Toprak Bilgisi

1. Toprak nedir?

Toprak, yer kabuğunun yüzeyini ince bir tabaka hâlinde kaplayan, kayaçların ve organik maddelerin çeşitli ayrışma ürünlerinin karışımından oluşan, içinde ve üzerinde geniş bir canlılar âlemi barındıran, bitkilere durak yeri ve besin kaynağı olan, belirli oranlarda su ve hava içeren üç boyutlu, dinamik bir doğal varlıktır. Hava ve suyla birlikte yaşamın sürmesi için gerekli üç temel kaynaktan biridir ve insan ömrüyle karşılaştırıldığında yenilenemez bir kaynaktır.

İdeal bir tarım toprağı hacim olarak yaklaşık yüzde 45 mineral madde, yüzde 5 organik madde, yüzde 25 su ve yüzde 25 havadan oluşur. Su ve hava toprak boşluklarını paylaşır: biri arttığında diğeri azalır.

Toprak bilimi iki yaklaşımla incelenir: toprağın oluşumunu, sınıflandırmasını ve yeryüzündeki dağılışını inceleyen pedoloji ve toprağı bitki yetiştirme ortamı olarak inceleyen edafoloji. Toprak fiziği, toprak kimyası, toprak biyolojisi, toprak verimliliği, toprak etüt ve haritalama ile toprak koruma bu bilimin başlıca dallarıdır.

2. Kısa tarihçe

Aristoteles toprağı bitkilerin beslendiği ortam olarak tanımladı; Romalı Cato toprakları tarım açısından inceledi. 1629’da Van Helmont bitkilerin yalnız suyla beslendiğini ileri sürdü. 19. yüzyılda Thaer toprakların özelliklerini gösteren ilk çizelgeleri hazırladı, Alman kimyager Justus von Liebig ise toprağı bitki besin maddelerini saklayan bir bankaya benzetti ve mineral beslenme kuramını geliştirdi.

Toprak biliminde asıl dönüm noktası Rus bilim insanı Vasili Dokuçayev’in (1846–1903) çalışmalarıdır. Dokuçayev, toprağın yalnızca ayrışmış kaya olmadığını; ana materyal, iklim, topoğrafya, canlılar ve zamanın birlikte etkisiyle oluşan, birbirleriyle ilişkili horizonlardan meydana gelen bağımsız bir doğal varlık olduğunu ortaya koydu. Çernozem toprakları üzerine 1883’te yayımladığı eser modern toprak biliminin başlangıcı sayılır. 1895’te Sibirtsev toprakları zonal, azonal ve intrazonal olarak sınıflandırdı. 1941’de Hans Jenny, toprak oluşum faktörlerini bir denklemle ifade etti.

3. Toprak ana materyalleri

Toprağın mineral kısmı kayaçların ufalanıp ayrışmasından oluşur. Kayaçlar oluşumlarına göre üçe ayrılır:

• Magmatik (püskürük) kayaçlar: Erimiş magmanın soğuyup katılaşmasıyla oluşur: granit, bazalt, andezit.
• Tortul (sedimenter) kayaçlar: Ayrışma ürünlerinin taşınıp birikmesi ve sertleşmesiyle oluşur: kireçtaşı, kumtaşı, kiltaşı, marn.
• Başkalaşım (metamorfik) kayaçlar: Var olan kayaçların yüksek sıcaklık ve basınç altında değişmesiyle oluşur: mermer, şist, gnays.

Kayaçları oluşturan mineraller, kayaçla birlikte oluşmuş ve değişmeden kalmış birincil (primer) mineraller (kuvars, feldispatlar, mikalar) ile bunların ayrışmasıyla oluşan ikincil (sekonder) mineraller (kil mineralleri, demir ve alüminyum oksitleri, karbonatlar) olarak ikiye ayrılır.

Ana materyal yerinde ayrışarak toprağa dönüşebileceği gibi taşınarak da birikebilir: akarsuların taşıdığı alüviyal, yamaçlardan yerçekimiyle inen kolüviyal, rüzgârın taşıdığı (lös gibi) ve buzulların taşıdığı materyaller. Türkiye’nin en verimli tarım toprakları akarsu ovalarındaki alüviyal topraklardır. Bataklık ve turbalıklarda ise toprak büyük ölçüde organik materyalden oluşur.

