News
News
Toprak kimyası; genel anlamda toprağın kimyasal yapısını ve toprakta oluşan kimyasal olayları inceler. Bu olayların bitkisel üretime etkilerini ortaya koyar.
Toprağın inorganik ve organik bileşenleri, iyon değişimi, toprak reaksiyonu (pH), bitki besin maddelerinin topraktaki hareketleri ve katıldıkları reaksiyonlar,
toprakların tuzlulaşması, alkalileşmesi, toprakta cereyan eden oksidasyon, redüksiyon, koagulasyon gibi kimyasal ve fizikokimyasal olaylar toprak kimyasının
önemli konularından bazılarıdır.
2. Toprağın bileşimi
Toprak; katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç ayrı fazdan oluşmuştur. Katı faz inorganik ve organik bileşiklerden, sıvı faz sudan ve gaz fazı ise havadan ibarettir. Katı fazı oluşturan inorganik ve organik maddelerin ağırlık olarak topraktaki miktarları pek çok faktöre göre değişiklik gösterir. Örneğin kumlu bir toprakta inorganik madde miktarı %100 olabileceği gibi organik oluşumlu topraklarda inorganik madde miktarı %5’e kadar düşebilmektedir. Ancak orta bünyeli ve verimli bir toprağın ağırlıkça %95 inorganik, %5 organik madde kapsadığı söylenebilir.
Toprak katı fazı toplam hacmin %50’sini oluşturur diğer %50 hacim ise su ve hava tarafından doldurulmuştur. Topraktaki inorganik maddelerin ortalama özgül ağırlığını 2.7 gr/cm3 kabul edersek, ağırlıkça %95 inorganik madde içeren bir toprağın hacimsel bileşiminin %38 inorganik madde, %12 organik madde, %15-35 su ve %15-35 havadan meydana geldiği ortaya çıkmaktadır. Ancak havadaki toprak ve su miktarları, toprağın solma noktasında ya da tarla kapasitesinde olmasına göre birbiri aleyhine değişmektedir. Toprak çözeltisinin bileşimi sulama ve gübreleme gibi kültürel işlemeler yanında topraktaki inorganik ve organik maddelerin bileşimine bağlı olarak değişir. Çünkü toprak çözeltisi bu maddelerin suda çözülmesiyle oluşmaktadır. Toprak havası, atmosfer ile aynı yapıya sahip olmakla beraber CO2 oranı bakımından farklılık gösterir. Toprak havası atmosfere oranla 10 kat daha fazla CO2 kapsamaktadır. Atmosferde %0.03 olan CO2 oranı, toprak havasında %0.3 civarındadır. Bunun nedeni kök faaliyeti sonucu açığa çıkan ya da toprakta cereyan eden kimyasal olaylardan oluşan CO2 gazının toprak havasında CO2 miktarını artırmasıdır.
2.1. Toprağın mineral bileşimi
Bilinen bütün doğal elementler toprakta bulunabilir ancak bu elementlerden O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, P, Mn, S, Cl ve C olmak üzere 14 tanesi arz kabuğunun %99.8’ini oluştururlar. Diğer elementlerin topraktaki miktarı çok azdır. Bu 14 elementten sadece O, Si, Al ve Fe toprak inorganik bileşiminin %90’nını meydan getirirler.
Çizelge 1’de granit ve kalker kayalar üzerinde oluşmuş iki toprağın mineral bileşimi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi ana kaya toprağın mineral bileşimini etkilemektedir. Örneğin kalker üzerinde oluşan toprakta CaO oranı %18.72 iken granit üzerinde oluşmuş toprağın CaO kapsamı %1.84’tür. Bu rakamlar toprağın mineral bileşimini genellikle oluştuğu ana kayaya bağlı olduğunu göstermektedir. Ancak toprak oluşumu sırasında cereyan eden kimyasal olaylar sonucunda yeni minerallerin ortaya çıkmasıyla toprağın mineral bileşimi ana kayadan farklılık gösterebilmektedir.
Arz kabuğunda bulunan kayalar genel olarak üç grup altında incelenir.
2.2.1. Püskürük kayalar
Magma’nın farklı derinliklerinde soğuyup katılaşmasının sonucunda oluşmuşlardır. Yer kabuğunun derin tabakalarında magmanın yavaş soğuması sonunda oluşan ve bu yüzden iri kristalli olan püskürük kayalara iç püskürük kayalar denir. Yeryüzüne çıkarak ya da yeryüzüne yakın tabakalarda ani soğumayla oluşan küçük kristalli büyük kayalara ise dış püskürük kayalar denir. İç püskürük kayalara örnek olarak Granit, Diyorit,Gabro verilebilir. Dış püskürük kayalara örnekler ise Riyolit, Bazalt ve Andezit ’tir.
2.2.2. Tortul kayalar
Püskürük kayaların ayrışık parçalanması ve bu materyalin birikip sertleşmesi sonucu meydana gelirler. Ayrışma ve parçalanmayla oluşan materyal rüzgar ve buzul gibi etmenlerle taşınarak yeni birikimler meydana getirir. Bu yığınakların sertleşmesiyle Tortul Kayalar oluşur. Tortul Kayalar’ a örnek Kum Taşı, Kireç Taşı, Dolomit ve Konglomera dır.
2.2.3. Başkalaşim ( metamorfik ) kayalar
Tortul ve püskürük kayaların ısı ve basınç altında bazen gaz ve sıvıların ona katılmasıyla değişime uğramasıyla meydana gelirler. Tortul Kayalardan Kum Taşı, Kuvarsit ’e, Şevl, Arduaz ’a, Kireç Taşları ise Mermer ’e dönüşür.
2.3. Topraği oluşturan mineraller
Mineraller iki veya daha fazla elementin birleşmesinden oluşan inorganik bileşiklerdir. Kayalar ise minerallerin bir araya gelmesinden oluşmuşlardır. Örneğin Granit’ in yapısında Kuvars, Mika ve Feldspat mineralleri başat durumundadır. Kayaların fiziksel parçalanma ve kimyasal ayrışmaları sonucunda yapılarındaki mineraller toprağa geçer. Toprakta bulunan mineraller Primer ve sekonder olmak üzere iki grupta incelenirler.
2.3.1. Primer mineraller
Ana kayanın parçalanıp ayrışması sonucunda ortaya çıkarlar. Genellikle kum ve şilt fraksiyonlarında bulunurlar. Bazı hallerde kil fraksiyonunda yani 2 mikrondan küçük toprak fraksiyonu, içinde primer mineraller rastlanır. Toprakta yaygın olarak bulunan primer mineraller, Kuvars, Feldspat, Piroksen, Amfibol, Olivin ve Mika ‘dır.
2.3.2. Sekonder mineraller
Primer minerallerin ayrışma ve parçalanmalarıyla oluşurlar. Burada en grubu kil mineralleri teşkil eder. Topraklardaki minerallerin bileşik özellikleri toprakta cereyan eden fiziksel ve kimyasal olaylar bakımından çok önemlidir. Bu nedenle toprakta bulunan minerallerin bileşim ve özelliklerini bilmek toprak kimyası açısından önemlidir.
2.3.3. Oksit grubu mineraller
Bu gruba oksitler, hidroksitler girmektedir. Bunlardan toprak kimyası bakımından önem taşıyanlar şunlardır:
* Silisyum Oksitler: Kuvars, Kristobalit, Kalkodoni
* Demir Oksitler: Hematit, Limonit, Magnasit, Geotit
* Alüminyum Oksitler: Korendon, Gibsit, Diaspor
* Manganez Oksitler: Manganit, Hausmanit, Prolusit
* Titanyum Oksitler: Rutil, İlmenit
2.3.4. Karbonat grubu mineraller
Karbonik asidin tuzlarıdır. Bu gruba örnek mineraller; Kalsit, Dolomit, Siderit
2.3.5. Fosfat grubu mineraller
Ortofosforik Asit (H3PO4) tuzlarına fosfat mineralleri denir. Örnek olarak Apatit, Fluorapatit,Hidroksipalatit, Vivanit, Vavelit.
2.3.6. Kükürt grubu mineraller
Bu gruba örnek mineraller Pirit ve Jips ’tir.
2.3.7. Silikat grubu mineraller
Metasilis, Ortosilis ve Polisilis asidi tuzları olmak üzere üç kısma ayrılır.
