Toprağın Yapısı (Strüktürü) – (Ders Notu)

3.2.Toprağın Yapısı (Strüktürü)

Toprağın strüktürü, toprak parçalarının bir araya gelerek oluşturduğu sıralanma ve bunların duruş şekillerini ifade etmektedir.

Toprak strüktürü toprağı oluşturan primer teksel taneciklerin bir hacim içerisinde dizilip gruplaşarak sekonder toprak parçacıkları oluşturmasıdır. Oluşan bu sekonder toprak parçacıklarına ‘’toprak agregatı’’ veya ‘’strüktür ünitesi’’ adı verilir.

Toprak strüktürü; agregatları çıplak gözle görülebilen ‘’Makrostrüktür’’ ve ancak mikroskopla ince kesitlerde veya yüzeysel olarak görülebilen ayrıca makro strüktürün yapıtaşı olan ‘’Mikrostrüktür’’ olmak üzere iki strüktür oluşumu gözlenmektedir.

Agregatlaşmış bir toprağın fiziksel özellikleri, primer toprak taneciklerinin doğrudan oluşturduğu bir toprak kitlesinin fiziksel özelliklerinden tamamen farklıdır.

• Toprağın su geçirgenliği ve iletkenliği,
• Su tutma kapasitesi
• Havalanması
• Bitki besin maddelerinin elverişliliği
• Mikroorganizma aktivitesi
• Bitki kök gelişimi, strüktür tarafından etkilenmekte ve toprağın verimlilik kapasitesi ile toprak strüktürü yakından ilişki içerisindedir. Bu nedenle strüktürün korunması ve zamanla geliştirilmesi, toprak muhafazası ve ürün garantisi açısından mutlak bir zorunluluktur.

3.2.1.Toprakta Strüktürün Oluşumu ve Strüktüre Hizmet Eden Faktörler

1. Flokülasyon (Birleşme) ve Dispersiyon (Dağılma)

2. Toprak kolloidleri

a) Kil

b) Fe ve Al Oksitler

c) Organo-mineral kolloidleri

3. Organik madde ve organizmalar

4.Toprak reaksiyonu ve kireç

5. İnorganik gübreler

6. Sentetik stabilizatörler

7. Donma ve Çözünme

8. Sıcaklık

9. Su

10. Şişme – Büzülme

11. Malç

12. İklim

13. Bitkiler

14. Toprak İşleme

3.2.1.1. Flokülasyon (Birleşme) ve Dispersiyon (Dağılma)

Toprakta strüktürün oluşabilmesi için toprak taneciklerini birbirine bağlayan bazı maddelerin ve kuvvetlerin bulunması gerekir.

Bunların başında toprağın kolloidal fraksiyonu ile yakın mesafelerde etkili olan çekim kuvvetleri gelir.

Toprakta teksel taneciklerden agregatların oluşması, kısmen tek başına kısmen de birlikte etkili olan birçok fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörlere bağlanmaktadır. Bunlardan hangisinin etkisiyle olursa olsun, toprakta strüktür oluşumu mekanizmasının esası flokülasyon ve peptizasyona (dispersiyon) dayanır.

Flokülasyon, toprakta küçük toprak taneciklerinin daha büyük paçacıklar halinde birleşmeleri anlamında kullanılmaktadır.

Dispersiyon ise bunun tam tersi yani, flokülleşmiş parçacıkların kendini oluşturan daha küçük taneciklere dağılmasını ifade etmektedir.

3.2.1.2. Toprak kolloidleri:

Toprakta agregatların oluşumunu sağlayan üç grup kolloidal madde vardır.

a) Kil: Kil’in miktar, çeşit ve iyon içeriği agregat oluşumuyla doğrudan ilişkilidir. Kil genellikle, silt ve kum gibi kaba tanecikleri yapısal agregatlar halinde birbirine yapıştırır. Kil’in moleküler yüzeyleri arasındaki kohezyon kuvvetlerinden ileri gelen bu yapıştırma etkisi, toprakta kil miktarı arttıkça güçlenir. Ancak yüksek organik madde içeren topraklarda kil’in, yüksek kil içeren topraklarda da organik madde’nin yapıştırıcı etkileri fazla önemli olmamaktadır.

Kil minerali çeşidinin strüktür oluşumuna etkisi, daha çok kil’in dış yüzey alanına ve şişme özelliğine (montmorillonit) bağlıdır. Dış yüzey alanı büyüdükçe, aynı iyon statüsünde, agregatlaşma enerjisi de artar.

