TOPRAK STRÜKTÜRÜ

 Toprak Suyu
 Toprak Suyu Çeşitleri
 Toprak Havası
 Toprak Sıcaklığı
 Toprağın Rengi
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
Toprak tarafından tutulan suyun tutulma enerjisini su sütunu olarak ifade
etmek için pF simgesi kullanılmaktadır. Bu deyim su sütunu yüksekliğinin
(cm) logaritmik ifadesidir. Örneğin bir toprak kolloidinin yüzeyindeki nemin
tutulma gücü 1 000 000 cm yüksekliğindeki bir su sütununa eşit olsa, bunun
pF olarak değeri:
pF = log h = log 1000 000 = log 10 6 = 6 olur.
O halde pF simgesi, toprakta suyun tutulma gücünü su sütunu olarak
göstermeyi basitleştirmek için kullanılmaktadır. Fakat son yıllarda bar ölçü
birimi pF ölçü birimine göre daha çok kullanılmaktadır
Kum
Toz
Kil
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAKTA SUYUN TUTULMASI
TOPRAK SUYU ÇEŞİTLERİ
• Higroskopik su
• Kapillar su
• Sızıntı suyu
• Tabansuyu
• Durgun su
TOPRAK SUYU ÇEŞİTLERİ
HİGROSKOPİK SU
 Toprakta kolloidal taneciklerin yüzeylerini kaplayan bir film şeklindeki
toprak nemidir. Toprak tarafından 31 atmosferin ( pF > 4.5) üzerindeki
kuvvetlerle tutulur. Bitkiler bundan yararlanamaz. Pratik olarak toprağın
hava kurusu durumunda tutmakta olduğu su higroskopik su olarak
tanımlanır. Toprakların tane çapı ve ve buna bağlı olarak değişen yüzey ince
gözeneklerin miktarı hava kurusu durumuna ve higroskopik su miktarına
etki eder. Bu nedenle higroskopik su miktarı toprak türüne göre farklıdır.
Kumlu topraklarda daha az, killi topraklarda daha fazla higroskopik su
tutulur
KAPİLLAR SU
Su ile doymuş toprakta geniş gözeneklerdeki su sızıntı suyu halinde sızıp
gittikten sonra iri ve orta çaplı gözeneklerde tutulan su kapillar su olarak
tanımlanır. Toprak tarafından tutulma tutulma gücü 0.3 - 15 atmosfer arasında
değişir. Diğer bir ifade ile 2.5 - 4.2 pF kuvvetle 10 - 0.2µ arasındaki
gözeneklerde tutulan sudur.
SIZINTI SUYU
 Geniş kaba gözeneklerden hızla, dar kaba gözeneklerden yavaş olarak,
yerçekimi kuvveti altında aşağılara doğru hareket eden sudur. Toprakta
tutulma enerjisi 0.1 - 0.2 atmosfer arasındadır. Bu nem derecesindeki
topraklara ıslak topraklar denir (pF < 2.5). Bu topraklarda suyun tutulma
enerjisine hidrostatik potansiyel ismi verilmektedir. Bitkiler sızıntı suyundan
faydalanabilirler. Ancak bu faydalanma suyun kök çevresindeki sızma
süresine bağlıdır.
TABAN SUYU
Toprakta derinlere doğru sızan su geçirimsiz bir tabakaya rastlarsa daha
derinlere sızamayarak toprağın gözeneklerini doldurur. Su bu defa geçirimsiz
tabakanın eğimine veya bazı yerlerde arazinin eğimine bağlı olarak hareket
eder.
Tabansuyu devamlı hareket halinde olduğu gibi mevsimlere bağlı olarak toprak
içinde belirli bir üst ve alt seviyelere sahiptir. Tabansuyunun üst ve alt seviyeleri
kırmızı renkte yatay yükseltgenme çizgileri ile belirgindir. Tabansuyunun
devamlı bulunduğu kesim ise gri rengi ile belirgindir.