2.4. Toprağin mineral bileşimine etki eden faktörler
2.4.1. Ana materyalin bileşimi
Ana materyalin birleşimi toprağın mineral birleşimini etkiler. Daha önce verilen örnekte olduğu gibi Kalker ve Granit kayaları üzerinde oluşan toprakların CaO kapsamlarının farklılık göstermesi ana kayanın ve bundan oluşan ana materyalin toprağın mineral bileşimi üzerine etkisini ortaya koymaktadır. Toprak oluşumu sırasında cereyan eden kimyasal olaylara bağlı olarak ana materyal ile toprağın mineral birleşimi arasında önemli farklar meydana gelebilmektedir.
2.4.2. Minerallerin ayrişma olaylarina dayanikliliği
Minerallerin ayrışma olaylarına dayanıklılığı toprakların ana bileşimlerine etki eder. Mika minerali buna örnektir. Beyaz Mika ayrışma olaylarına dayanıklıdır. Çünkü oktaheder tabakada Fe ve Mg bulunmaz. Minerallerin yapısal özelliklerindeki farlılıklar bunların ayrışmaya dayanıklılıklarını etkilemektedir. Genel kural olarak açık renkli minerallerin koyu renklilere göre daha dayanıklı olduğu söylenebilir.
2.4.3. Ayrişma ve parçalanma olaylarinin şiddeti
Ayrışma hızının toprağın mineral bileşimine etkisi tipik olarak Podsol tipi topraklarda görülmektedir. Bu toprakta asitliğin artmasıyla ayrışma şiddetlenir. Kil mineralleri parçalanarak alt horizonlara taşınır. Tropik bölge topraklarından olan Lateritler’de ise şiddetli ayrışma sonucu Si kolloidal hale geçerek yıkanır. Fe, Al ve Ti oksitler ise yüzeyde birikir.
2.5. Toprak oluşumunda kimyasal ayrişma olaylari
Toprakta cereyan eden kimyasal ayrışma olayları gerek ana kayanın ayrışmasından ve gerekse ayrışma ürünlerinin yeni bileşiklere dönüşmesinde rol oynarlar. Ayrıca bu olaylar toprak oluşumundan sonra da devam ederek zamanla toprak yapısının değişmesine neden olurlar. Kimyasal ayrışma olayları kaya ve minerallerin yüzeylerine cereyan ettiği için yüzeyi ne kadar geniş olursa diğer bir deyimle daneler ne kadar küçük ise ayrışma hızı o oranda artar. Bu yüzden fiziksel parçalanma kimyasal ayrışmaya zemin hazırlayıcı niteliktedir.
Kimyasal olaylarda en önemli etken sudur. Çünkü su hem iyi bir çözücü hem de zor çözülen bileşiklerin hidrolitik parçalanmalarını kolaylaştıran bir maddedir. Ayrıca toprakta inorganik ve organik asitlerin oluşmasını sağlar. Kimyasal ayrışma olaylarında diğer önemli etmenler; CO2 , O2 ve H iyonlarıdır.
2.5.1. Hidratasyon
Hidratasyon olayı minerallerin bünyelerine su almaları olayıdır. Suyun mineraller tarafından tutulması suyun dipol karakterinden kaynaklanmaktadır. Su molekülü dipol özelliklerinden dolayı, kristal kafes yüzeyindeki anyonlar ve katyonlar tarafından tutularak minerallere bağlanır.
2.5.2. Hidroliz (absorbsiyon)
Kimyasal ayrışma olayları içerisinde önemli bir yeri olan hidroliz olayı bir bileşiğin, suyun dissasiasyonu sonucunda oluşan H ve OH iyonlarından birini ya da her ikisini bünyesine alarak yeni bileşikler oluşturmasıdır.
2.5.3. Oksidasyon
Toprakta cereyan eden en önemli olaylardan birisi de oksidasyondur. Kimyasal anlamda oksidasyon; bir elementin elektron vererek değerliğinin yükselmesidir. Daha basit bir tanımlamayla oksijen alma ya da hidrojen verme eylemidir. Oksidasyon olayı ile ayrışma genelde Fe ve Mn içeren minerallerde görülür.
2.5.4. Redüksiyon
Bir element kimyasal değişmelerde elektron alıyor ve değerliliği azalıyorsa bu olaya “Redüksiyon” ( indirgenme ) denir. Daha açık bir tanımlamayla Oksidasyon’un tam tersidir. Oksidasyon olayı oksijen varlığında oluşurken, Redüksiyon kötü havalanma koşullarında ve oksijenin yokluğunda gerçekleşir.
2.5.5. Çözünme
Çözünme şeklindeki ayrışma çoğunlukla suda kolay çözünebilen alkali ve toprak alkalisi tuzlarda görülür. Çünkü su topraktaki birçok mineral için zayıf bir çözücüdür. Fakat içinde CO2, organik ve inorganik asitler ya da tuzlar bulunması halinde çözme gücü artar. Bu nedenle toprak çözeltisi ve CO2 ‘li suların kimyasal ayrışma olaylarında önemli etkileri vardır.
2.6. Toprakta bulunan serbest oksitler
Ayrışma olayları sonucunda oluşan bileşiklerin tarımsal açıdan en önemlileri kil mineralleri olmakla beraber Si, Al, Fe, Mn ve Ti oksitler, hidroksitler ve oksihidroksitler de büyük önem taşımaktadır. Bu bileşikler serbest oksitler olarak adlandırılırlar. Topraktaki serbest oksitlerin bitkisel üretim yönünden önemleri şöyle özetlenebilir.
1. Toprakta iyi bir strüktür oluşumu sağlarlar. Yapıştırıcı özelliklerinden dolayı toprak zerrelerini birbirine bağlamak suretiyle agregatlaşma ve strüktür oluşumunda önemli rol oynarlar.
2. Toprağın su tutma kapasitesini artırırlar. Serbest oksitler suyu bağlama yeteneklerinden dolayı toprakta daha çok su tutulmasını sağlarlar.
3. Az miktarda da olsa anyon ve katyon değişimi yaparlar.
4. Fosfat iyonlarıyla suda çözünmez bileşikler oluşturarak fosforun bitki tarafından alınamaz forma dönüştürürler. Toprakta bulunan serbest oksitler;
SiO ve Silis asitleri
* Kuvars
* Kristobalit
* Kalkadoni
* Alüminyum oksitler
* Demir oksitler
* Manganez oksitler
* Mitanyum oksitler
3. İyon değişimi
Toprakların en önemli kimyasal özelliklerinden birisi de iyon değişimi yapabilmeleridir .Topraktaki katı ve sıvı ortamlar arasında cereyan eden katyon ve anyon geçişimine “iyon değişimi” denir. Gübreleme veya başka nedenle toprak çözeltisindeki iyon konsantrasyonu artarsa, fazla iyonlar toprak katı fazındaki sorbentler tutularak katı faza bağlanırlar. Böylece iki ortam arasındaki iyon dengesi korunmuş olur.
İyon değişimi olayı, bitki besleme ve tarımsal üretimin arttırılması açısından son derece önemli bir olaydır. Çünkü iyon değişimi sayesinde bitki besin elementlerinin yıkanarak kök bölgesinden uzaklaşması önlenmekte, üstelik bitki gereksinim duyduğunda katı fazdan sıvı faza geçen iyonlarla bitkinin gereği gibi beslenmesi sağlanmaktadır. Görülüyor ki iyon değişimi; insan ve hayvan beslenmesi üzerinde dolaylı rol oynayan temel olaylardan birisidir.
İyonları bağlamak suretiyle toprakta tutan ve gereğinde bitkinin yararlanabildiği toprak çözeltisine geçmelerini sağlayan toprak öğelerine SORBENT denir. Toprakta iyon değişimi yapabilen başlıca sorbentler:
* Kil mineralleri
* Organik madde ( Humus ) ‘dir.
Kil mineralleri ve humusun iyon değişimi yapabilmesi, bunların çeşitli nedenlerle + ve – yük kazanmalarından veya iyonlarla yer değiştirmeye uygun atom ya da atom grupları kapsamalarından kaynaklanmaktadır.
3.1. Kil mineralleri
Ayrışma olayları sonunda meydana gelen sekonder mineraller içinde en önemli olanları kil mineralleridir. Çünkü toprağın iki mikrondan küçük fraksiyonu en aktif fraksiyonudur. Bu aktiflik kil minerallerinden ileri gelir. Toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri bitki-gübre ilişkileri, toprakların sınıflandırılmaları, iyon değişimi gibi tarımsal açından çok önemli konular kil minerallerinin yapı ve özellikleriyle ilişkilidir. Kil mineralleri dizilişlerine göre iki tabakalı veya üç tabakalıdırlar.
