TOPRAK BİLİMİNE GİRİŞ...Doç. Dr. Mustafa SAĞLAM Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Su, hava ile birlikte yaşamın kaynağını oluşturur. Tarım, endüstri ve diğer

TOPRAK BİLİMİNE GİRİŞ

Doç. Dr. Mustafa SAĞLAM

Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü

Su, hava ile birlikte yaşamın kaynağını oluşturur.

Tarım, endüstri ve diğer yaşamsal işlevler suyun

varlığında olasıdır.

Tüm canlı dokular su içerirler.

Diğer yapı maddelerine göre canlılardaki suyun

oranı çok fazla olup, yeşil bitkilerin su içeriği

% 75 ve üzerindedir.

Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)

2

Su Neden Önemlidir ?

Toprağın sıvı fazı, toprak suyu ya da toprak çözeltisi

olarak adlandırılır. Toprak suyunun içerisinde,

çözünmüş bileşikler ile kolloid konumdaki

materyaller bulunur.

Su, hidrolojik döngü ile yenilenebilen doğal bir

kaynaktır ve dünya yüzeyinin üçte ikisini örter.

Suyun buharlaşarak yerküreden atmosfere doğru

hareketi, daha sonra da yağışlarla tekrar yerküreye

dönüp, farklı yollarla denizlere ulaşmasına

hidrolojik döngü ya da su döngüsü denilir.

Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 3

Doğal Su Döngüsü


Y A Ğ I Ş

Evaporasyon

Evaporasyon

Transpirasyon

Perkolasyon

Kapillarite

Göl

Yüzey akış

Yatay akış Yağışlı mevsimde taban suyu

Kurak mevsimde taban suyu

Topraktaki su, toprak boşluklarında

(gözeneklerinde) tutulur ve üretken bir toprağın

toplam boşluk hacmi % 50’dir.

Bitki yetiştirme açısından değerlendirildiğinde

ise en uygun durum, bu boşlukların yarısının

su, diğer yarısının da hava ile dolu olmasıdır.


Su, bitkiler ve mikroorganizmalar için besin maddelerini çözücü ve taşıyıcı bir işleve sahip olduğu gibi, toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin şekillenmesini sağlar ve onları sürekli etkisi altında bulundurur.

Bitkiler topraktaki suyu ve besin maddelerini temel olarak kökleri ile alırlar. Bitkilerin beslenebilmesi için toprakta suyun bulunması zorunlu olmasına karşın toprakta suyun azlığı gibi fazlalığı da bitkiler için bazı zararları ortaya çıkarabilir.


Yağışlarla ya da sulama ile toprağa gelen suyun bir

bölümü alt tabakalara sızarken, bir bölümü de

yüzey akışlarla başka bölgelere taşınmaktadır.

Toprak içerisine giren suyun ise bir bölümü toprak

tanecikleri tarafından tutulurken, fazla su yerçekimi

etkisiyle drene olarak topraktan uzaklaşmaktadır.

Toprakta tutulan suyun büyük bölümü buharlaşma

ile uzaklaşmakta, sadece çok az bölümü bitkilerin

tüketimine sunulabilmektedir


Suyun Genel Olarak Bitkilerdeki İşlevleri

a) Hücre protoplazmasının gerekli yapı maddelerinden biridir. Gelişmekte olan bitkilerde % 85-90, ağaçlarda ise % 50’den fazla su bulunmaktadır.

b) Fotosentez olayında ve şekerlerin nişastaya dönüştürülmesinde gereklidir.

c) Bitki besin maddelerinin bitki köklerine iletilmesini sağlar.

d) Bitki yapraklarının şeklini ve konumunu düzenleyerek,

güneş ışığından en iyi şekilde yararlanmalarına ve yeni

sürgünlerin oluşumuna yardımcı olur.


Toprakta Suyun Tutulma Güçleri

Toprak nemi, topraktaki büyük boşluklar (makropor) ve küçük boşluklar (mikropor) içerisinde yerleşmiş durumdadır. Toprak, su ile doyurulduğunda tüm boşluklar (porlar) su ile dolar.

Buharlaşma ve canlıların suyu kullanmaları sonucunda toprağın su içeriği düşer ve bu durumda su molekülleri yalnızca toprak taneciklerinin değinim noktalarında sıkışmış durumda ve ince bir film tabakası şeklinde bulunurlar.


Suyun Toprak Boşluklarında Tutulması

a) Toprak taneciklerinin çekim gücü,

b) İyonların çekim gücü,

c) Kılcal boşluklardaki (kapillar) yüzey gerilimi ile olmaktadır.