DURGUN SU
 Toprakta geçirimsiz bir tabakada veya bu tabakanın üstünde gözenekleri
dolduran su hareket edemediği veya çok yavaş hareket edebildiği için
durgunlaşır. Durgun suyun oluştuğu topraklar kışın ve ilkbaharda ıslak,
yazın ise kurudurlar.
 Durgun sudaki serbest oksijen bitki kökleri ile diğer mikroorganizmaların
solunumu sonucunda kısa sürede tükenir. Solunum için yeterli oksijen
bulamayan earob organizmalar ölürler veya anaerob olanlar topraktaki
oksitleri indirgeyerek serbest kalan oksijeni kullanırlar. Özellikle üç değerli
demir oksitlerin iki değerli demir oksitlere indirgenmesi ile toprakta kırmızı
(pas rengi) ve boz (gri-yeşil- mavimsi yeşil) renkli bir mermer deseni
görünümü ortaya çıkar. Bu boz-pas lekeli oluşum durgun suyun varlığının
en belirgin göstergesidir.
DURGUN SU&TABAN SUYU
Taban suyu
Durgun Su
TOPRAK SUYU VE GÖZENEK ÇAPLARI İLİŞKİSİ
TOPRAK TEKSTÜRÜ İLİŞKİSİ
ORGANİK MADDE İLİŞKİSİ
Organik medde bakımından zengin toprağın su tutma kapasitesi organik maddece
fakir topraktan daha yüksektir.
Her ikisine aynı miktarda su döküldüğünde organik maddece zengin toprakta suyun
ıslattığı koyu renkli kısım daha düşüktür. Bunun nedeni organik maddenin toprağın
su tutma kapasitesini artırması ile ilgilidir.
BİTKİLER AÇISINDAN TOPRAK NEMİ
Bitkilerin topraktaki sudan yararlanabilmeleri, su miktarına bağlı olmakla
beraber, su miktarı bu hususta rol oynayan tek faktör değildir. Bu hususta başka
faktörler, örneğin toprak türleri de önemli derecede etkili olmaktadır. Örneğin
bir kil toprağı %30 oranında su içerse bile bitkiler bu sudan yararlanamazlar.
Buna karşılık % 12 oranında suya sahip bir kum toprağında alınabilecek su
bulunmaktadır. Bunun nedeni kil toprağında su miktarı % 30 düzeyine
indiğinde suyun tutulma gücü 15 atmosferi aşmaktadır. Yüksek organizasyonlu
bitkiler 15 atmosferden daha yüksek emme kuvvetleri ile toprak tarafından
tutulan suyu alamamaktadırlar. Bu nedenle topraktaki su miktarı, her zaman için
bitkilerin bu sudan yararlanıp yararlanamayacakları hakkında bir fikir vermez.
Bundan dolayı bilim adamları, su miktarı, suyun toprakta tutulma gücü ve
bitkilerin bu sudan yararlanma ilişkileri bakımından higroskopik nem, solma
sınırı (pörsüme sınırı) ve tarla kapasitesi gibi deyimler kullanmaktadır.
Higroskopik nem:
Higroskopik nem çok küçük gözeneklerde 31 atmosfer basınçtan (pF >
4.5) daha yüksek güçle tutulan toprak suyudur. Pratik olarak 105 oC de
toprağın tutmakta olduğu nem nem higroskopik nem olarak kabul edilir.
Kil miktarındaki artış higroskopik nem miktarının da artmasına sebep
olur. Bitki toprak suyu ilişkileri bakımından önemsizdir. Ancak toprak
analizlerinde elde edilen bütün sonuçlar 105 oC de kurutulmuş toprak
için verilir.
