Toprak

A, B ve C, ilk olarak pedolojinin babası Vasily Dokuchaev (1846-1903) tarafından icat edilen bir gösterim olan toprak profilini temsil eder. Burada A üst toprağı; B regoliti; C saproliti (daha az yıpranmış regolit); en alttaki katman ise ana kayayı temsil etmektedir. ⓘ

Kuzey İrlanda'da buzul toprakta gelişen yüzey suyu-gley ⓘ

Genellikle toprak veya kir olarak da adlandırılan toprak, organik madde, mineraller, gazlar, sıvılar ve organizmaların bir araya gelerek yaşamı desteklediği bir karışımdır. (Bazı bilimsel tanımlar, ilk terimi özellikle yer değiştirmiş toprakla sınırlandırarak kiri topraktan ayırır). Toprağı ifade etmek için yaygın olarak kullanılan pedolit terimi, eski Yunanca'da 'yer, toprak' anlamına gelen πέδον kelimesinden, temel taş anlamında öğütülmüş taş anlamına gelmektedir. ⓘ

Toprak, mineraller ve organik maddelerden oluşan katı bir fazın (toprak matrisi) yanı sıra gazları (toprak atmosferi) ve suyu (toprak çözeltisi) tutan gözenekli bir fazdan oluşur. Buna göre toprak katı, sıvı ve gazlardan oluşan üç halli bir sistemdir. Toprak çeşitli faktörlerin bir ürünüdür: iklimin etkisi, rölyef (yükseklik, yönelim ve arazinin eğimi), organizmalar ve toprağın ana materyalleri (orijinal mineraller) zaman içinde etkileşime girer. Erozyonla birlikte ayrışmayı da içeren çok sayıda fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreç yoluyla sürekli olarak gelişime uğrar. Karmaşıklığı ve güçlü iç bağlantısı göz önüne alındığında, toprak ekolojistleri toprağı bir ekosistem olarak görmektedir. ⓘ

Çoğu toprağın kuru yığın yoğunluğu (kuru haldeyken boşluklar dikkate alındığında toprağın yoğunluğu) 1,1 ila 1,6 g/cm³ arasındadır, ancak toprak parçacık yoğunluğu 2,6 ila 2,7 g/cm³ aralığında çok daha yüksektir. Dünya gezegenindeki toprağın çok azı Pleistosen'den daha eskidir ve hiçbiri Senozoik'ten daha eski değildir, ancak fosilleşmiş topraklar Archean kadar eskiden korunmuştur. ⓘ

Pedosfer, litosfer, hidrosfer, atmosfer ve biyosfer ile arayüz oluşturur. Toplu olarak, pedosfer olarak adlandırılan Dünya'nın toprak kütlesinin 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 biliminin iki temel çalışma dalı vardır: edafoloji ve pedoloji. Edafoloji, toprakların canlılar üzerindeki etkisini inceler. Pedoloji ise toprakların doğal ortamlarında oluşumu, tanımlanması (morfolojisi) ve sınıflandırılmasına odaklanır. Mühendislik açısından toprak, Ay'da ve diğer gök cisimlerinde olduğu gibi ana kayanın üzerinde bulunan diğer gevşek malzemeleri de içeren daha geniş regolit kavramına dahildir. ⓘ

Toprak, bitki örtüsünün beslendiği kaynakların ana deposudur. 1 cm toprak ortalama olarak 1000 yılda oluşur. Toprak üzerindeki ölü bitkileri yakmak toprağa çok büyük zararlar verir ve toprağı verimsizleştirir. Toprak üzerindeki ölü bitkiler ve kuru yapraklar fosilleşerek bir gübre görevi görür ve toprağın zenginleşip nem tutarak verimliliğini artırır. ⓘ