Bu güçler ile tutulan su, bitkilerin kullanımı için toprakta depo edilir ve bitkiler ihtiyaçları ölçüsünde topraktaki suyu kullanarak gelişimlerini devam ettirirler.


Topraktaki suyun tutulma gücünü açıklamada en

fazla kullanılan basınç birimleri, su sütunu

yüksekliği, bar, atmosfer, pF ve psi’dir

Bar ve atmosfer birimleri birbirine yaklaşık

değerlerdir. 1 Bar = 0,9869 atmosferdir.

1 Bar = 1 cm2 alan üzerine 1022,7 cm’ lik su

sütununun 25 C’de yapmış olduğu basınca eşit

iken,

1 Atmosfer = 1 cm2 alan üzerine 1033 cm’lik su

sütununun yapmış olduğu basınca karşılık gelir.


pF, 1 cm2 alan üzerine su sütunu yüksekliğinin

yapmış olduğu basıncın 10 tabanına göre

logaritmik ifadesidir.

psi (pounds/square inch)’de 1 inch kare alan

üzerine pound cinsinden basınç miktarıdır.


Toprak Nem Sabiteleri

Maksimum su tutma kapasitesi (doygunluk) :

Toprak boşlukları tümüyle su ile dolmuş ve

toprak suya doygun durumdadır. Suyun

toprakta tutulma gücü 0 pF’ dir.

Tarla kapasitesi : Su ile doygun topraktan,

yerçekimi etkisiyle fazla suyun aşağı

katmanlara sızmasından sonra, toprakta

tutulan su miktarıdır. Suyun tutulma gücü 2,54

pF (=1/3 atmosfer = 4,83 psi)’dir.


Tarla Kapasitesi Değeri Üzerine Etki Eden Etmenler

a) Toprak bünyesi kumdan kile doğru gittikçe tarla kapasitesi değeri yükselir. Kil miktarının artması suyu tutan yüzey alanının da artmasına neden olur.

b) Küçük boşluklardan oluşan kapillar boşlukların artışı tarla kapasitesini artırır.

c) Toprağın organik madde içeriğinin artışıyla yüzey miktarı arttığı için, tutulan su miktarı da artar.

d) Toprakta 3 tabakalı ve tabakaları genişleyen montmorillonit grubu kil mineralleri arttıkça tarla kapasitesi değeri de artar.


14

Nem ekivaleni (eşdeğer nem): Su ile doygun haldeki toprak örneğinin, yerçekimi kuvvetinin 1.000 katı bir santrifüj kuvvetine karşı tutabildiği su miktarıdır.

Solma noktası: Bitkilerin solmaya başladığı anda toprağın içerdiği su miktarına sürekli solma noktası ya da solma noktası denir. Başka bir anlatımla, bitkilerin turgor olayını (hücrelerin su çekerek şişmesi) gerçekleştiremedikleri andaki toprağın nem içeriğine solma noktası denir. Solma noktasındaki topraklarda suyun tutulma gücü 4,2 pF (=15 atmosfer=220 psi)’dir.


Toprağın Su İle Doygun, Tarla Kapasitesi ve

Solma Noktasında Bulunduğu Koşullar


Toprak Su Hava Su Toprak Hava Su

Toprağın su ile doymuş şekli Tarla kapasitesi Solma noktası

Toprak

Yarayışlı su : Topraktan bitkilerin yararlanabildiği suyu tanımlar. Toprağın, tarla kapasitesi ve solma noktası arasında tutabildiği su miktarıdır. Genellikle 0,2-10 mikron () çapındaki orta büyüklükteki boşluklarda (mezoporlar) tutulan su olarak tanımlanır.

Tarla kapasitesi ve solma noktasında toprağın nem içeriği, kil bünyeli topraklarda en yüksek değerde olmasına karşın, yarayışlı su içeriği tın bünyeli topraklarda en yüksek değerdedir. Bunun nedeni, kil bünyeli topraklarda tarla kapasitesi değerinin yüksek olması yanında, solma noktası değerinin de yüksek oluşudur.


Toprak Bünyesine Göre, Tarla Kapasitesi, Solma

Noktası ve Yarayışlı Suyun Değişimi


Tarla kapasitesi

Yarayışlı su

Solma noktası

Yarayışlı olmayan su

Kum Kumlu

tın

Tın Siltli

tın

Killi

tın

Kil

12,5

10

7,5

5,0

2,5

0

Su

içeri

ği

cm

su

/ 3

0 c

m t

op

rakta

Nem

yü

zd

esi

30,0

24,0

18,0

12,0

6,0

Yarayışlı su (%) = Tarla kapasitesi (%) – Solma noktası (%)

Yukarıdaki hesaplama ile ağırlık olarak bulunan

yarayışlı su yüzdesi, toprağın hacim ağırlığı ile

çarpılarak hacim olarak yarayışlı su yüzdesi de

hesaplanabilir.

