineral ve organik ürünleri geçirip kalıba dökerken, hem onları iyice karıştırıp besin desteği sağlarlar, hem de toprak yapısını geliştirmiş olurlar. Böylece, solucan bedeninden geçen kalıplarda erozyon oranı azalır.

"Yeryüzünde pek az hayvan, bu küçük yaratıklar kadar yararlı olabilir." Charles Darwin - solucanları kastediyor.

Mikoriza Mantarları

Mikoriza, köklerde barınan bir toprakaltı mantar türüdür. Kök korteksinin içinde ve çevresinde yaşar ve ağaç kabukları vb. organik kalıntılarla beslenirler. Mikorizalar, bir uçları toprakta, diğer uçları bitki kökünde olduğundan, topraktan aldıkları besinleri bitkiye aktarırlar. Bu birlikteliğe mikorizal işbirliği veya ortak yaşam denir. Köklerden dışarı uzattığı hiflerle, bir bakıma bitkinin kılcal kök uzunluğunu artırmış olurlar. Bu mantarlar bitkiye su ve besin maddesi sağlarken, özellikle bitki artıklarıyla beslenirler. Mikoriza mantarlarının en sağlıklı gelişebildiği toprak reaksiyonu aralığı hafif asit ile nötr arasıdır.

Rhizobium Bakterileri

Tarım alanlarında en çok eksikliği görülen besin maddesi olarak azot, minerallerden gelen bir besin maddesi değildir. Azotun başlıca kaynakları organik madde ve azotlu gübrelerdir. Rhizobium bakterileri, baklagil bitkilerinin köklerinde yaşayıp, orada mini yumrular oluşturur. Bu yumrucuklar, bakterilerin havadan bağladıkları azotça zengindir. Rhizobium baklagil birlikteliği de bir ortak yaşam türüdür.

Bir avuç verimli topraktaki canlı sayısı, yaklaşık olarak yeryüzündeki tüm insan sayısı kadardır.

Azotobakterler

Azotobakterler, atmosferdeki azotun bir bölümünü toprağa kazandırabilen bakteri grubudur. Rhizobium bakterileri gibi ortak değil, havalı ortamda serbest yaşarlar. Doğal toprakta sayıları diğer mikroorganizmalara göre azdır. Çok sıcak ortamlarda ve tuzlu veya asit topraklarda yaşayamazlar.

Toprakta Mikroorganizma Yönetimi

Toprakta yaşayan canlıların bir bölümü hastalık yapıcı veya zararlıdır. Bitkilerde gözlenen çok sayıda mantar hastalığının kökeni toprak canlılarıdır. Toprak pH'sının düzenlenmesi, ilaçla dezenfeksiyon, solarizasyon, sıcak su buharı sterilizasyonu, tür değişimi, toprak düzenleyiciler gibi önlemlerden biri veya birkaçı uygulanarak, bunlarla savaşılmaya çalışılır. Bir temel bilgi olarak anımsanması gereken nokta şudur: mikroorganizmaların da diğer canlılar gibi belirli ortam istekleri vardır. Bunlar şöyle sıralanabilir:

• Besin,
• Sıcaklık,
• Nem,
• Asitlik, alkalilik,
• Havalanma,
• Işık.

Sayılan koşullar istenen doğrultularda değiştirilerek, topraktaki canlılar topluluğunun sayıları ve etkinlik düzeyleri düzenlenebilir.