Toprağın üst tabakası insanların ve diğer canlıların beslenmesinde temel kaynak teşkil etmektedir. Bir gram toprağın içerisinde milyonlarca canlı bulunmakta ve ekosistemin devamı için bunların hepsinin ayrı önemi bulunmaktadır. Toprağın verimliliğini sağlayan ve humusça zengin olan toprağın 10 cm'lik üst tabakasıdır. Bilimsel anlamda toprak bir karışımdır. ⓘ

Toprağın katmanları. ⓘ

Süreçler

Toprak, Dünya ekosisteminin önemli bir bileşenidir. Dünyanın ekosistemleri, ozon tabakasının incelmesi ve küresel ısınmadan yağmur ormanlarının tahribatı ve su kirliliğine kadar uzanan etkilerle, toprakta gerçekleştirilen süreçlerden geniş kapsamlı şekillerde etkilenmektedir. Dünya'nın karbon döngüsü açısından toprak, önemli bir karbon rezervuarı görevi görmektedir ve potansiyel olarak insan rahatsızlığına ve iklim değişikliğine en tepkili olanlardan biridir. Gezegen ısındıkça, yüksek sıcaklıklarda artan biyolojik aktivite nedeniyle toprakların atmosfere karbondioksit ekleyeceği, bunun da pozitif bir geri besleme (amplifikasyon) olacağı tahmin edilmektedir. Ancak bu öngörü, toprağın karbon dönüşümüne ilişkin daha yeni bilgiler ışığında sorgulanmaktadır. ⓘ

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 eder ve bu da onu ekosistem hizmetlerinin kritik derecede önemli bir sağlayıcısı haline getirir. Toprak muazzam bir niş ve habitat yelpazesine sahip olduğundan, Dünya'nın genetik çeşitliliğinin önemli bir bölümünü içerir. Bir gram toprak, çoğu mikrobik olan ve büyük ölçüde hala keşfedilmemiş binlerce türe ait milyarlarca organizma içerebilir. Toprağın ortalama prokaryotik yoğunluğu gram başına yaklaşık 10⁸ organizma iken, okyanusta deniz suyunun mililitresi (gramı) başına en fazla 10⁷ prokaryotik organizma bulunur. Toprakta tutulan organik karbon, heterotrofik organizmalar tarafından gerçekleştirilen solunum süreci sonunda atmosfere geri gönderilir, ancak önemli bir kısmı toprak organik maddesi şeklinde toprakta tutulur; toprak işleme genellikle toprak solunum oranını artırarak toprak organik maddesinin tükenmesine yol açar. Bitki kökleri oksijene ihtiyaç duyduğundan, havalandırma toprağın önemli bir özelliğidir. Bu havalandırma, aynı zamanda yağmur suyunu emen ve tutarak bitkiler tarafından kolayca alınabilir hale getiren, birbirine bağlı toprak gözenekleri ağları aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Bitkiler neredeyse sürekli bir su kaynağına ihtiyaç duyduklarından, ancak çoğu bölge düzensiz yağış aldığından, toprakların su tutma kapasitesi bitkilerin hayatta kalması için hayati önem taşır. ⓘ

Topraklar kirleri etkili bir şekilde temizleyebilir, hastalık etkenlerini öldürebilir ve kirleticileri ayrıştırabilir, bu son özellik doğal zayıflama olarak adlandırılır. Tipik olarak, topraklar net oksijen ve metan emilimini sürdürür ve net karbondioksit ve azot oksit salınımına maruz kalır. Topraklar bitkilere fiziksel destek, hava, su, sıcaklık dengeleme, besin maddeleri ve toksinlerden koruma sağlar. Topraklar, ölü organik maddeleri çeşitli besin formlarına dönüştürerek bitkiler ve hayvanlar için hazır besin sağlar. ⓘ

Kompozisyon

Toprak profili: Koyulaşmış üst toprak ve kırmızımsı alt toprak katmanları nemli subtropikal iklim bölgelerinin tipik özellikleridir. ⓘ

Siltli tınlı toprağın hacim yüzdesine göre bileşenleri

  Su (%25)