Solma sınırı:
Bitki kökleri en fazla 4.2 pF (15 atmosfer) lik bir emme gücü ile toprak
suyunu alabilirler. Bu noktada toprağın içerdiği nem miktarı solma
sınırındaki veya solma noktasındaki nem miktarıdır. Diğer bir ifade ile,
toprakta bitkiler su noksanlığından dolayı pörsürler ve bu toprağa su
verilmemek koşulu ile sürekli pörsümüş durumda kalırlarsa, bu toprağın
su miktarı veya nem içeriği solma sınırındadır denir.
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 (2.5 pF = 0.33 atmosfer) ile solma sınırı
(4.2 pF = 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)
Doymuş toprak
Solma noktası
Tarla kapasitesi
Katı
Doymuş toprak
Su
Tarla kapasitesi
Hava
Hava
Solma noktası
Higroskobik nem
Hava
Katı
Gözenek kısmı
Şekil farklı nem içeriğine
sahip 100 gram tozlu balçık
toprağın su ve hava
hacimlerini göstermektedir.
En üstteki tamamen nem
bakımından doymuş toprağı
temsil etmektedir. Bu durum
yağmurdan veya sulamadan
kısa bir süre sonraki nemdir.
Su kısa bir süre sonra iri
gözeneklerden (makropor)
akar. Bu durumda toprak
tarla kapasitesindedir.
Solma sınırına kadar bitkiler
suyu topraktan kolaylıkla
alabilirler. Bu durumda
toprakta önemli miktarda su
vardır ancak bitkilerin
alamayacağı kadar büyük
kuvvetle tutulmaktadır. Daha
fazla nem içeriği azaldığında
higroskopik nem olarak
adlandırılır ve su sadece
toprak kolloidlerinin
etrafında bulunur.
Faydalanılabilir su kapasitesi üzerinde etkili faktörler
*Toprakta kil oranı arttıkça tarla kapasitesi sınırındaki nem miktarı
artmaktadır. Bu durumda killi toprakların daha fazla su depo
ettikleri ve bitkilere daha fazla su verebilecekleri zannedilir.
Gerçekte durum böyle değildir. Solma sınırındaki nem miktarının
killi topraklarda çok yüksek olması killi toprakların faydalanılabilir
su kapasitelerinin azalmasına sebep olmaktadır. Bitkiler için en
fazla yarayışı su orta tekstürlü (balçık) topraklarda tutulmaktadır.
Kumlu balçık ve balçıklı kum toprakları ile Balçıklı kil ve kil
topraklarında faydalanılabilir su kapasiteleri balçık topraklarından
daha azdır.
* Toprak tavda iken toprak işleme yapmak gözenek hacminin
artmasını ve buna bağlı olarak faydalanılabilir su kapasitesinin
artmasını sağlar.
Faydalanılabilir su kapasitesi üzerinde etkili faktörler
* Organik maddenin varlığı, hem topraktaki kapillar boşlukların
miktarını artırdığından hem de organik maddenin kendisi yüksek su
tutma kapasitesine sahip olduğundan, benzer tekstürlü topraklarda
organik madde içeriği arttıkça yarayışlı su miktarı da artmaktadır.
* Strüktür de faydalanılabilir su kapasitesini kontrol eden bir diğer
etmendir. İyi agregatlanmış killi toprakların (kireçsiz killerin
kireçlenmesi) 0.2-10 µ arasındaki gözeneklerin hacminin fazla
olması faydalanılabilir su kapasitesini de artırmaktadır.
Toprak tekstürüne bağlı olarak yararlanılabilir su
kapasitesinin değişimi
Toprak Havası
Toprak suyu tarafından doyurulmamış boş gözeneklerde bulunan hava
toprak havası olarak tanımlanır. Toprağın hava kapasitesi nem durumuna
göre çok değişmektedir. Toprağın hava kapasitesi iri çaplı gözeneklerin (
> 10 µ) hacmine bağlıdır ve % 5 - 40 arasında değişir.