4. Toprak oluşumu

Hans Jenny’ye göre toprak beş faktörün işlevidir: Toprak = f (iklim, canlılar, topoğrafya, ana materyal, zaman). Bu beş faktörün benzer olduğu yerlerde benzer topraklar oluşur.

• İklim: Sıcaklık ve yağış ayrışmanın hızını ve yıkanmayı belirler; en etkili faktördür.
• Canlılar: Bitki örtüsü ve toprak canlıları organik madde birikimini ve toprağın karışmasını sağlar.
• Topoğrafya: Eğim ve bakı; suyun hareketini, erozyonu ve toprak derinliğini etkiler.
• Ana materyal: Toprağın bünyesini ve mineral bileşimini belirler.
• Zaman: Toprak oluşumu çok yavaştır; 1 cm toprağın oluşması yüzlerce yıl sürebilir.

Ayrışma olayları

• Fiziksel ayrışma: Sıcaklık değişimleri, donma-çözünme, su, rüzgâr ve bitki kökleriyle kayaçların kimyasal yapısı değişmeden ufalanması.
• Kimyasal ayrışma: Çözünme, su alma (hidratasyon), hidroliz, oksidasyon-indirgenme ve karbonatlaşma ile minerallerin yapısının değişmesi ve yeni minerallerin oluşması.
• Biyolojik ayrışma: Bitki kökleri, likenler ve mikroorganizmaların fiziksel ve kimyasal etkileri.

Oluşan materyalde dört tür olay horizonlaşmayı sağlar: organik madde birikmesi gibi eklenmeler, minerallerin dönüşmesi gibi dönüşümler, kilin üst katmanlardan alt katmanlara taşınması gibi yer değiştirmeler ve yıkanma ile erozyon gibi kayıplar.

5. Toprak profili ve horizonlar

Toprağın yüzeyden ana kayaya kadar dikey kesitine toprak profili, profili oluşturan ve özellikleri birbirinden farklı katmanlara horizon denir.

A ve B horizonları birlikte solum (gerçek toprak) olarak adlandırılır. Her toprakta bütün horizonlar bulunmaz; genç topraklarda yalnızca A ve C horizonları olabilir. Profilin incelenmesi toprağın oluşumunu, verimliliğini ve kullanım olanaklarını anlamanın temelidir.

6. Fiziksel özellikler

Bünye (tekstür)

Toprağın kum, silt ve kil oranlarına bünye denir. Tane büyüklükleri: kum 2–0,05 mm, silt 0,05–0,002 mm, kil 0,002 mm’den küçük; 2 mm’den büyük parçalar çakıl ve taştır. Bu oranlara göre bünye üçgeni kullanılarak toprak kumlu, tınlı, killi gibi 12 bünye sınıfına ayrılır. Üç fraksiyonun dengeli karıştığı tınlı topraklar tarım için en uygun olanlardır. Kumlu topraklar kolay işlenir, iyi havalanır, ama su ve besin tutma kapasiteleri düşüktür; killi topraklar ise su ve besini iyi tutar, ama ağır işlenir ve havalanması zayıftır.

Strüktür (yapı)

Toprak tanelerinin bir araya gelerek oluşturduğu kümelerin (agregat) şekil ve düzenidir: granüler (yuvarlak, gevşek; üst toprakta en uygun), köşeli ya da yuvarlak köşeli blok, prizmatik, sütunlu ve levhamsı. İyi bir strüktür havalanmayı, su geçirgenliğini ve kök gelişimini artırır; organik madde ve toprak canlıları kümelenmeyi sağlar.

Diğer fiziksel özellikler

• Özgül ağırlık (tane yoğunluğu): Katı kısmın birim hacminin ağırlığıdır; mineral topraklarda ortalama 2,65 g/cm³ alınır.
• Hacim ağırlığı: Boşluklarla birlikte doğal toprağın birim hacminin kuru ağırlığıdır; genellikle 1,1–1,6 g/cm³ arasındadır. Sıkışma arttıkça yükselir.
• Gözeneklilik: Toprak hacminde boşlukların oranı: Gözeneklilik (%) = (1 − hacim ağırlığı / özgül ağırlık) × 100.
• Kıvam: Toprağın nem durumuna göre gösterdiği sertlik, gevreklik ve yapışkanlık; işlemenin en uygun olduğu nem durumunun (tav) belirlenmesinde önemlidir.
• Renk: Organik madde, demir bileşikleri ve drenaj durumunu yansıtır; Munsell renk eşelesiyle tanımlanır. Koyu renk organik maddece zenginliği, gri ve alacalı renkler kötü drenajı gösterir.