  Gazlar (%25)

  Kum (%18)

  Silt (%18)

  Kil (%9)

  Organik madde (%5) ⓘ

Tipik bir toprak yaklaşık %50 katı madde (%45 mineral ve %5 organik madde) ve %50 boşluk (veya gözenek) içerir ve bunların yarısı su yarısı da gaz tarafından işgal edilir. Toprağın mineral ve organik içerik yüzdesi (kısa vadede) sabit olarak kabul edilebilirken, toprağın su ve gaz içeriği yüzdesi oldukça değişken olarak kabul edilir ve birindeki artış aynı anda diğerindeki azalma ile dengelenir. Gözenek alanı, her ikisi de toprakta var olan yaşam için kritik öneme sahip olan hava ve suyun sızmasına ve hareket etmesine izin verir. Topraklarda yaygın bir sorun olan sıkışma, bu alanı azaltarak 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 özellik bakımından farklılık gösterir. Horizonlar kalınlık bakımından büyük farklılıklar gösterir ve genellikle keskin sınırlara sahip değildir; gelişimleri ana materyalin türüne, bu ana materyalleri değiştiren süreçlere ve bu süreçleri etkileyen toprak oluşturan faktörlere bağlıdır. Toprak özellikleri üzerindeki biyolojik etkiler yüzeye yakın yerlerde en güçlüdür, ancak toprak özellikleri üzerindeki jeokimyasal etkiler derinlikle birlikte 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. Yüzeyden alttaki ana materyale dikey olarak uzanan ve tüm horizonlarının özelliklerini gösterecek kadar büyük bir toprak sütunu olan pedonun humipedon (toprak organizmalarının çoğunun yaşadığı, humus formuna karşılık gelen canlı kısım), copedon (minerallerin ayrışmasının çoğunun gerçekleştiği ara konumda) ve lithopedon (alt toprakla temas halinde) olarak alt bölümlere ayrılabileceği öne sürülmüştür. ⓘ

Toprak tekstürü, toprağı oluşturan kum, silt ve kil parçacıklarının göreceli oranları ile belirlenir. Mineral parçacıklarının biyotik ve abiyotik süreçler yoluyla organik madde, su ve gazlarla etkileşimi, bu parçacıkların topaklaşarak (birbirine yapışarak) agregatlar veya pedler oluşturmasına neden olur. Bu agregatlar tanımlanabildiğinde, bir toprağın gelişmiş olduğu söylenebilir ve renk, gözeneklilik, kıvam, reaksiyon (asitlik) vb. açısından daha fazla tanımlanabilir. ⓘ

Su, toprağı oluşturan materyallerin çözünmesi, çökelmesi, erozyonu, taşınması ve biriktirilmesindeki rolü nedeniyle toprak gelişiminde kritik bir etkendir. Toprak gözenek boşluğunu işgal eden su ve çözünmüş veya askıda materyallerin karışımına toprak çözeltisi denir. Toprak suyu asla saf su olmadığından, yüzlerce çözünmüş organik ve mineral madde içerdiğinden, toprak çözeltisi olarak adlandırılması daha doğru olabilir. Su, toprak profilindeki minerallerin çözünmesi, çökelmesi ve süzülmesinde merkezi bir rol oynar. Son olarak su, bir toprakta yetişen bitki örtüsünün türünü etkiler, bu da toprağın gelişimini etkiler; yarı kurak bölgelerdeki bantlı bitki örtüsü modellerinin dinamiklerinde örneklenen karmaşık bir geri bildirimdir. ⓘ

Topraklar bitkilere çoğu kil ve organik madde parçacıkları (kolloidler) tarafından yerinde tutulan besin maddeleri sağlar Besin maddeleri kil mineral yüzeylerine adsorbe edilebilir, kil mineralleri içinde bağlanabilir (emilebilir) veya canlı organizmaların veya ölü toprak organik maddesinin bir parçası olarak organik bileşikler içinde bağlanabilir. Bu bağlı besinler, toprak ıslandıkça veya kurudukça, bitkiler besinleri aldıkça, tuzlar süzüldükçe veya asitler veya alkaliler eklendikçe toprak çözeltisi bileşimini tamponlamak (toprak çözeltisindeki değişiklikleri zayıflatmak) için toprak suyuyla etkileşime girer. ⓘ

