Toprak - Soil

Bu, ana kayadan toprağa toprak katmanlarının bir diyagramı ve ilgili fotoğrafıdır.
A, B ve C , ilk olarak pedolojinin babası Vasily Dokuchaev ( 1846–1903 ) tarafından yapılan bir gösterim olan toprak profilini temsil eder ; A üst topraktır ; B bir regolittir ; C bir saprolittir (daha az aşınmış bir regolit); en alttaki katman ana kayayı temsil eder .

Toprak a, karışım, bir organik madde , mineral , gazlar , sıvı ve organizmalar bu arada destek ömrü . Dünya'nın pedosfer adı verilen toprak gövdesinin dört önemli işlevi vardır :

  • bitki büyümesi için bir ortam olarak
  • su depolama , tedarik ve arıtma aracı olarak
  • Dünya atmosferinin bir değiştiricisi olarak
  • organizmalar için bir yaşam alanı olarak

Tüm bu işlevler, sırayla, toprağı ve özelliklerini değiştirir.

Toprak aynı zamanda yaygın olarak toprak veya kir olarak da adlandırılır ; Bazı bilimsel tanım ayırt kir gelen toprak yerlerinden edilen toprağa özellikle eski terimi kısıtlayarak.

Pedosfer, litosfer , hidrosfer , atmosfer ve biyosfer ile arayüz oluşturur . Yaygın olarak toprağa atıfta bulunmak için kullanılan pedolit terimi , eski Yunanca πέδον 'toprak, toprak' kelimesinden gelen temel taş anlamında öğütülmüş taşa dönüşür . Toprak, mineraller ve organik maddelerden (toprak matrisi) oluşan katı bir fazın yanı sıra gazları (toprak atmosferi) ve suyu (toprak çözeltisi) tutan gözenekli bir fazdan oluşur . Buna göre, toprak bilimcileri toprağı katı, sıvı ve gazlardan oluşan üç durumlu bir sistem olarak tasavvur edebilirler .

Toprak, çeşitli faktörlerin bir ürünüdür: iklimin etkisi , rölyef (arazinin yüksekliği, yönü ve eğimi), organizmalar ve zamanla etkileşime giren toprağın ana malzemeleri (orijinal mineraller). Aşınmayla birlikte aşınmayı da içeren çok sayıda fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreç yoluyla sürekli olarak gelişme gösterir . Karmaşıklığı ve güçlü içsel bağlantılılığı göz önüne alındığında , toprak ekologları toprağı bir ekosistem olarak görürler .

En topraklar kuru sahip kütle yoğunluğuna (hesap boşluklara toprak alma yoğunluğu kuru olduğunda) 1.1 ve 1.6 g / cm arası 3 , toprak ise partikül yoğunluğu çok daha yüksek, 2.6 g / cc ila 2.7 aralığındadır 3 . Dünya gezegenindeki toprakların çok azı Pleistosen'den daha yaşlıdır ve hiçbiri Senozoyik'ten daha yaşlı değildir , ancak fosilleşmiş topraklar Archean kadar eski zamanlardan beri korunmaktadır .

Toprak biliminin iki temel çalışma dalı vardır: edafoloji ve pedoloji. Edafoloji , toprağın canlılar üzerindeki etkisini inceler . Pedoloji , toprakların doğal ortamlarında oluşumu, tanımı (morfolojisi) ve sınıflandırılmasına odaklanır. Mühendislik terimleriyle, toprak, Ay'da ve diğer gök cisimlerinde bulunabileceği gibi, ana kayanın üzerinde uzanan diğer gevşek malzemeleri de içeren daha geniş regolit kavramına dahil edilir .

süreçler

Önemli bir bileşeni olarak Toprak fonksiyonları Toprak 'ın ekosistem . Dünyanın en ekosistemler arasında değişen etkileri ile, toprakta gerçekleştirilen işlemlerle yollarını geniş kapsamlı içinde etkilenen ozon tabakasının incelmesi ve küresel ısınma için yağmur yıkım ve su kirliliği . Dünya'nın karbon döngüsü ile ilgili olarak , toprak önemli bir karbon rezervuarı görevi görür ve potansiyel olarak insan rahatsızlığına ve iklim değişikliğine en tepki verenlerden biridir. Gezegen ısındıkça, daha yüksek sıcaklıklarda artan biyolojik aktivite, pozitif bir geri besleme (amplifikasyon) nedeniyle toprakların atmosfere karbondioksit ekleyeceği tahmin ediliyor . Ancak bu tahmin, toprak karbon döngüsüne ilişkin daha yeni bilgiler dikkate alınarak sorgulanmıştır.

Toprak bir mühendislik ortamı, toprak organizmaları için bir yaşam alanı , besinler ve organik atıklar için bir geri dönüşüm sistemi , su kalitesinin düzenleyicisi, atmosferik bileşimin değiştiricisi ve bitki büyümesi için bir ortam olarak hareket ederek onu kritik öneme sahip bir ekosistem hizmetleri sağlayıcısı yapar. . Toprağın çok çeşitli kullanılabilir nişleri ve habitatları olduğu için, Dünya'nın genetik çeşitliliğinin önemli bir bölümünü içerir . Bir gram toprak, çoğu mikrobiyal ve büyük ölçüde henüz keşfedilmemiş binlerce türe ait milyarlarca organizma içerebilir. Toprak bir sahiptir ortalama prokaryotik yaklaşık 10 yoğunluğunu 8 okyanus en fazla 10 sahipken, gram başına organizmaların 7 deniz suyu prokaryotik organizmalar mililitre başına (gram). Toprakta tutulan organik karbon , sonunda heterotrofik organizmalar tarafından gerçekleştirilen solunum süreci ile atmosfere geri döndürülür , ancak önemli bir kısmı toprakta toprak organik maddesi şeklinde tutulur; toprak işleme genellikle toprağın solunum hızını arttırır ve bu da toprak organik maddesinin tükenmesine yol açar. Bitki kökleri oksijene ihtiyaç duyduğundan, havalandırma toprağın önemli bir özelliğidir. Bu havalandırma, yağmur suyunu emen ve tutan ve onu bitkiler tarafından kolayca alınabilmesini sağlayan birbirine bağlı toprak gözenekleri ağları aracılığıyla gerçekleştirilebilir . Bitkiler neredeyse sürekli bir su kaynağı gerektirdiğinden, ancak çoğu bölge ara sıra yağış aldığından, toprağın su tutma kapasitesi bitkinin hayatta kalması için hayati önem taşır.

Topraklar, kirleri etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir, hastalık etkenlerini öldürebilir ve kirleticileri bozabilir ; bu ikinci özellik doğal zayıflama olarak adlandırılır . Tipik olarak, topraklar net bir oksijen ve metan emilimini korur ve net bir karbondioksit ve nitröz oksit salınımına uğrar . Topraklar bitkilere fiziksel destek, hava, su, sıcaklık kontrolü, besinler ve toksinlerden koruma sağlar. Topraklar, ölü organik maddeleri çeşitli besin formlarına dönüştürerek bitkilere ve hayvanlara hazır besinler sağlar.

Kompozisyon

Toprak profili: Karartılmış üst toprak ve kırmızımsı alt toprak katmanları, nemli subtropikal iklim bölgelerinin tipik özelliğidir.

Yüzde hacme göre bir silt-tınlı toprağın bileşenleri

  Su (%25)
  Gazlar (%25)
  Kum (%18)
  Silt (%18)
  Kil (%9)
  Organik madde (%5)

Tipik bir toprak yaklaşık %50 katı (%45 mineral ve %5 organik madde) ve %50'si su ve yarısı gaz olan %50 boşluklardan (veya gözenekler) oluşur. Yüzde toprak mineral ve organik içeriği sabit (kısa vadede) olarak kabul edilebilirken, toprak su ve gaz içeriği yüzdesi oldukça değişken olarak kabul edilir, bu nedenle birindeki artış, diğerindeki azalma ile aynı anda dengelenir. Gözenek alanı, her ikisi de toprakta var olan yaşam için kritik olan hava ve suyun sızmasına ve hareket etmesine izin verir. Topraklarda yaygın bir sorun olan sıkıştırma , bu alanı küçülterek, hava ve suyun bitki köklerine ve toprak organizmalarına ulaşmasını engeller.

Yeterli zaman verildiğinde, farklılaşmamış bir toprak , toprak horizonları olarak adlandırılan iki veya daha fazla katmandan oluşan bir toprak profili geliştirecektir . Bunlar doku , yapı , yoğunluk , gözeneklilik, kıvam, sıcaklık, renk ve reaktivite gibi bir veya daha fazla özellikte farklılık gösterir . Horizonlar kalınlık olarak büyük ölçüde farklılık gösterir ve genellikle keskin sınırlardan yoksundur; gelişimleri, ana materyalin türüne, bu ana materyalleri değiştiren süreçlere ve bu süreçleri etkileyen toprak oluşturan faktörlere bağlıdır . Toprak özellikleri üzerindeki biyolojik etkiler en güçlü yüzeye yakınken, toprak özellikleri üzerindeki jeokimyasal etkiler derinlikle artar. Olgun toprak profilleri tipik olarak üç temel ana horizon içerir : A, B ve C. Solum normalde A ve B horizonlarını içerir. Toprağın canlı bileşeni büyük ölçüde solum ile sınırlıdır ve genellikle A horizonunda daha belirgindir. Öne sürülmüştür pedon , altta yatan ana malzeme ve podzolleşme özelliklerini göstermek için yeterince büyük yüzeye dikey olarak uzanan bir toprak kolonu, alt bölümlere olabilir humipedon en toprak organizmaları olan (yaşayan bir parçası, tekabül eden, oturma humus formu ) copedon en ara konumda ( ayrışma minerallerin yer alır) ve lithopedon toprakaltı ile temas içinde ().

Toprak dokusu, toprağı oluşturan bireysel kum , silt ve kil parçacıklarının nispi oranları ile belirlenir . Bireysel mineral parçacıklarının biyotik ve abiyotik süreçler yoluyla organik madde, su, gazlar ile etkileşimi, bu parçacıkların topaklaşmasına (birbirine yapışmasına) ve agregalar veya pedler oluşturmasına neden olur . Bu agregaların tanımlanabildiği yerde, bir toprağın geliştiği söylenebilir ve renk, gözeneklilik, kıvam, reaksiyon ( asitlik ) vb.

Su, toprağı oluşturan malzemelerin çözünme, çökelme, erozyon, taşınma ve biriktirme süreçlerine dahil olması nedeniyle toprak gelişiminde kritik bir ajandır. Toprak gözenek boşluğunu işgal eden su ve çözünmüş veya askıda kalan maddelerin karışımına toprak çözeltisi denir. Toprak suyu hiçbir zaman saf su olmadığı ve yüzlerce çözünmüş organik ve mineral madde içerdiği için daha doğru bir şekilde toprak çözeltisi olarak adlandırılabilir. Su, toprak profilinden minerallerin çözünmesi , çökeltilmesi ve sızması için merkezidir . Son olarak, su bir toprakta yetişen bitki örtüsünün türünü etkiler ve bu da toprağın gelişimini etkiler; bu karmaşık bir geri besleme, yarı kurak bölgelerde bantlı bitki örtüsü modellerinin dinamiklerinde örneklenir.