İki tabakalı kil mineralleri
1 tabaka Al Oktaheder
1 tabaka Si Tetraheder
Üç tabakalı kil mineralleri
1 tabakalı Si Tetraheder
1 tabaka Al Oktaheder
1 tabaka Si Tetraheder ‘den oluşmuştur.
3.2. Organik madde
Toprakta organik maddenin kaynağını bitkisel artıklar oluşturur. Bitkilerin gerek toprak üstü kısımları gerekse kökleri toprakta kalarak toprağı organik madde sağlarlar. Ayrıca toprağa ahır gübresi vermek, yeşil gübreleme yapmak ve anız bırakmak toprağın organik madde kapsamını artırmaya yönelik tedbirlerdir.
Toprağa düşen bitki artıkları ayrışmaya uğrar. Ayrışma mikroorganizma faaliyetiyle gerçekleşir. Ayrışma sonucu humus meydana gelir. Humus’ un belirli bir bileşimi yoktur. Çünkü homojen bir madde değildir. Bitki dokularının ayrışma ürünleri olan lignin, karbonhidratlar ve proteinler birleşerek “ lignoproteinat ” bileşiklerini oluştururlar. Bu bileşikler de hidrojen ve bazlarla birleşerek humatları ve hümik asitleri meydana getirirler. Humus, humik asitlerin ve humatların ileri derecede ayrışmış bitki artıklarıyla karışmasından oluşan koyu renkli ve heterojen bir karışımdır.
Bu açıklamalardan da anlaşıldığı gibi organik madde iki fraksiyondan meydana gelmektedir.
1. Hümik olmayan maddeler
2. Hümik madde fraksiyonları
* Fulvik asitler
* Humik asitler
* Hüminler
1. Hümik Olmayan Maddeler: Bunlar ölü, bitkisel ve hayvansal artıklardır. Hümik madde fraksiyonlarının kaynağını oluştururlar. Yani hümik madde fraksiyonları bunlardan meydana gelirler. Hümik olmayan maddeler grubuna proteinler ve diğer azotlu bileşikler, karbonhidratlar, organik asitler, yağlar, mumlar, alkoller gibi bileşikler girerler. Bu maddeler hümik maddelere oranla daha kolay ayrışırlar. Bu yüzden heterotrof organizmalar için enerji kaynağıdır. Böylece toprakta biyolojik aktivite artmaktadır.
2. Hümik Maddeler: Yüksek polimer yapıya sahip organik bileşliklerdir. Hümik olmayan ayrışmasından meydana gelen fenol, monosakkarit, aminoasit ve peptid gibi basit organik bileşiklerden oluşurlar. Çeşitli çözücülerde çözünürlüklerinin farklılığı nedeniyle fulvik asit, hümik asit vee hümin fraksiyonları birbirinden ayrılabilmektedir. Örneğin dekalsifiye edilmiş toprak, alkali çözeltilerle çalkalanırsa fulvik ve hümik asitler topraktan ekstre edilir. Süzüntüye asit eklenirse hümik asitler çöker. Çökmeyen kısımda ise fulvik asitler bulunur. Hümik maddelerin yapıları üzerine, iklim, ilk oluşum maddeleri, inorganik maddeler etki eder.
Tarım toprakları içerdikleri organik maddeler itibariyle şöyle sınıflandırılır.
Organik madde miktari Toprağin durumu %1’den az Çok Az %1-15 Yetersiz %1.5-2.5 Orta %2.5’den fazla Yeterli
Organik maddenin tarımsal önemi aşağıdaki gibi özetlenebilir.
1. Toprakların gevşek ve geçirgen bir yapı kazanmalarını sağlar. Böylece toprağın havalanma ve su tutma kapasitesi artar.
2. Toprağın agregatlaşmasını sağlar. İyi bir strüktür oluşturur. Toprak zerrelerini birbirine yapıştırarak erozyonu önler.
3. Organik maddenin ayrışmasıyla oluşan bitki besin maddeleri toprak verimliliğini de artırır.
4. Toprak mikroorganizmalarını yaşamları için gerekli besin ortamı organik maddedir. Mikroorganizmalar beslenmek ve enerji sağlamak amacıyla organik maddeyi ayrıştırırken bitki besin maddelerinin serbest hale geçmesine neden olur.
5. İyonları torakta tutarak yıkanmalarını önler. Sorbent olarak görev yapar.
6. Toprak ısısını korur.
4. Katyon değişimi
Bir toprak örneği HN4Cl çözeltiyle bir süre çalkalanırsa H4 iyonlarının bir kısmının toprak tarafından tutulduğu, bazı katyonların da topraktan çözeltiye geçtiği görülür. Bu olayda HN4 iyonları, sorbentlerce tutulmuş bazı katyonları yerinden sökerek kendisi onların yerine geçmiştir. Bu olaya Katyon Değişimi denir. HN4 iyonları bu olayda adsorbe edilmiş, çözeltiye geçen iyonlar ise desorbe olmuşlardır.
Bir katyonla yer değiştirerek çözeltiye geçen Na, Ca, K, Mg, Al, H gibi katyonlara değişebilir katyonlar denilir. Birim aralıkta kuru toprağın adsorbe edileceği katyon miktarına tanım olarak “Katyon Değişim Kapasitesi” (KDK) denir. Başka bir tanımlamayla topraktaki değişebilir katyonların miktar olarak toplamları KDK’ yı verir denilebilir. Her bir katyonun KDK içindeki % miktarına söz konusu elementin doygunluğu denir. Özel olarak Na, K, Ca ve Mg katyonların KDK içindeki total % miktarına Baz Doygunluğu denir. Bir toprakta baz doygunluğu %80’dir denirse, bunun anlamı KDK’ nın %80’nini Ca, Mg, K ve Na oluşturuyor demektir.
KDK, ekstraksiyonda kullanılan çözeltinin bileşimine ve pH’sına göre değişmekte ve pH arttıkça artmaktadır. KDK ölçümü için en uygun pH derecesi 7-7.5 dir. Bu pH’da ölçülen kapasite maksimal kapasitedir. Buna potansiyel KDK denir. Bir de gerçek kapasite (effektif) vardır. Toprağın sabit olduğu pH derecesinde ve tamponlanmış nötral bir çözeltiyle belirlenen kapasite gerçek KDK’dır. Karbonat içeren topraklarda her iki kapasite değeri ayınıdır. Fakat asit reaksiyonlu topraklarda potansiyel kapasite daha yüksektir. Örnek olarak bazı toprakların potansiyel ve efektif kapasiteleri aşağıda karşılaştırılmıştır.
TOPRAK pH POTANSİYEL KDK EFEKTİF KDK Çernozyem 7.2 18 13 Podsol 5.2 12 8 Solontez 9.5 13 13 K.rengi Orman 4.0 25 9 K.rengi Orman 3.8 37 13
4.1. Katyon değişim kapasitesini etkileyen faktörler
4.1.1. Kil mineralleri ile ilgili faktörler
Bilindiği gibi toprağın değişim kompleksleri asal olarak kil mineralleri ve organik maddedir. Az miktarda da silis asitleri ve serbest oksitler iyon değişimine katılırlar. Az miktarda da silis asitleri ve serbest oksitler iyon değişimine katılırlar. Bunların topraktaki miktarları ne kadar fazla ise KDK’de o oranda yükselir olur. Ancak bu öğelerin miktarı yanında bileşim ve bazı özellikleri de KDK üzerine etkili olmaktadır. Örneğin, organik madde ve kil kapsamı aynı olan iki toprağın birinde kaolonit diğerinde montmorillonit minerali başat durumda ise montmorillonit kapsayan toprağın KDK’sı kaolonite oranla daha yüksektir. Bu nedenlerle KDK üzerine etkili faktörlerin ayrı ayrı incelemek gerekir.
Özgül Yüzey : Toprak zerrecikleri toprak havasından gazları, toprak çözeltisinden ise iyonları yüzeylerine adsorbe edebilmektedirler. Toprak zerreciklerinin katı-gaz, katı-katı ve katı-sıvı biçimindeki bu değinim yüzeyleri gr/m2 olarak “ Özgül Yüzey” denir. İyonların bağlanabileceği yüzey olması nedeniyle özgül yüzey arttıkça sorbentin KDK’sı de artmaktadır.