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

Azot hariç çoğu bitki besin maddesi, toprak ana materyalini oluşturan minerallerden kaynaklanır. Bir miktar azot seyreltik nitrik asit ve amonyak olarak yağmurdan kaynaklanır, ancak azotun çoğu bakteriler tarafından azot fiksasyonunun bir sonucu olarak toprakta mevcuttur. Toprak-bitki sistemine girdikten sonra, besin maddelerinin çoğu canlı organizmalar, bitki ve mikrobiyal kalıntılar (toprak organik maddesi), mineral bağlı formlar ve toprak çözeltisi yoluyla geri dönüştürülür. Hem canlı 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 besin maddelerini minerallerden veya organik maddeden serbest bırakabilir, bunları canlı hücrelere ayırabilir (dahil edebilir) veya buharlaşma (gaz olarak atmosfere kayıp) veya sızıntı yoluyla topraktan kaybına neden olabilir. ⓘ

Oluşum

Toprağın, organik madde biriktiğinde ve kolloidler aşağıya doğru yıkandığında, kil, humus, demir oksit, karbonat ve jips birikintileri bırakarak B horizonu adı verilen ayrı bir katman oluşturduğunda oluştuğu söylenir. Kum, silt, kil ve humus karışımları o zamandan önce biyolojik ve tarımsal faaliyetleri destekleyeceğinden bu biraz keyfi bir tanımdır. Bu bileşenler su ve hayvan faaliyetleriyle bir seviyeden diğerine taşınır. Sonuç olarak, toprak profilinde katmanlar (horizonlar) oluşur. Bir toprak içindeki materyallerin değişimi ve hareketi, farklı toprak horizonlarının oluşmasına neden olur. Bununla birlikte, daha yeni toprak tanımları, Mars'ta oluşan regolitler ve Dünya gezegeni çöllerindeki benzer koşullar gibi herhangi bir organik madde içermeyen toprakları da kapsamaktadır. ⓘ

Bir toprağın gelişimine örnek olarak, lav akıntısı ana kayasının ayrışması ile başlayacak ve bu da toprak dokusunun oluştuğu tamamen mineral bazlı ana malzemeyi üretecektir. Toprak gelişimi, sıcak bir iklimde, yoğun ve sık yağış altında, yakın zamanda akmış çıplak kayalardan en hızlı şekilde ilerleyecektir. Bu koşullar altında bitkiler (ilk aşamada azot bağlayıcı likenler ve siyanobakteriler, daha sonra epilitik yüksek bitkiler) çok az organik madde olmasına rağmen bazaltik lav üzerinde çok hızlı bir şekilde yerleşir. Bazaltik mineraller Goldich çözünme serisine göre genellikle nispeten hızlı bir şekilde ayrışır. Bitkiler, kayalardan çözünmüş mineralleri taşıyan besleyici su ile dolduğu için gözenekli kaya tarafından desteklenir. Kayaların yerel topografyası olan yarıklar ve cepler ince malzemeleri tutacak ve bitki köklerini barındıracaktır. Gelişen bitki kökleri, gözenekli lavın parçalanmasına yardımcı olan mineral yıpratıcı mikorizal mantarlarla ilişkilidir ve bu sayede organik madde ve daha ince bir mineral toprak zamanla birikir. Toprak gelişiminin bu tür ilk aşamaları volkanlarda, inselberglerde ve buzul morenlerinde tanımlanmıştır. ⓘ