Topraklar olan bitkileri temin besin partiküllerinin tarafından yerinde tutulur ve bunların çoğu, kil ve organik madde ( kolloidler besin olabilir) adsorbe , kil mineral yüzeylere (kil mineralleri içinde bağlı emilen bir parçası olarak) ya da organik bileşikler içinde bağlanmış canlı organizmalar veya ölü toprak organik maddesi. Bu bağlı besinler, toprak ıslanırken veya kurudukça, bitkiler besinleri alırken, tuzlar yıkandıkça veya asitler veya alkaliler eklendikçe, toprak çözeltisi bileşimini tamponlamak (toprak çözeltisindeki değişiklikleri hafifletmek) için toprak suyuyla etkileşime girer.

Bitki besin mevcudiyeti, toprak çözeltisindeki hidrojen iyonu aktivitesinin bir ölçüsü olan toprak pH'ından etkilenir . Toprak pH'ı, toprak oluşturan birçok faktörün bir fonksiyonudur ve genellikle hava koşullarının daha ileri düzeyde olduğu yerlerde daha düşüktür (daha asit).

Azot hariç çoğu bitki besin maddesi, toprağın ana materyalini oluşturan minerallerden kaynaklanır. Azotun bir kısmı, seyreltik nitrik asit ve amonyak olarak yağmurdan kaynaklanır , ancak azotun çoğu, bakteriler tarafından azot fiksasyonu sonucunda toprakta bulunur . Toprak-bitki sistemine girdikten sonra, çoğu besin canlı organizmalar, bitki ve mikrobiyal kalıntılar (toprak organik maddesi), mineral bağlı formlar ve toprak çözeltisi yoluyla geri dönüştürülür. Hem yaşayan toprak organizmaları (mikroplar, hayvanlar ve bitki kökleri) hem de toprak organik maddesi bu geri dönüşüm ve dolayısıyla toprak oluşumu ve toprak verimliliği için kritik öneme sahiptir . Mikrobiyal toprak enzimleri , bitkiler ve diğer mikroorganizmalar tarafından kullanılmak üzere minerallerden veya organik maddelerden besinleri serbest bırakabilir, bunları canlı hücrelere ayırabilir (birleştirebilir) veya buharlaşma (atmosfere gaz olarak kayıp) veya süzme yoluyla topraktan kaybolmalarına neden olabilir .

oluşum

Toprak oluşumu veya pedojenez , toprak ana materyali üzerinde çalışan fiziksel, kimyasal, biyolojik ve antropojenik süreçlerin birleşik etkisidir. Toprağın, organik madde biriktiğinde ve kolloidlerin aşağı doğru yıkanarak kil, humus , demir oksit , karbonat ve jips birikintileri bırakarak B horizonu adı verilen ayrı bir tabaka oluşturarak oluştuğu söylenir . Kum, silt, kil ve humus karışımları o zamandan önce biyolojik ve tarımsal aktiviteyi destekleyeceğinden, bu biraz keyfi bir tanımdır. Bu bileşenler su ve hayvan aktivitesi ile bir seviyeden diğerine taşınır. Sonuç olarak, toprak profilinde katmanlar (ufuklar) oluşur. Bir toprak içindeki malzemelerin değişimi ve hareketi, farklı toprak horizonlarının oluşumuna neden olur . Bununla birlikte, toprağın daha yeni tanımları , Mars'ta oluşan regolitler ve Dünya gezegeninin çöllerindeki benzer koşullar gibi herhangi bir organik madde içermeyen toprakları kapsar .

Bir toprağın gelişimine bir örnek, toprak dokusunun oluştuğu tamamen mineral bazlı ana materyali üretecek olan lav akışı ana kayasının aşınmasıyla başlar. Toprak gelişimi, sıcak bir iklimde, yoğun ve sık yağışlar altında, son zamanlardaki çıplak kayalardan en hızlı şekilde ilerleyecektir. Bu koşullar altında, bitkiler (birinci aşamada nitrojen sabitleyici likenler ve siyanobakteriler, ardından epilitik yüksek bitkiler ) , çok az organik madde olmasına rağmen , bazaltik lav üzerinde çok hızlı bir şekilde kurulur . Goldich çözünme serisine göre bazaltik mineraller genellikle nispeten hızlı bir şekilde havalanır . Bitkiler, kayalardan çözünen mineralleri taşıyan besin içeren su ile doldurulduğu için gözenekli kaya tarafından desteklenir. Kayaların yerel topografyası olan yarıklar ve cepler, ince malzemeleri barındırır ve bitki köklerini barındırırdı. Gelişmekte olan bitki kökleri , gözenekli lavın parçalanmasına yardımcı olan mineral aşındırıcı mikorizal mantarlarla ilişkilidir ve bu sayede zamanla organik madde ve daha ince mineral toprak birikir. Toprak gelişiminin bu tür ilk aşamaları volkanlar, inselbergler ve buzul morenlerinde tanımlanmıştır.

Toprak oluşumunun nasıl ilerlediği, toprağın evriminde iç içe geçmiş en az beş klasik faktörden etkilenir. Bunlar: ana materyal, iklim, topografya (kabartma), organizmalar ve zaman. İklim, rölyef, organizmalar, ana materyal ve zamana göre yeniden düzenlendiğinde, CROPT kısaltmasını oluştururlar.

Fiziksel özellikler

Bitkisel üretim gibi ekosistem hizmetleri için azalan önem sırasına göre toprakların fiziksel özellikleri tekstür, yapı, kütle yoğunluğu , gözeneklilik, kıvam, sıcaklık, renk ve özdirençtir . Toprak dokusu, toprak ayırıcılar olarak adlandırılan üç tür toprak mineral parçacığının nispi oranı ile belirlenir: kum, silt ve kil. Bir sonraki daha büyük ölçekte, demir oksitler, karbonatlar, kil, silika ve humus, kaplama parçacıkları olduğunda topraktan pedler veya daha yaygın olarak toprak agregaları olarak adlandırılan toprak yapıları oluşturulur ve bunların daha büyük, nispeten kararlı ikincil yapılara yapışmasına neden olur . Standart nem koşullarında belirlendiğinde toprak yığın yoğunluğu, toprak sıkışmasının bir tahminidir. Toprak gözenekliliği, toprak hacminin boş kısmından oluşur ve gazlar veya su tarafından işgal edilir. Toprak kıvamı, toprak malzemelerinin birbirine yapışma yeteneğidir. Toprak sıcaklığı ve rengi kendi kendini tanımlar. Özdirenç, elektrik akımlarının iletimine karşı direnci ifade eder ve toprağa gömülü metal ve beton yapıların korozyon hızını etkiler. Bu özellikler, bir toprak profilinin derinliğine, yani toprak horizonlarına göre değişir. Bu özelliklerin çoğu toprağın havalanmasını ve suyun toprağa sızma ve toprak içinde tutulma yeteneğini belirler.

Toprak nemi

Toprak nemi , toprağın su içeriğini ifade eder . Hacim veya ağırlık cinsinden ifade edilebilir. Toprak nemi ölçümü , yerinde problara (örn. kapasitans probları , nötron probları ) veya uzaktan algılama yöntemlerine dayalı olabilir.

toprak gazı

Toprak atmosferi veya toprak gazı , yukarıdaki atmosferden çok farklıdır. Mikropların ve bitki köklerinin oksijen tüketmesi ve karbondioksit salması oksijeni azaltır ve karbondioksit konsantrasyonunu arttırır. Atmosferik CO 2 konsantrasyonu,% 0.04, ama toprak gözenek alanı bu seviye, dolayısıyla potansiyel olarak kök solunum inhibisyonu katkıda 10 ila 100 kat arasında değişir. Kireçli topraklarda CO düzenleyen 2 ile konsantrasyon karbonat tamponlama asit topraklara, aksine burada bütün CO 2 toprak gözenek sisteminde mevcut olan teneffüs birikir. Aşırı seviyelerde CO 2 toksiktir. Bu, olası anlaşılacağı negatif geri besleme toprak CO kontrolünü 2 kökü ve (aynı zamanda 'Toprak solunum' olarak adlandırılır) mikrobiyal solunum üzerindeki inhibe edici etkiler yoluyla konsantrasyon. Ek olarak, toprak boşlukları, en azından maksimum higroskopiklik noktasına kadar su buharı ile doyurulur; bunun ötesinde , toprak gözenek boşluğunda bir buhar-basınç açığı meydana gelir. Yeterli gözeneklilik, sadece suyun nüfuz etmesine izin vermek için değil, aynı zamanda gazların içeri ve dışarı yayılmasına izin vermek için de gereklidir. Gazların hareketi tarafından difüzyon , daha düşük yüksek konsantrasyonlarından yayılma katsayısı toprak sıkıştırma azalmaktadır. Atmosferin üstündeki oksijen tüketildiği toprakta yayılır ve atmosferin üstündeki karbondioksit seviyeleri su ile birlikte diğer gazlarla ( sera gazları dahil ) yayılır . Toprak dokusu ve yapısı toprak gözenekliliğini ve gaz difüzyonunu güçlü bir şekilde etkiler. Gazların toprağa difüzyon hızını belirleyen, gözenek boyutu değil, toprağın toplam gözenek alanı ( gözenekliliği ) ve su içeriği, hava türbülansı ve sıcaklık ile birlikte gözenek ara bağlantı derecesidir (veya tersine gözenek sızdırmazlığı). toprak dışında. Levhamsı toprak yapısı ve toprak sıkıştırma (düşük gözeneklilik) engellemektedir gaz akımı ve nitrat (şerit oksijen) NO azaltmak için anaerobik bakteriler teşvik edebilir oksijen eksikliği 3 gazlara K 2 , N- 2 , O, ve daha sonra kaybolur NO, atmosfere, böylece denitrifikasyon adı verilen zararlı bir süreç olan nitrojeni tüketir . Gaz kirin, aynı zamanda metan CH net lavabo 4 fakat metan net üretici (güçlü bir ısı emici sera gazı topraklar yüksek sıcaklıklarda oksijen ve deneğin tükenmiş).

Toprak atmosferi aynı zamanda , örneğin kökler, bakteriler, mantarlar, hayvanlar gibi çeşitli toprak organizmalarından gelen karbon ve nitrojen oksitler dışındaki uçucu maddelerin emisyonlarının da merkezidir . Bu uçucu maddeler kimyasal ipuçları olarak kullanılır ve toprak atmosferini, toprak ekosistemlerinin stabilitesi, dinamikleri ve evriminde belirleyici bir rol oynayan etkileşim ağlarının merkezi yapar. Biyojenik toprak uçucu organik bileşikleri, yer üstü bitki örtüsünden sadece 1-2 kat daha düşük oldukları yer üstü atmosferi ile değiştirilir.

İnsanlar, süzülen yağmur suyu kuraklık döneminden sonra tüm toprak atmosferini boşalttığında veya toprak kazıldığında, bir indirgemeciye atfedilen toplu bir özellik olan iyi bilinen 'yağmur sonrası' kokusu aracılığıyla toprak atmosferi hakkında bir fikir edinebilir. petrichor veya geosmin gibi belirli biyokimyasal bileşiklere göre .

Katı faz (toprak matrisi)

Toprak partikülleri kimyasal bileşimlerine ( mineraloji ) ve boyutlarına göre sınıflandırılabilir . Bir toprağın parçacık boyutu dağılımı, dokusu, o toprağın özelliklerinin birçoğunu, özellikle hidrolik iletkenliği ve su potansiyelini belirler , ancak bu parçacıkların mineralojisi bu özellikleri güçlü bir şekilde değiştirebilir. En ince toprak parçacıklarının mineralojisi, kilin özellikle önemlidir.