Çizelgeden de görüldüğü gibi kil mineralleri içerisinde görüldüğü gibi, kil mineralleri içerisinde en yüksek özgül yüzeye üç tabakalı ve tabakaları genişleyen killer sahiptir. İllit ve Kaolonit’in ise özgül yüzeyi oldukça düşüktür. KDK özgül yüzeye bölünürse “ Yük yoğunluğu” elde edilir. Birimi me/m2 dir. Yük yoğunluğu bir katyona ne kadar alan düştüğünü gösteren bir kriterdir.
KİL DANE ÇAPI ÖZGÜL YÜZEY m2/gr KDK (me 100 gr) Kaolonit > 0.5 16 4 Kalonit < 0.5 29 4.6 Montmorillonit 0.08-0.2 661-915 68-103 Montmorillonit < 0.08 882-1150 89-120 İllit < 1.1 105 26.5
Elektrik Türü ve Yükü: Kil mineralleri iyonik yer değiştirme veya OH gruplarındaki hidrojenlerin dissosiye olmasıyla negatif yük kazanmaktadır. Bu yüklere kristal kafese bağlı oldukları için daimi “Permanent yük” denir. Bu tür yükten başka kil minerallerinde bir de değişken yük vardır. Değişken yük pH’a ve ortamdaki tuz konsantrasyonuna göre değişir. Değişken yük üzerine pH daha etkili olduğu için bu yüke pH’ya bağlı yükte denir. Kil minerallerinde pH’ya bağlı yük yanal yüzeylerde bulunan fonksiyona grupların amfoter özelliklerinden kaynaklanır. Bu fonksiyonel gruplar pH 5-6’nın anyon üzerinde ise katyon değişimi yaparlar. Ayrışma ve parçalanma olayları sonucunda Si-O-Si ve Al-O-Al balarında kopmalar olur. Ortaya çıkan serbest yükler suyun iyonları tarafından nötralize edilir.
Kil Minerallinin Türü: Bazı önemli mineralinin KDK’ları aşağıda belirtilmiştir.
KİL MİNERALLERİ KDK ( me/100 gr) Kaolonit 3-15 Halloysit 5-10 Montmorillonit 80-100 Vermikulit 100-200 İllit 20-50 Klorit 10-40 Allofan < 100
Çizelgeden de izlenebileceği gibi kil minerallerinin KDK’ları yapı ve özelliklerine göre değişir. Bunun nedeni silikat tabakalarındaki ve tabakaların genişleme özelliklerinin farklı olmasıdır.
Kaolonite katyon değişimi esas olarak yanal yüzeylerindeki OH gruplarıyla gerçekleşmektedir. Montmorillonit ve Vermikulit ise hem iyonik değişim ile sağlanan yük fazladır hem de tabakaların genişleme özellikleri vardır. Bu nedenle KDK’ ları fazladır. İllitin daimi yükünün fazla olmasına karşılık tabakaları genişlemediği için diğer üç tabakalı killere oranla KDK’sı düşüktür. Kloritte de bu durum aynıdır. Ancak tabakaları arasında gibsit bulunan sekonder klorit de KDK biraz daha yüksektir.
4.1.2. Organik madde ile ilgili faktörler
Organik madde poröz “ Gözenekli” bir yapıya sahip olduğu için özgül yüzeyi çok fazladır. Yaklaşık 800-1000 m2/gr ‘dir. Yük yoğunluğu da kil minerallerine oranla daha yüksektir. Organik maddenin kazandığı yük tamamen pH’ye uygun bağlı yüktür, pH arttıkça –COOH, -OH, -NH gibi fonksiyonel grupların dissosiyasyon gücüde artar. Böylece pH artışı organik maddenin KDK’sını artırır.
Organik kolloidlerde pH arttıkça KDK’ da artmaktadır. Oysa montmorollonitte de pH 6 dolaylarında daimi yük görev yapmakta ve KDK’ da pH artışına paralel olarak bir artış olmamaktadır. Ancak pH> 6 da daimi yükün sabit miktarı yanında pH’ya bağlı yük artmakta, fakat bu artış önem taşımamaktadır.
Organik maddenin KDK’sı üzerine fonksiyonel grupların asitlik dereceleri de önemli rol oynar. İyi ayrışmış organik maddenin 8 pH derecesinde KDK’sı ( 80-300 me/100 gr) dır. Bu değer kil minerallerine oranla daha yüksektir. Bunun nedenler ise;
1. Organik maddenin daha geniş özgül yüzeye sahip olması
2. Fonksiyonel grupların sayısının fazlalığı
3. Organik maddedeki fonksiyonel grupların daha kolay dissosiye olarak reaksiyona girmeleridir.
Hümik maddelerin KDK’sı organik maddeden daha yüksektir. Çünkü organik madde içerisinde hümik maddeler de vardır ve bunlar iyon değişimi yapamazlar.
Hümik maddeler içersinde fulvik asitlerin katyon değişim kapasiteleri diğerlerine oranla daha yüksektir. Çünkü fulvik asitlerde fonksiyonel grupların sayısı daha fazladır. İyi ayrışmış organik maddede hümik ve fulvik asitler oluştuğundan, KDK’da artar. Humik asitlerde pH’ya bağlı olarak sağlanan KDK artışları aşağıdaki çizelgeden incelenebilir.
Humik asitin elde edildiği toprak pH : 4.5, KDK pH : 6.4, KDK pH : 8.1, KDK Çernozyem 292 432 591 Podsol 243 410 549 Turba 170 286 400
4.1.1. Katyon değişimini etkileyen diğer faktörler
Katyonun Türü : Katyonların sorbentler tarafından adsorbe ve desorbe edilmeleri farklı olmaktadır. Bu durumu Na ve K iyonları için bir örnekle açıklayalım. İyon örtüsü tamamen NH4 iyonlarından oluşan montmorilloniti eş değer miktarlarda KCL ve NaCl çözeltileriyle çalkalayalım. Bu durumda Na ve K’nın aynı değerlerde olmalarına karşın farklı miktarlarda tutuldukları görülür. Katyonların farklı miktarlarda tutulmaları;
1. Katyonun değerliğine
2. Katyonun hidratasyon derecesine
3. Katyonun polarizasyonuna bağlıdır
Katyonların sorbent düzeylerinde adsorbe edilmeleri Coulomb kuvvetleriyle asçıklanmaktadır. Bu nedenle bir katyonun adsorbsiyon gücü elektrik yüküne ( değerliğine) ve büyüklüğüne bağlıdır. Diğer faktörler dikkate alınmaz ise katyonun yükü ne kadar fazla olursa tutulma gücü o oranda yüksek olur. Örneğin;
Al+3 > Mg+2> K- şeklinde bir tutulma söz konusudur.
Değerliğinin etkisi altında daha çok çözeltinin konsantrasyonuna bağlıdır. Konsantrasyon azaldıkça, değerliliği yüksek ve düşük olan katyonlar arasındaki adsorbsiyon farkı artmaktadır.
Doğada toprak çözeltisinin konsantrasyonu yağış, sulama, buharlaşma gibi olaylar sürekli değişmektedir. Aynı değerli katyonların tutulma güçleri üzerine ( K, Na, Ca, Mg ) bu olayların pek etkisi olmaz. Farklı değerdeki katyonlar söz konusu olunca yüksek değerliğinin adsorbsiyon gücünün, düşük değerli olanın ise desorbsiyon gücünün arttığı söylenebilir.
Hidratasyonun etkisine gelince; bilindiği gibi hidratasyon dipol karakterli su moleküllerinin iyonlar tarafından çekilmesinden ileri gelir. Hidratasyon derecesi, iyon tarafından çekilerek bağlanan su moleküllerinin sayısıyla ölçülür. Hidratasyon derecesi elektrik yüküne ve iyonun çapına bağlıdır. Yük arttıkça ve çap küçüldükçe hidratasyon derecesi azalır. Alkali ve toprak alkalisi metallerin hidratasyon durumları aşağıdaki gibidir.
Li Na K Rb Cs Mg Ca Sr
Çok hidrate olan iyon daha zayıf tutunur. Buna göre tutunma gücü bakımından iyonlar aşağıdaki gibi sıralanırlar.
