Toprak Hakkında Her Şey

Toprak Hakkında Her Şey

Toprak; katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç ayrı fazdan oluşmuştur. Katı faz inorganik ve organik bileşiklerden, sıvı faz sudan ve gaz fazı ise havadan ibarettir. Toprak kimyası;Genel anlamda toprağın kimyasal yapısını ve toprakta oluşan kimyasal olayları inceler.Toprağın mineral bileşimi: Bilinen bütün doğal elementler toprakta bulunabilir ancak bu elementlerden O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti,…

1-Toprak kimyası; genel anlamda toprağın kimyasal yapısını ve toprakta oluşan kimyasal olayları inceler. Bu olayların bitkisel üretime etkilerini ortaya koyar. Toprağın inorganik ve organik bileşenleri, iyon değişimi, toprak reaksiyonu (pH), bitki besin maddelerinin topraktaki hareketleri ve katıldıkları reaksiyonlar, toprakların tuzlulaşması, alkalileşmesi, toprakta cereyan eden oksidasyon, redüksiyon, koagulasyon gibi kimyasal ve fizikokimyasal olaylar toprak kimyasının önemli konularından bazılarıdır.

2. Toprağın bileşimi

Toprak; katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç ayrı fazdan oluşmuştur. Katı faz inorganik ve organik bileşiklerden, sıvı faz sudan ve gaz fazı ise havadan ibarettir. Katı fazı oluşturan inorganik ve organik maddelerin ağırlık olarak topraktaki miktarları pek çok faktöre göre değişiklik gösterir. Örneğin kumlu bir toprakta inorganik madde miktarı %100 olabileceği gibi organik oluşumlu topraklarda inorganik madde miktarı %5’e kadar düşebilmektedir. Ancak orta bünyeli ve verimli bir toprağın ağırlıkça %95 inorganik, %5 organik madde kapsadığı söylenebilir.

Toprak katı fazı toplam hacmin %50’sini oluşturur diğer %50 hacim ise su ve hava tarafından doldurulmuştur. Topraktaki inorganik maddelerin ortalama özgül ağırlığını 2.7 gr/cm3 kabul edersek, ağırlıkça %95 inorganik madde içeren bir toprağın hacimsel bileşiminin %38 inorganik madde, %12 organik madde, %15-35 su ve %15-35 havadan meydana geldiği ortaya çıkmaktadır. Ancak havadaki toprak ve su miktarları, toprağın solma noktasında ya da tarla kapasitesinde olmasına göre birbiri aleyhine değişmektedir. Toprak çözeltisinin bileşimi sulama ve gübreleme gibi kültürel işlemeler yanında topraktaki inorganik ve organik maddelerin bileşimine bağlı olarak değişir. Çünkü toprak çözeltisi bu maddelerin suda çözülmesiyle oluşmaktadır. Toprak havası, atmosfer ile aynı yapıya sahip olmakla beraber CO2 oranı bakımından farklılık gösterir. Toprak havası atmosfere oranla 10 kat daha fazla CO2 kapsamaktadır. Atmosferde %0.03 olan CO2 oranı, toprak havasında %0.3 civarındadır. Bunun nedeni kök faaliyeti sonucu açığa çıkan ya da toprakta cereyan eden kimyasal olaylardan oluşan CO2 gazının toprak havasında CO2 miktarını artırmasıdır.

2.1. Toprağın mineral bileşimi

Bilinen bütün doğal elementler toprakta bulunabilir ancak bu elementlerden O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, P, Mn, S, Cl ve C olmak üzere 14 tanesi arz kabuğunun %99.8’ini oluştururlar. Diğer elementlerin topraktaki miktarı çok azdır. Bu 14 elementten sadece O, Si, Al ve Fe toprak inorganik bileşiminin %90’nını meydan getirirler.