7. Toprak suyu, havası ve sıcaklığı

Su bitkiler için hem besin maddelerinin çözücüsü ve taşıyıcısı hem de fotosentezin ve hücre turgorunun temelidir; bitkiler 1 kg kuru madde üretmek için 300–1.000 litre su kullanır. Su toprakta daima potansiyel enerjinin azaldığı yöne doğru hareket eder; toprak su potansiyeli yerçekimi, matrik ve ozmotik kuvvetlerin toplamıdır.

• Tarla kapasitesi: Doygun toprağın fazla suyu yerçekimiyle süzüldükten sonra (yaklaşık −0,33 bar) tutabildiği su miktarı.
• Solma noktası: Bitkilerin artık su alamayıp kalıcı olarak solduğu nem düzeyi (yaklaşık −15 bar).
• Yarayışlı su: Tarla kapasitesi ile solma noktası arasındaki, bitkinin kullanabildiği su. Tınlı topraklarda en yüksektir.

Suyun toprak yüzeyinden toprağa girmesine infiltrasyon, toprak içinde aşağı doğru süzülmesine perkolasyon denir. Tuzlu topraklarda toprak çözeltisinin yoğunluğu kök hücrelerininkinden yüksek olduğu için su alımı zorlaşır; toprakta su olduğu hâlde bitki susuz kalır (fizyolojik kuraklık).

Toprak havası su ile ters orantılıdır; kök ve mikroorganizma solunumu nedeniyle atmosfere göre 10–20 kat daha fazla karbondioksit içerir. Su ile doygun topraklarda oksijen azalır ve köklerin solunumu bozulur. Toprak sıcaklığı ise çimlenmeyi, kök gelişimini ve mikroorganizma faaliyetini belirler; koyu renkli ve kuru topraklar daha çabuk ısınır.

8. Toprak kolloidleri ve katyon değişimi

Toprağın en ince kısımları olan kil ve humus, çok büyük yüzey alanlarına sahip ve genellikle negatif yüklü taneciklerdir; bunlara toprak kolloidleri denir. Negatif yükleri sayesinde kalsiyum (Ca²⁺), magnezyum (Mg²⁺), potasyum (K⁺), sodyum (Na⁺), amonyum (NH₄⁺) ve hidrojen (H⁺) gibi pozitif yüklü iyonları (katyonları) yüzeylerinde tutarlar.

Kolloidlerde tutulan katyonlar toprak çözeltisindeki katyonlarla yer değiştirebilir; buna katyon değişimi, toprağın tutabildiği değişebilir katyonların toplam miktarına katyon değişim kapasitesi (KDK) denir ve cmol/kg ile ifade edilir. Kil ve organik maddece zengin toprakların KDK’sı yüksektir; kumlu toprakların düşüktür. Değişebilir katyonların ne kadarının kalsiyum, magnezyum, potasyum ve sodyum gibi bazik katyonlardan oluştuğunu bazla doygunluk oranı gösterir.

Kolloidler toprağın besin deposu gibi çalışır: bitkinin aldığı besinler kolloidlerden çözeltiye geçerek yerine konur. Toprağın, çözeltisindeki iyon derişimindeki ve pH’daki değişimlere direnmesine tamponlama kapasitesi denir.

9. Toprak reaksiyonu (pH)

Toprak çözeltisindeki hidrojen iyonu derişimi pH ile ifade edilir. Toprak reaksiyonu besin maddelerinin yarayışlılığını, mikroorganizma faaliyetini ve bitkilerin gelişmesini doğrudan etkiler.

Bitki besin maddelerinin çoğu pH 6–7,5 arasında en yarayışlı durumdadır. Yağışın fazla olduğu bölgelerde (Doğu Karadeniz gibi) bazik katyonlar yıkandığı için topraklar asittir; kurak ve yarı kurak bölgelerde ise topraklar genellikle kireçli ve hafif alkalidir. Türkiye topraklarının büyük kısmı kireçlidir; kireçli topraklarda demir, çinko ve fosfor yarayışlılığı azalır. Asit topraklar kireçleme ile, alkali topraklar kükürt ve organik madde uygulamasıyla düzeltilir.