Li Na NH4 K Rb Cs Mg Ca Sr Al
Tutunma gücünün zayıftan kuvvetliye doğru durumunu gösteren bu sıralamaya “LIOTROP SIRA” denir.
Coulomb kanununa göre iki kütlenin birbirini çekmesi aradaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Bu nedenle çap arttıkça hidratasyon derecesi azalır. Hidrojen iyonlarının adsorbsiyonu bağlanma şekilleriyle ilgilidir. Eğer H organik maddedeki zayıf asit bulutlarınca bağlanıyorsa bu durumda adsorbsiyon şiddeti oldukça yüksektir. Fakat kil yüzeylerinde tutuluyorsa tutunma şiddeti Na ile K arasındadır.
Bir katyonun polarizasyon, aşırı dehidrataasyon nedeniyle negatif ve pozitif yük merkezlerinde kaymalar olmasıdır. Adsorbsiyon sırasında bir katyon büyük ölçüde hidratasyon suyu kaybederse elektron tabakaları deformasyona uğrar. Yani yük merkezleri katar. Alkali ve toprak alkalisi metallerde çap büyüdükçe polarize olma gücü artar. Polarizasyon etkisi özellikle Cs ve Rb elementlerinde görülür. Polariza olan katyonlar daha zayıf bağlanırlar.
Katyonun Konsantrasyonu : Bir katyonun toprak çözeltisindeki konsantrasyonu ya da diğer katyonlara oranı arttıkça adsorebe edilen miktarları da artmaktadır.
5. Toprakta bitki ve besin maddelerinin fiksasyonu
Toprakta, suda çözülebilir formda bulunan bitki besin maddelerinin, toprağın organik ve inorganik bileşenleriyle reaksiyona girerek suda çözülemez ( bitki tarafından alınamaz ) fromlara dönüşmesine “ Fiksasyon ” denir.
Bitki besin maddelerinin toprak öğeleri tarafından tutulmaları iki mekanizmayla cereyan etmektedir.
1. Adsorbsiyon
2. Kimyasal Çökelme ( Fiksasyon )
Adsorbsiyonla toprağa bağlanan bitki besin maddelerinden bitkiler yararlanabilirler. Toprak çözeltisinde bir iyonun konsantrasyonu azalırsa toprak tarafından adsorbe edilmiş bulunan iyonlar çözülerek çözeltiye geçerler ve bitkilerce alınabilirler. Aancak toprak öğeleri tarafından çözeltiye geçemeyecek durumda bağlanmış ya da çözünmeyen bileşikler oluşturarak çökmüş olan bitki besin maddelerinin alınmaları mümkün değildir. Örneğin toprakta bulunan ya da gübre olarak toprağa verilen fosfat iyonları, toprak çözeltisinde bulunan Fe ve Zn iyonlarıyla birleşerek Fe ve Zn hidroksifosfat bileşiklerini oluştururlar. Su da çok az çözülebilen bu bileşikler çökerek H2PO4, Fe ve Zn iyonlarıyla beslenmesini sınırlandırırlar. Bilinçsiz fosforlu gübre uygulamalarında bitkilerde Fe ve Zn noksanlıklarının görülmesinin nedenleri budur.
5.1. Fosfor Fiksasyonu
Topraklara verilecek fosforlu gübrelerin miktarları belirlenirken toprağın P fiksasyon kapasitesi düşünülmelidir. Çünkü. Özdeş2 toprak düşünülürse bunlardan P fiksasyon kapasitesi daha yüksek olan toprağa daha P ’lu gübre verilmelidir. Yapılan araştırmalar ; bitkilerin toprağa verilen P’ lu gübrelerin ilk yıl % 10-30 ‘undan yararlandıklarını göstermiştir. Kalan fosfor ise toprak öğeleri tarafından fikse edilerek bitkiye yarayışsız duruma geçmektedir.
Fosfor fiksasyonunun oluşum mekanizması fiksasyona neden olan öğelere bağlı olarak 3 başlık altında incelenebilir.
1. Asit reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
2. Alkali reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
3. Biyolojik P fiksasyonu
5.1.1. Asit Reaksiyonlu Topraklarda P Fiskasyonu
Burada P, 3 ayrı mekanizmayla fikse edilmektedir.
Aşırı reaksiyonlu topraklarda Fe ve Al iyonları serbest halde bulunmaktadır. Bu iyonlar toprağa verilen fosfat iyonlarıyla birleşerek suda çözünürlükleri çok düşük olan Fe ve Al Hidroksifosfat bileşikleri halinde çökerler. Böylece P alınmaz hale geçer
Asit tepkimeli topraklarda Fe, Al ve Mn’nin hidrous oksitleri fazlaca bulunurlar. Kolloid karekterli olan bu bileşiklerin yüzeylerinde fosfat iyonları bazik Al ve Fe fosfatlar halinde fikse edilmektedir. Bu olaylar şöyle gösterilebilir.
Al, Fe ve Mn sulu oksitlerce zengin topraklarda örneğin, sarı ve kırmızı podsolik topraklarda fosfor fiksasyon kapasitesinin yüksek olmasının nedeni bu fiksasyon biçimidir. Nitekim, Hawai’ nin laterit topraklarında fosfor fiksasyon kapasitesinin %98 düzeyinde olduğu araştırmalarla saptanmıştır. Yurdumuz Karadeniz Bölgesi asit podsolik topraklarında ise % 55-81 oranında P fikse edildiği belirlenmiştir.
pH derecesi 4.5-6.0 arasında iken kil mineralleri P fiksasyonunda başat rol oynar. Killerdeki –OH gruplarının H2PO4 iyonlarıyla yer değiştirmesi sonunda fosforun kuvvetle bağlandığı ya da alınmaz forma girdiği kabul edilmektedir. Bu tür fiksasyon 1:1 killerde 2:1 killere oranla daha fazla görülmektedir.
Ayrıca kil minerallerdeki Fe ve Al’nin koordinasyon çemberine giren P iyonları, çok kuvvetle bağlandığında bitki tarafından alınmaz duruma geçmektedir.
5.1.2. Kireçli-Alkalin Topraklarda P Fiskasyonu
P fiskasyonu asit topraklardakinden farklı bir şekilde cereyan etmektedir.
Bilindiği gibi H3PO4 iyonlaşması 3 basamak halindedir.
Toprak reaksiyonuna bağlı olarak bu iyonların topraktaki miktarları aşağıdaki çizelgeden incelenebilir.
PH H2PO4-1 H PO4-2 5.1 99.4 0.6 6.0 94.1 5.9 7.0 61.3 38.7 7.2 50.0 50.0 8.0 13.7 86.3 9.0 1.5 98.5
Görüldüğü gibi alkalin ortamda sekonder orto fosfat, asit ortamda ise primer orto fosfat iyonları çoğunluktadır. pH yüksek topraklarda dikalsiyum ( CaHPO4 ) ve trikalsiyum Ca3 ( PO4)2 fosfat bileşikleri daha fazla oluşur. Nötr pH derecelerinde ise monokalsiyum fosfat bileşikleri başat durumdadır. Kalsiyum fosfat bileşiklerinin çözünürlükleri aşağıda verilmiştir.
PH H2PO4-1 H PO4-2 5.1 99.4 0.6 6.0 94.1 5.9 7.0 61.3 38.7 7.2 50.0 50.0 8.0 13.7 86.3 9.0 1.5 98.5
Bu ön bilgilerden sonra kireçli alkali topraklarda fosforun 3 farklı yolla fikse edildiği söylenebilir.
pH 7.5’ in üstünde ortamdaki Ca+2 ve Mg+2 iyonları ile reaksiyona girerek çözünürlülüğü düşük olan trikalsiyum ve trimagnezyum fosfat bileşikleri halinde çökmektedir.
Kireçli alkali topraklar genelde yüksek miktarda serbest CaCO3 kapsarlar. Fosfor, CaCO3 ile temas sonunda yine trikalsiyum fosfat haline dönerek çökmektedir.
Kireçli alkalin topraklarda kalsiyum ile doymuş kil mineralleri, fosforu Ca köprüsü ile bağlamak suretiyle alınabilirliğini sınırlandırır.
Bu tür fiksasyon çoğunlukla pH: 7 dolaylarında daha fazla görülmektedir.