Toprak oluşumunun nasıl ilerlediği, bir toprağın evriminde iç içe geçmiş olan en az beş klasik faktörden etkilenir: ana materyal, iklim, topografya (rölyef), organizmalar ve zaman. İklim, rölyef, organizmalar, ana materyal ve zaman olarak yeniden sıralandıklarında CROPT kısaltmasını oluştururlar. ⓘ

Fiziksel özellikler

Toprakların fiziksel özellikleri, bitkisel üretim gibi ekosistem hizmetleri için azalan önem sırasına göre, doku, yapı, yığın yoğunluğu, gözeneklilik, kıvam, sıcaklık, renk ve dirençtir. Toprak dokusu, toprağı ayıran kum, silt ve kil olarak adlandırılan üç tür toprak mineral parçacığının göreceli oranı ile belirlenir. Bir sonraki daha büyük ölçekte, demir oksitler, karbonatlar, kil, silika ve humus, parçacıkları kapladığında ve daha büyük, nispeten kararlı ikincil yapılara yapışmalarına neden olduğunda, toprak ayrıklarından pedler veya daha yaygın olarak toprak agregatları adı verilen toprak yapıları oluşturulur. Toprak yığın yoğunluğu, standart nem koşullarında belirlendiğinde, toprak sıkışmasının bir tahminidir. Toprak gözenekliliği, toprak hacminin boşluk kısmından oluşur ve gazlar veya su tarafından işgal edilir. Toprak kıvamı, toprak malzemelerinin birbirine yapışma kabiliyetidir. Toprak sıcaklığı ve rengi kendi kendini tanımlar. Dirençlilik, elektrik akımlarının iletimine karşı direnci ifade eder ve toprağa gömülü metal ve beton yapıların korozyon oranını etkiler. Bu özellikler bir toprak profilinin derinliği boyunca, yani toprak horizonları boyunca değişir. Bu özelliklerin çoğu toprağın havalanmasını ve suyun toprağa sızma ve toprak içinde tutulma kabiliyetini belirler. ⓘ

Toprak nemi

Toprak su içeriği hacim veya ağırlık olarak ölçülebilir. Toprak nem seviyeleri, azalan su içeriği sırasına göre doygunluk, tarla kapasitesi, solma noktası, hava kurusu ve fırın kurusudur. Tarla kapasitesi, su içeriğinin yerçekimi ile dengeye ulaştığı noktada süzülmüş ıslak bir toprağı tanımlar. Toprağın tarla kapasitesinin üzerinde sulanması süzülme kayıpları riskini taşır. Solma noktası, büyüyen bitkiler için kuru sınırı tanımlar. ⓘ

Kullanılabilir su kapasitesi, bir toprak profilinde tutulan ve bitkilerin kullanabileceği su miktarıdır. Su içeriği düştükçe, bitkiler suyu çekmek için artan aderans ve emicilik güçlerine karşı çalışmak zorundadır. Sulama planlaması, stres oluşmadan önce tükenen suyu yenileyerek nem stresini önler. ⓘ

Kapiler hareket, yeraltı suyunun toprağın ıslak bölgelerinden kuru alanlara taşınmasından sorumludur. Alt sulama tasarımları (örn. fitil yatakları, alttan sulanan ekiciler) bitki köklerine su sağlamak için kılcallık özelliğine dayanır. Kılcal hareket buharlaşan tuz konsantrasyonuna yol açarak tuzlanma yoluyla arazinin bozulmasına neden olabilir. ⓘ

Toprak nemi ölçümü - toprağın su içeriğinin hacim veya ağırlık olarak ifade edilebilecek şekilde ölçülmesi - in situ problara (örn. kapasitans probları, nötron probları) veya uzaktan algılama yöntemlerine dayanabilir. ⓘ