10. Bitki besin maddeleri

Bitkilerin normal gelişmesi için gerekli olan ve başka bir elementle yerine konamayan elementlere bitki besin maddeleri denir. Karbon, hidrojen ve oksijen havadan ve sudan alınır; diğerleri topraktan sağlanır.

Liebig’in minimum yasasına göre bitki gelişmesini, en az bulunan besin maddesi sınırlar: diğer bütün besinler yeterli olsa bile eksik olan besin verilmeden verim artmaz. Bu ilke, gübrelemenin toprak analizine dayanması gerektiğini açıklar. Besin maddelerinin topraktaki toplam miktarından çok, bitkinin alabileceği yarayışlı miktarı önemlidir; bu da pH, organik madde, nem ve toprak canlılarından etkilenir.

11. Toprak canlıları ve organik madde

Bir avuç verimli toprakta dünya nüfusundan fazla mikroorganizma bulunur. Toprak canlıları; bakteriler, aktinomisetler, mantarlar, algler, protozoalar gibi mikroorganizmalar ile nematodlar, toprak solucanları, eklembacaklılar ve kemirgenler gibi daha büyük canlılardan oluşur. Organik maddeyi ayrıştırırlar, besin maddelerini bitkiye yarayışlı hâle getirirler, havanın azotunu bağlarlar (baklagillerin kök nodüllerindeki Rhizobium bakterileri gibi) ve toprağın kümelenmesini sağlarlar. Toprak solucanları toprağı karıştırıp havalandırır.

Organik madde, toprağa karışan bitki ve hayvan artıklarının çeşitli ayrışma aşamalarındaki hâlidir; tamamen ayrışmış, koyu renkli, kararlı kısmına humus denir. Organik madde; strüktürü iyileştirir, su tutma ve katyon değişim kapasitesini artırır, besin maddesi kaynağıdır ve toprak canlılarını besler. Ayrışma hızı, artığın karbon/azot (C/N) oranına bağlıdır: C/N oranı yüksek artıklar (saman gibi) yavaş ayrışır ve ayrışırken topraktaki azotu geçici olarak bağlar.

Türkiye topraklarının büyük kısmında organik madde yüzde 2’nin altındadır. Anız yakmama, ahır gübresi ve yeşil gübre kullanımı, ekim nöbetine baklagil katılması ve koruyucu toprak işleme organik maddeyi artırmanın başlıca yollarıdır.

12. Toprak sınıflandırması ve etüt

İlk sınıflandırmalar toprakları oluşumlarına göre gruplandırdı: iklim ve bitki örtüsünün etkisiyle oluşan, tam gelişmiş zonal; topoğrafya ya da ana materyal gibi yerel bir faktörün baskın olduğu intrazonal (tuzlu ve bataklık toprakları gibi) ve henüz horizonlaşmamış genç azonal topraklar (alüviyal topraklar gibi).

Günümüzde ölçülebilir özelliklere dayanan sistemler kullanılır: ABD’nin geliştirdiği Toprak Taksonomisi (Soil Taxonomy) toprakları 12 ordoya ayırır (örneğin genç topraklar Entisoller, kireçli kurak bölge toprakları Aridisoller, koyu renkli verimli çayır toprakları Mollisoller); FAO’nun Dünya Toprak Kaynakları Referans Tabanı (WRB) ise uluslararası karşılaştırmalarda kullanılır. Toprakların arazide tanımlanması, FAO’nun toprak tanımlama kılavuzuna göre yapılır.

Arazi kullanım kabiliyet sınıfları

Araziler eğim, toprak derinliği, erozyon, drenaj, taşlılık ve tuzluluk gibi sınırlamalara göre sekiz sınıfa ayrılır. I–IV. sınıf araziler tarıma uygundur (I. sınıf hiçbir sınırlaması olmayan en iyi arazilerdir; sınıf numarası büyüdükçe sınırlamalar artar). V–VII. sınıflar işlemeli tarıma uygun değildir ve mera, orman ya da çayır olarak kullanılmalıdır; VIII. sınıf araziler yalnızca yaban hayatı, rekreasyon ve su toplama alanı olarak değerlendirilir.

Toprak etüt ve haritalama, toprakların arazide incelenip özelliklerinin haritalara aktarılmasıdır; arazinin doğru kullanımı, sulama ve toplulaştırma projeleri ve tarım arazilerinin amaç dışı kullanımının önlenmesi için temel bilgiyi sağlar.