5.1.3. Fosfor Fiksasyonunu Etkileyen Etmenler
Kilin Cinsi: Yapılan araştırmalar 1:1 tipi killerin 2:1 tipi killere oranla daha fazla fosfor bağladığını ortaya koymuştur. Yurdumuzda yaygın kil minerallerinin bölgeler göre dağılımı konusundaki bilgilerimiz en üst sınırdadır. Ancak sıcak bölgelerde killerin daha fazla parçalandığı göz önüne alınarak güney bölgelerimizde 1:1 tipi killerin daha yaygın olduğu ve bu bölgelerin daha yüksek P fiksasyon kapasitesine sahip olduğu kanısına varılabilir. 1:1 tipi killerin yapısında Fe ve Al hidrous oksitler daha fazla bulunduğu için P fiksasyon kapasitesi de yüksek olmaktadır.
Kilin Miktarı: Toprakta kil miktarı arttıkça fikse edilen P miktarı da artmaktadır. Bu durum yüzey genişliği ile ilgilidir. Toprak fraksiyonlarının parça büyüklüğü arttıkça fiksasyon azalır. Tekstür fraksiyonlarının birim miktarlarında fikse edilen P miktarları aşağıda gösterilmiştir.
Tepkime Süresi: Toprak ile toprağa verilen fosforlu gübre arasında değinim yani tepkime süresi arttıkça daha fazla P fikse edilmektedir. P fiksasyonu 4-6 gün sonunda maksimum düzeye ulaşmaktadır.
TEPKİME SÜRESİ ADSORBSİYON (%) FİKSASYON(%) 2 DAKİKA 68.88 55.64 1 GÜN 78.26 67.18 4 GÜN 88.35 78.16 8 GÜN 91.39 80.98 12 GÜN 92.12 84.73
Çizelgeden de anlaşılacağı gibi 2 dakikalık tepkime süresinde toprağa katılan P’nin %68.88’i adsorbe, %55.64’ü ise fikse edilmektedir. Bu rakamlar P fiksasyonunun toprakta çok hızlı cereyan ettiğini göstermektedir. 1 ve 4 güne kadar hızla arttığını bu süreden sonra artışların azalarak devam ettiğini göstermektedir. Bu sonuçlardan da pratikte fosforlu gübrelerin tohum ekiminden önce toprağa verilmesinin sakıncalı olacağı yargısına varılmaktadır. Fosforlu gübreler tohumla beraber toprağa verilirse tepkime süresi kısalacağı için fiksasyon azalmaktadır.
Gübrenin Verilme Şekli: Fosforlu gübrelerin toprağa, banda verilmesi ile minimum düzeye indirilmiş olur. Çünkü bu şekilde toprakla gübrenin değinim yüzeyi azaltılmış olur. Fosforlu gübreler toprak yüzeyine serpme yöntemiyle verilirse tepkime süresi artacağı için fikse edilen fosfor miktarı da artar.
Toprak Reaksiyonu: Bitkilerin fosforlu gübrelerden en iyi yararlandıkları pH dereceleri 6.5-7.0 arasındadır. Bu sınırın altında ve üstünde fosfor şiddetle ve farklı mekanizmalar halinde fikse edilmektedir. pH 8.5’in üzerine çıkınca P fiksasyonu azalır. Çünkü pH 8.5’in üzerinde Na iyonları başattır. Bunlar, fosfat ile birleşerek suda çözünebilen Na3PO4 bileşiğini oluştururlar. Ancak pH 8.5’in üzerinde bitki gelişimi yavaşlar. Çünkü toprak tuzlu ya da alkalidir.
Toprak Sıcaklığı: Genel kural olarak kimyasal tepkimelerin hızını artırır. Bu nedenle sıcak iklimlerde fiksasyon daha yüksektir. Bu durum sıcak iklim topraklarında 1:1 tipi killerin (kaolonit) ve Al ile Fe hidrous oksitlerin daha fazla bulunmasıyla açıklanabilir.
Organik Madde: Genel olarak toprakta organik maddenin artmasıyla fikse edilen fosfor miktarı azalmaktadır. Çünkü organik maddenin toprakta ayrışmasıyla CO2 gazı açığa çıkar. Bu gaz suda çözünerek H2CO3’ü oluşturur. Karbonik asit de fosforlu bileşkelerin çözünürlüğünü arttırır ve bitkilerin fosfordan daha iyi yararlanırlar. Ayrıca toprakta oluşan humus da fosforun bitkiye alınabilirliğini arttırır. Humusun bu yönde etkisi şözyle açıklanmaktadır.
* Humus fosforla birleşerek suda iyi çözünebilen fosfo-humik bileşiklerini oluşturur.
* Organik maddenin ayrışmasıyla oluşan humat, sirat, oksalat, tartarat, malat gibi iyonlar, kolloidlere bağlı fosfat iyonlarıyla yer değiştirerek fosforu serbest hale geçirirler.
* Humus, Fe ve Al oksitlerin etrafını kaplayarak, bunların fosfat iyonlarıyla temasını engeller. Böylece fosfat iyonları Al ve Fe oksitlerle reaksiyona girmez ve toprak çözeltisinde kalır.
5.1.4. Fosfor Fiksasyonunu Azaltmak İçin Alınacak Önlemler
Fosfor fiskasyonu üzerine etki eden faktörlerin değerlendirilmesinden de anlaşılacağı gibi, fosfor fiskasyonunu minimum düzeye indirmek için alınacak önlemler şöyle özetlenebilir.
1. Fosforlu gübreler toprağa banda verilmelidir. Böylece değinim düzeyi azaltılmış olur.
2. Toz yerine granül gübreler kullanılmalıdır. Granül gübreler, toz halindeki gübrelere oranla toprakla daha az temas ederler.
3. Toprağın organik madde kapsamı ahır gübresi veya yeşil gübreleme ile arttırılmalıdır.
4. Fosforlu gübreler toprağa tohum ekimi sırasında verilmelidir. Önceden verilmesi halinde tepkime süresi artacağı için fiksasyonda artar.
5. Limon asidinde çözünürlüğü yüksek olan gübreler tercih edilmelidir. ( Dikalsiyum fosfat, Rhenania fosfat vb.)
6. Asit tepkimeli topraklarda kireçleme, alkalin reaksiyonlu topraklarda ise kükürtleme yapılara k pH 6.5-7.5 sınırlarına getirilmelidir.
5.1.5. Toprakların Fosfor Adsorbsiyon Ve Fiksasyon Kapasitelerinin Belirlenmesinde Kullanılan Yöntemler
Klasik Yöntemler
P Adsorbsiyon Kapasitesi Tayini: 0.01 M CaCl2 çözeltisi içerisine, hazırlanan toplam çözeltinin her milimetresinde 5 mg P bulunacak şekilde KH2PO4 katılarak bir çalkalama çözeltisi hazırlanır. Mikrobiyal aktiviteyi önlemek amacıyla çözeltiye 1-2 damla toluen damlatılır. 250 ml lik ağzı kapanan şişeye 5 gr toprak konarak üzerine 50 ml çalkalama çözeltisi eklenir. Makinede 24 saat çalkalanır ancak bu süre değişebilir. Çalkalama sonunda mavi bantlı filtre kâğıdından süzülür, 15 dk santrüfüj edilir. Ve bu süzüntüde fosfor analizi yapılır. Adsorbsiyon kapasitesi çalkalama çözeltisi bulunan fosfor miktarı (Pi) ve süzüntüde saptanan fosfor miktarından (Ps) yararlanarak aşağıdaki formülden hesaplanır.
P adsorbsiyon kapasitesi, toprağa katılan fosfor miktarının %’si olarak hesaplanmaktadır. Bu veriden yararlanarak 100 gr toprakta miligram olarak da ifade edilebilir.
Fosfor Fiksasyon Kapasitesi Tayini: Adsorbsiyon tayini arasında filtre kağıdı üzerinde kalan toprak 100ml alkol ile yıkanarak kurutulur. İyice karıştırılan topraktan 1 gr alınır ve üzerine 10 ml su katılarak 5 dk çalkalanır, süzülür. Santrifüj edildikten sonra fosfor tayini yapılır. Sonuç bize, toprağın suda çözünür formda adsorbe ettiği fosfor miktarın verir. Bu miktar adsorbe edilen fosfor miktarından çıkarılarak fikse edilerek fosfor miktarı saptanır.