Kimya

Bir toprağın kimyası, mevcut bitki besinlerini sağlama yeteneğini belirler ve fiziksel özelliklerini ve yaşayan nüfusunun sağlığını etkiler. Ek olarak, bir toprağın kimyası aynı zamanda aşındırıcılığını , stabilitesini ve kirleticileri emme ve suyu filtreleme yeteneğini de belirler . Bu bir yüzey kimyası , mineral ve organik koloidler toprağın kimyasal özelliklerini belirler. Kolloid, boyutu 1 nanometre ile 1 mikrometre arasında değişen küçük, çözünmeyen bir partiküldür , bu nedenle Brownian hareketi ile bir akışkan ortam içinde çökmeden asılı kalacak kadar küçüktür . Çoğu toprak, humus adı verilen organik kolloidal parçacıkların yanı sıra killerin inorganik kolloidal parçacıklarını içerir . Kolloidlerin çok yüksek özgül yüzey alanı ve net elektrik yükleri toprağa iyonları tutma ve salma kabiliyeti verir . Kolloidlerdeki negatif yüklü bölgeler, katyon değişimi olarak adlandırılan şeyde katyonları çeker ve serbest bırakır . Katyon değişimi (MSK) değiştirilebilir miktarıdır katyonları kuru toprak birim ağırlığı başına ve cinsinden ifade edilir mili eşdeğer arasında pozitif yüklü toprak 100 gram iyonu (ya da toprağın kilogramı başına pozitif yükün sentimol; cmol c / kg ). Benzer şekilde, kolloidler üzerindeki pozitif yüklü bölgeler , toprak anyon değişim kapasitesini (AEC) veren topraktaki anyonları çekip bırakabilir .

Katyon ve anyon değişimi

Kolloidler ve toprak suyu arasında gerçekleşen katyon değişimi, toprak pH'ını tamponlar (ılımlı hale getirir ), toprak yapısını değiştirir ve hem yararlı hem de zararlı her türden katyonu adsorbe ederek süzülmekte olan suyu arındırır.

Kolloid partiküller üzerindeki negatif veya pozitif yükler, onları yüzeylerinde sırasıyla katyonları veya anyonları tutabilmelerini sağlar. Suçlamalar dört kaynaktan kaynaklanmaktadır.

  1. Düşük değerlikli katyonlar kristal yapıdaki yüksek değerlikli katyonların yerini aldığında, oluşumu sırasında kilde izomorf ikame meydana gelir. En dıştaki katmanlardaki ikameler, en içteki katmanlardan daha etkilidir, çünkü elektrik yükü gücü mesafenin karesi kadar düşer. Net sonuç, net negatif yüklü oksijen atomları ve katyonları çekme yeteneğidir.
  2. Kilin kenarındaki oksijen atomları, tetrahedral ve oktahedral yapılar eksik olduğundan iyonik olarak dengede değildir.
  3. Hidroksil , hidroksilasyon adı verilen bir işlem olan silika katmanlarının oksijenlerinin yerini alabilir . Kil hidroksillerinin hidrojenleri çözeltiye iyonize edildiğinde, oksijeni negatif yüklü (anyonik killer) bırakırlar.
  4. Humus hidroksil gruplarının hidrojenleri de, kile benzer şekilde, negatif yüklü bir oksijen bırakarak çözelti halinde iyonize edilebilir.

Negatif yüklü kolloidlere tutulan katyonlar, su tarafından aşağı doğru yıkanmaya karşı direnç gösterir ve bitki köklerinin erişemeyeceği bir yerde bulunur, böylece ılımlı yağış ve düşük sıcaklık alanlarında toprakların verimliliğini korur.

Katyonlar, kolloid tarafından adsorpsiyon gücü ve dolayısıyla birbirlerinin yerine geçme yetenekleri ( iyon değişimi ) bakımından farklılık gösterdiğinden, kolloidler üzerinde katyon değişimi sürecinde bir hiyerarşi vardır . Toprak suyu çözeltisinde eşit miktarlarda mevcutsa:

Al 3+ H +'nın yerini alıyor Ca 2 +'nın yerini alıyor Mg 2+'nın yerini alıyor K +'nın yerini alıyor NH 4+ ile aynı Na +'nın yerini alıyor

Bir katyon büyük miktarlarda eklenirse, diğerlerinin yerine sayılarının katıksız gücüyle yer değiştirebilir. Buna kitle eylemi yasası denir . Bu büyük ölçüde katyonik gübrelerin ( potas , kireç ) eklenmesiyle oluşur .

Toprak çözeltisi daha asidik hale geldikçe (düşük pH , H + bolluğu anlamına gelir ), hidrojen iyonları değişim bölgelerini işgal ettiğinden ( protonasyon ) kolloidlere daha zayıf bağlanan diğer katyonlar çözeltiye itilir . Düşük bir pH, hidroksil gruplarının hidrojeninin çözeltiye çekilmesine neden olabilir ve kolloid üzerindeki yüklü bölgelerin diğer katyonlar tarafından işgal edilmesine neden olabilir. Toprak kolloidlerinin yüzeyindeki hidroksi gruplarının bu iyonizasyonu , pH'a bağlı yüzey yükleri olarak tanımlanan şeyi yaratır. İzomorf yer değiştirme ile geliştirilen kalıcı yüklerin aksine, pH bağımlı yükler değişkendir ve artan pH ile artar. Serbest bırakılan katyonlar bitkiler için kullanılabilir hale getirilebilir, ancak aynı zamanda topraktan sızmaya eğilimlidir, bu da muhtemelen toprağı daha az verimli hale getirir. Bitkiler, organik asitlerin sentezi yoluyla toprağa H + salgılarlar ve bu sayede köke yakın toprağın pH'ını değiştirirler ve katyonları kolloidlerden uzaklaştırarak bitkinin kullanımına sunarlar.

Katyon değişim kapasitesi (CEC)

Katyon değişim kapasitesi , toprağın katyonları toprak su çözeltisinden uzaklaştırma ve bitki kökleri çözeltiye hidrojen iyonları salarken daha sonra değiştirilecek olanları ayırma yeteneği olarak düşünülmelidir. CEC, 100 gram kuru toprak ağırlığı ile birleşecek olan ve ölçümü 100 gram toprak başına bir milieşdeğer (1 meq/100 g) olan değişebilir hidrojen katyonu (H + ) miktarıdır . Hidrojen iyonlarının tek bir yükü vardır ve 100 gram kuru toprak başına bir gram hidrojen iyonunun binde biri, bir milieşdeğer hidrojen iyonu ölçüsü verir. Atom ağırlığı hidrojenin 40 katı olan ve iki değerlikli kalsiyum, 100 gram kuru toprak veya 20 meq/100 g başına (40/2) x 1 milieşdeğer = 20 milieşdeğer hidrojen iyonuna dönüşür. CEC'nin modern ölçüsü, fırında kuru toprağın kilogramı (cmol/kg) başına pozitif yükün santimetresi olarak ifade edilir.

Toprağın CEC'sinin çoğu kil ve humus kolloidlerinde meydana gelir ve sırasıyla yıkama ve ayrışma nedeniyle sıcak, nemli, ıslak iklimlerde (örneğin tropikal yağmur ormanları ) bunların eksikliği , tropikal toprakların görünür sterilitesini açıklar. Canlı bitki kökleri de kendi spesifik yüzey alanlarıyla bağlantılı bazı CEC'lere sahiptir.

Topraklar için katyon değişim kapasitesi; toprak dokuları; toprak kolloidleri
Toprak Belirtmek, bildirmek MSK meq/100 g
Charlotte ince kum Florida 1.0
Ruston ince kumlu balçık Teksas 1.9
Glouchester balçık New Jersey 11.9
Grundy silt tın Illinois 26.3
Gleason kil tın Kaliforniya 31.6
Susquehanna kil balçık Alabama 34.3
Davie mucky ince kum Florida 100,8
kumlar ------ 1-5
İnce kumlu tınlar ------ 5-10
Tınlar ve silt tınlar ----- 5-15
kil tınlar ----- 15-30
Killer ----- 30'un üzerinde
seskioksitler ----- 0-3
kaolinit ----- 3-15
illit ----- 25-40
Montmorillonit ----- 60–100
Vermikülit (illite benzer) ----- 80–150
Humus ----- 100–300

Anyon değişim kapasitesi (AEC)

Anyon değişim kapasitesi, toprağın anyonları (örneğin nitrat , fosfat ) toprak suyu çözeltisinden uzaklaştırma ve bitki kökleri toprak su çözeltisine karbonat anyonları salarken bunları daha sonra değişim için ayırma yeteneği olarak düşünülmelidir . Düşük CEC'ye sahip olan kolloidler, bir miktar AEC'ye sahip olma eğilimindedir. Amorf ve seskioksit killer en yüksek AEC'ye sahiptir, bunu demir oksitler takip eder. AEC seviyeleri, değişken yüklü topraklar haricinde, toprak kolloidleri üzerindeki pozitif (negatife karşı) yüklü yüzeylerin genellikle daha yüksek oranı nedeniyle, CEC'den çok daha düşüktür. Fosfatlar, anyon değişim bölgelerinde tutulma eğilimindedir.

Demir ve alüminyum hidroksit killeri, hidroksit anyonlarını (OH - ) diğer anyonlarla değiştirebilir. Anyon yapışma gücünü yansıtan sıra aşağıdaki gibidir:

H 2 PO 4 - yerine geçer SO 4 2- yerine geçer NO 3 - Cl yerine geçer -

Değiştirilebilir anyonların miktarı, 100 g kuru toprak başına onda bir ila birkaç milieşdeğer arasındadır. pH yükseldikçe, kolloidlerdeki anyonların yerini alacak ve onları çözeltiye ve depodan çıkmaya zorlayacak nispeten daha fazla hidroksil vardır; dolayısıyla AEC artan pH (alkalinite) ile azalır.

Reaktivite (pH)

Toprak reaktivitesi pH cinsinden ifade edilir ve toprağın asitliği veya alkaliliğinin bir ölçüsüdür . Daha doğrusu, sulu bir çözeltideki hidronyum konsantrasyonunun bir ölçüsüdür ve 0 ila 14 (asidik ila bazik) arasında değerler arasında değişir, ancak pratik olarak topraklar için konuşursak, bu aşırı uçların ötesindeki pH değerleri yaşam için toksik olduğundan, pH 3.5 ila 9,5 arasındadır. formlar.