Kil’in iyon içeriğinin strüktür oluşumuna etkisinde, Ca iyonu iki değerli ve hidrate olmayan bir element olduğundan, çok ince bir çift tabaka ve dolayısıyla kuvvetli bir flokülasyon meydana getirir. Böylece kil, Ca ile doyurulduğu takdirde flokülasyona ve toprak kitlesinin agregatlaşmasına uygun bir ortam sağlanmış olur. Burada Ca iyonları su molekülleri vasıtasıyla kil tanecikleri arasında bir köprü fonksiyonu görür.

b) Fe ve Al Oksitler: Seskioksitler de denilen Fe ve Al oksitlerin toprak strüktürünün stabilizasyonuna etkisi; seskioksitin yüzeyinde bulunan Fe ve Al iyonları negatif yüklü kil mineralleri tarafından adsorbe edilerek, kil taneciklerinin flokülasyon ve agregasyonunu sağlarlar. Bu şekildeki agregasyon daha çok, Fe ve Al un çözünürlüğünün yüksek olduğu asit toprak reaksiyonunda görülür.

c) Organo-mineral kolloidler: Toprağın kil mineralleriyle pek çok organik maddenin (Alkoller, Şekerler, Aminoasitler, Aminler, Proteinler, Enzimler, Benzol Fenoller vb.) sıkı bir şekilde birleştikleri ve bunun da daha çok yüzeysel olduğu bilinmektedir. Toprakta bulunan polisakkaritlerin, H ve Ca montmorollionit tarafından kuvvetle adsorbe edilerek oluşturdukları kompleks bileşik, etkili bir toprak agregasyon maddesidir. Humin maddeleri de killeri ve oksitleri agregatlaştırırlar. Organik kolloidlerin, kil minerallerine bağlanmasıyla, mikrobiyal ayrışmaya karşı dayanaklıkları artar.

3.2.1.3. Organik madde ve organizmalar

Başta mikroorganizmalar olmak üzere toprak canlılarının tümünün yaşamı büyük ölçüde organik maddeye bağlı olduğu ve toprak canlıları yaşamlarını tamamlayarak er geç toprak organik maddesine dâhil oldukları için, toprak agregatlarının oluşumu ve stabilitesi üzerine organik maddenin ve organizmaların etkileri daima birlikte düşünülmelidir. Yapılan çalışmalarda, çeşitli topraklarda organik karbon içeriği ile 0.5 mm den daha büyük agregatlar arasında önemli bir ilişki bulunduğu ve organik maddenin daha çok iri agregatların oluşmasını teşvik ettiği ortaya konulmuştur.

Toprak organik maddesinin mikrobiyal ayrışması sırasında ara ürünleri şeklinde ve mikroorganizmaların kendi metabolizma ürünleri olarak ortaya çıkan poliüronoidler ve polisakkaritler gibi iplikçik oluşturan sümüksü organik bileşikler, inorganik tanecikleri yapıştırma yeteneğine sahiptirler. Fakat bu bileşikler de dirençli olmadıkları ve mikroorganizmalar tarafından tekrar ayrıştırıldıkları için etkisi kısa süreli olabilmektedir.

Agregatlaşma da ve Agregat Stabilitesinde Organik Maddenin Önemi

Mantar miselleri, bakteri kolonileri ve kılcal kökler de toprak taneciklerini agregatlaştırıcı etkiye sahiptirler. Ancak bunların yaşam süreleri çok kısa olduğundan, bu şekilde oluşmuş agregatlar da ancak bu organizmaların canlı faaliyetlerini sürdürdükleri süre boyunca stabildir.

Sürekli yüksek biyolojik aktivite, agregat oluşumu ve agregat stabilitesi, ancak bitki artıklarının devamlı olarak toprağa ilavesiyle sağlanabilir. Toprağa ayrışmaya ve parçalanmaya karşı dayanıklı organik madde ilavesi, kolay ayrışabilen organik maddelerin aksine, agregat oluşumunu pek etkilemez veya çok az bir etkiye sahiptir.

3.2.1.4. Toprak reaksiyonu ve kireç

Toprak reaksiyonunun strüktür üzerine direkt etkisi, H’nin elektriksel çift tabakayı nispeten daraltarak flokülasyonu teşvik etmesinden ileri gelmektedir. Toprak reaksiyonunun strüktür üzerine dolaylı etkisi ise daha güçlü ve önemlidir. Düşük pH koşulları (5-6), toprakta hem floküle edici Ca iyonlarının eksik, hem de mikroorganizmaların yaşam koşullarının sınırlanmış olması anlamına gelir. pH’nın daha da düşmesi mikroorganizmaların daha fazla zarar görmesine neden olur.