Hacimsel yarayışlı su (%) = [ TK (%) – SN (%) ] x Hacim ağırlığı


Hava kurusu topraktaki nem: Laboratuvar koşullarında kurutulan toprağın içerdiği nem miktarıdır. Bu koşullarda toprağın içerdiği nem atmosferdeki neme, toprak özelliklerine ve özellikle de bünyeye göre değişim gösterebilir.

Fırın kurusu topraktaki nem: Etüvde 105-110 C’de kurutulan toprak örneğinin içerdiği nem miktarına denir. Topraktaki tutulma gücü 7 pF (10.000 atmosfer) ve üzeridir.

Higroskopik nem: Normal atmosfer basıncı ve oda sıcaklığında, oransal nemi bilinen kapalı bir atmosferde toprağın tutabildiği en yüksek nem miktarıdır.


Toprağın havalanma kapasitesi: Toprağın toplam boşluk (porozite) hacmi ile hacim olarak tarla kapasitesinde içerdiği su arasındaki farktır. Havalanma kapasitesi, toprağın kapillar olmayan boşlukları (makroporlar) ile eşdeğerdedir.


Toprak nem sabitesi cm SS Atmosfer pF

Maksimum su tutma kapasitesi (Doygunluk yüzdesi)

0 0 0

Tarla kapasitesi 346 1/3 2,54

Eşdeğer nem 1000 1,0 3,0

Solma noktası 15849 15 4,2

Higroskopik nem 31623 31 4,5

Hava kurusu toprakta nem 1x106 1000 6,0

Fırın kurusu toprakta nem 1x107 10000 7,0

Toprak Suyunun Sınıflandırılması

Toprağa giren (sızan) suyun bir bölümü

yerçekimi etkisinde kalarak alt katmanlara

süzülür. Süzülme, varsa taban suyuna ya da

doğal ve yapay yollarla (dereler, ırmaklar, göler,

denizler, drenaj kanalları) topraktan

uzaklaşıncaya kadar devam eder.

Geride kalan bölüm ise, toprağın boşluklarında

yerçekimi kuvvetine karşı toprak taneciklerinde

tutulur. Toprak suyunu fiziksel ve biyolojik

olarak iki şekilde sınıflandırmak olasıdır.


22

Toprak Suyunun Fiziksel Olarak Sınıflandırılması

Yerçekimine bağlı su: Sızan su ya da gravitasyon

suyu olarak da adlandırılır. Toprakta 2,54 pF yada

1/3 atmosfer basınçtan daha düşük güçle tutulan

sudur. Yerçekimi kuvvetiyle, büyük boşlukların

(makroporlar>10 ) miktarına bağlı olarak hızlı

yada yavaş hareket eder. Bitkilerin yararlanamadığı

sudur.


23

Kapillar su: Yerçekimine bağlı su topraktan

ayrıldıktan sonra, toprağın kapillar (kılcal)

boşluklarında tutulan sudur. Kapillar su toprakta

2,54–4,5 pF (1/3–31 atm.)’lik basınç aralığında

tutulan sudur.

Kapillar su, iç ve dış kapillar su olarak iki bölüme

ayrılır. İç kapillar su, toprak tanecikleri yüzeyinde

4,2-4,5 pF (15-31 atm.)’lik basınç aralığında

tutulurken, dış kapillar su; iç kapillar suyu

oluşturan su moleküllerinin dış yüzeyinde 2,54-4,2

pF (1/3-15 atm.)’lik basınç aralığında tutulur.


Higroskopik su: Toprak kolloidleri yüzeyinde 4,5 pF

(31 atm.)’den daha yüksek güçle tutulan sudur.

Toprak taneciklerinin atmosferdeki su buharından

tuttukları su olarak da tanımlanabilir.

Higroskopik suyun toprak tanecikleri yüzeyinde

tutulma gücü 7 pF (10.000 atm.)’ye kadar çıkabilir.

Tutulma gücünün yüksekliği ve bitki köklerinin

osmotik basınçlarının yaklaşık 20-25 atmosfer

olması nedeniyle, higroskopik su bitkilere yarayışlı

olmayan su olarak değerlendirilir. Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)

25


Toprak tanesi

Higroskopik su

Topraktaki hava boşlukları

Kapillar su

Sızıntı suyu

Drenaj suyu

Topraktaki fiziksel su

Toprak Suyunun Biyolojik Olarak Sınıflandırılması

Fazla su: Toprağın tarla kapasitesi ile maksimum su tutma kapasitesi (doygunluk, saturasyon) arasındaki sudur. Bu su, yerçekimi etkisiyle alt katmanlara doğru hareket eder. Bitkilere yarayışlı değildir.