Toprak gazı

Toprak atmosferi veya toprak gazı, yukarıdaki atmosferden çok farklıdır. Mikroplar ve bitki kökleri tarafından oksijen tüketimi ve karbondioksit salınımı, oksijeni azaltır ve karbondioksit konsantrasyonunu artırır. Atmosferik CO₂ konsantrasyonu %0,04'tür, ancak toprak gözenek boşluğunda bu seviyenin 10 ila 100 katı arasında değişebilir, bu nedenle potansiyel olarak kök solunumunun engellenmesine katkıda bulunur. Kireçli topraklar, solunan tüm CO₂'nin toprak gözenek sisteminde biriktiği asit toprakların aksine, karbonat tamponlama yoluyla CO₂ konsantrasyonunu düzenler. Aşırı seviyelerde CO₂ toksiktir. Bu, kök ve mikrobiyal solunum ('toprak solunumu' olarak da adlandırılır) üzerindeki engelleyici etkileri yoluyla toprak CO₂ konsantrasyonunun olası bir negatif geri besleme kontrolüne işaret eder. Buna ek olarak, toprak boşlukları en azından maksimum higroskopiklik noktasına kadar su buharı ile doyurulur, bunun ötesinde toprak gözenek boşluğunda bir buhar basıncı açığı oluşur. Yeterli gözeneklilik, sadece suyun nüfuz etmesine izin vermek için değil, aynı zamanda gazların içeri ve dışarı difüzyonuna izin vermek için de gereklidir. Gazların hareketi yüksek konsantrasyonlardan daha düşük konsantrasyonlara doğru difüzyon yoluyla gerçekleşir, difüzyon katsayısı toprağın sıkışmasıyla azalır. Atmosferin üstünden gelen oksijen, tüketildiği yerde toprağa yayılır ve atmosferin üstündeki karbondioksit seviyeleri, diğer gazlarla (sera gazları dahil) ve suyla birlikte dışarı yayılır. Toprak dokusu ve yapısı, toprak gözenekliliğini ve gaz difüzyonunu güçlü bir şekilde etkiler. Toprağın gözenek boyutu değil, toplam gözenek alanı (gözeneklilik) ve su içeriği, hava türbülansı ve sıcaklık ile birlikte gözeneklerin birbirine bağlanma derecesi (veya tersine gözenek sızdırmazlığı), gazların toprak içine ve dışına difüzyon oranını belirler. Platin toprak yapısı ve toprak sıkışması (düşük gözeneklilik) gaz akışını engeller ve oksijen eksikliği anaerobik bakterileri NO₃ nitrattan N₂, N₂O ve NO gazlarına indirgemeye (oksijeni sıyırmaya) teşvik edebilir, bunlar daha sonra atmosfere kaybolur ve böylece denitrifikasyon adı verilen zararlı bir süreç olan toprağın azotunu tüketir. Havalandırılmış toprak aynı zamanda net bir metan (CH₄) yutağıdır ancak toprakta oksijen tükendiğinde ve yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında net bir metan (güçlü bir ısı emici sera gazı) üreticisidir. ⓘ

Toprak atmosferi aynı zamanda kökler, bakteriler, mantarlar, hayvanlar gibi çeşitli toprak organizmalarından karbon ve azot oksitleri dışında uçucu maddelerin emisyonlarının da merkezidir. Bu uçucular kimyasal ipuçları olarak kullanılır ve toprak atmosferini toprak ekosistemlerinin istikrarı, dinamikleri ve evriminde belirleyici rol oynayan etkileşim ağlarının merkezi haline getirir. Biyojenik toprak uçucu organik bileşikleri, toprak üstü bitki örtüsünden gelenlerden sadece 1-2 mertebe daha düşük oldukları toprak üstü atmosfer ile değiş tokuş edilir. ⓘ

İnsanlar, kuraklık döneminden sonra sızan yağmur suyunun tüm toprak atmosferini temizlediği ya da toprak kazıldığında, indirgemeci bir şekilde petrichor ya da geosmin gibi belirli biyokimyasal bileşiklere atfedilen toplu bir özellik olan iyi bilinen 'yağmur sonrası' kokusu aracılığıyla toprak atmosferi hakkında bir fikir edinebilirler. ⓘ

