TOPRAĞIN DÖRT ESAS YAPI MADDESİ

25%

25%

5%

45%

Hava

Su

Organik

İnorganik

Toprak Organik MaddesiToprak Organik Maddesi

Bütün organik maddeler karbon içerirBütün organik maddeler karbon içerir

Karbon elementi hayatın temelidir.Karbon elementi hayatın temelidir.

Toprak organik maddesi, canlı veya ölü Toprak organik maddesi, canlı veya ölü bitki materyalleri, canlı organizmalar, bitki materyalleri, canlı organizmalar, mikrobial va faunal ürünler ve humus adı mikrobial va faunal ürünler ve humus adı verilen kararlı kompleks organik maddeler verilen kararlı kompleks organik maddeler içerir.içerir.

Organik maddelerin toprağın fiziksel, Organik maddelerin toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerine önemli kimyasal ve biyolojik özelliklerine önemli etkileri vardır.etkileri vardır.

Topraktaki Organik Bileşiklerin Sınıfları

Bileşik Tipi Kompozisyon Önem

Humus Bitki bozunması sonucu bozunmaya dirençli kalıntı (C,H, ve O)

En çok bulunan organik bileşik, toprağın fiziksel yapısını artırır, nütrient değişimini sağlar ve bağlı Azot rezervidir.

Yağlar, reçineler ve mumlar

Organik çözücülerle çözünebilen lipidler

Genelde toprağın organik içeriğinin1-5 % oluşturur toprağın fiziksel özelliklerini suyu tutmayarak etkilerler ve fitotoksik olabilirler.

Sakkaridler Selüloz, nişasta Topraktaki mikroorganizmalar için ana besin kaynağıdır, toprak agregalarını kararlı hale getirmeye yardımcı olur.

N-içeren organikler

Humusa, amino asitlere, amino şekerler ve diğer bileşiklere bağlı Azot

Toprağın verimliliğini azot sağlayarak artırır.

Fosforlu Bileşikler Fosfat esterleri, inositol fosfatlar (phytic acid), ve fosfolipidler.

Bitkilerdeki fosfatın kaynağıdır.

Buğday Kalıntısı İçeriği (g/kg)Buğday Kalıntısı İçeriği (g/kg)

Çözünebilen bölümÇözünebilen bölüm 288288SelülozSelüloz

361361HemiselülozHemiselüloz

184184LigninLignin

141141N-İçeren maddeler (Proteinler)N-İçeren maddeler (Proteinler) 99KülKül 8484

Parçalanma HızlarıParçalanma Hızları

Çözünebilen maddelerÇözünebilen maddelerHam ProteinlerHam ProteinlerSelülozSelülozHemiselülozHemiselülozYağlar, MumlarYağlar, MumlarLigninlerLigninler

Parçalanma Hızını Kontrol Eden EtmenlerParçalanma Hızını Kontrol Eden Etmenler

Biyokimyasal KompozisyonBiyokimyasal Kompozisyon

Kimyasal YapıKimyasal Yapı

MiktarMiktar

Mikrobiyal ve Faunal AktiviteMikrobiyal ve Faunal Aktivite

POLYHETREROCONDANSATE

HUMUS

Karbonhidratlar

Monosakkaridler Mikrobiyal ve kimyasal

oksitlenme

Kinonlar

Dihidroksi benzoik asit

Proteinler peptitler Amino asitler Yoğunlaşmış Lignin

ürünler tanin

Mikrobiyolojik ve kimyasal ölü ya da canlı Su

oksidasyon Mikroorganizmalardan

Metabolik ürünler

Humik MaddelerHumik Maddeler

Mikrobiyal olaylar sonucu oluşan dirençli Mikrobiyal olaylar sonucu oluşan dirençli olmayan, tanımlanabilen biyomoleküller olmayan, tanımlanabilen biyomoleküller humik olmayan maddeler olarak humik olmayan maddeler olarak tanımlanır.tanımlanır.

Karmaşık, dirençli polimerik bileşikler Karmaşık, dirençli polimerik bileşikler hümik maddeler olarak tanımlanır.hümik maddeler olarak tanımlanır.