CaCO3 (kireç) toprağa ekstrem olmayan bazik bir reaksiyon kazandırır. Toprakta mikroorganizmaların (özellikle bakteriler) yaşamasına uygun bir ortam oluşturur. Bu şekilde dolaylı yoldan toprak strüktürüne hizmet ettiği gibi, esasen toprak taneciklerini yapıştırarak agregat stabilitesi doğrudan etkilemektedir.

3.2.1.5. İnorganik gübreler

Kolay çözünebilen inorganik gübreler, toprak çözeltisinin tuz içeriğini yükseltmek suretiyle, kısmen doğrudan strüktür stabilitesini etkilerler. İnorganik gübrelerin dolaylı etkisi ise, ürün miktarını arttırmak suretiyle, vejetasyon artıklarının artması ve biyolojik aktivitenin yükselmesinden ileri gelir.

3.2.1.6. Sentetik stabilizatörler

Toprak strüktürünü sentetik organik bileşiklerle de stabilize etmek mümkündür. Bu bileşikler mineral toprak taneciklerini, COOH, OH ve NH2 gibi reaksiyon gruplarıyla, mikroorganizmaların oluşturduğu poliüronoid ve polisakkaritlere benzer şekilde yapıştırma yeteneğine sahiptirler. Sentetik stabilizatörler toprak korunmasında, örneğin hazırlanmış bir tohum yatağının korunmasında ve kumullar gibi erozyona hassas toprak yüzeylerinin sağlamlaştırılarak yerinde tutulmasında kullanılmaktadırlar.

3.2.1.7. Donma çözünme

Toprakta suyun donmasının strüktür oluşumu üzerine etkisi çok büyüktür. Birbirini takip eden çok sayıdaki donma ve çözülme, üst toprağın tamamen kırıntı agregatlar halinde dağılmasına yol açar. Bu şeklide oluşan agregatlar diğer agregat oluşum faktörlerinin etkisine bağlı olarak az veya çok stabil olabilirler.

3.2.1.8. Sıcaklık

Sıcaklık, toprakta strüktür oluşumunda kendine özgü bağımsız bir etkendir. Strüktür üzerine doğrudan etkisi, gece ve gündüz arasında sıcaklığın değişmesiyle ilgilidir. Farklı sıcaklıklarda farklı genişleme dolayısıyla, toprakta az çok hacim değişmesi meydana gelir. Diğer taraftan sıcaklık değişmelerine bağlı olarak nemli havalarda, çabuk soğuyan cisimler üzerine geceleyin düşen çiğ, ıslanan toprakta yüzeysel şişmeye, gündüzleri ise kuruma sonucu büzülmeye yol açar. Bu suretle zaman içerisinde belli bir yapı kazanırlar. Sıcaklık ayrıca strüktür oluşumunda dolaylı bir etkiye de sahiptir. Artan sıcaklıkla toprakta, strüktür oluşumuna katkıda bulunan kimyasal olaylar hızlanır. Sıcaklık, toprak strüktürüne etkisi çok büyük olan mikroorganizma ve diğer toprak organizmaları için büyük önem taşır.

3.2.1.9. Su

Su, toprakta strüktür oluşumunun en önemli fiziksel etkenidir. Strüktür üzerine kısmen dolaylı kısmen de doğrudan etkiye sahiptir. Suyun strüktür oluşumuna dolaylı etkisi çok yönlüdür. Su bütün kimyasal, kolloid-kimyasal ve biyolojik olaylarda vazgeçilmez bir maddedir. Dolaylı yoldan fiziksel olarak, toprakta özellikle agregat strüktürünün oluşmasını sağlayan olaylardan en önemlisi olan şişme ve büzülmede, toprağın ıslanma ve kuruması oldukça etkili olmaktadır

3.2.1.10. Şişme-büzülme

Islanma ve kurumaya bağlı olarak toprakta birbirini izleyen şişme ve büzülme granülasyona neden olmaktadır. Toprak taneciklerinin şişme ve büzülmeye bağlı olarak birbirleri üzerinden kaymaları dolaylı yoldan agregat oluşumuna neden olur. Kolloidlerce fakir olan (% 10 dan az kil içeren) kumlu topraklar şişme büzülme belirtisi göstermezler. Toprakta kolloid miktarı arttıkça şişme büzülme olayları da kuvvetlenir.Şişme büzülme kolloid miktarının yanı sıra, esasen kilin tipine de bağlıdır. Genişleyebilen kil mineralleri (Montmorillonit, Vermikulit), genişlemeyen kil minerallerinden (İllit, Kaolinit) daha fazla su adsorbe ederler.

3.2.1.11. Malç

Toprağın, ahır gübresi, sap-saman, ara ürün, çöp kompostu, bitki artıkları veya diğer organik materyallerle örtülmesi yağmur damlalarının doğrudan toprağa çarpması engellenerek dolaylı yoldan toprak strüktürüne olumlu etkide bulunur. Malç’ın doğrudan etkisi özellikle ağır bünyeli topraklarda tamamen toprak organizmalarına yönelik olmakta ve büyük önem taşımaktadır.