Çizelge 1’de granit ve kalker kayalar üzerinde oluşmuş iki toprağın mineral bileşimi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi ana kaya toprağın mineral bileşimini etkilemektedir. Örneğin kalker üzerinde oluşan toprakta CaO oranı %18.72 iken granit üzerinde oluşmuş toprağın CaO kapsamı %1.84’tür. Bu rakamlar toprağın mineral bileşimini genellikle oluştuğu ana kayaya bağlı olduğunu göstermektedir. Ancak toprak oluşumu sırasında cereyan eden kimyasal olaylar sonucunda yeni minerallerin ortaya çıkmasıyla toprağın mineral bileşimi ana kayadan farklılık gösterebilmektedir.

Arz kabuğunda bulunan kayalar genel olarak üç grup altında incelenir.

2.2.1. Püskürük kayalar

Magma’nın farklı derinliklerinde soğuyup katılaşmasının sonucunda oluşmuşlardır. Yer kabuğunun derin tabakalarında magmanın yavaş soğuması sonunda oluşan ve bu yüzden iri kristalli olan püskürük kayalara iç püskürük kayalar denir. Yeryüzüne çıkarak ya da yeryüzüne yakın tabakalarda ani soğumayla oluşan küçük kristalli büyük kayalara ise dış püskürük kayalar denir. İç püskürük kayalara örnek olarak Granit, Diyorit,Gabro verilebilir. Dış püskürük kayalara örnekler ise Riyolit, Bazalt ve Andezit ’tir.

2.2.2. Tortul kayalar

Püskürük kayaların ayrışık parçalanması ve bu materyalin birikip sertleşmesi sonucu meydana gelirler. Ayrışma ve parçalanmayla oluşan materyal rüzgar ve buzul gibi etmenlerle taşınarak yeni birikimler meydana getirir. Bu yığınakların sertleşmesiyle Tortul Kayalar oluşur. Tortul Kayalar’ a örnek Kum Taşı, Kireç Taşı, Dolomit ve Konglomera dır.

2.2.3. Başkalaşim ( metamorfik ) kayalar

Tortul ve püskürük kayaların ısı ve basınç altında bazen gaz ve sıvıların ona katılmasıyla değişime uğramasıyla meydana gelirler. Tortul Kayalardan Kum Taşı, Kuvarsit ’e, Şevl, Arduaz ’a, Kireç Taşları ise Mermer ’e dönüşür.

2.3. Topraği oluşturan mineraller

Mineraller iki veya daha fazla elementin birleşmesinden oluşan inorganik bileşiklerdir. Kayalar ise minerallerin bir araya gelmesinden oluşmuşlardır. Örneğin Granit’ in yapısında Kuvars, Mika ve Feldspat mineralleri başat durumundadır. Kayaların fiziksel parçalanma ve kimyasal ayrışmaları sonucunda yapılarındaki mineraller toprağa geçer. Toprakta bulunan mineraller Primer ve sekonder olmak üzere iki grupta incelenirler.

2.3.1. Primer mineraller

Ana kayanın parçalanıp ayrışması sonucunda ortaya çıkarlar. Genellikle kum ve şilt fraksiyonlarında bulunurlar. Bazı hallerde kil fraksiyonunda yani 2 mikrondan küçük toprak fraksiyonu, içinde primer mineraller rastlanır. Toprakta yaygın olarak bulunan primer mineraller, Kuvars, Feldspat, Piroksen, Amfibol, Olivin ve Mika ‘dır.

2.3.2. Sekonder mineraller

Primer minerallerin ayrışma ve parçalanmalarıyla oluşurlar. Burada en grubu kil mineralleri teşkil eder. Topraklardaki minerallerin bileşik özellikleri toprakta cereyan eden fiziksel ve kimyasal olaylar bakımından çok önemlidir. Bu nedenle toprakta bulunan minerallerin bileşim ve özelliklerini bilmek toprak kimyası açısından önemlidir.