Toprak havası toprak içinde organik ve anorganik maddelerin ayrışması
ve yeni kimyasal oluşumlar için gereklidir. Toprak içinde yaşayan
mikroorganizmalardan aerob olanlar, toprak hayvancıkları ve bitki
kökleri de solunum için toprak havasına muhtaçtırlar.
Toprak havasının bileşimi
Toprak havasının bileşimi atmosferdekinden özellikle CO2 ve O2 oranı
bakımından farklıdır. Toprak havasında oksijen miktarı % 20.6 (Atmosferde %
20.9) civarında, karbondioksit miktarı ise % 0.2 – 0.7 (Atmosferde % 0.03)
arasında bulunmaktadır.
Toprakta yaşayan mikroorganizmaların ve bitki köklerinin solunumu ve organik
maddelerin ayrışması toprak havasının CO2’ ce zenginleşmesine sebep olur.
Orman ve tarım alanlarından yılda toplam 4000 m3/ha CO2 in atmosfere
ulaştığı bildirilmektedir. Bu miktarın 2/3’ü toprak organizmalarının
faaliyetinden, 1/3’ü ise kök solunumundan kaynaklanmaktadır.
Toprak Havasının Yenilenmesi
Toprak havası ile atmosfer arasında karşılıklı gaz alışverişi vardır. Buna toprak
havalanması veya toprak solunumu denmektedir. Bu olay, kütle akımı
(konveksiyon) ve difüzyon olmak üzere başlıca iki süreç sonunda meydana
gelir. Toprak havasının bileşimine göre; en azından %10 oranında oksijen varsa
(aşağı sınır), en çoğunda %5 oranında CO2 bulunursa (yukarı sınır), bu toprak
havalanması sınır değerdedir. Başka bir ölçü olarak da bir toprağın hava
kapasitesi en azından % 10-15 ise bu toprağın havalanması iyi olarak kabul
edilmektedir.
Toprak Havası ile Bitki Gelişimi Arasındaki İlişkiler
Bitki kökleri, özellikle yeni çimlenmekte olan fidecikler, topraktaki oksijen
kıtlığına karşı çok duyarlıdırlar. Ağaç kökleri, % 2 oranında oksijene sahip
toprak havasına kısa bir süre dayanabildikleri halde, fidecik köklerinin %10
oksijen oranında bile gelişimlerinin yavaşladığı ifade edilmektedir.
Toprağın yetersiz havalanma koşullarına dayanabilen bazı ağaç türlerinin
bulunduğu, araştırma ve sera denemeleri ile belirlenmiştir. Bu türler Salix, Tilia
cordota, Eucalyptus camaldulensis, Quercus petraea, Fraxinus angustifolia,
Taxodium disticum, Alnus glutinosa gibi ağaç türleri girmektedir.
Toprağın yetersiz havalanma koşullarına dayanıksız olan ağaç türleri ise:
Fraxinus excelsior, Acer pseudoplatanus, Acer campestre, Acer
platanoides, Quercus robur, Cedrus libani, Robinia pseudoacacia,
Picea abies ve yerli Pinus türleri.
Toprak havalanması toprak mikroorganizmaları için de son derece önemlidir.
Aerobik organizma denilen ve ancak yeterli oksijenin bulunduğu ortamlarda
faaliyet gösteren organizmalar, oksijen kıtlığında organik maddeleri
ayrıştıramaz, organik madde artıkları birikir. Anaerobik organizmalar ise, bu
koşullarda topraktaki oksitlerden (demir ve mangan oksitleri) oksijenini alır,
onları redükler. Her iki şekilde de toprakta bazı zehirli maddeler oluşur. Bunun
sonucunda Ca, Mn ve Fe besin maddeleri alınamaz, toprak reaksiyonu değişir.