13. Tuzlu ve alkali topraklar

Kurak ve yarı kurak bölgelerde, yağış tuzları yıkamaya yetmediğinde, taban suyu yüksek olduğunda ya da kalitesiz suyla ve drenajsız sulama yapıldığında topraklarda tuz birikir.

Tuzlu topraklarda fizyolojik kuraklık ve iyon zehirlenmesi nedeniyle verim düşer. Islahta en önemli şart drenajdır: drenaj sağlanmadan yapılan yıkama tuzları uzaklaştıramaz. Tuza dayanıklı bitkiler (arpa, şeker pancarı, pamuk) bu topraklarda daha başarılı olur.

14. Erozyon, toprak kirliliği ve toprağın korunması

Erozyon, toprağın su ve rüzgârla taşınmasıdır. Türkiye; eğimli arazilerin fazlalığı, sağanak yağışlar, bitki örtüsünün tahribi, eğim yönünde toprak işleme, anız yakma ve meraların aşırı otlatılması nedeniyle erozyondan çok etkilenen bir ülkedir. Kaybedilen üst toprak, insan ömrü içinde yerine konamaz.

Erozyonu önlemek için; toprak işleme eğime dik yapılmalı, eğimli arazilerde teraslama ve şeritvari ekim uygulanmalı, toprak yüzeyi bitki ya da bitki artığıyla örtülü tutulmalı, koruyucu toprak işleme ve ekim nöbeti benimsenmeli, VI. ve VII. sınıf araziler işlenmeyip mera ve orman olarak kullanılmalıdır.

Toprak kirliliği; aşırı ve bilinçsiz gübre ve bitki koruma ürünü kullanımı, sanayi ve maden atıkları, kanalizasyon çamurları ve plastik atıklarla oluşur. Ağır metaller toprakta uzun süre kalır ve besin zinciri yoluyla insana ulaşabilir.

Türkiye’de tarım topraklarının korunması ve amaç dışı kullanımının önlenmesi 2005 tarihli 5403 sayılı Toprak Koruma ve Arazi Kullanımı Kanunu ile düzenlenmiştir.

Kavramlar sözlüğü

Toprak

Kayaç ve organik madde ayrışma ürünlerinden oluşan, canlı barındıran, bitkilere durak yeri ve besin sağlayan doğal varlık.

Pedoloji

Toprağın oluşumunu, sınıflandırmasını ve dağılışını inceleyen bilim dalı.

Edafoloji

Toprağı bitki yetiştirme ortamı olarak inceleyen bilim dalı.

Ana materyal

Toprağın üzerinde oluştuğu, ayrışmış kayaç ya da organik materyal.

Alüviyal toprak

Akarsuların taşıyıp biriktirdiği materyalden oluşan toprak.

Horizon

Toprak profilini oluşturan, özellikleri birbirinden farklı katman.

Solum

A ve B horizonlarının oluşturduğu gerçek toprak.

Bünye (tekstür)

Toprağın kum, silt ve kil oranları.

Tınlı toprak

Kum, silt ve kilin dengeli karıştığı, tarıma en uygun toprak.

Strüktür

Toprak tanelerinin oluşturduğu kümelerin şekil ve düzeni.

Hacim ağırlığı

Doğal toprağın birim hacminin kuru ağırlığı.

Tarla kapasitesi

Fazla suyu süzüldükten sonra toprağın tutabildiği su miktarı.

Solma noktası

Bitkinin topraktan su alamayıp kalıcı olarak solduğu nem düzeyi.

Yarayışlı su

Tarla kapasitesi ile solma noktası arasındaki su.

Toprak kolloidi

Kil ve humustan oluşan, yüzeyinde iyon tutan çok ince tanecik.

Katyon değişim kapasitesi

Toprağın tutabildiği değişebilir katyonların toplamı.

pH

Toprak çözeltisinin asitlik ya da bazlık ölçüsü.

Humus

Organik maddenin tamamen ayrışmış, kararlı kısmı.

Minimum yasası

Bitki gelişmesini en az bulunan besin maddesinin sınırladığını söyleyen ilke.

Jips

Sodyumlu toprakların ıslahında kullanılan alçıtaşı (kalsiyum sülfat).

Kendini dene

Her soruda bir seçeneğe tıkla; doğru cevap ve açıklaması hemen görünür.