Humik Maddelerin İçeriğiHumik Maddelerin İçeriği

Moleküler ağırlıkları 2000 – 300000 dalton Moleküler ağırlıkları 2000 – 300000 dalton arasındadır. ( H atomunun kütlesi 1 arasındadır. ( H atomunun kütlesi 1 Daltondur)Daltondur)

Bozunmaya dirençliBozunmaya dirençliSilika killerle kompleks oluştururlarSilika killerle kompleks oluştururlarpH ya bağlı yükleri vardır.pH ya bağlı yükleri vardır.

Özellikler Yorum Topraktaki Etkisi

Renk Topraktaki tipik koyu renk humus nedeniyle olur Isınmayı tetikleyebilir

Su tutma Organik madde ağırlığının 20 katına kadar su tutabilir Kurumayı ve büzülmeyi engeller, kumlu topraklarda nemin tutulum süresini artırır

Kil mineralleriyle kombinasyon oluşturma

Toprakla birleşerek agrega adı verilen yapıları oluşturur Gaz alışverişini engeller, yapıyı kararlı hale getirir, geçirgenliği artırır.

Şelatlanma Cu2+, Zn2+, Mn2+, ve diğer polivalant katyonlarla kararlı bileşikler oluşturur

İz elementlerin bitkilere geçişini tamponlar

Suda çözünme Organik maddenin çözünmezliği kille bileşik oluşturmasından kaynaklanabilir, organik madde ile iki ya da üç yüklü katyonların tuzları çözünmez, izole olmuş organik madde az da olsa çözünür.

Az miktarda organik madde sızma ile kaybolur

pH ilişkisi Organik madde toprağın pH’sını tamponlar Toprakta uniform bir pH oluşumunu sağlar

Katyon değiştirme

İzole humusun toplam asidite aralığı 3,000 to 14,000 mmol kg-1 arasında değişir

Toprağın katyon değiştirme kapasitesini (CEC) artırır, çoğu toprağın yüzde 20 – 70 arasındaki CEC organik maddeden kaynaklanır

Mineralizasyon Organik maddenin bozunması soncu CO2, NH4+, NO3

-,

PO43-, and SO4

2- ortaya çıkar

Bitki yaşamı için nütrient kaynağıdır

Organik bileşiklerle kombinasyon

Biyoaktivite, süreklilik ve pestisitlerin biyo bozunurluğunu etkiler

Etkin kontrol için pestisitlerin uygulama oranını ayarlar

Humusun genel özellikleri ve toprakla etkileşimleri

Topraktaki Organik Maddeyi Etkileyen Faktörler

Kötü drenajlı topraklarda, çok fazla nem bitki kuru madde üretimini artırır ve göreceli kötü havalanma organik madde bozunmasını engeller.

Nem arttıkça topraktaki organik madde artarGeri kalan bütün özellikler eşit olmak üzere,

kumlu topraklara nazaran kil ve silt içeriği fazla olan topraklar organik madde olarak daha zengindir

Organik Maddenin EtkisiOrganik Maddenin Etkisi

Organo-minerallerin kompleklerinin Organo-minerallerin kompleklerinin oluşumunuoluşumunu

Birleşmeyi Birleşmeyi Katyon ve anyon değişim kapasitesiKatyon ve anyon değişim kapasitesiKirleticilerin hareketiniKirleticilerin hareketiniBozunma ve nütrient döngüsünü sağlar.Bozunma ve nütrient döngüsünü sağlar.

Organizmaların İhtiyaçlarıOrganizmaların İhtiyaçları

Hetetrofik organizmlar biyo sentez ve Hetetrofik organizmlar biyo sentez ve enerji üretimi için organik karbona ihtiyaç enerji üretimi için organik karbona ihtiyaç duyarlar.duyarlar.

Protein sentezi için Azot (DNA, RNA)Protein sentezi için Azot (DNA, RNA)DNA ve RNA için FosforDNA ve RNA için FosforProteinler için KükürtProteinler için Kükürt İz elementler ve suİz elementler ve su

Toprak Atmosferi

Toprak atmosferi hava atmosferinden farklıdır

Toprak biyolojik olarak porlu bir alandır.Bitki kökleri ve toprak biyotasının

aktiviteleri toprak atmosferini değiştirir.Oksijen sınırlı ise metabolik olaylar değişir.