Nükleer Yöntemler: Kısa sürede ve daha kesin sonuç veren nükleer yöntemler kullanılarak da toprakların fosfor, adsorbsiyon ve fiksasyon kapasiteleri ölçülebilmektedir. Bunun için izlenecek yol aynı klasik yollar gibidir. Ancak radyoaktif P (P32) ile etiketli KH2PO4 kullanılır ve kalorimetrik fosfor tayini yerine süzüntülerden alınan örneklerde Geiger-Müller sayacı ile radyoaktivite sayımı yapılır. Sonuçlar yine katılan fosforun %’si veya mg/100 gr toprak olarak ifade edilir.
5.1.6. Türkiye Topraklarının Fosfor Fiksasyon Kapasiteleri
Yurdumuz topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri ve fiksasyona neden olan başlıca toprak öğeleri aşağıdaki çizelgeden incelenebirlir.
Bölge Katılan P’nin %’si olarak fiksasyon kapasitesi Fiksasyona neden olan toprak öğeleri Çukurova 14-88 % kil, Ca+Mg D.Anadolu 28-71 —————– G.D.Anadolu 30-95 Serbest CaCO3 G.Anadolu 42-74 —————– K.Anadolu 32-83 —————– Trakya 8-70 Serbest CaCO3 Orta Anadolu 12-83 Serbest CaCO3 Karadeniz 35-95 pH Burdur 44-93 Ca+Mg Orta Anadolu 12-83 Serbest CaCO3 Karadeniz 35-95 pH Burdur 44-93 Ca+Mg Muğla 25-67 Serbest Al2O3 İzmir 39-92 % kum, % kil, % mil Gediz Hav. 2-48 Textur, KDK,Ca+Mg B.Mend.Hav 36-89 ——————– Van 38-84 Kil,Organik Madde Bitlis 55-89 Kil,KDK,Ca+Mg
Bölge Katılan P’nin %’si olarak fiksasyon kapasitesi Fiksasyona neden olan toprak öğeleri
Çizelgeden de Türkiye topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri oldukça geniş sınırlar içinde gelişmekte ve fiksasyona neden olan toprak öğeleri de bölgelere göre farklılık göstermektedir.
5.2. Potasyum ve Potasyum Fiksasyonu
Toprakların potasyum kapsamları genellikle %0.2-3.3 arasında değişse de bazı alkali topraklarda %6-7’ye kadar yükselmekte ve bataklık topraklarda %0.2’nin altına düşmektedir. Toprakların K kaynağını oluşturan pek çok mineral olup bunların başlıcaları; biotit, muskovit ve potaslı feldspatlardır. Ayrıca amfibol ve piroksen grubu minerallerde az miktarda K kapsamaktadır.
Toprakta bulunan K formları bitkiye yarayışlılık derecesine göre 4 gruba ayırmak mümkündür.
1. Toprak Çözeltisinde Bulunan K+ İyonları: Bu formdan bitkiler kolaylıkla yararlanmaktadır. Bu formlar suda çözünebilir ve K’da denir.
2. Değişebilir K: Kil ve humus üzerinde elektrostatik kuvvetlerle bağlanmış (Absorbe edilmiş) K’yı ifade eder. Toprağa nötr bir tuz ilave edildiğinde kolayca yer değiştirerek toprak çözeltisine geçer. Ayrıca bitkiler toprak çözeltisinden K iyonlarına aldıkça denge sağlamak için çözeltiye geçerek alınabilir forma dönebilir.
3. Tabaka Paketçikleri Arasında Fikse Edilmiş K: K, kil minerallerinin tabaka paketleri arasına girerek fikse edilir. Genel anlamda bitkiler, bu tür tutunmuş K’dan faydalanamazlar. Ancak toprak çok fakirleştiği zaman tabakalar arasında fikse edilen K kil minerallerinin dışına çıkabilir ve bitkiye yararlı forma geçebilir. Bu özelliğinden dolayı bu K formuna yedek-depo K denir.
4. Minerallerin Yapısında Bulunan K: Bu form bitkilere yararsız durumdadır. Ancak uzun dönemler de minerallerin parçalanıp ayrışmasıyla bitkilere yararlı hale geçerler.
5.2.1. Potasyum Fiksasyon Mekanizması
Potasyum fiksasyonunu sağlamak amacıyla pek çok kuram geliştirilmesine rağmen bunların içerisinde en doğru kabul edileni “ Kafes-Boşluk” teorisidir. Buna göre potasyum fiksasyonu şöyle açıklanmaktadır:
2:1 tipi tabakaları genişleyen kil minerallerinin tabakaları arasındaki yüzeylerde altıgen olarak dizilmiş oksijen katmanları vardır. Bu altıgen boşluğun çapı 2.8 A0 ( Angstron) dur. Dehidrate K ve NH4 iyonlarının çapları bu boşluklara uyar. Bu yüzden K ve NH4 iyonları altıgen boşluklara girerek sıkıca tutunurlar. Böylece tabakaların su alıp genişlemesi önlenmiş olur. Li (0.68 A0) ve Na (0.98 A0) gibi iyonlarda bu boşluklara girebilirler. Ancak küçük oldukları için tutunamazlar.
Fiksasyon sonucunda K iyonlarının bitkiye yarayışsız ya da güç yararlanabilir duruma geçmeleri baz koşullarda olumlu sonuçlar vermektedir. Özellikle yağışlı bölge topraklarında K yıkanması önlendiği gibi, lüks tüketime de engel olunur. Zaten toprak potasyumca fakirleştiği zaman bitkiler tabakalar arasında tutunmuş olan potasyumdan yararlanabilirler.
5.2.2. Potasyum Fiksasyonunu Etkileyen Faktörler
Kilin Cinsi: Yukarıda açıklanan K fiksasyon mekanizmasına göre 2:1 tipi killer daha fazla K tutarlar. Tabakaları genişleyen kil minerallerinden vermikulit en fazla K fiksasyon kapasitesine sahiptir. Bunu illit ve montmorillonit izler.
Organik Madde: Organik maddenin K fiksasyonunu azalttığı bilinmektedir. Bunun nedeni organik maddenin yüksek KDK’ya sahip olasıdır. Organik madde K tutma yönünden kil mineralleriyle rekabete girmekte ve K’ yı daha gevşek bağladığı için fiksasyonu azaltmaktadır.
Zaman: KCl ve K2SO4 gübreleriyle yapılan araştırmalar K fiksasyonunun ilk dört güne kadar lineer olarak arttığı daha sonrada azaldığını ortaya koymuştur.
NH4 İyonları: Yaklaşık olarak aynı iyonik çapa sahip olan K+ ve NH4+ iyonlarının aynı mekanizmayla fikse edildikleri açıklanmıştır. Bu yüzden önceden yapılan NH4 uygulamaları K fiksasyonunu azaltmaktadır. NH4 fiksasyonu açısından da bunun tersi söylenebilir. Bu iki iyondan birinin artması diğerinin fiksasyonunu azaltır.
Toprağı Islatma Ve Kurutma: Potasyum fiksasyonunu yaş ve kuru olarak tayin edilmesi toprak neminin ve toprağın kuru olmasının tutulan K miktarlarını etkilediğini ortaya koymuştur. Genel olarak 105 0C de kurutulan topraklarda fiksasyonun yaş topraklara oranla daha fazla olduğu ileri sürülmektedir. Kuru topraklarda fiksasyonun yüksek olması, suyun tabakalar arasından çıkmasıyla buralra daha fazla K girmesinden kaynaklanmaktadır. Toprakların toplanmasında K fiksasyonunu artırmaktadır.
6. Tarımda kireç ve kireçlemenin toprak verimliliğine etkileri
Toprağın bileşiminde bulunan Ca ve Mg elementleri yağışların veya sulu tarım yapılan arazilerde sulama suyunun etkisi ile yıkanarak alt katmanlara taşınmakta ve yerlerini Hidrojen iyonları almaktadır. Bu durum toprak reaksiyonunun asit karekter kazanmasına neden olmaktadır. Bitki beslenmesi için en uygun pH aralığı 6.5-7.5’dur. Bu sınırın aşağısında topraklar asit karakter; yukarısında ise alkali karakter kazanmaktadır. Her 2 halde de bitki beslenmesi güçleşir ve verim ile kalite düşer. Toprak asitliğini gidermek için toprağa kireç, alkaliliği gidermek için ise kükürt ilave etmek gerekir.