2.3.3. Oksit grubu mineraller

Bu gruba oksitler, hidroksitler girmektedir. Bunlardan toprak kimyası bakımından önem taşıyanlar şunlardır:

* Silisyum Oksitler: Kuvars, Kristobalit, Kalkodoni

* Demir Oksitler: Hematit, Limonit, Magnasit, Geotit

* Alüminyum Oksitler: Korendon, Gibsit, Diaspor

* Manganez Oksitler: Manganit, Hausmanit, Prolusit

* Titanyum Oksitler: Rutil, İlmenit

2.3.4. Karbonat grubu mineraller

Karbonik asidin tuzlarıdır. Bu gruba örnek mineraller; Kalsit, Dolomit, Siderit

2.3.5. Fosfat grubu mineraller

Ortofosforik Asit (H3PO4) tuzlarına fosfat mineralleri denir. Örnek olarak Apatit, Fluorapatit,Hidroksipalatit, Vivanit, Vavelit.

2.3.6. Kükürt grubu mineraller

Bu gruba örnek mineraller Pirit ve Jips ’tir.

2.3.7. Silikat grubu mineraller

Metasilis, Ortosilis ve Polisilis asidi tuzları olmak üzere üç kısma ayrılır.

2.4. Toprağin mineral bileşimine etki eden faktörler

2.4.1. Ana materyalin bileşimi

Ana materyalin birleşimi toprağın mineral birleşimini etkiler. Daha önce verilen örnekte olduğu gibi Kalker ve Granit kayaları üzerinde oluşan toprakların CaO kapsamlarının farklılık göstermesi ana kayanın ve bundan oluşan ana materyalin toprağın mineral bileşimi üzerine etkisini ortaya koymaktadır. Toprak oluşumu sırasında cereyan eden kimyasal olaylara bağlı olarak ana materyal ile toprağın mineral birleşimi arasında önemli farklar meydana gelebilmektedir.

2.4.2. Minerallerin ayrişma olaylarina dayanikliliği

Minerallerin ayrışma olaylarına dayanıklılığı toprakların ana bileşimlerine etki eder. Mika minerali buna örnektir. Beyaz Mika ayrışma olaylarına dayanıklıdır. Çünkü oktaheder tabakada Fe ve Mg bulunmaz. Minerallerin yapısal özelliklerindeki farlılıklar bunların ayrışmaya dayanıklılıklarını etkilemektedir. Genel kural olarak açık renkli minerallerin koyu renklilere göre daha dayanıklı olduğu söylenebilir.

2.4.3. Ayrişma ve parçalanma olaylarinin şiddeti

Ayrışma hızının toprağın mineral bileşimine etkisi tipik olarak Podsol tipi topraklarda görülmektedir. Bu toprakta asitliğin artmasıyla ayrışma şiddetlenir. Kil mineralleri parçalanarak alt horizonlara taşınır. Tropik bölge topraklarından olan Lateritler’de ise şiddetli ayrışma sonucu Si kolloidal hale geçerek yıkanır. Fe, Al ve Ti oksitler ise yüzeyde birikir.

2.5. Toprak oluşumunda kimyasal ayrişma olaylari

Toprakta cereyan eden kimyasal ayrışma olayları gerek ana kayanın ayrışmasından ve gerekse ayrışma ürünlerinin yeni bileşiklere dönüşmesinde rol oynarlar. Ayrıca bu olaylar toprak oluşumundan sonra da devam ederek zamanla toprak yapısının değişmesine neden olurlar. Kimyasal ayrışma olayları kaya ve minerallerin yüzeylerine cereyan ettiği için yüzeyi ne kadar geniş olursa diğer bir deyimle daneler ne kadar küçük ise ayrışma hızı o oranda artar. Bu yüzden fiziksel parçalanma kimyasal ayrışmaya zemin hazırlayıcı niteliktedir.

Kimyasal olaylarda en önemli etken sudur. Çünkü su hem iyi bir çözücü hem de zor çözülen bileşiklerin hidrolitik parçalanmalarını kolaylaştıran bir maddedir. Ayrıca toprakta inorganik ve organik asitlerin oluşmasını sağlar. Kimyasal ayrışma olaylarında diğer önemli etmenler; CO2 , O2 ve H iyonlarıdır.