Gaz DinamikleriGaz Dinamikleri

Normalde ONormalde O22 derinlikle azalır ve CO derinlikle azalır ve CO22

derinlikle artar.derinlikle artar.

Toprak atmosferinde COToprak atmosferinde CO22 < % 0,5 ve < % 0,5 ve

OO22 > % 10 > % 10

Anaerobik SolunumAnaerobik Solunum

Anaerobik SolunumAnaerobik Solunum

Oksijen limitleyici iken Nitrat ana elektron Oksijen limitleyici iken Nitrat ana elektron kabul edicidir.kabul edicidir.

Toprak Suyu Büyük ölçüde toprak havalandırmasını ve sıcaklığını toprak

suyu kontrol eder. Toprak suyu toprak nütrientlerinin bitkilere taşınması için

gerekli ortamdır Organik ve inorganik maddelerden kaynaklı hidrojen

iyonları suda çözünür, böylece toprağın pH’sı değişir. Toprağın pH’sıda minerallerin çözünürlüğünü etkiler. Toprak suyu birkaç yolla kaybolabilir Bitki yapraklarından terleme ile Toprak yüzeyinden buharlaşma Toprak porlarından rezervuarlara su drenajı ile Yanal akış ve Göreceli küçük porlarda tutulma ile

Toprağın yer çekimine karşı tutabileceği en fazla su miktarı alan kapasitesi kadardır. Bir toprağın alan kapasitesi yerçekimine karşı su tutabilecek küçüklükteki porların hacminin bir fonksiyonudur.

Toprak bitkiler iyon aldığı ortamlardır Toprak çözeltisindeki iyonlar toprağın organik ve

inorganik bileşiklerine sorblanabilir. Sorblanan iyonlar daha sonra toprak çözeltisine desorbalanbilirler.

Eğer toprak çözeltisi aşırı doygunsa mineral çökebilir. Toprak az doygunsa mineral çözülebilir.

İyonlar yer altı suyuna taşınabilir ya da yüzey akış süreçleri ile yok olabilirler.

İyonların yüzeye buharlaşma ya da kuruma ile hareketide olabilir

Mikroorganizmalar toprak çözeltisinden iyon giderebilirler.

Organizmalar öldüğünde ya da organik maddeler bozunduğunda iyon oluşur.

Atmosfere gaz salınımı olabilir. Gazlar toprak çözeltisinde çözünebilir.

Toprağı Oluşturan Faktörler

Ana Materyal

Topoğrafya

Zaman

İklim

Biosfer

Orman ToprağıBu beş faktör birlikte çalışarak horizon adı verilen tek bir toprak profilini meydana getirir.

Toprağı Oluşturan Faktörler

İklim• Sıcaklık ve Yağmur• Dolaylı kontroller(ör. Bitki tipleri)• Bozunma oranları

Yağmur miktarı arttıkça, erozyon ve sızma hızı artar.

Toprağı Oluşturan FaktörlerOrganizmalar

• Doğal bitki örtüsü tipleri• Bozunma bitki büyüme oranına bağlıdır

• Bitki ve hayvan aktiviteleri güçlü erozyon ajanları olan humik asit üretir.

• Bitkiler kimyasal olarak aşınma yapabildiği gibi fiziksel aşınmaya da neden olabilir

• Bitkiler toprak profilini kararlı hale getirir, hayvanlar (insanlarda dahil) erozyonu artırma eğilimindedir..

Toprağı Oluşturan Faktörler

Ana Materyal:

• Kimya

• Mineraloji

• Tanecik boyutu

Toprağı Oluşturan Faktörler

Topoğrafya:

• Zemin Eğimi

• Yükseklik

• Yön (ör: kuzeye bakma vs. güneye bakma eğimleri)

Toprağın yamaç aşağı taşınımı eğimin bir fonksiyonudur.

