4.1.Giriş
Toprak, bitkilerin yetişmesi ve beslenmesi açısından kritik öneme sahip bir ortamdır. Kimyasal özellikleri, toprağın verimliliğini doğrudan etkiler. Bu özellikler, basit tuzlardan karmaşık organik ve inorganik bileşiklere kadar uzanır ve sürekli kimyasal reaksiyonlarla değişir. Toprağın kimyasal yapısı, ana materyalden (inorganik ve organik) kaynaklanır. İnorganik ana materyal, kayalardan gelen elementleri (oksijen, silisyum, alüminyum, demir vb.) içerirken, organik ana materyal humus olarak toprağa geçer. Bu ders notu, toprağın genel kimyasal yapısı, kolloidleri, iyon değişimi, reaksiyonu (pH), kireci, değişebilir katyonlar ve bitki besin elementlerini kapsar. Bu unsurlar, bitki gelişimi, besin alımı ve mikroorganizma aktivitesini belirler.
4.2. Toprağın Genel Kimyasal Yapısı
Toprak, ana materyalinin ayrışması sonucu oluşur. İnorganik ana materyal, litosferden gelen elementleri içerir. Yer kabuğunun %98’ini 8 element (oksijen, silisyum, alüminyum, demir, kalsiyum, sodyum, potasyum, magnezyum) oluşturur. Toprakta en yaygın maddeler şunlardır:
- SiO₂ (silisyum dioksit)
- Al₂O₃ + Fe₂O₃ (alüminyum ve demir oksitleri)
- CaO (kalsiyum oksit)
- MgO (magnezyum oksit)
- K₂O (potasyum oksit)
- P₂O₅ (fosfor pentoksit)
Bu elementler, oksit veya hidroksit formunda toprağa geçer. Organik kısım ise humusla zenginleşir. Toprak kimyası, bitki besin maddelerinin miktarını, absorbsiyon kapasitesini ve reaksiyonu belirler.
4.3. Toprak Kolloidleri
Toprak kolloidleri, mikron-altı boyuttaki mineral ve organik parçacıklardır. Doğa olayları ve kimyasal değişimlerle oluşur. Çoğu toprakta mineral kil kolloidleri organik kolloidlerden (humus) fazladır. Kolloidler, toprağın kimyasal reaktivitesini sağlar.
Kolloid Türleri
- Mineral Kil Kolloidleri: Tabak şeklinde kristal yapıdadır. İklim şartlarına göre değişir:
- Ilıman bölgelerde silikat killeri (illit, montmorillonit, kaolinit) yaygındır.
- Tropikal bölgelerde oksit killeri (gibsit, götit) baskındır.
- Organik Kolloidler: Humus kaynaklıdır.
Kolloidler, oluşum sürecinde negatif (-) yüklüdür. Bu, mıknatıs etkisi yaratır: Pozitif yüklü katyonları (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺, Na⁺) çeker ve tutar; negatif yüklü anyonları (NO₃⁻, SO₄²⁻) iter. Bu nedenle, nitrat gibi anyonlar yağışla kolayca yıkanır.
Kolloid Özellikleri
- Negatif yük, iyon tutma kapasitesini artırır.
- Kil kolloidleri: Fizikokimyasal yapı kazandırır (şişme, büzülme, plastiklik).
- Humus: Toprağın verimliliğini artırır.
4.4. Katyon Değişim Kapasitesi (KDK) ve İyon Değişimi
KDK, toprağın tutabileceği değiştirilebilir katyonların toplam miktarıdır. Negatif yük miktarını gösterir. Yüksek KDK, yüksek kil ve organik madde oranıyla ilişkilidir (killi topraklar > kumlu topraklar). KDK, toprak verimliliği ve pH düzeltmesinde rol oynar.
İyonlar
Elektrik yüklü elementlere “iyon” denir. Toprak kimyasında bu iyonlariki ana gruba ayrılır ve bitki beslenmesinde kritik rol oynarlar.
- Katyonlar (pozitif yüklü): Toprak kolloidleri tarafından tutulur.
- Anyonlar (negatif yüklü): Tutulmaz, yıkanır.
İyon değişimi, besin maddelerinin bitkilere ulaşmasını sağlar. Asit topraklarda H⁺ ve Al³⁺ baskındır; alkali topraklarda Ca²⁺ ve Mg²⁺.
