TOPRAK BİLİMİNE GİRİŞ...Doç. Dr. Mustafa SAĞLAM Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Su,...
Transcript of TOPRAK BİLİMİNE GİRİŞ...Doç. Dr. Mustafa SAĞLAM Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Su,...
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
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 4
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 5
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 6
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
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 7
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 8
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 9
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 10
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 11
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 12
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 13
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 15
Toprağın Su İle Doygun, Tarla Kapasitesi ve
Solma Noktasında Bulunduğu Koşullar
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 16
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 17
Toprak Bünyesine Göre, Tarla Kapasitesi, Solma
Noktası ve Yarayışlı Suyun Değişimi
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 18
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
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 19
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 20
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 21
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 24
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 26
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 27
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 28
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 29
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 Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 31
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,
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 32
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
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 33
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
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi)
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.
Toprak Bilimine Giriş (Toprak suyu, toprak suyunun sınıflandırılması, toprak-su hareketi) 35