• Erozyon hızı = f(S)

Yüzey eğiminin daha dik olması erozyona uğrayan materyalin sistemden taşınımını hızlandırır.

Toprağı Oluşturan Faktörler

Toprağın Gelişimi

Kimyasal ve Fiziksel BozunmaBozunma İşlemiDağılma

GenişlemeAşınmaUfalanma

ParçalanmaHidrolizHidrasyonYükseltgenme İndirgenmeKarbonasyon

Biyolojik aktivite

Kayaların BozunmasıFiziksel Bozunma

Dünya yüzeyinde meydana gelen ve su, donma, sıcaklık değişimleri, rüzgar ve buzu da içeren fiziksel ve mekanik olaylar, dağılma ve aşınmaya neden olurlar. Bu olaylar sonucu meydana gelen parçacıklar genelde büyük boyutludur (silt, kum, çakıl). Fiziksel bozunma kırılan kaya parçalarından kaba topraklar çakıllar meydana getirir fakat kumlar ve siltler mineral tanelerinden meydana gelir.

Kimyasal BozunmaKimyasal bozunma ıslak ve sıcak koşullarda meydana gelir ve indirgenme sonucu bozunma ve/veya farklılaşmayı içerir. Kimyasal bozunma sonucu oluşan parçacıklar ayrı mineral taneleri içeren ince topraktır. Kil mineralinin tipi ana kayaya ve yerel drenaja bağlıdır. Kuartz gibi bazı mineraller fiziksel bozunmaya dirençlidir ve değişmeden kalırlar.

Mekanik Bozunma: kimyasal yapıda değişme olmaz sadece ince parçalara ayrışma olur.

Kimyasal bozunma: kimyasal reaksiyonlşarın sonucu ayrışma

CaCO3+CO2+H2O ---> Ca2+ + 2HCO3-

Mekanik Bozunma

Fiziksel Ayrışma• basınç salınımı• su: donma – çözülme çevrimleri• çatlaklardaki tuzların kristalleşmesi• ısıl genleşme ve daralma

Bütün bu etmenler bozunma süreçlerine maruz kalan toplam yüzey alanını artırır.

Mekanik Bozunma

Pul Pul Dökülme:Kayalar dünya yüzeyine paralel şekilde katmanlar halinde ayrılır. Kayanın üzerinde bir katman yoksa kaya genişler

ve pul pul dökülme meydana gelir.

Birçok magmatik kayaç, özellikle granit, derinlerde oluşur. Yeryüzüne çıktıklarında genişlerler. Genişleyen kayaların maden yataklarının duvarlarını patlatma riski taşır. Bu kırıklar ya da eklemler donmayı veya diğer erozyon yapıcı işlemleri artırabilir.

Donma Kamalanması: çatlak ve eklemlerdeki buzlanma genişleyerek kayaları parçalar.

Parçalanmış kayalar, tekrarlanan donma ve çözülme döngüsünün olduğu soğuk ortamlarda oluşurlar.

Termal genleşmeye bağlı ekstrem sıcaklık değişimlerinin olduğu çöl ortamlarında kayalar parçalanır. Farklı genleşme oranlarına bağlı olarak tekrarlanan şişme genleşme olaylarıda kayaları parçalar.

Fiziksel Bozunmanın Rolü

1) Kaya parçacıklarının taşınımı kolay olan daha küçük parçacıklara ayırır.

2) Kayanın bozunmaya maruz kalan alanını genişletir ve fiziksel ve kimyasal bozunmaya daha fazla savunmasız hale getirir.

Yüzey Alanı ve Bozunma

Kayalardaki çatlaklar su yollarıdır, mekanik bozunmayı artırırlar.