25 ° C'de 3.5 bir pH değerine sahip olan sulu bir çözelti, 10 'de -3.5 mol H 3 O + çözeltinin litresi başına (hidronyum iyonları) (ve ayrıca 10 -10.5 mol / litre, OH - ). Nötr olarak tanımlanan pH 7'de, çözeltinin litresi başına 10 -7 mol hidronyum iyonu ve ayrıca litre başına 10 -7 mol OH - bulunur ; iki konsantrasyon eşit olduğundan, birbirlerini nötralize ettikleri söylenir. 9.5 değerinde bir pH 10'a sahiptir -9.5 mol hidronyum iyonları Litre başına çözeltisi (ve aynı zamanda 10 -2.5 mol başına litre OH - ). 3.5'lik bir pH değeri 9.5 (9,5-3,5 = 6 ya da 10 pH, çözelti dışında litre başına bir milyon kat daha fazla hidronyum iyonları yer alır 6 ) ve daha asidiktir.

pH'ın bir toprak üzerindeki etkisi, topraktan uzaklaştırmak veya belirli iyonları kullanılabilir hale getirmektir. Asitliği yüksek topraklar toksik miktarlarda alüminyum ve manganez bulundurma eğilimindedir . Toksisite ve gereksinim arasındaki dengenin bir sonucu olarak, çoğu mineral asitli topraklarda daha fazla çözünür olmasına rağmen, çoğu besin orta pH'da bitkiler için daha iyi kullanılabilir. Toprak organizmaları yüksek asitlik tarafından engellenir ve çoğu tarımsal ürün, pH 6.5 olan mineral topraklarda ve pH 5.5 olan organik topraklarda en iyisini yapar. Düşük pH'da toksik metallerin (örneğin kadmiyum, çinko, kurşun) katyonlar ve organik kirleticiler iyonik olmayan formda olduğu için pozitif olarak yüklendiği ve bu nedenle her ikisinin de organizmalar için daha erişilebilir olduğu göz önüne alındığında, bitkilerin, hayvanların ve mikropların yaygın olarak yaşadığı öne sürülmüştür. Asitli topraklarda , ister doğal ister insan kaynaklı olsun, her türlü kirliliğe önceden adapte edilmiştir.

Yüksek yağış alan bölgelerde, bazik katyonlar, kolloidlere bağlı olanlara karşı olağan veya olağandışı yağmur asiditesinden gelen hidronyum iyonlarının kütle etkisi ile toprak kolloidlerinden ayrılmaya zorlandığından, topraklar asitleşme eğilimindedir . Yüksek yağış oranları daha sonra besin maddelerini yıkayarak toprakta yalnızca tropik yağmur ormanlarında olduğu gibi çok asitli koşullarda besinleri almak için özellikle verimli olan organizmaların yaşadığı topraklara bırakabilir . Kolloidler H ile doyurulur sonra 3 O + , bir daha hidronyum iyonu ya da alüminyum hidroksil katyonları sürücülerin ilave da düşük (daha fazla asidik) toprak gibi pH herhangi bir tamponlama kapasitesine sahip bırakılmıştır. Aşırı yağışlı ve yüksek sıcaklıklı bölgelerde, kil ve humus yıkanarak toprağın tamponlama kapasitesi daha da azalır. Düşük yağış alan bölgelerde, yıkanmamış kalsiyum pH'ı 8,5'e iter ve değiştirilebilir sodyum ilavesiyle toprak pH 10'a ulaşabilir. pH 9'un ötesinde bitki büyümesi azalır. Yüksek pH, düşük mikro besin hareketliliği ile sonuçlanır , ancak bu besinlerin suda çözünür şelatları açığı düzeltebilir. Kalsiyum kile daha sıkı yapıştığından, sodyumun bol su ile yıkanabileceği toprak su çözeltisine itilmesine neden olduğundan, sodyum alçıtaşı (kalsiyum sülfat) ilavesiyle azaltılabilir.

Baz doygunluk yüzdesi

Asit oluşturan katyonlar (örneğin hidronyum, alüminyum, demir) ve baz oluşturan katyonlar (örneğin kalsiyum, magnezyum, sodyum) vardır. Baz oluşturan katyonlar tarafından işgal edilen negatif yüklü toprak kolloid değişim bölgelerinin (CEC) fraksiyonuna baz doygunluğu denir . Bir toprağın CEC'si 20 meq ve 5 meq alüminyum ve hidronyum katyonları (asit oluşturan) ise, kolloidler üzerindeki pozisyonların geri kalanının (20-5 = 15 meq) baz oluşturan katyonlar tarafından işgal edildiği varsayılır, böylece toprak baz doygunluğu 15/20 x %100 = %75'tir (iltifat %25'in asit oluşturan katyonlar olduğu varsayılır). Baz doygunluğu pH ile neredeyse doğru orantılıdır (artan pH ile artar). Asitli bir toprağı nötralize etmek için gereken kireç miktarının hesaplanmasında kullanılır (kireç gereksinimi). Bir toprağı nötralize etmek için gereken kireç miktarı, sadece toprak suyu çözeltisindekileri (serbest asitlik) değil, kolloidler üzerindeki asit oluşturan iyonların miktarını (değişebilir asitlik) hesaba katmalıdır. Toprak kolloidleri üzerinde depolanan asit oluşturan katyonlar, eklenenlerin kalsiyumu tarafından bu kolloidlerden uzaklaştırıldıkça orijinal pH durumunu geri kazanma eğiliminde olacağından, toprak su çözeltisini nötralize etmek için yeterli miktarda kireç ilavesi pH'ı değiştirmek için yetersiz olacaktır. Misket Limonu.

arabelleğe alma

Asit veya bazik malzemenin eklenmesinin bir sonucu olarak toprağın pH'daki değişime direnci, bir toprağın tamponlama kapasitesinin bir ölçüsüdür ve (belirli bir toprak türü için) CEC arttıkça artar. Bu nedenle, saf kumun neredeyse hiç tamponlama yeteneği yoktur, kolloidleri yüksek (mineral veya organik olsun) toprakların tamponlama kapasitesi yüksektir . Tamponlama, katyon değişimi ve nötralizasyon ile gerçekleşir . Bununla birlikte, kolloidler toprak pH'ının tek düzenleyicileri değildir. Karbonatların rolünün de altı çizilmelidir. Daha genel olarak, pH seviyelerine göre, kalsiyum karbonat tampon aralığından demir tampon aralığına kadar çeşitli tampon sistemleri birbirinden önceliklidir .

Toprağa az miktarda yüksek düzeyde bazik sulu amonyak eklenmesi, amonyumun hidronyum iyonlarını kolloidlerden uzaklaştırmasına neden olur ve nihai ürün su ve koloidal olarak sabitlenmiş amonyum olur, ancak toprak pH'ında genel olarak çok az kalıcı değişiklik olur.

Küçük bir miktarının ilavesinin kireç , Ca (OH) 2 , kolloidler kalsiyum fiksasyonu ve CO evrimine neden, toprak kolloidleri hidronyum iyonları yer değiştirecektir 2 toprak pH az kalıcı değişiklik ve su.

Yukarıdakiler, toprak pH'ının tamponlanmasına ilişkin örneklerdir. Genel prensip, toprak suyu çözeltisindeki belirli bir katyonun artması, o katyonun kolloidlere sabitlenmesine (tamponlu) neden olacağı ve bu katyonun çözeltisindeki bir azalmanın, kolloidden çekilip çözeltiye taşınmasına neden olacağıdır ( tamponlanmış). Tamponlama derecesi genellikle toprağın CEC'si ile ilişkilidir; CEC ne kadar büyükse, toprağın tamponlama kapasitesi de o kadar büyük olur.

besinler

Bitki besin maddeleri, kimyasal sembolleri ve toprakta yaygın olan ve bitki tarafından alınabilecek iyonik formlar
eleman sembol iyon veya molekül
Karbon C CO 2 (çoğunlukla yapraklar yoluyla)
Hidrojen H H + , HOH (su)
Oksijen Ö O 2− , OH , CO 3 2− , SO 4 2− , CO 2
Fosfor P H 2 PO 4 , HPO 4 2− (fosfatlar)
Potasyum K K +
Azot n NH 4 + , NO 3 - (amonyum, nitrat)
Kükürt S SO 4 2–
Kalsiyum CA Ca 2+
Ütü Fe Fe 2+ , Fe 3+ (demirli, demirli)
Magnezyum Mg mg 2+
Bor B H 3 BO 3 , H 2 BO 3 - , B(OH) 4 -
Manganez Mn Mn 2+
Bakır Cu Cu 2+
Çinko çinko Zn 2+
Molibden ay MoO 4 2− (molibdat)
Klor Cl Cl - (klorür)

Bitki büyümesi ve üremesi için on yedi element veya besin gereklidir. Bunlar karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kükürt (S), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), demir (Fe) dir. ), bor (B), manganez (Mn), bakır (Cu), çinko (Zn), molibden (Mo), nikel (Ni) ve klor (Cl). Bitkilerin yaşam döngülerini tamamlamaları için gerekli besinler , temel besinler olarak kabul edilir . Bitkilerin büyümesini hızlandıran, ancak bitkinin yaşam döngüsünü tamamlamak için gerekli olmayan besinler, temel olmayan olarak kabul edilir. Karbondioksit ve su tarafından sağlanan karbon, hidrojen ve oksijen ile azot fiksasyonu yoluyla sağlanan azot dışında, besinler orijinal olarak toprağın mineral bileşeninden türetilir. Minimum Kanunu , bir besin maddesinin mevcut bir şekilde toprak çözeltisinde yeterli oranda olmadığı zaman, o zaman diğer besin bitki tarafından optimum hızda toplandı edilemez ifade eder. Bu nedenle, bitki büyümesini optimize etmek için toprak çözeltisinin belirli bir besin oranı zorunludur; bu, bitki bileşiminden hesaplanan besin oranlarından farklı olabilecek bir değerdir.

Besinlerin bitki alımı, ancak bitkilerde mevcut bir formda mevcut olduklarında devam edebilir. Çoğu durumda, besinler toprak suyundan (veya onunla birlikte) iyonik bir biçimde emilir . Mineraller çoğu besinin kaynağı olmasına ve topraktaki besin elementlerinin çoğu birincil ve ikincil mineraller içinde kristal formda tutulsa da, hızlı bitki büyümesini desteklemek için çok yavaş havalanırlar. Örneğin, ince öğütülmüş minerallerin, feldspat ve apatitin toprağa uygulanması, besinlerin çoğu bu minerallerin kristallerinde bağlı kaldığından, iyi bitki büyümesi için yeterli bir oranda gerekli miktarda potasyum ve fosfor nadiren sağlar.

Kil kolloidlerinin yüzeylerine adsorbe edilen besinler ve toprak organik maddesi, birçok bitki besin maddesi (örneğin K, Ca, Mg, P, Zn) için daha erişilebilir bir rezervuar sağlar. Bitkiler besinleri toprak suyundan emdikçe, çözünür havuz yüzeye bağlı havuzdan yenilenir. Toprak organik maddesinin mikroorganizmalar tarafından ayrışması, çözünür besin havuzunun yenilendiği başka bir mekanizmadır - bu, bitkide bulunan N, S, P ve B'nin topraktan temini için önemlidir.

Gram gram, humusun besinleri ve suyu tutma kapasitesi kil minerallerininkinden çok daha fazladır, toprak katyon değişim kapasitesinin çoğu organik madde üzerindeki yüklü karboksilik gruplardan kaynaklanır . Bununla birlikte, humusun suya batırıldığında suyu tutma kapasitesinin büyük olmasına rağmen, yüksek hidrofobikliği ıslanabilirliğini azaltır . Sonuç olarak, küçük miktarlarda humus, toprağın bitki büyümesini teşvik etme kapasitesini önemli ölçüde artırabilir.

Organik maddelerden toprak

Toprak organik maddesi organik bileşiklerden oluşur ve hem canlı hem de ölü bitki, hayvan ve mikrobiyal materyali içerir. Tipik bir toprak, %70 mikroorganizma, %22 makrofauna ve %8 kökten oluşan bir biyokütle bileşimine sahiptir. Bir akre toprağın canlı bileşeni, 900 libre solucan, 2400 libre mantar, 1500 libre bakteri, 133 libre protozoa ve 890 libre eklembacaklıları ve algleri içerebilir.