Yarayışlı su: Toprakta tarla kapasitesi ile solma noktası arasında tutulan sudur. Başka bir anlatımla, toprakta 2,54-4,2 pF (1/3-15 atm) değerleri arasında tutulan sudur. Bitkiler bu sudan yararlanırlar.

Yarayışsız (yararlanılamayan) su: Toprakta, solma noktası üzerinde yada 4,2 pF’den daha yüksek güçle tutulan sudur. Bu suyun içerisine iç kapillar su ve higroskopik su girmektedir. Genel olarak bitkiler için yarayışlı olmayan sudur.


Toprak Suyunun Hareketi

Topraktaki suyun sıvı haldeki hareketi, doymuş

topraktaki su akışı ve doymamış topraktaki su

akışı olarak iki şekilde olur

Doymuş topraktaki su akışı: Toprak

boşluklarının tamamı su ile dolduğunda ve

toprak üzerinde su tablası bulunduğunda olan

akış şeklidir.


Doymamış topraktaki su akışı: Toprak yüzeyine

yağışlar ya da sulama ile toprağın tutabileceğinden

daha fazla su geldiğinde, fazla su yerçekimi etkisiyle

büyük boşluklardan aşağıya akar.

Eğer geçirimsiz katman yok ise toprağın tümü

ıslanır. Toprak yüzeyine gelen su fazla miktarda

değilse, aşağı doğru hareketi kısa bir süre sonra

kapillar harekete dönüşür. Su miktarı azaldıkça

kapillar hareketin hızı da azalır. Toprakta su dengesi

oluştuğunda aşağıya doğru olan bu hareket son

bulur.


Doymamış topraktaki su akışı, aşağı, yukarı ve

yanlara doğru üç yönde olabilir. Hareketin yönü,

topraktaki su potansiyeli farkına bağlıdır.

İnfiltrasyon (sızma ile toprağın üstten

ıslanması): Suyun toprak yüzeyinden toprak

içerisine doğru hareketine infiltrasyon (sızma)

denir. Suyun toprak içerisindeki hareketine ise

perkolasyon (süzülme) denir.

Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi, erozyon) 30

İnfiltrasyon Sırasında Profil Boyunca Oluşan Farklı Neme Sahip Bölgeler


Toprak yüzeyi Nem içeriği

Doygunluk bölgesi

Taşınma

bölgesi

Islanma bölgesi

Geçiş

Islanma sınırı

İnfiltrasyon Hızına Etki Eden Etmenler

1. Toprak dokusu (bünye),

2. Toprak yapısı, toprak agregatlarının şekil, büyüklük ve dayanıklılıkları,

3. Gözenek büyüklük dağılımı ve geometrisi,

4. Toprağın organik madde içeriği,

5. Bitki örtüsü,

6. Kil ve diğer kolloidlerin şişme dereceleri,

7. Toprağın başlangıçtaki nem durumu,


8. Geçirimsiz katmanların varlığı,

9. Topoğrafik durum (toprak yüzey şekli),

10. Hidrostatik yük,

11. Tutsak edilen hava miktarı, toprak sıcaklığı ve

suyun viskozitesi,

12. Yüzey altı drenajının durumu,

13. Suyun darbe etkisi (yağış şiddeti) olarak

sıralanabilir


İnfiltrasyon Hızının Kullanıldığı Alanlar

1. Sulama süresinin hesaplanması,

2. Uygun karık ve tava boylarının belirlenmesi,

3. Yağmurlama sistemlerinin planlanması,

4. Yüzey akışın saptanması, erozyon kontrol

çalışmaları,

5. Tuzlu ve alkali toprakların ıslahı çalışmaları


34

Kapillar yükselme ( toprağın alttan ıslanması) :

Kapillar yükselme ya da toprağın alttan

ıslanması, infiltrasyonun tersi bir olaydır.

Aşağıdan yukarıya doğru hareket eden suyun

kaynağı taban suyudur. Kapillar yükselme, taban

suyu düzeyinde kapillar potansiyelin yerçekimi

potansiyelinden daha düşük olması durumunda

gerçekleşir.


Documents

TOPRAK BİLİMİNE GİRİŞ...Doç. Dr. Mustafa SAĞLAM Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Su, hava ile birlikte yaşamın kaynağını oluşturur. Tarım, endüstri ve diğer