Katı faz (toprak matrisi)

Toprak parçacıkları, boyutlarının yanı sıra kimyasal bileşimlerine (mineraloji) göre de sınıflandırılabilir. Bir toprağın parçacık boyutu dağılımı, yani dokusu, o toprağın özellikle hidrolik iletkenlik ve su potansiyeli gibi birçok özelliğini belirler, ancak bu parçacıkların mineralojisi bu özellikleri güçlü bir şekilde değiştirebilir. En ince toprak parçacıkları olan kilin mineralojisi özellikle önemlidir. ⓘ

Kimya

Bir toprağın kimyası, mevcut bitki besinlerini sağlama kabiliyetini belirler ve fiziksel özelliklerini ve canlı popülasyonunun sağlığını etkiler. Buna ek olarak, bir toprağın kimyası aynı zamanda aşındırıcılığını, stabilitesini ve kirleticileri emme ve suyu filtreleme yeteneğini de belirler. Toprağın kimyasal özelliklerini belirleyen mineral ve organik kolloidlerin yüzey kimyasıdır. Bir kolloid, boyutları 1 nanometre ile 1 mikrometre arasında değişen küçük, çözünmez bir parçacıktır, bu nedenle bir sıvı ortamda Brownian hareketi ile çökelmeden asılı kalabilecek kadar küçüktür. Çoğu toprak humus adı verilen organik kolloidal partiküllerin yanı sıra killerin inorganik kolloidal partiküllerini de içerir. Kolloidlerin çok yüksek spesifik yüzey alanı ve net elektrik yükleri, toprağa iyonları tutma ve serbest bırakma yeteneği kazandırır. Kolloidler üzerindeki negatif yüklü bölgeler, katyon değişimi olarak adlandırılan süreçte katyonları çeker ve serbest bırakır. Katyon değiştirme kapasitesi, kuru toprağın birim ağırlığı başına değiştirilebilir katyon miktarıdır ve 100 gram toprak başına pozitif yüklü iyonların miliekivalentleri (veya kilogram toprak başına pozitif yük santimolleri; cmolc/kg) cinsinden ifade edilir. Benzer şekilde, kolloidler üzerindeki pozitif yüklü bölgeler topraktaki anyonları çekebilir ve serbest bırakabilir, bu da toprağın anyon değişim kapasitesini verir. ⓘ

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 tür katyonu adsorbe ederek süzülen suyu arındırır. ⓘ

Kolloid partiküller üzerindeki negatif veya pozitif yükler, sırasıyla katyonları veya anyonları yüzeylerinde tutabilmelerini sağlar. Yükler dört kaynaktan kaynaklanır. ⓘ

1. İzomorf yer değiştirme kilin oluşumu sırasında, kristal yapıda daha düşük değerlikli katyonlar daha yüksek değerlikli katyonların yerini aldığında meydana gelir. En dış katmanlardaki yer değiştirmeler en iç katmanlara göre daha etkilidir, çünkü elektrik yükü gücü mesafenin karesi olarak düşer. Net sonuç, net negatif yüke ve katyonları çekme yeteneğine sahip oksijen atomlarıdır.
2. Tetrahedral ve oktahedral yapılar tamamlanmadığı için kil kenarı oksijen atomları iyonik olarak dengede değildir.
3. Hidroksiller, hidroksilasyon adı verilen bir süreçle silika katmanlarının oksijenlerinin yerine geçebilir. Kil hidroksillerinin hidrojenleri çözeltide iyonize olduğunda, oksijeni negatif yükle bırakırlar (anyonik killer).
4. Humus hidroksil gruplarının hidrojenleri de çözeltide iyonize olabilir ve kile benzer şekilde negatif yüklü bir oksijen bırakır. ⓘ