Bozunma Oranları

Kimyasal Bozunma

Tanım: Bir mineralin bir formdan diğerine değişimi ya da bozunmasıdır

Mineral Bozunması• karbonat çözülür• birincil mineraller--> ikincil minerallere (çoğunlukla killer)

Su ana etmendir:Çözünme

Birçok iyonik ve organik madde suda çözülür

Silika, K, Na, Mg, Ca, Cl, CO3, SO4

Asit ReaksiyonlarıSu + karbon dioksit <---> karbonik asitSu + sülfür <---> sülfürik asitH+ minerallerin parçalanmasında etkindir

Kimyasal Bozunma

Çzözünme

H2O + CO2 + CaCO3 --> Ca+2 + 2HCO3-

su + karbon dioksit + kalsit Kalsiyum ve bikarbonat iyonuna çözülür

Topraktaki biyolojik aktivite CO2 üretir

Yüzey akışlarında bikarbonat baskındır

OksidasyonSuda çözünmüş oksijen sülfatların, ferruz

oksitlerin, doğal metallerin oksidasyonunu gerçekleştirir.

Organik AktiviteBitki materyalleri H+ iyonları açığa çıkarır.

Kimyasal Bozunma

Hidrasyon: su moleküllerinin bir kayadaki, kristal yapıya tutunması, genişleme ve zayıflamaya neden olur.

Hidroliz: sudaki hidrojen ve oksijenin kayayla birleşmesi yeni maddeler oluşturur.

Kimyasal Bozunma

Çözelti: kayaların suda çözüldüğü işlem

pH ve sıcaklıktan çokça etkilenir Su doygun hale geldiğinde kimyasallar çökebilir. Kalsiyum Karbonat (kalsit, kireç taşı), sodyum

klorür (tuz), ve kalsiyum sülfat (alçı taşı) çözeltide bozunmaya eğilimlilerdir.

Kimyasal Bozunma

Bowen’sReaksiyon

Serisi

GoldrichKararlılık

Serisi

Kristalleşmeye ilk

Eğilimi olan

Kristalleşmeye Son eğilimi olan Yavaş Bozunma

Hızlı Bozunma

Bozunmaya Direnç

Olivin/piroksin den Kile

+ H2CO3 (acid)

Feldspad dan Kile

+ H2CO3 (acid)

Kuartz dan Kuartza(!)

+ anything

Kalsitten …….

hiçbirşey

+ herhangi birşey

This photo of Lime Sink was taken on 20 July 1932, over a week after the drawdown, which occurred over the night of 9-10 July.

Biyolojik Bozunma

Doğada kimyasal veya mekanik olabilir

• kökler kayaları ayırır• kökler kayaları bozan asitler üretir• hayvanların yeraltındaki yuvaları

Biyolojik EtmenlerBiyolojik Etmenler

Liken, mantar, bakteri, solucanLiken, mantar, bakteri, solucan

Liken (mantar-alg ortak yaşam) mantarın ayrıştırıcı

özelliğini kullanarak kayanın üzerini

yavaş yavaş ayrıştırır ve kayanın rüzgar ve yağmur

ile parçalara ayrılmasına neden olur.

LİKENLERLİKENLER

Toprak altından yüzeye çıkan bir kaya hiçbir Toprak altından yüzeye çıkan bir kaya hiçbir yaşam belirtisi göstermez. yaşam belirtisi göstermez.

Oraya ilk ulaşan rüzgar ve yağmurla taşınan Oraya ilk ulaşan rüzgar ve yağmurla taşınan likenlerdir. likenlerdir.

Likenler kayayı parçalar, liken popülasyonları ve Likenler kayayı parçalar, liken popülasyonları ve atıkları kaya çevresinde az da olsa organik bir atıkları kaya çevresinde az da olsa organik bir birikim yaratırlar. birikim yaratırlar.

Parçalan kaya parçacıkları ve bu organik madde Parçalan kaya parçacıkları ve bu organik madde daha daha

Sonunda çalımsı bitkiler, ağaçlar büyümeye Sonunda çalımsı bitkiler, ağaçlar büyümeye başlar. başlar.

MANTAR/BAKTERİMANTAR/BAKTERİ

SOLUCANLARSOLUCANLAR

•açmış oldukları galeriler •dışkılarının içermiş olduğu

yüksek besin maddesi nedeniyle toprak verimliliği

•stabil agregatların oluşumu •toprak strüktürünün

iyileştirilmesi•toprakların infiltrasyon ve su

tutma kapasitelerinin artırılması gibi bir seri fiziksel özellik üzerine olumlu etkileri bulunmaktadır.