Toprağın organik maddesinin küçük bir kalış süresi ile yüzde birkaçı , ölü organik maddeyi parçalamak için çalışan bakteri, küf ve aktinomisetin mikrobiyal biyokütlesi ve metabolitlerinden oluşur . Bu mikroorganizmaların etkisi olmasaydı, atmosferin tüm karbondioksit kısmı toprakta organik madde olarak tutulurdu. Bununla birlikte, aynı zamanda toprak mikropları , kararlı humus oluşumu yoluyla üst toprakta karbon tutulmasına katkıda bulunur . Sera etkisini azaltmak için toprakta daha fazla karbon tutma amacıyla , uzun vadede humifikasyonu teşvik etmek , altlığın ayrışmasını azaltmaktan daha verimli olacaktır .

Toprak organik maddesinin ana kısmı, topluca humus veya hümik maddeler olarak adlandırılan küçük organik moleküllerin karmaşık bir topluluğudur . Açık bir kimyasal sınıflandırmaya dayanmayan bu terimlerin kullanımı eskimiş olarak kabul edilmiştir. Diğer çalışmalar, klasik molekül kavramının humus için uygun olmadığını, iki yüzyıl boyunca onu birim bileşenlerde çözmek için yapılan girişimlerin çoğundan kaçan, ancak yine de kimyasal olarak polisakkaritlerden, ligninlerden ve proteinlerden farklı olduğunu gösterdi.

Bitkiler, hayvanlar, bakteriler ve mantarlar dahil olmak üzere topraktaki çoğu canlı besin ve/veya enerji için organik maddeye bağımlıdır. Topraklar, sıcaklığa, toprak nemine ve havalandırmaya bağlı olarak değişen derecelerde ayrışma derecelerinde organik bileşiklere sahiptir. Bakteriler ve mantarlar , kendileri de ham veya nemlendirilmiş organik maddeyi tüketebilen ve dönüştürebilen nematodlar , annelidler ve eklembacaklılar tarafından beslenen protozoalar tarafından beslenen ham organik madde ile beslenir . Bu, tüm organik maddelerin sindirim sisteminde olduğu gibi işlendiği toprak besin ağı olarak adlandırılmıştır . Organik madde toprağı açık tutar, hava ve suyun sızmasına izin verir ve ağırlığının iki katı kadar su tutabilir. Çöl ve kayalık-çakıllı topraklar da dahil olmak üzere birçok toprakta organik madde çok azdır veya hiç yoktur. Turba ( histosoller ) gibi tamamı organik madde olan topraklar verimsizdir. Bozunmanın en erken aşamasında, orijinal organik malzemeye genellikle ham organik madde denir. Ayrışmanın son aşamasına humus denir.

In otlak , çok toprağa eklenen organik madde derin, lifli, çim kök sistemlerinden olduğunu. Buna karşılık, orman zeminine düşen ağaç yaprakları, ormandaki toprak organik maddesinin başlıca kaynağıdır. Diğer bir fark, büyük miktarlarda yer üstü malzemesini yok eden, ancak köklerden daha da büyük katkıları teşvik eden yangınların otlaklarda sıklıkla meydana gelmesidir. Ayrıca, herhangi bir orman altındaki çok daha yüksek asitlik, aksi takdirde yüzey çöpünün çoğunu mineral toprağa karıştıracak olan belirli toprak organizmalarının hareketini engeller. Sonuç olarak, otlakların altındaki topraklar genellikle , organik maddelerinin çoğunu orman tabanında ( O horizonu ) ve ince A horizonunda depolayan ormanların altındaki karşılaştırılabilir topraklardan daha derin bir organik madde dağılımına sahip daha kalın bir A horizonu geliştirir .

Humus

Humus, toprak mikroflorası ve faunası tarafından daha fazla bozulmaya karşı dirençli olduğu noktaya kadar ayrıştırılan organik maddeyi ifade eder. Humus genellikle toprağın yalnızca yüzde beşini veya hacimce daha azını oluşturur, ancak temel bir besin kaynağıdır ve toprak sağlığı ve bitki büyümesi için çok önemli olan önemli dokusal nitelikler ekler . Humus ayrıca toprağı daha da iyileştiren eklembacaklıları, termitleri ve solucanları besler . Nihai ürün olan humus, toprak çözeltisinde kolloidal biçimde süspanse edilir ve demir ve alüminyum atomlarını şelatlayarak silikat minerallerine saldırabilen zayıf bir asit oluşturur . Humus, kuru ağırlık bazında kil kolloidlerininkinden birçok kat daha fazla olan yüksek bir katyon ve anyon değişim kapasitesine sahiptir. Ayrıca pH ve toprak nemindeki değişikliklere karşı kil gibi bir tampon görevi görür.

Ham organik madde olarak başlayan hümik asitler ve fulvik asitler humusun önemli bileşenleridir. Bitkilerin, hayvanların ve mikropların ölümünden sonra mikroplar, hücre dışı toprak enzimleri üreterek kalıntılarla beslenmeye başlar ve sonunda humus oluşumuna neden olur. Kalıntılar parçalanırken, yalnızca alifatik ve aromatik hidrokarbonlardan yapılmış, oksijen ve hidrojen bağları ile birleştirilmiş ve stabilize edilmiş moleküller, topluca humus adı verilen karmaşık moleküler topluluklar biçiminde kalır. Humus toprakta asla saf değildir, çünkü metaller ve killerle reaksiyona girerek stabilitesine ve toprak yapısına daha fazla katkıda bulunan kompleksler oluşturur. Humusun yapısı kendi içinde az sayıda besin maddesine sahip olsa da (kalsiyum, demir ve alüminyum gibi kurucu metaller hariç), toprak çözeltisine daha fazla salınabilen katyon ve anyon besinlerini zayıf bağlarla çekebilir ve bağlayabilir. seçici kök alımına ve toprak pH'ındaki değişikliklere yanıt olarak, tropikal topraklarda doğurganlığın korunması için büyük önem taşıyan bir süreç.

Lignin bozulmaya karşı dirençlidir ve toprakta birikir. Aynı zamanda mikroplar tarafından enzimatik ayrışma dahil olmak üzere ayrışmaya karşı direncini daha da artıran proteinlerle reaksiyona girer . Bitkisel maddelerden elde edilen yağlar ve mumlar , ayrışmaya karşı hala daha dirençlidir ve toprakta bin yıl boyunca kalır, bu nedenle gömülü toprak katmanlarında geçmiş bitki örtüsünün izleyicileri olarak kullanılırlar. Kil topraklar genellikle daha yüksek organik içeriğe sahiptir ve organik moleküller kil tarafından stabilize edildiğinden ve kil tarafından stabilize edildiğinden, kil içermeyen topraklardan daha uzun süre dayanır. Proteinler normalde skleroproteinler dışında kolayca ayrışır , ancak kil parçacıklarına bağlandıklarında ayrışmaya karşı daha dirençli hale gelirler. Diğer proteinlere gelince, kil parçacıkları mikroplar tarafından salgılanan enzimleri emer, hücre dışı enzimleri bozulmadan korurken enzim aktivitesini azaltır . Killi topraklara organik maddenin eklenmesi, bu organik maddeyi ve eklenen herhangi bir besin maddesini uzun yıllar boyunca bitkiler ve mikroplar için erişilemez hale getirebilirken, bir çalışma killi toprağa olgun kompost ilavesinin ardından toprak verimliliğinin arttığını gösterdi. Yüksek toprak tanen içeriği, nitrojenin dirençli tanen-protein kompleksleri olarak tutulmasına neden olabilir.

Humus oluşumu, her yıl eklenen bitki materyali miktarına ve temel toprak tipine bağlı bir süreçtir. Her ikisi de iklimden ve mevcut organizmaların türünden etkilenir. Humuslu toprakların nitrojen içeriği değişebilir, ancak tipik olarak yüzde 3 ila 6 nitrojen içerir. Azot ve fosfor rezervi olarak ham organik madde, toprak verimliliğini etkileyen hayati bir bileşendir . Humus ayrıca suyu emer ve kuru ve ıslak haller arasında kilden daha fazla genişler ve büzülür, bu da toprak gözenekliliğini arttırır. Humus, mikrobiyal ayrışma ile indirgendiği ve zamanla konsantrasyonu yeni organik madde eklenmeden azaldığı için toprağın mineral bileşenlerinden daha az kararlıdır. Bununla birlikte, humus en kararlı formlarında binlerce yıl olmasa da yüzyıllar boyunca varlığını sürdürebilir. Kömür , geleneksel olarak besin açısından fakir tropik toprakların verimliliğini artırmak için kullanılan siyah karbon adı verilen oldukça kararlı bir humus kaynağıdır . Amazon karanlık dünyalarının oluşumunda tespit edilen bu çok eski uygulama, biochar adı altında yenilenmiş ve popüler hale gelmiştir . Sera etkisine karşı mücadelede daha fazla karbon tutmak için biyokömürün kullanılabileceği öne sürülmüştür.

klimatolojik etki

Organik maddenin üretimi, birikimi ve bozulması büyük ölçüde iklime bağlıdır. Örneğin, bir çözülme olayı meydana geldiğinde, toprak gazlarının atmosferik gazlarla akışı önemli ölçüde etkilenir. Sıcaklık, toprak nemi ve topografya , topraklarda organik madde birikimini etkileyen başlıca faktörlerdir. Organik madde , anaerobik koşullarla sonuçlanan düşük sıcaklık veya aşırı nem tarafından ayrıştırıcı aktivitesinin engellendiği ıslak veya soğuk koşullar altında birikme eğilimindedir . Tersine, aşırı yağış ve tropik iklimlerin yüksek sıcaklıkları, organik maddenin hızlı bir şekilde ayrışmasını ve bitki besin maddelerinin süzülmesini sağlar. Bu topraklardaki orman ekosistemleri, üretkenliklerini sürdürmek için canlı bitki ve mikrobiyal biyokütle tarafından besin maddelerinin ve bitki maddesinin verimli bir şekilde geri dönüştürülmesine güvenir, bu süreç insan faaliyetleri tarafından bozulan bir süreçtir. Aşırı eğim, özellikle tarım amacıyla yapılan ekimlerin varlığında, aksi takdirde sonunda humusa dönüşecek olan ham organik materyalin çoğunu tutan toprağın üst tabakasının aşınmasını teşvik edebilir.

Bitki kalıntısı

Bitki kalıntısı bileşenlerinin tipik türleri ve yüzdeleri

  Selüloz (%45)
  Lignin (%20)
  hemiselüloz (18%)
  Protein (%8)
  Şekerler ve nişastalar (%5)
  Yağlar ve mumlar (%2)

Selüloz ve hemiselüloz , ılıman bir iklimde 12-18 günlük bir yarılanma ömrü ile mantarlar ve bakteriler tarafından hızlı bir şekilde ayrışır. Kahverengi çürüklük mantarları , lignin ve fenolik bileşikleri geride bırakarak selüloz ve hemiselülozu parçalayabilir . Bitkiler için bir enerji depolama sistemi olan nişasta , bakteri ve mantarlar tarafından hızlı bir şekilde parçalanır. Lignin oluşan polimerler selüloz, hemiselüloz ve işlevsel şekilde bağlanmış bir çok dallı, amorf yapıya sahip olan 500 ila 600 birimlerinden oluşan pektin olarak bitki hücre duvarlarında . Lignin, esas olarak beyaz çürüklük mantarları ve aktinomisetler tarafından çok yavaş ayrışmaya uğrar ; ılıman koşullar altında yarı ömrü yaklaşık altı aydır.