2.5.1. Hidratasyon

Hidratasyon olayı minerallerin bünyelerine su almaları olayıdır. Suyun mineraller tarafından tutulması suyun dipol karakterinden kaynaklanmaktadır. Su molekülü dipol özelliklerinden dolayı, kristal kafes yüzeyindeki anyonlar ve katyonlar tarafından tutularak minerallere bağlanır.

2.5.2. Hidroliz (absorbsiyon)

Kimyasal ayrışma olayları içerisinde önemli bir yeri olan hidroliz olayı bir bileşiğin, suyun dissasiasyonu sonucunda oluşan H ve OH iyonlarından birini ya da her ikisini bünyesine alarak yeni bileşikler oluşturmasıdır.

2.5.3. Oksidasyon

Toprakta cereyan eden en önemli olaylardan birisi de oksidasyondur. Kimyasal anlamda oksidasyon; bir elementin elektron vererek değerliğinin yükselmesidir. Daha basit bir tanımlamayla oksijen alma ya da hidrojen verme eylemidir. Oksidasyon olayı ile ayrışma genelde Fe ve Mn içeren minerallerde görülür.

2.5.4. Redüksiyon

Bir element kimyasal değişmelerde elektron alıyor ve değerliliği azalıyorsa bu olaya “Redüksiyon” ( indirgenme ) denir. Daha açık bir tanımlamayla Oksidasyon’un tam tersidir. Oksidasyon olayı oksijen varlığında oluşurken, Redüksiyon kötü havalanma koşullarında ve oksijenin yokluğunda gerçekleşir.

2.5.5. Çözünme

Çözünme şeklindeki ayrışma çoğunlukla suda kolay çözünebilen alkali ve toprak alkalisi tuzlarda görülür. Çünkü su topraktaki birçok mineral için zayıf bir çözücüdür. Fakat içinde CO2, organik ve inorganik asitler ya da tuzlar bulunması halinde çözme gücü artar. Bu nedenle toprak çözeltisi ve CO2 ‘li suların kimyasal ayrışma olaylarında önemli etkileri vardır.

2.6. Toprakta bulunan serbest oksitler

Ayrışma olayları sonucunda oluşan bileşiklerin tarımsal açıdan en önemlileri kil mineralleri olmakla beraber Si, Al, Fe, Mn ve Ti oksitler, hidroksitler ve oksihidroksitler de büyük önem taşımaktadır. Bu bileşikler serbest oksitler olarak adlandırılırlar. Topraktaki serbest oksitlerin bitkisel üretim yönünden önemleri şöyle özetlenebilir.

1. Toprakta iyi bir strüktür oluşumu sağlarlar. Yapıştırıcı özelliklerinden dolayı toprak zerrelerini birbirine bağlamak suretiyle agregatlaşma ve strüktür oluşumunda önemli rol oynarlar.

2. Toprağın su tutma kapasitesini artırırlar. Serbest oksitler suyu bağlama yeteneklerinden dolayı toprakta daha çok su tutulmasını sağlarlar.

3. Az miktarda da olsa anyon ve katyon değişimi yaparlar.

4. Fosfat iyonlarıyla suda çözünmez bileşikler oluşturarak fosforun bitki tarafından alınamaz forma dönüştürürler. Toprakta bulunan serbest oksitler;

SiO ve Silis asitleri

* Kuvars

* Kristobalit

* Kalkadoni

* Alüminyum oksitler

* Demir oksitler

* Manganez oksitler

* Mitanyum oksitler

3. İyon değişimi

Toprakların en önemli kimyasal özelliklerinden birisi de iyon değişimi yapabilmeleridir .Topraktaki katı ve sıvı ortamlar arasında cereyan eden katyon ve anyon geçişimine “iyon değişimi” denir. Gübreleme veya başka nedenle toprak çözeltisindeki iyon konsantrasyonu artarsa, fazla iyonlar toprak katı fazındaki sorbentler tutularak katı faza bağlanırlar. Böylece iki ortam arasındaki iyon dengesi korunmuş olur.