TOPRAK SICAKLIĞI
Yeryüzüne ulaşabilen güneş enerjisi miktarı üzerinde atmosfer tabakalarının
kalınlığı, içindeki katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin cinsi ve miktarı,
mevsimler, günün çeşitli saatleri, bitki örtüsü, arazi yüzü şekli, enlem dereceleri vb.
faktörler etkilidir. Atmosfere ait faktörlerin etkisinden dolayı ve yeryüzünden
meydana gelen yansıma gibi nedenlerle güneş enerjisinin ancak %50’sine yakın
kısmı toprağa ulaşabilir.
Toprağın mineral ve organik madde bileşimi, nem içeriği ve rengi gibi fiziksel
özellikler doğrudan ve dolaylı olarak toprak sıcaklığını etkilemektedir.
Toprak rengi, ışınları yansıtmak veya absorbe etmek suretiyle etkili olur. Yangından
sonra siyah renge dönüşmüş olan bir humuslu orman üst toprağının sıcaklığının,
aynı yerde yanmamış toprağa kıyasla 2.7-5.5 oC daha yüksek olduğu belirlenmiştir.
Her maddenin ısı iletkenliği ve özgül ısısı değişik olduğu için, toprağın minerolojik
bileşimine, humus ve su içeriğine göre sıcaklığı da değişmektedir.
TOPRAK SICAKLIĞI
Çeşitli maddelerin özgül ısıları farklı olduğundan, sıcaklıklarının 1 oC yükselmesi
için alınması gerekli güneş enerjisi miktarı da farklı olacaktır. Örneğin içinde 100
gram su bulunan bir toprak kitlesi, aynı minerolojik bileşimdeki kuru toprağa
kıyasla 100 kalori daha çok ısı alabilirse ancak her iki toprak aynı sıcaklık
derecesinde olacak demektir. Onun içindir ki ıslak topraklara soğuk topraklar adı
verilmektedir.
Çakıl ve taş bakımından zengin topraklar ötekilerine kıyasla daha çabuk ve daha
yüksek derecelere kadar ısınacaklardır. Böylece kurak toprakları oluşturacaklardır.
Toprak tekstürüne göre de ısı iletkenliği değişmektedir. Isı iletkenliği çoktan aza
doğru şu sıra ile gitmektedir: Kum > Balçık > Kil
Toprak Sıcaklığının Ekolojik Önemi ve Bitki Gelişimine Etkisi
Sıcaklık, don meydana getirecek derecede düşmüşse fizyolojik kuraklık meydana
gelir. Yani toprakta su olmasına karşın, bitki bu suyu alamaz. Bunun aksine
toprak çok ısınırsa, içindeki su buharlaşarak kuraklık meydana gelir. Bu durum
yalnız suyun değil, besin maddelerinin de bitki kökleri tarafından alınmasını
engeller.
Çimlenme için gerekli minimum toprak sıcaklığı istekleri de bitki türlerine
göre değişmektedir. Esasında sıcaklık optimum dereceye kadar yükseltilmesi
ile çimlenme yüzdesi hızla artmaktadır.
Ağaç köklerinin gelişmeye başlaması için gerekli minimum toprak
sıcaklığının 0 oC’nin biraz üzerinden 7 oC’ye kadar değiştiği
bildirilmektedir. Kök gelişimi için gerekli optimum toprak sıcaklığı ise 10-25
oC arasında olduğu bildirilmektedir.
TOPRAĞIN RENGİ
Toprağa doğrudan renk veren maddeler
Organik maddelerin ayrışma ürünleri, demir ve mangan bileşikleri, kalsit, aragonit,
kuvars, feldispatlar, mika ve killerdir. Toprak rengi klimatik toprak tiplerinin
sınıflandırılması açısından önemlidir.
Toprak rengini dolaylı olarak etkileyen maddeler ve faktörler
Toprağın rengi üzerinde toprak nemi ve tekstürü dolaylı bir şekilde etkili
olmaktadır.
Yüksek derecede nem içeren topraklar güneş ışınlarını yüksek derecede absorbe
ettikleri için, olduklarından daha koyu görünür. Kuru topraklar ise, ışığı daha çok
yansıttıkları için ıslak topraklardan daha açık renkli görünüme sahiptir.