Ufuklar

Fiziksel özellikleri, bileşimi ve yaşı, üstündeki ve altındakilerden farklı olan toprağın yatay katmanına toprak horizonu denir. Bir horizonun adlandırılması, oluştuğu malzemenin türüne bağlıdır. Bu malzemeler, belirli toprak oluşum süreçlerinin süresini yansıtır. Ufku renk, boyut, doku, yapı, tutarlılık, kök miktarı, pH, boşluklar, sınır özellikleri ve yumruların veya betonların varlığı açısından tanımlayan harf ve sayıların kısa bir gösterimi kullanılarak etiketlenirler. Hiçbir toprak profili tüm ana ufuklara sahip değildir. Entisoller olarak adlandırılan bazılarının yalnızca bir horizonu olabilir veya şu anda, özellikle geri kazanılmamış maden atık birikintileri, morenler , volkanik koniler, kum tepeleri veya alüvyon teraslarından gelen başlangıç ​​toprakları gibi, ufukları olmadığı kabul edilmektedir . Rüzgar veya su ablasyonunu takiben budanmış topraklarda üst toprak horizonları eksik olabilir, bununla birlikte toprak horizonlarının yokuş aşağı gömülmesi, toprak işleme gibi tarımsal uygulamalar tarafından ağırlaştırılan doğal bir süreç olabilir. Ağaçların büyümesi, ağaçlar öldükten sonra toprak ufuklarında hala görülebilen mikro ölçekli bir heterojenlik yaratan başka bir rahatsızlık kaynağıdır. Bir ufuktan diğerine, toprak profilinin yukarıdan aşağıya doğru geçerek, tortu tabakalarında olduğu gibi toprak horizonlarında kayıtlı geçmiş olaylarla zamanda geriye gidilir . Toprak horizonlarında polen , vasiyet amip ve bitki kalıntılarının örneklenmesi , toprak oluşumu sırasında meydana gelen çevresel değişiklikleri (örn. iklim değişikliği, arazi kullanım değişikliği) ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir . Toprak horizonları, solucan aktivitesi ve diğer mekanik rahatsızlıklardan kaynaklanan pedotürbasyondan kaçmak için yeterli büyüklükte olmaları koşuluyla, kömür parçaları kullanılarak radyokarbon gibi çeşitli yöntemlerle tarihlendirilebilir . Paleosollerden gelen fosil toprak ufukları , geçmiş ortamların incelenmesine izin veren tortul kaya dizileri içinde bulunabilir .

Ana materyalin uygun koşullara maruz bırakılması, aşınmış topraklarda olduğu gibi, bitki büyümesi için marjinal olarak uygun mineral topraklar üretir. Bitki örtüsünün büyümesi, bitkinin hava kısımları için çöp olarak yere düşen (yaprak çöpü) veya yeraltı bitki organları için doğrudan yer altında üretilen (kök çöp) organik kalıntıların üretimi ile sonuçlanır ve daha sonra çözünmüş organik maddeyi serbest bırakır . O horizonu adı verilen kalan yüzeysel organik katman, içinde yaşayan organizmaların etkisiyle daha aktif bir toprak üretir. Organizmalar, diğer bitki ve hayvanların üzerinde yaşayabileceği besinleri hazır hale getirerek organik maddeleri kolonize eder ve parçalar. Yeterli bir süre sonra humus aşağı doğru hareket eder ve A horizonu adı verilen ayırt edici bir organik-mineral yüzey tabakasında birikir; burada organik madde, oyuk hayvanlarının aktivitesi yoluyla mineral madde ile karıştırılır, bu süreç pedoturbasyon olarak adlandırılır. Güçlü asitlik, soğuk iklim veya kirlilik gibi toprak yaşamına zarar veren koşulların varlığında, mineral toprağın üzerindeki tek bir organik ufukta ayrışmamış organik maddenin birikmesinden ve nemlendirilmiş toprakların yan yana gelmesinden kaynaklanan bu doğal süreç tamamlanmaz. organik madde ve mineral parçacıkları, altta yatan mineral ufuklarında yakın bir şekilde karışmadan.

sınıflandırma

Toprak, farklı topraklar arasındaki ilişkileri anlamak ve bir toprağın belirli bir bölgedeki uygunluğunu belirlemek için kategorilere ayrılır. İlk sınıflandırma sistemlerinden biri 1880 civarında Rus bilim adamı Vasily Dokuchaev tarafından geliştirildi . Amerikalı ve Avrupalı ​​araştırmacılar tarafından birkaç kez modifiye edilerek 1960'lara kadar yaygın olarak kullanılan sistem haline getirildi. Toprakların, onları oluşturan malzemelere ve faktörlere dayalı olarak belirli bir morfolojiye sahip olduğu fikrine dayanıyordu. 1960'larda, ebeveyn materyalleri ve toprak oluşturan faktörler yerine toprak morfolojisine odaklanan farklı bir sınıflandırma sistemi ortaya çıkmaya başladı . O zamandan beri daha fazla değişiklik geçirdi. Dünya Referans Toprak Kaynakları Baz (WRB) amaçları toprak sınıflandırma için uluslararası bir referans bir temel oluşturmak.

kullanır

Toprak, bitkiler için çapa ve birincil besin temeli olarak hizmet ettiği tarımda kullanılır. Toprak türleri ve mevcut nem, yetiştirilebilecek bitki türlerini belirler. Tarımsal toprak bilimi , 19. yüzyılda pedolojinin ortaya çıkmasından çok önce, toprak bilgisinin ilkel alanıydı . Bununla birlikte, aeroponik , akuaponik ve hidroponik tarafından gösterildiği gibi , toprak materyali tarım için mutlak bir gereklilik değildir ve topraksız mahsul sistemleri, sonsuz büyüyen bir insanlık için tarımın geleceği olarak iddia edilmiştir.

Toprak malzemesi aynı zamanda madencilik, inşaat ve peyzaj geliştirme endüstrilerinde de kritik bir bileşendir. Toprak, çoğu inşaat projesi için bir temel görevi görür. Büyük hacimlerde toprağın hareketi, yüzey madenciliği , yol inşaatı ve baraj inşaatında yer alabilir. Toprak koruma , bina duvarlarına karşı dış termal kütle için toprak kullanmanın mimari uygulamasıdır . Birçok yapı malzemesi toprak bazlıdır. Kentleşme yoluyla toprak kaybı birçok alanda yüksek oranda artıyor ve geçimlik tarımın sürdürülmesi için kritik olabilir .

Toprak kaynakları, insanlar tarafından tüketilen gıdanın %98,8'ini oluşturan gıda ve lif üretiminin yanı sıra çevre için de kritik öneme sahiptir. Toprak, bitki beslenmesinde yer alan çeşitli işlemlere göre bitkilere mineral ve su sağlar. Toprak, yağmur suyunu emer ve daha sonra serbest bırakır, böylece sel ve kuraklığı önler, sel düzenlemesi toprak tarafından sağlanan başlıca ekosistem hizmetlerinden biridir. Toprak, içinden süzülürken suyu temizler. Toprak birçok organizma için yaşam alanıdır: bilinen ve bilinmeyen biyoçeşitliliğin büyük kısmı toprakta, solucanlar, ağaç bitleri , kırkayaklar , kırkayaklar , salyangozlar , sümüklü böcekler , akarlar , bahar kuyrukları , enchytraeidler , nematodlar , protistler ), bakteri, arkeler , mantarlar ve algler ; ve yer üstünde yaşayan çoğu organizmanın bir kısmı ( bitkiler ) vardır veya yaşam döngülerinin bir kısmını ( böcekler ) yer altında geçirir . Yer üstü ve yer altı biyoçeşitliliklerinin birbirine sıkı sıkıya bağlı olması, herhangi bir restorasyon veya koruma planı için toprağın korunmasını çok önemli hale getirir .

Toprağın biyolojik bileşeni, biyotik içeriğin yaklaşık %57'si karbon olduğu için son derece önemli bir karbon yutağıdır. Hatta çöllerinde, siyanobakteri, likenler ve yosunlar oluşturan biyolojik toprak kabukları hangi yakalama ve tarafından karbonun önemli miktarda ödenek fotosentez . Yetersiz tarım ve otlatma yöntemleri, toprakları bozdu ve bu tecrit edilmiş karbonun çoğunu atmosfere saldı. Dünya topraklarını eski haline getirmek, sera gazı emisyonlarındaki artışların ve küresel ısınmanın yavaşlamasının etkisini dengelerken, mahsul verimini iyileştirebilir ve su ihtiyaçlarını azaltabilir.

Atık yönetiminin genellikle bir toprak bileşeni vardır. Septik drenaj alanları tedavi fosseptik kullanarak çıkış maddesinin aerobik toprak süreçleri. Arazi uygulaması atık su dayanır toprak biyolojisi aerobik olarak tedavi etmek BOD . Alternatif olarak, düzenli depolama alanları günlük örtü için toprak kullanır , atık birikintilerini atmosferden izole eder ve hoş olmayan kokuları önler. Kompostlama artık aerobik olarak katı evsel atıkların ve çökeltme havuzlarının kurutulmuş atıklarının arıtılması için yaygın olarak kullanılmaktadır . Kompost toprak olmamasına rağmen, kompostlama sırasında meydana gelen biyolojik süreçler, toprak organik maddesinin ayrışması ve nemlendirilmesi sırasında meydana gelenlere benzer.

Organik topraklar, özellikle turba, önemli bir yakıt ve bahçecilik kaynağı olarak hizmet eder . Turba toprakları ayrıca İskandinav ülkelerinde tarım amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü turbalık alanları boşaltıldığında gıda üretimi için verimli topraklar sağlar. Bununla birlikte, yağmurla beslenen sfagnum bataklıkları gibi , aynı zamanda battaniye bataklıkları veya yükseltilmiş bataklıklar olarak da adlandırılan geniş turba üretim alanları , artık mirasçı çıkarları nedeniyle korunmaktadır. Örnek olarak, İskoçya'da 4.000 kilometrekarelik yuvarlanan battaniye bataklıklarını kapsayan Flow Country , şimdi Dünya Mirası Listesi'ne dahil edilmeye aday . Günümüzün küresel ısınması altında turba topraklarının, artan sera gazı emisyonu (metan ve karbon dioksit) ve artan sıcaklık gibi kendi kendini güçlendiren (olumlu geri bildirim) bir sürece dahil olduğu düşünülmektedir; bu, tarlada değiştirildiğinde hala tartışılan bir çekişmedir. ölçek ve uyarılmış bitki büyümesini içerir.

Jeofaji , toprak benzeri maddeleri yeme uygulamasıdır. Hem hayvanlar hem de insanlar bazen tıbbi, eğlence veya dini amaçlarla toprağı tüketirler. Bazı maymunların , tanen toksisitesini hafifletmek için tercih ettikleri yiyeceklerle (ağaç yaprakları ve meyveler ) birlikte toprak tükettikleri gösterilmiştir .