Genel anlamda kireçleme toprağın fiziksel özelliklerini geliştirmek, mikrofloranın yaşam koşullarını iyileştirmek ve toprak reaksiyonunu nötr duruma getirerek bitki besin elementlerinin bitkiye yararlı hale gelmesini sağlamak amacıyla toprağa Ca ve Mg içeren bileşiklerin verilmesi işlemidir.
Asit reaksiyonlu topraklarda kil minerallerinin parçalanması sonucunda serbest hale geçen Al ve Mn iyonları bitkiye oksit etki yaptıkları gibi, bitki besin elementlerinin bitki tarafından alınmasını engeller. Kireçleme ile toprak kolloidlerine bağlı Al, Mn ve H iyonları Ca ve Mg ile yer değiştirirler. Böylece toprak reaksiyonu yükselir ve Al ile Mn iyonları hidroksit bileşikleri halinde çökerek bitkiye zararsız hale geçerler
6.1. Türkiye Topraklarının Kireç Durumu
Yurdumuz toprakları genel olarak kireç bakımından zengindir. Karadeniz ve Marmara bölgeleri dışında yeterli ve hatta yüksek miktarda kireç bulunmaktadır. Marmara ve Karadeniz bölgelerinde ise fazla yağış yüzünden Ca ve Mg yıkanmakta ve topraklar gün geçtikçe asit karakter kazanmaktadır. Ancak diğer bölgelerimizde yer yer asit reaksiyonlu topraklara rastlanmaktadır. Bölgelere göre Türkiye topraklarının % kireç içerikleri aşağıda gösterilmiştir.
BÖLGELER Toprak Sayısı <1 1-5 5-15 15-25 >25 Trakya-Marmara 8444 50 24 17 7 2 Karadeniz 10488 35 30 23 8 4 Orta Anadolu 25930 9.3 18 37 24 13 G.Doğu Anadolu 4340 12 12 17 36 24 Doğu Anadolu 1447 17 26 26 18 13 Ege 7826 32 21 23 15 10 Akdeniz 3270 10 10 18 24 38 Türkiye Ortalaması 65513 21 21 27 19 12
6.2. Kireçleme Materyalinin Tanıtılması
Kireçleme amacıyla kullanılan bileşikler Ca ve Mg’nin oksitleri, hidroksitleri, karbonatlı ve silikatlarıdır. CaSO4, CaCl2, MgSO4 ve MgCl2 gibi bileşikler kireçleme amacıyla kullanılmazlar. Çünkü bunlar toprakta H2SO4 ve HCl gibi kuvvetli asitler oluşturdukları için toprak fraksiyonunda yükselme sağlayamazlar.
Yaygın olarak kullanılan kireçleme materyalleri ve bunların özellikler aşağıda belirtilmiştir.
6.2.1. Kalsiyum Oksit (CaO)
Sönmemiş kireç olarak bilinir. Kireç taşının ( CaCO3) yüksek sıcaklıkta ( 1100 0C ) yakılmasıyla elde edilirler.
6.2.2. Kalsiyum Hidroksit ( Ca(OH2)2)
Sönmüş kireç ya da inşaat kireci olarak bilinir. CaO gibi beyaz bir toz halindedir. Cilde deymesi halinde zarar verir. Cao’nun su ile muamelesinden elde edilir. Bu işleme kireç söndürme denir.
6.2.3. Dolomik (CaMg(CO2)2)
CaCO3 ve MgCO3 kapsayan bir tür tuzdur.
6.3. Toprakların Kireç İhtiyaçlarının Hesaplanması Ve Dekara Verilecek Kireç Hesabı
Toprakların kireç ihtiyaçları pH ve KDK’ya bağlıdır. Kil ve organik maddece zengin topraklarda KDK yüksek olacağı için kireç ihtiyacı da yüksek olur. Bu nedenle toprakların kireç ihtiyacının ayrı ayrı saptanması gerekir. Bunun için topraktan 10 gr tartılarak behere konulur. Bir seri toprağa 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0 me HCl, diğer seri toprağa da aynı miktarlarda Ca(OH)2 konularak bir süre beklenilir. Denge sağlandıktan sonra her örneğin pH’sı ölçülür. İlave edilen asit ve baz miktarları X, ölçülen pH değerleri ise Y eksenlerine konularak tamponlama eğrisi çizilir.
Bu eğrinin nasıl kullanıldığını sayısal bir örnekle açıklayalım. pH’sı 5.75 olan bir toprağın ph’sını 6.25’e çıkarmak için gerekli kireç miktarını bulalım. Bu toprakta asit ve baz 0 me dir. Y ekseni üzerine 6.25 noktasında X’e bir paralel çizilir ve eğriyi kestiği noktada X eksenine bir dik inilir. İnilen dik X eksenini 0.067 me baz bölümünde keser. Bunun anlamı, 10 gr toprakta pH’yi 5.75 den 6.25’e yükseltmek için 0.067 me baz gerekli olduğudur. Kireçlemede kalsit kullanılacağını varsayalım. Kalsitin me ağırlığı 0.05 gr’dir. 10 gr toprak için gerekli miktar ise:
Bir dekarda ortalama 225.000 kg toprak hesabiyle dekara verilecek CaCO3 miktarı:
6.4. Kireçlemenin Yararları
Kireçlemenin sağladığı en büyük yarar, asit reaksiyonlu topraklarda yüksek konsantrasyonlarda bulunan ve bitkilere toksik etki yapan Al ve Mn gibi elementlerin çözünürlüğünü azaltmasıdır. Bunun dışında toprak çözeltisini Al+3 iyonlarının artması Ca+2 alınımını azaltır. Diğer yandan Al iyonları P ile reaksiyona girerek suda çözünmeyen bileşikler oluştururlar (P fiksasyonu). Kireçleme ile bu sakınca da ortadan kalkar. Kireçlemedeki amaç, toprak reaksiyonunu bitki besin elementlerinin alınımı için en uygun derecelere getirmektir (pH 6.5-7.5). Fazla kireç uygulaması da bitki gelişimine zarar verebilir.
6.5. Kireçleme Zamanı ve Kireç Uygulama Yöntemi
Genellikle, tohum ekiminden 3-6 ay önce kirecin tarlaya uygulanması en doğru yoldur. Çünkü tohum ekiminden hemen önce kireç toprağa verilirse bazik reaksiyonlu olan kireçleme materyali tohumların çimlenmesine zarar verebilir. Ayrıca topraktaki Al iyonlarının Ca ile yer değiştirmesi için gerekli zaman böylece sağlanmış olur.
Kirecin tarlaya uygulanması genellikle şöyle gerçekleştirilir. Toprak 20-25 cm derinlikte sürüldükten sonra gübre dağıtım makinesi ya da End-Gate tohum serpme makinesi ile kireç tarlaya homojen bir şekilde dağıtılır ve ardından diskaro ile toprağa iyice karıştırılır. Sürgü çekilerek toprak düzlenir. Böylece kireç toprağa mümkün oldukça homojen karıştırılmış olur.
7. Kükürt Uygulamalarının Toprak Verimliliğine Etkileri
Bitkilerin normal verim ve kalitede ürün verebilmeleri için gereksinim duydukları S miktarı yaklaşık fosfora duydukları gereksinim kadardır. Ancak topraklara sürekli fosforlu gübreler verildiği halde kükürtlü gübre uygulamasına gerek olmaz. Çünkü Amonyum Sülfat, Potasyum Sülfat, Süper Fosfat gibi gübrelerde bulunan SO4-2 iyonları bitkinin S ihtiyacını karşılamaya yeter. Ayrıca atmosferde bulunan SO2 gazından dolayı yağışlarla yılda, dekara yaklaşık 5 kg S ilave olmaktadır. Bu nedenle gübre olarak toprağa kükürt uygulanması gerekli haller dışında yapılmamaktadır. Ancak, kükürtlemenin Alkalin topraklarda pH’nın nötr duruma getirilmesinde önemi vardır. Toprak asitlerin giderilmesi için kireçleme yapılıyorsa toprak alkaliliğinin giderilmesinde de kükürt uygulaması yapılarak pH uygun durma getirilebilir. Toprak pH’sını düşürülmesinde kullanılan maddeler; elementer kükürt, sülfürik asit, Al sülfat, Fe ve Al fosfatlardır. Bu materyaller içerisinde temini ve uygulanması kolay olan elementer kükürt çok yaygın olara kullanılır. Elementer kükürdün ucuz olması da ayrı bir avantajdır.