Kaba tekstürlü topraklarda iç yüzey, ince tekstürlü topraklara kıyasla daha az
olduğundan, belirli miktardaki bir renk maddesi, örneğin humus, toprak tanecikleri
etrafında daha kalın bir tabaka oluşturur, dolayısıyla koyu görünür.
TOPRAĞIN RENGİNİN BELİRLENMESİ
Toprak rengi, profilde yapılacak gözlemlerle, horizonlara göre ve bilinen renklerle
bir yaklaşım sağlanarak belirlenebilir (boz, esmer, kırmızımsı kahve, vb.). Fakat,
subjektif bir belirleme olduğu için karşılaştırma bakımından kesinlik arzetmez. Bu
nedenle bir standart tanıtım imkanı sağlamak amacıyla Toprak Renk Kartları
isimli bir renk kitapçığı geliştirilmiştir (Munsell Soil Color Charts). Bu kitapçığın
bir sayfasına dikdörtgen şeklinde renkli kartonlar yapıştırılıp, numaralanmış, karşı
sayfaya da bunların isimleri yazılmıştır. Rengi belirlenmek istene topraktan bir
miktar örnek alınıp, bu sayfalardaki renklerle karşılaştırılır, en çok hangisine
uyuyorsa, onun ismi ve simgesi, bu örneğin rengi olarak belirlenmiş olur.
Belirlenen renk üç özelliği ile hassas olarak belirlenir. Bu özellikler; ton (hue),
açıklık derecesi (value) ve karışım derecesi (chroma) dır.
Böylece dünyanın her yerinde aynı anlama gelen toprak renk belirlemesi yapılmış
olmaktadır. Münsell ıskalasına göre renk tayini taze açılmış profil kesitlerinde ve
yeterli derecede nemli olan topraklarda yapılır.
Hue
(ton)
Chroma
Value
(açıklık)
(karışım)
Value
(renge eklenen
siyah ve beyazın
miktarına bağlı
parlaklık)
Hue
(renk tonu)
Chroma
(karışım=ışığın başat olan
dalga boyunun saflık ölçüsü)
10 YR 8/3
Çok soluk kahverengi
10 YR 5/4
Sarımsı kahverengi
10 YR 3/3
Koyu kahverengi
Toprak renginin ekolojik önemi
Toprak renginin bitki gelişimi üzerindeki etkisi azdır. Bununla beraber,
toprağın jeolojik orijini, oksidasyon ve redüksiyon olaylarının derecesi,
organik madde miktarı, yıkanma ve birikmeler gibi önemli toprak
karakteristiklerinin bir indikatörüdür.
Toprak rengine göre toprakların verimlilikleri hakkında bir tahminde
bulunabilme imkanı vardır. Genellikle koyu renkli toprakların daha
verimli, açık renklilerin fakir topraklar olduğu ifade edilmektedir. Bu
nedenle toprak rengine göre verimlilik derecesi bakımından topraklar en
verimlisinden en fakirine doğru, siyah > esmer > pas kahverengi >
grimsi kahverengi > kırmızı > gri > sarı > beyaz şeklinde
sıralanmaktadır.
Bu sıralanış veya kural her zaman için geçerli olmayabilir. Çünkü
verimlilik üzerinde iklim ve zaman faktörleri de önemli rol oynar.
Örneğin alüvyal topraklar açık renkli oldukları halde, genç topraklar
oldukları için verimlidirler.
Toprak rengi, olgun topraklarda erozyonu belirleme için bir gösterge
olabilir. Örneğin erozyona uğramış topraklarda koyu renkli A- horizonu
aşındırıldığı için, anamateryalin rengi egemen olur.
Toprak rengi klimatik toprak tiplerinin sınıflandırılmasında, eskiden beri
bir ölçü olmuştur.