İyon değişimi olayı, bitki besleme ve tarımsal üretimin arttırılması açısından son derece önemli bir olaydır. Çünkü iyon değişimi sayesinde bitki besin elementlerinin yıkanarak kök bölgesinden uzaklaşması önlenmekte, üstelik bitki gereksinim duyduğunda katı fazdan sıvı faza geçen iyonlarla bitkinin gereği gibi beslenmesi sağlanmaktadır. Görülüyor ki iyon değişimi; insan ve hayvan beslenmesi üzerinde dolaylı rol oynayan temel olaylardan birisidir.

İyonları bağlamak suretiyle toprakta tutan ve gereğinde bitkinin yararlanabildiği toprak çözeltisine geçmelerini sağlayan toprak öğelerine SORBENT denir. Toprakta iyon değişimi yapabilen başlıca sorbentler:

* Kil mineralleri

* Organik madde ( Humus ) ‘dir.

Kil mineralleri ve humusun iyon değişimi yapabilmesi, bunların çeşitli nedenlerle + ve – yük kazanmalarından veya iyonlarla yer değiştirmeye uygun atom ya da atom grupları kapsamalarından kaynaklanmaktadır.

3.1. Kil mineralleri

Ayrışma olayları sonunda meydana gelen sekonder mineraller içinde en önemli olanları kil mineralleridir. Çünkü toprağın iki mikrondan küçük fraksiyonu en aktif fraksiyonudur. Bu aktiflik kil minerallerinden ileri gelir. Toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri bitki-gübre ilişkileri, toprakların sınıflandırılmaları, iyon değişimi gibi tarımsal açından çok önemli konular kil minerallerinin yapı ve özellikleriyle ilişkilidir. Kil mineralleri dizilişlerine göre iki tabakalı veya üç tabakalıdırlar.

İki tabakalı kil mineralleri

1 tabaka Al Oktaheder

1 tabaka Si Tetraheder

Üç tabakalı kil mineralleri

1 tabakalı Si Tetraheder

1 tabaka Al Oktaheder

1 tabaka Si Tetraheder ‘den oluşmuştur.

3.2. Organik madde

Toprakta organik maddenin kaynağını bitkisel artıklar oluşturur. Bitkilerin gerek toprak üstü kısımları gerekse kökleri toprakta kalarak toprağı organik madde sağlarlar. Ayrıca toprağa ahır gübresi vermek, yeşil gübreleme yapmak ve anız bırakmak toprağın organik madde kapsamını artırmaya yönelik tedbirlerdir.

Toprağa düşen bitki artıkları ayrışmaya uğrar. Ayrışma mikroorganizma faaliyetiyle gerçekleşir. Ayrışma sonucu humus meydana gelir. Humus’ un belirli bir bileşimi yoktur. Çünkü homojen bir madde değildir. Bitki dokularının ayrışma ürünleri olan lignin, karbonhidratlar ve proteinler birleşerek “ lignoproteinat ” bileşiklerini oluştururlar. Bu bileşikler de hidrojen ve bazlarla birleşerek humatları ve hümik asitleri meydana getirirler. Humus, humik asitlerin ve humatların ileri derecede ayrışmış bitki artıklarıyla karışmasından oluşan koyu renkli ve heterojen bir karışımdır.

Bu açıklamalardan da anlaşıldığı gibi organik madde iki fraksiyondan meydana gelmektedir.

1. Hümik olmayan maddeler

2. Hümik madde fraksiyonları

* Fulvik asitler

* Humik asitler

* Hüminler

1. Hümik Olmayan Maddeler: Bunlar ölü, bitkisel ve hayvansal artıklardır. Hümik madde fraksiyonlarının kaynağını oluştururlar. Yani hümik madde fraksiyonları bunlardan meydana gelirler. Hümik olmayan maddeler grubuna proteinler ve diğer azotlu bileşikler, karbonhidratlar, organik asitler, yağlar, mumlar, alkoller gibi bileşikler girerler. Bu maddeler hümik maddelere oranla daha kolay ayrışırlar. Bu yüzden heterotrof organizmalar için enerji kaynağıdır. Böylece toprakta biyolojik aktivite artmaktadır.