4.5. Toprak Reaksiyonu (pH)
Toprak pH’sı, su çözeltisindeki H⁺ ve OH⁻ iyonlarının konsantrasyonunu gösterir (negatif logaritma). Değer aralığı 0-14’tür: 7 nötr, <7 asit, >7 alkali.
pH Sınıflandırması
pH’nın Etkileri
- Asit Topraklar: H⁺, Al³⁺, Fe³⁺ iyonları baskın. Yağışlı iklimlerde oluşur.
- Alkali Topraklar: Na₂CO₃, NaHCO₃ gibi tuzlar baskın. Kurak iklimlerde görülür.
- Bitki besin alımı: En verimli aralık 5.5-7.0. Yüksek pH, fosfor ve iz elementleri (Fe, Mn, Zn) bağlar; düşük pH, kök alımını engeller.
- Mikroorganizmalar: Nötr pH’ta en aktif.
pH Düzeltme
- Yüksek pH’ı düşürmek için kükürt (S) kullanılır. Thiobacillus bakterileri S’i sülfürik aside (H₂SO₄) dönüştürür, pH düşer ve besinler alınabilir hale gelir.
4.6. Toprak Kireci
Toprak kireci, CaCO₃ başta olmak üzere Ca(OH)₂, CaO, MgCO₃, Mg(OH)₂ gibi maddeleri kapsar. Fazla kireçli topraklar hafif alkali (pH 7.4-8.4), açık boz renklidir. Bitkilerde kloroz (sararma) görülür.
4.7. Değişebilir Katyonlar
Değişebilir katyonlar, kolloid yüzeylerinde tutulan ve kolayca yer değiştirebilen iyonlardır. Toprağın verimliliğini artırır. Baskın katyonlar pH’yı belirler: Asit topraklarda H⁺/Al³⁺, nötr/alkali topraklarda Ca²⁺/Mg²⁺.
4.8. Bitki Besin Elementleri
Bitkiler yaklaşık 16 elemente ihtiyaç duyar. Havadan alınanlar: C, H, O. Topraktan alınanlar makro ve mikro olarak gruplanır.
Makro Elementler (Yüksek miktarda kullanılan)
- Azot (N): Hücre ve klorofil bileşeni, büyüme artırır.
- Fosfor (P): Enerji transferi, kök gelişimi.
- Potasyum (K): Sap direnci, su dengesi.
- Kalsiyum (Ca): Hücre duvarı, pH düzenleme.
- Magnezyum (Mg): Klorofil sentezi.
- Kükürt (S): Protein sentezi.
Mikro Elementler (Az miktarda kullanılan, eksiklikte sorunlu)
- Demir (Fe): Klorofil sentezi.
- Manganez (Mn): Enzim aktivitesi.
- Bor (B): Hücre duvarı.
- Bakır (Cu): Enzim bileşeni.
- Çinko (Zn): Büyüme hormonları.
- Molibden (Mo): Azot fiksasyonu.
- Klor (Cl): Osmotik düzenleme.
Her elementin fonksiyonu benzersizdir; eksiklik/fazlalık bitki gelişimini bozar.
Asitliğe Dayanıklılık
- Fazla Dayanıklı: Karpuz, mısır, yulaf, çavdar, darı, kuşyemi, tütün, çilek, şeftali.
- Orta Dayanıklı: Fiğ, pamuk, yer fıstığı, arpa, soya, buğday.
- Az Dayanıklı: Yonca, şeker pancarı, kırmızı pancar, fasulye, lahana, karnabahar, ıspanak.
Tuzluluğa Dayanıklılık
- Fazla Dayanıklı: Şeker pancarı, kırmızı pancar, hurma.
- Dayanıklı: Arpa, domates, yonca, pamuk.
- Orta Dayanıklı: Soğan, havuç, kabak, fiğ, pirinç, çavdar, yulaf, darı, ayçiçeği.
- Az Dayanıklı: Fasulye, bezelye, şeftali, patates, portakal, armut, incir, elma.
Toprağın kimyasal özellikleri, verimliliği yöneten dinamik bir sistemdir. Kolloidler, iyon değişimi ve pH, besin döngüsünün temelini oluşturur. Uygun yönetim (pH düzeltme, gübreleme) ile mahsul verimi artırılabilir. Bu notlar, pratik tarım uygulamaları için temel sağlar.