3.2.1.12. İklim

Yağışın azlığından dolayı, vejetasyonun zayıflığına bağlı olarak toprakta biriken organik madde miktarı da çok azdır. Bu yüzden toprakta fazla bir agregasyon beklenmez. Yağışlı ve ılıman bölgelerde ise, topraktaki organik ve inorganik kolloid miktarı fazladır. Buna bağlı olarak agregasyon da yüksektir. Yağışlı ve soğuk iklim koşulları altındaki topraklarda da organik madde birikimi ve kil oluşumu fazla olmakla beraber, bunlar yıkanarak alt katmanlara taşınırlar. Bu yüzden bu bölgedeki toprakların üst tabakalarında iyi bir agregasyon görülmez.

3.2.1.13. Bitkiler

Toprak strüktürü üzerine yüksek bitkilerin etkisi ilk planda kök sistemlerinin derin ve yaygın olmasına bağlıdır. Sonra, yaşayan bitkilerin toprağı örtme derecesi gelir. Bitkiler kökleri aracılığıyla toprakta yapmış oldukları basınç ile daha iri boyuttaki agregatları parçalayarak küçük agregatlara dönüşmesini sağlarlar. Ayrıca bitkiler köklerinden salgıladıkları bazı salgılarla da agregat oluşumu üzerine önemli etkiye sahiptir. Bitkiler arasında kök sistemlerine bağlı olarak farklılıklar ortaya çıkmaktadır. Tarımsal yararı olan bitkilerden çayır ve mera otları, strüktürü en olumlu yönde etkileyen bitkilerdir. Bu bitkiler toprağı kökleriyle çok yoğun bir şekilde sardıkları gibi, arkalarında çok fazla miktarda organik madde bırakarak da kuvvetli bir biyolojik aktivite sağlarlar.

Toprağın strüktürü toprağın tekstürünün etkisine bağlı olarak değişir; ayrıca nem, havalanma durumu, mikroorganizmaların faaliyetleri, kök büyümesi ve gelişmesi, hatta topraktaki besin maddelerinin bitkiler tarafından alınmasını da etkilemektedir.

Toprak strüktürü esas itibariyle taneli, bloğumsu, levhamsı ve prizmamsı olmak üzere dört ana tipe ayrılır. Toprak strüktürü, topraktaki boşlukların şekillenmesi açısından son derece önemli olup, toprakta su ve havanın dolaşımını ve hareketini tayin etmektedir.

3.2.2.Strüktür Çeşitleri ve Sınıflandırılması

1. Taneli (Granular)
2. Levhamsı (Platy)
3. Prizmatik veya sütunumsu (Prismatic or Columnar)
4. Blok-kesek (Blocky)
5. Yapısız (Structureless)
   1. Single grain
   2. Masif (Massive)

3.2.3.Toprağın İşlenmesi İle Strüktür Arasındaki İlişki

İyi bir nem düzeyine sahip bitki köklerinin gelişmesine uygun hava ve su düzeyine sahip tohum için iyi bir gelişme ve çimlenme ortamı hazırlanacak ortamı sağlamak için toprak işlenir. Ayrıca yabancı ot mücadelesi toprak strüktürünün iyileşmesi içinde toprak işleme yapılır.

Sürme Derinliği: Genellikle 10-15cm olmakla birlikte 25-30cm hatta 40 cm’ye kadar çıkabilmektedir. Sürme derinliğinin tespitinde özellikle ekilecek bitkinin nihai kök derinliği işleme aletinin işleme derinliği ve toprak tekstürü gibi özellikler göz önüne alınır. Sürme derinliği tarım arazisinin konumuna etki eder. Örneğin yamaç arazilerde erozyondan fazla toprak kaybı olmasın diye yatay istikamette ve yüzeysel sürüm yapılır. Buna karşılık profil derinliği çok fazla olan taban arazilerin derin sürülmesi olumlu etki yapar.

Sürme Zamanı: Toprak sürme zamanı toprak tavına, toprak tekstürüne sürüm aletine uygulanacak tarım sistemi ile değişmekle birlikte genel olarak 2’ye ayrılır.

1) Güz Sürümü: Özellikle ağır killi topraklarda uygulanır.

2) Yaz Sürümü: Genellikle kumlu topraklarda, strüktürü iyi gelişmiş tınlı topraklarda kullanılır. Ancak ekilecek bitkinin büyüme devresi göz önüne alınmalıdır.

Toprak Strüktürü ve Toprak Horizonuı İlişkisi