2. Hümik Maddeler: Yüksek polimer yapıya sahip organik bileşliklerdir. Hümik olmayan ayrışmasından meydana gelen fenol, monosakkarit, aminoasit ve peptid gibi basit organik bileşiklerden oluşurlar. Çeşitli çözücülerde çözünürlüklerinin farklılığı nedeniyle fulvik asit, hümik asit vee hümin fraksiyonları birbirinden ayrılabilmektedir. Örneğin dekalsifiye edilmiş toprak, alkali çözeltilerle çalkalanırsa fulvik ve hümik asitler topraktan ekstre edilir. Süzüntüye asit eklenirse hümik asitler çöker. Çökmeyen kısımda ise fulvik asitler bulunur. Hümik maddelerin yapıları üzerine, iklim, ilk oluşum maddeleri, inorganik maddeler etki eder.

Tarım toprakları içerdikleri organik maddeler itibariyle şöyle sınıflandırılır.

Organik madde miktari Toprağin durumu
%1’den az Çok Az
%1-15 Yetersiz
%1.5-2.5 Orta
%2.5’den fazla Yeterli
Organik maddenin tarımsal önemi aşağıdaki gibi özetlenebilir.

1. Toprakların gevşek ve geçirgen bir yapı kazanmalarını sağlar. Böylece toprağın havalanma ve su tutma kapasitesi artar.

2. Toprağın agregatlaşmasını sağlar. İyi bir strüktür oluşturur. Toprak zerrelerini birbirine yapıştırarak erozyonu önler.

3. Organik maddenin ayrışmasıyla oluşan bitki besin maddeleri toprak verimliliğini de artırır.

4. Toprak mikroorganizmalarını yaşamları için gerekli besin ortamı organik maddedir. Mikroorganizmalar beslenmek ve enerji sağlamak amacıyla organik maddeyi ayrıştırırken bitki besin maddelerinin serbest hale geçmesine neden olur.

5. İyonları torakta tutarak yıkanmalarını önler. Sorbent olarak görev yapar.

6. Toprak ısısını korur.

4. Katyon değişimi

Bir toprak örneği HN4Cl çözeltiyle bir süre çalkalanırsa H4 iyonlarının bir kısmının toprak tarafından tutulduğu, bazı katyonların da topraktan çözeltiye geçtiği görülür. Bu olayda HN4 iyonları, sorbentlerce tutulmuş bazı katyonları yerinden sökerek kendisi onların yerine geçmiştir. Bu olaya Katyon Değişimi denir. HN4 iyonları bu olayda adsorbe edilmiş, çözeltiye geçen iyonlar ise desorbe olmuşlardır.

Bir katyonla yer değiştirerek çözeltiye geçen Na, Ca, K, Mg, Al, H gibi katyonlara değişebilir katyonlar denilir. Birim aralıkta kuru toprağın adsorbe edileceği katyon miktarına tanım olarak “Katyon Değişim Kapasitesi” (KDK) denir. Başka bir tanımlamayla topraktaki değişebilir katyonların miktar olarak toplamları KDK’ yı verir denilebilir. Her bir katyonun KDK içindeki % miktarına söz konusu elementin doygunluğu denir. Özel olarak Na, K, Ca ve Mg katyonların KDK içindeki total % miktarına Baz Doygunluğu denir. Bir toprakta baz doygunluğu %80’dir denirse, bunun anlamı KDK’ nın %80’nini Ca, Mg, K ve Na oluşturuyor demektir.

KDK, ekstraksiyonda kullanılan çözeltinin bileşimine ve pH’sına göre değişmekte ve pH arttıkça artmaktadır. KDK ölçümü için en uygun pH derecesi 7-7.5 dir. Bu pH’da ölçülen kapasite maksimal kapasitedir. Buna potansiyel KDK denir. Bir de gerçek kapasite (effektif) vardır. Toprağın sabit olduğu pH derecesinde ve tamponlanmış nötral bir çözeltiyle belirlenen kapasite gerçek KDK’dır. Karbonat içeren topraklarda her iki kapasite değeri ayınıdır. Fakat asit reaksiyonlu topraklarda potansiyel kapasite daha yüksektir. Örnek olarak bazı toprakların potansiyel ve efektif kapasiteleri aşağıda karşılaştırılmıştır.