Topraklar suyu filtreler ve arındırır ve kimyasını etkiler. Havuzlardan, göllerden ve nehirlerden gelen yağmur suyu ve havuzlanmış su, toprak ufuklarından ve üst kaya katmanlarından süzülür ve böylece yeraltı suyu haline gelir . Kalıcı organik kirleticiler ( klorlu pestisitler , poliklorlu bifeniller ), yağlar ( hidrokarbonlar ), ağır metaller ( kurşun , çinko, kadmiyum ) gibi zararlılar ( virüsler ) ve kirleticiler ve fazla besinler (nitratlar, sülfatlar , fosfatlar) tarafından filtrelenir. toprak. Toprak organizmaları onları metabolize eder veya biyokütlelerinde ve nekromaslarında hareketsizleştirir, böylece onları kararlı humusa dahil eder. Engebeli arazilerde toprak kaymasını önlemek için toprağın fiziksel bütünlüğü de bir ön koşuldur.

bozulma

Arazi bozulması , arazinin çalışma kapasitesini bozan insan kaynaklı veya doğal bir süreci ifade eder . Toprak bozulması asitlenmeyi , kirlenmeyi , çölleşmeyi , erozyon veya tuzlanmayı içerir .

Toprak asitlenmesi alkali topraklarda faydalıdır , ancak mahsul verimliliğini ve toprağın biyolojik aktivitesini azalttığında toprağı bozar ve toprağın kirlenmeye ve erozyona karşı hassasiyetini artırır . Topraklar başlangıçta asittir ve ana malzemeleri bazik katyonlarda (kalsiyum, magnezyum, potasyum ve sodyum ) düşük olduğunda öyle kalırlar . Daha zengin ana materyal üzerinde hava koşullarına mineraller temel katyonlar zaman asitleşme meydana süzülen yağmur ile toprak profilinden veya orman veya tarımsal ürünlerin hasat edilmelerini ihraç etti. Asit oluşturan azotlu gübrelerin kullanımı ve asit çökeltme etkileri ile toprak asitlenmesi hızlandırılır . Ormansızlaşma , ağaç gölgeliklerinin yokluğunda toprak besin maddelerinin artan sızıntısının aracılık ettiği, toprak asitleşmesinin başka bir nedenidir .

Düşük seviyelerdeki toprak kirliliği genellikle toprağın atık malzemeyi işleme ve özümseme kapasitesi dahilindedir . Toprak biyotası , atıkları, esas olarak mikrobiyal enzimatik aktivite yoluyla dönüştürerek işleyebilir . Toprak organik maddesi ve toprak mineralleri, kolloidal formdayken adsorbe edilen kirleticileri yeraltı ortamlarına taşıyabilmelerine rağmen , atık materyali adsorbe edebilir ve toksisitesini azaltabilir . Birçok atık işleme süreci, bu doğal biyoremediasyon kapasitesine dayanır . Arıtma kapasitesinin aşılması, toprak biyotasına zarar verebilir ve toprak fonksiyonunu sınırlayabilir. Sahipsiz topraklar, endüstriyel kirlenme veya diğer geliştirme faaliyetlerinin toprağa, arazinin güvenli veya verimli bir şekilde kullanılamayacağı derecede zarar verdiği durumlarda ortaya çıkar. Sahipsiz toprağın iyileştirilmesi , toprak fonksiyonlarını ve değerlerini eski haline getirmek için toprak kirleticilerini bozmak, azaltmak, izole etmek veya uzaklaştırmak için jeoloji, fizik, kimya ve biyoloji ilkelerini kullanır . Teknikler dahil liç , hava serpmeyle , toprak iyileştirici , bitkisel arıtma , biyolojik iyileştirme ve İzlenen doğal bir azalma (MNA) . Kirletici maddelerle yaygın kirliliğin bir örneği, organik tarımda bile mantar öldürücülerin tekrar tekrar uygulandığı bağ ve meyve bahçelerinde bakır birikimidir .

çölleşme

Çölleşme , genellikle aşırı otlatma veya aşırı yakacak odun hasadı gibi kötü adapte olmuş insan faaliyetlerinden kaynaklanan, kurak ve yarı kurak bölgelerde ekosistem bozulmasının çevresel bir sürecidir . Kuraklığın çölleşmeye neden olduğu yaygın bir yanılgıdır . Kuraklık, kurak ve yarı kurak topraklarda yaygındır. İyi yönetilen topraklar, yağışlar geri döndüğünde kuraklıktan kurtulabilir. Toprak yönetimi araçları, toprak besin ve organik madde seviyelerinin korunmasını, azaltılmış toprak işlemeyi ve artan örtüyü içerir. Bu uygulamalar, nemin mevcut olduğu dönemlerde erozyonu kontrol etmeye ve üretkenliği korumaya yardımcı olur. Bununla birlikte, kuraklık sırasında arazi kötüye kullanımının devam etmesi arazi bozulmasını artırır . Artan nüfus ve marjinal araziler üzerindeki hayvan baskısı çölleşmeyi hızlandırıyor. Artan sıcaklıkla ilişkili tahmini yağış eğilimleri ve aynı ülkede bile bölgeler arasında güçlü farklılıklar hakkında çelişkili raporlarla, günümüz iklim ısınmasının çölleşmeyi destekleyip desteklemeyeceği sorgulanıyor.

Erozyon kontrolü

Toprak erozyonuna su , rüzgar , buz ve yerçekimine tepki olarak hareket neden olur . Aynı anda birden fazla erozyon türü meydana gelebilir. Erozyon ayırt edilir hava koşullarına erozyon da taşımaları (transit toprak olarak tarif edilebilir uzak kökenli yerinden toprak aşınmış beri tortu ). Erozyon, içsel bir doğal süreçtir, ancak birçok yerde insan faaliyetleri, özellikle uygun olmayan arazi kullanım uygulamaları nedeniyle büyük ölçüde artar. Bunlar , şiddetli yağmur veya kuvvetli rüzgarlar, aşırı otlatma , ormansızlaşma ve uygunsuz inşaat faaliyetleri sırasında toprağı çıplak bırakan tarımsal faaliyetleri içerir . İyileştirilmiş yönetim erozyonu sınırlayabilir. Toprak koruma teknikleri kullanılır (örneğin erozyona açık değiştirilmesi gibi arazi kullanım değişiklikleri içerir bitkileri ile çim zamanlama veya tarımsal faaliyetleri türüne veya diğer toprak bağlayıcı bitkiler), değişiklik teras hazırlama, erozyon bastırıcı kaplama malzemelerinin kullanımı ( dahil olmak üzere, örtü bitkiler ve diğer bitkiler ), inşaat sırasında sınırlandırıcı rahatsızlık, ve erozyon eğilimli dönemlerde ve dik eğimli olarak erozyona açık yerlerde konstrüksiyonunun önlenmesi. Tarihsel olarak, uygun olmayan arazi kullanımı uygulamalarından kaynaklanan büyük ölçekli toprak erozyonunun en iyi örneklerinden biri , 1930'larda göçmen çiftçilerin federal hükümet tarafından teşvik edildiği Amerikan ve Kanada çayırlarını harap eden rüzgar erozyonudur ( toz çanağı olarak adlandırılır ). Her iki ülkenin, yerleşmiş ve orijinal dönüştürülmüş Shortgrass kır için tarımsal ekinler ve çiftçiliği sığır .

Çin'de , Sarı Nehir'in orta kesimlerinde ve Yangtze Nehri'nin üst kesimlerinde ciddi ve uzun süredir devam eden bir su erozyonu sorunu yaşanıyor . Sarı Nehir'den her yıl 1,6 milyar tondan fazla tortu okyanusa akıyor. Sediment esas olarak kuzeybatı Çin'in Loess Platosu bölgesindeki su erozyonundan (su erozyonu) kaynaklanmaktadır .

Toprak boruları, toprak yüzeyinin altında meydana gelen özel bir toprak erozyonu şeklidir. Set ve baraj yıkılmasına ve ayrıca obruk oluşumuna neden olur . Türbülanslı akış, sızıntı akışının ağzından başlayarak toprağı kaldırır ve toprak altı erozyonu yukarı doğru ilerler. Kum kaynaması terimi , aktif bir toprak borusunun boşaltma ucunun görünümünü tanımlamak için kullanılır.

Toprak tuzlanması , toprağın ve bitki örtüsünün tarımsal değerinin bozulmasına yol açacak ölçüde serbest tuzların birikmesidir . Sonuçlar arasında korozyon hasarı, bitki büyümesinin azalması, bitki örtüsünün ve toprak yapısının kaybından kaynaklanan erozyon ve çökelme nedeniyle su kalitesi sorunları yer alır . Tuzlanma, doğal ve insan kaynaklı süreçlerin bir kombinasyonu nedeniyle oluşur. Kurak koşullar tuz birikimini kolaylaştırır. Bu, özellikle toprak ana materyali tuzlu olduğunda belirgindir. Sulama kurak toprakların özellikle problemlidir. Tüm sulama sularında bir miktar tuzluluk vardır. Sulama, özellikle kanallardan sızıntı ve tarlada aşırı sulama söz konusu olduğunda, genellikle alttaki su tablasını yükseltir . Hızlı tuzlanma, kara yüzeyi tuzlu yeraltı suyunun kılcal saçakları içinde olduğunda meydana gelir . Toprak tuzluluk kontrolü içerir tabansuyu kontrol ve kızarma ile kombinasyon halinde uygulanan suyun yüksek seviyeleri ile karo drenaj ya da başka bir biçimde satıh-altı drenaj .

Islah

Simektit gibi yüksek şişme özelliklerine sahip yüksek düzeyde özel killer içeren topraklar genellikle çok verimlidir. Örneğin, Tayland'ın Orta Ovalarının smektit bakımından zengin çeltik toprakları dünyanın en verimli toprakları arasındadır. Bununla birlikte, sulu yoğun pirinç üretiminde mineral azotlu gübrelerin ve pestisitlerin aşırı kullanımı bu toprakları tehlikeye atmış ve çiftçileri Maliyet Azaltma İşletme İlkelerine (CROP) dayalı entegre uygulamaları uygulamaya zorlamıştır .

Ancak tropikal bölgelerdeki birçok çiftçi, çalıştıkları topraklarda organik madde ve kil tutmakta zorlanıyor. Örneğin, son yıllarda, daha kalıcı bir arazi kullanımı için değişen ekimin terk edilmesinin ardından, kuzey Tayland'ın düşük killi topraklarında üretkenlik azaldı ve toprak erozyonu arttı . Çiftçiler başlangıçta termit höyük materyalinden organik madde ve kil ekleyerek yanıt verdi , ancak termit höyüklerinin seyrekleşmesi nedeniyle bu uzun vadede sürdürülemezdi . Bilim adamları , killerin smektit ailelerinden biri olan bentoniti toprağa eklemeyi denediler . Uluslararası Su Yönetimi Enstitüsü'nden bilim adamları tarafından Khon Kaen Üniversitesi ve yerel çiftçilerle işbirliği içinde yürütülen saha denemelerinde bu, su ve besin maddelerinin tutulmasına yardımcı olma etkisine sahipti. Çiftçinin olağan uygulamasını, tek bir tarıma 200 kg bentonit uygulamasıyla desteklemek (6,26 orman = 1 hektar) ortalama %73'lük bir verim artışıyla sonuçlandı. Diğer çalışmalar, bozulmuş kumlu topraklara bentonit uygulanmasının kuraklık yıllarında mahsulün bozulma riskini azalttığını göstermiştir.