TOPRAK pH POTANSİYEL KDK EFEKTİF KDK
Çernozyem 7.2 18 13
Podsol 5.2 12 8
Solontez 9.5 13 13
K.rengi Orman 4.0 25 9
K.rengi Orman 3.8 37 13
4.1. Katyon değişim kapasitesini etkileyen faktörler

4.1.1. Kil mineralleri ile ilgili faktörler

Bilindiği gibi toprağın değişim kompleksleri asal olarak kil mineralleri ve organik maddedir. Az miktarda da silis asitleri ve serbest oksitler iyon değişimine katılırlar. Az miktarda da silis asitleri ve serbest oksitler iyon değişimine katılırlar. Bunların topraktaki miktarları ne kadar fazla ise KDK’de o oranda yükselir olur. Ancak bu öğelerin miktarı yanında bileşim ve bazı özellikleri de KDK üzerine etkili olmaktadır. Örneğin, organik madde ve kil kapsamı aynı olan iki toprağın birinde kaolonit diğerinde montmorillonit minerali başat durumda ise montmorillonit kapsayan toprağın KDK’sı kaolonite oranla daha yüksektir. Bu nedenlerle KDK üzerine etkili faktörlerin ayrı ayrı incelemek gerekir.

Özgül Yüzey : Toprak zerrecikleri toprak havasından gazları, toprak çözeltisinden ise iyonları yüzeylerine adsorbe edebilmektedirler. Toprak zerreciklerinin katı-gaz, katı-katı ve katı-sıvı biçimindeki bu değinim yüzeyleri gr/m2 olarak “ Özgül Yüzey” denir. İyonların bağlanabileceği yüzey olması nedeniyle özgül yüzey arttıkça sorbentin KDK’sı de artmaktadır.

Çizelgeden de görüldüğü gibi kil mineralleri içerisinde görüldüğü gibi, kil mineralleri içerisinde en yüksek özgül yüzeye üç tabakalı ve tabakaları genişleyen killer sahiptir. İllit ve Kaolonit’in ise özgül yüzeyi oldukça düşüktür. KDK özgül yüzeye bölünürse “ Yük yoğunluğu” elde edilir. Birimi me/m2 dir. Yük yoğunluğu bir katyona ne kadar alan düştüğünü gösteren bir kriterdir.

TOPRAK pH POTANSİYEL KDK EFEKTİF KDK
Çernozyem 7.2 18 13
Podsol 5.2 12 8
Solontez 9.5 13 13
K.rengi Orman 4.0 25 9
K.rengi Orman 3.8 37 13
KİL DANE ÇAPI ÖZGÜL YÜZEY m2/gr KDK (me 100 gr)
Kaolonit > 0.5 16 4
Kalonit < 0.5 29 4.6 Montmorillonit 0.08-0.2 661-915 68-103 Montmorillonit < 0.08 882-1150 89-120 İllit < 1.1 105 26.5 Elektrik Türü ve Yükü: Kil mineralleri iyonik yer değiştirme veya OH gruplarındaki hidrojenlerin dissosiye olmasıyla negatif yük kazanmaktadır. Bu yüklere kristal kafese bağlı oldukları için daimi “Permanent yük” denir. Bu tür yükten başka kil minerallerinde bir de değişken yük vardır. Değişken yük pH’a ve ortamdaki tuz konsantrasyonuna göre değişir. Değişken yük üzerine pH daha etkili olduğu için bu yüke pH’ya bağlı yükte denir. Kil minerallerinde pH’ya bağlı yük yanal yüzeylerde bulunan fonksiyona grupların amfoter özelliklerinden kaynaklanır. Bu fonksiyonel gruplar pH 5-6’nın anyon üzerinde ise katyon değişimi yaparlar. Ayrışma ve parçalanma olayları sonucunda Si-O-Si ve Al-O-Al balarında kopmalar olur. Ortaya çıkan serbest yükler suyun iyonları tarafından nötralize edilir. Kil Minerallinin Türü: Bazı önemli mineralinin KDK’ları aşağıda belirtilmiştir. KİL MİNERALLERİ KDK ( me/100 gr) Kaolonit 3-15 Halloysit 5-10 Montmorillonit 80-100 Vermikulit 100-200 İllit 20-50 Klorit 10-40 Allofan < 100 Çizelgeden de izlenebileceği gibi kil minerallerinin KDK’ları yapı ve özelliklerine göre değişir. Bunun nedeni silikat tabakalarındaki ve tabakaların genişleme özelliklerinin farklı olmasıdır. Kaolonite katyon değişimi esas olarak yanal yüzeylerindeki OH gruplarıyla gerçekleşmektedir. Montmorillonit ve Vermikulit ise hem iyonik değişim ile sağlanan yük fazladır hem de tabakaların genişleme özellikleri vardır. Bu nedenle KDK’ ları fazladır. İllitin daimi yükünün fazla olmasına karşılık tabakaları genişlemediği için diğer üç tabakalı killere oranla KDK’sı düşüktür. Kloritte de bu durum aynıdır. Ancak tabakaları arasında gibsit bulunan sekonder klorit de KDK biraz daha yüksektir. 4.1.2. Organik madde ile ilgili faktörler Organik madde poröz “ Gözenekli” bir yapıya sahip olduğu için özgül yüzeyi çok fazladır. Yaklaşık 800-1000 m2/gr ‘dir. Yük yoğunluğu da kil minerallerine oranla daha yüksektir. Organik maddenin kazandığı yük tamamen pH’ye uygun bağlı yüktür, pH arttıkça –COOH, -OH, -NH gibi fonksiyonel grupların dissosiyasyon gücüde artar. Böylece pH artışı organik maddenin KDK’sını artırır. Organik kolloidlerde pH arttıkça KDK’ da artmaktadır. Oysa montmorollonitte de pH 6 dolaylarında daimi yük görev yapmakta ve KDK’ da pH artışına paralel olarak bir artış olmamaktadır. Ancak pH> 6 da daimi yükün sabit miktarı yanında pH’ya bağlı yük artmakta, fakat bu artış önem taşımamaktadır.

Organik maddenin KDK’sı üzerine fonksiyonel grupların asitlik dereceleri de önemli rol oynar. İyi ayrışmış organik maddenin 8 pH derecesinde KDK’sı ( 80-300 me/100 gr) dır. Bu değer kil minerallerine oranla daha yüksektir. Bunun nedenler ise;

1. Organik maddenin daha geniş özgül yüzeye sahip olması

2. Fonksiyonel grupların sayısının fazlalığı

3. Organik maddedeki fonksiyonel grupların daha kolay dissosiye olarak reaksiyona girmeleridir.

Hümik maddelerin KDK’sı organik maddeden daha yüksektir. Çünkü organik madde içerisinde hümik maddeler de vardır ve bunlar iyon değişimi yapamazlar.

Hümik maddeler içersinde fulvik asitlerin katyon değişim kapasiteleri diğerlerine oranla daha yüksektir. Çünkü fulvik asitlerde fonksiyonel grupların sayısı daha fazladır. İyi ayrışmış organik maddede hümik ve fulvik asitler oluştuğundan, KDK’da artar. Humik asitlerde pH’ya bağlı olarak sağlanan KDK artışları aşağıdaki çizelgeden incelenebilir.

Humik asitin elde edildiği toprak pH : 4.5, KDK pH : 6.4, KDK pH : 8.1, KDK
Çernozyem 292 432 591
Podsol 243 410 549
Turba 170 286 400

BU KONUYU SOSYAL MEDYA HESAPLARINDA PAYLAŞ

Etiketler:

Yorum Yaz