2008'de, ilk denemelerden üç yıl sonra, IWMI bilim adamları kuzeydoğu Tayland'da yarısı tarlalarına bentonit uygulamış 250 çiftçi arasında bir anket yaptı. Kil ilavesi kullananlar için ortalama gelişme, kil kullanmayanlara göre %18 daha yüksekti. Kili kullanmak, bazı çiftçilerin daha verimli topraklara ihtiyaç duyan sebze yetiştirmeye geçmesini sağladı. Bu onların gelirlerini artırmaya yardımcı oldu. Araştırmacılar, kuzeydoğu Tayland'daki 200 çiftçinin ve Kamboçya'daki 400 çiftçinin kil kullanımını benimsediğini ve 20.000 çiftçinin daha yeni teknikle tanıştırıldığını tahmin ediyor.

Toprakta çok fazla kil veya tuz varsa (ör. tuzlu sodik toprak ), jips, yıkanmış nehir kumu ve organik madde (ör. belediye katı atıkları ) eklenmesi bileşimi dengeleyecektir.

Besin değeri düşük ve kum oranı çok yüksek olan toprağa, ramial yontulmuş ahşap veya kompost gibi organik maddeler eklemek , kalitesini artıracak ve üretimi iyileştirecektir.

Kömürün ve daha genel olarak besin açısından fakir tropik toprakları iyileştirmek için biyokömürün kullanımından özel olarak bahsetmek gerekir; ilginç fiziksel özelliklerinden dolayı Terra Preta de Índio olarak da adlandırılan antropojenik Kolomb öncesi Amazon Karanlık Dünyalarının daha yüksek verimliliğine dayanan bir süreç. ve kararlı bir humus kaynağı olarak toprak siyah karbonunun kimyasal özellikleri. Ancak her türlü kömürleşmiş atık ürünün kontrolsüz uygulanması toprak yaşamını ve insan sağlığını tehlikeye atabilir.

Çalışmaların ve araştırmaların tarihi

Toprak araştırmalarının tarihi, insanların kendileri için yiyecek ve hayvanları için yem sağlama konusundaki acil ihtiyaçlarıyla yakından bağlantılıdır. Tarih boyunca uygarlıklar, topraklarının mevcudiyetinin ve üretkenliğinin bir işlevi olarak zenginleşmiş veya azalmıştır.

Toprak verimliliği çalışmaları

Yunan tarihçi Ksenophon ( 450-355 ), yeşil gübreleme ekinlerinin erdemlerini ilk açıklayan kişi olarak kabul edilir: "Fakat o zaman, topraktaki yabani otlar ne olursa olsun, toprağa dönüştürüldüğünde, toprağı gübre kadar zenginleştirir. "

Kolumela 'ın yetiştiriciliğinde Of , 60 dolaylarında CE , kireç ve kullanımını savunan yonca ve yonca ( yeşil gübre altında çevrilmelidir) ve altında 15 nesillere (450 yıl) tarafından kullanılmıştır Roma İmparatorluğu'nun çöküşüne kadar. Gönderen Roma'nın düşmesinden için Fransız devrimi , toprak ve tarım bilgisi ebeveynden çocuğa intikal eden ve bunun sonucunda ürün verimleri düşüktür. Avrupa Orta Çağları boyunca , Yahya İbn el-'Awwam'ın sulamaya vurgu yapan el kitabı, Kuzey Afrika, İspanya ve Orta Doğu halkına rehberlik etti ; Bu çalışmanın bir çevirisi nihayet İspanyol etkisi altındayken Amerika Birleşik Devletleri'nin güneybatısında taşındı. Olivier de Serres , Fransız babası olarak kabul yetiştirme , terk eden ilk üretici oldu nadas ve saman onun yerine çayırlar içinde mahsul rotasyonları ve o toprağın önemini (Fransızca vurgulanan teruar bağlarının yönetiminde). Onun ünlü kitabı Le Théâtre d'Tarım ve mesnage des Champs modern yükselişine katkı sürdürülebilir tarım ve eski yıkılmasına tarım uygulamaları gibi toprak ıslah kaldırılması ile bitkileri için orman çöp ve assarting batı ait toprakları harap, Avrupa'da Orta Çağ'da ve hatta daha sonra bölgelere göre.

Bitkileri ilk olarak neyin büyüttüğüne ilişkin deneyler, bitki maddesi yakıldığında geride kalan külün temel element olduğu, ancak yanmadan sonra yerde kalmayan nitrojenin rolünü gözden kaçırdığı fikrine yol açtı. 19. yüzyıla kadar geçerli olan bir inanç. . Yaklaşık 1635'te Flaman kimyager Jan Baptist van Helmont , yalnızca yağmur suyu ilavesiyle yetiştirilen bir söğüt ağacıyla yaptığı ünlü beş yıllık deneyinde suyun temel unsur olduğunu kanıtladığını düşündü. Vardığı sonuç, bitkinin ağırlığındaki artışın, toprağın ağırlığında hiçbir azalma olmaksızın, yalnızca su eklenmesiyle meydana geldiği gerçeğinden geldi. John Woodward (ö. 1728) temizden çamurluya kadar çeşitli su türlerini deneyerek en iyi çamurlu suyu bulmuş ve böylece toprak maddesinin temel element olduğu sonucuna varmıştır. Diğerleri, büyüyen bitkiye bir miktar öz geçirenin topraktaki humus olduğu sonucuna vardı. Yine de diğerleri, hayati büyüme ilkesinin ölü bitkilerden veya hayvanlardan yeni bitkilere geçen bir şey olduğuna inanıyordu. 18. yüzyılın başında Jethro Tull , toprağı işlemenin (karıştırmanın) faydalı olduğunu gösterdi, ancak karıştırmanın toprağın ince kısımlarını bitki emilimi için uygun hale getirdiğine dair görüşü yanlıştı.

Kimya geliştikçe, toprak verimliliğinin araştırılmasına uygulandı. Fransız kimyager Antoine Lavoisier , yaklaşık 1778'de bitkilerin ve hayvanların yaşamak için oksijeni dahili olarak [yakması] gerektiğini gösterdi ve van Helmont'un söğüt ağacının 165 kiloluk ağırlığının çoğunun havadan geldiğini çıkarabildi. Fransız tarımcı Jean-Baptiste Boussingault , bitkiler için ana karbon, hidrojen ve oksijen kaynaklarının hava ve su olduğunu, azotun ise topraktan alındığını gösteren deneyler yoluyla kanıtlar elde etti. Justus von Liebig , Organik kimyanın tarım ve fizyolojiye uygulamalarında (1840'ta yayınlandı) adlı kitabında , bitkilerdeki kimyasalların topraktan ve havadan gelmesi gerektiğini ve toprak verimliliğini korumak için kullanılan minerallerin değiştirilmesi gerektiğini iddia etti. Yine de Liebig, nitrojenin havadan sağlandığına inanıyordu. İnkaların toprağı guano ile zenginleştirmesi, 1802'de Alexander von Humboldt tarafından yeniden keşfedildi . Bu, madenciliğine ve Şili nitratına ve 1840'tan sonra Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da toprağa uygulanmasına yol açtı.

Liebig'in çalışması tarım için bir devrimdi ve bu nedenle diğer araştırmacılar buna dayalı deneyler yapmaya başladılar. İngiltere'de John Bennet Lawes ve Joseph Henry Gilbert , eski tarafından kurulan Rothamsted Deney İstasyonunda çalıştı ve (yeniden) bitkilerin topraktan azot aldığını ve tuzların bitkiler tarafından emilebilmesi için uygun bir durumda olması gerektiğini keşfetti. Araştırmaları ayrıca fosfat kayasının asitle işlenmesinden oluşan süperfosfatı da üretti . Bu, potasyum (K) ve azot (N) tuzlarının icadına ve gübre olarak kullanılmasına yol açtı. Kok üretimi ile oluşan amonyak geri kazanılarak gübre olarak kullanılmıştır. Son olarak gübre ile toprağa verilen besinlerin kimyasal temeli anlaşılmış ve 19. yüzyılın ortalarında kimyasal gübreler uygulanmaya başlanmıştır. Bununla birlikte, toprağın dinamik etkileşimi ve yaşam formları hala keşfedilmeyi bekliyordu.

1856'da J. Thomas Way, gübrelerde bulunan amonyağın nitratlara dönüştüğünü keşfetti ve yirmi yıl sonra Robert Warington , bu dönüşümün canlı organizmalar tarafından yapıldığını kanıtladı. 1890'da Sergei Winogradsky bu dönüşümden sorumlu bakterileri bulduğunu açıkladı.

Bazı baklagillerin havadan nitrojeni alıp toprağa sabitleyebildiği biliniyordu ancak bakteriyolojinin gelişmesi 19. yüzyılın sonlarına doğru bakterilerin nitrojen fiksasyonunda oynadığı rolün anlaşılmasına yol açtı. Bakteri ve baklagil köklerinin simbiyozu ve bakteriler tarafından nitrojen fiksasyonu, aynı anda Alman ziraatçı Hermann Hellriegel ve Hollandalı mikrobiyolog Martinus Beijerinck tarafından keşfedildi .

Mahsul rotasyonu, mekanizasyon, kimyasal ve doğal gübreler, 1800 ile 1900 yılları arasında Batı Avrupa'da buğday veriminin iki katına çıkmasına neden oldu.

Toprak oluşumu çalışmaları

Toprağı tarımsal uygulamalarla bağlantılı olarak inceleyen bilim adamları, onu esas olarak statik bir alt tabaka olarak düşünmüşlerdi. Bununla birlikte toprak, biyotik ve abiyotik süreçlerin etkisi altında daha eski jeolojik materyallerden evrimin sonucudur. Toprağın ıslah çalışmaları başladıktan sonra, diğer araştırmacılar toprak oluşumunu ve bunun sonucunda toprak tiplerini ve sınıflandırmalarını incelemeye başladılar.

1860 yılında Mississippi'de Eugene W. Hilgard (1833-1916) kaya malzemesi, iklim, bitki örtüsü ve geliştirilen toprak türleri arasındaki ilişkiyi inceledi. Toprakların dinamik olduğunu fark etti ve toprak türlerinin sınıflandırılmasını düşündü. Maalesef çalışmalarına devam edilmedi. Aynı zamanda, Friedrich Albert Fallou , Saksonya Prensliği için orman ve çiftlik arazilerini değerlendiren profesyonel çalışmasının bir parçası olarak toprak profillerini tanımlıyor ve toprak özelliklerini bunların oluşumuyla ilişkilendiriyordu . 1857 tarihli kitabı Anfangsgründe der Bodenkunde (Toprak biliminin ilk ilkeleri) modern toprak bilimini kurdu. Fallou'nun çalışmalarıyla çağdaş olan ve adil vergilendirme için araziyi doğru bir şekilde değerlendirme ihtiyacından hareketle, Vasily Dokuchaev, Rusya'da benzer temel kayaçlar, iklim ve bitki örtüsü türlerinin benzer temel kayaçlara, iklime ve bitki örtüsü tiplerine yol açtığını gözlemleyerek kapsamlı bir toprak araştırması yapan bir toprak bilimci ekibine liderlik etti. toprak katmanları ve türleri, toprak sınıflandırmaları için kavramları oluşturdu. Dil engelleri nedeniyle, bu ekibin çalışmaları 1914 yılına kadar Rus ekibinin bir üyesi olan Konstantin Glinka tarafından Almanca bir yayın yoluyla Batı Avrupa'ya iletilmedi .

Rus ekibinin çalışmasından etkilenen Curtis F. Marbut , Glinka'nın yayınını İngilizce'ye çevirdi ve ABD Ulusal Kooperatif Toprak Araştırması'ndan sorumlu olarak atanırken , onu ulusal bir toprak sınıflandırma sistemine uyguladı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

daha fazla okuma

Dış bağlantılar