Negatif yüklü kolloidlere tutunan katyonlar su tarafından aşağıya doğru yıkanmaya karşı direnç gösterir ve bitki köklerinin ulaşamayacağı yerlerde bulunur, böylece ılımlı yağış ve düşük sıcaklıkların olduğu bölgelerde toprakların verimliliği korunur. ⓘ

Kolloidler üzerinde katyon değişimi sürecinde bir hiyerarşi vardır, çünkü katyonların kolloid tarafından adsorpsiyon gücü ve dolayısıyla birbirlerinin yerine geçme yetenekleri (iyon değişimi) farklıdır. Toprak suyu çözeltisinde eşit miktarlarda mevcutsa: Al³⁺ H⁺ ile yer değiştirir Ca²⁺ ile yer değiştirir Mg²⁺ ile yer değiştirir K⁺ ile yer değiştirir NH⁺ ile aynı
₄ Na⁺ yerine geçer ⓘ

Bir katyon büyük miktarlarda eklenirse, sayılarının çokluğu nedeniyle diğerlerinin yerini alabilir. Buna kitlesel etki kanunu denir. Katyonik gübrelerin (potas, kireç) eklenmesiyle ortaya çıkan büyük ölçüde budur. ⓘ

Toprak çözeltisi daha asidik hale geldikçe (düşük pH, yani bol miktarda H⁺), hidrojen iyonları değişim bölgelerini işgal ettikçe (protonasyon) kolloidlere daha zayıf bağlanan diğer katyonlar çözeltiye itilir. Düşük pH, hidroksil gruplarının hidrojeninin çözeltiye çekilmesine 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 durumu yaratır. İzomorf ikame ile gelişen kalıcı yüklerin aksine, pH'a bağlı yükler değişkendir ve artan pH ile birlikte artar. Serbest kalan katyonlar bitkilerin kullanımına sunulabilir ancak aynı zamanda topraktan süzülmeye ve muhtemelen toprağı daha az verimli hale getirmeye eğilimlidirler. Bitkiler organik asit sentezi yoluyla toprağa H⁺ salgılayabilir ve bu yolla kök yakınındaki toprağın pH'ını değiştirerek katyonları kolloidlerden uzaklaştırabilir ve böylece bunları bitki için kullanılabilir hale getirebilir. ⓘ

Katyon değişim kapasitesi (CEC)

Katyon değişim kapasitesi, toprağın toprak suyu çözeltisinden katyonları uzaklaştırma ve bitki kökleri çözeltiye hidrojen iyonları saldıkça daha sonra değiştirilmek üzere bunları tutma yeteneğidir. CEC, 100 gram kuru toprak ağırlığı ile birleşecek değiştirilebilir hidrojen katyonu (H⁺) miktarıdır ve ölçüsü 100 gram toprak başına bir miliekivalenttir (1 meq/100 g). Hidrojen iyonları tek bir yüke sahiptir ve 100 gram kuru toprak başına bir gram hidrojen iyonunun binde biri, bir miliekivalent hidrojen iyonu ölçüsü verir. Atom ağırlığı hidrojenin 40 katı ve değerliği iki olan kalsiyum, (40 ÷ 2) × 1 miliekivalent = 100 gram kuru toprak başına 20 miliekivalent hidrojen iyonu veya 20 meq/100 g'a dönüşür. Modern CEC ölçüsü, fırında kurutulmuş toprağın kilogramı (cmol/kg) başına santimol pozitif yük olarak ifade edilir. ⓘ

Toprağın CEC'sinin çoğu kil ve humus kolloidleri üzerinde oluşur ve sıcak, nemli, ıslak iklimlerde (örneğin tropikal yağmur ormanları) sırasıyla sızıntı ve ayrışma nedeniyle bunların eksikliği tropikal toprakların görünürdeki sterilliğini açıklar. Canlı bitki kökleri de spesifik yüzey alanlarıyla bağlantılı olarak bir miktar CEC'ye sahiptir. ⓘ

Topraklar için katyon değişim kapasitesi; toprak tekstürü; toprak kolloidleri ⓘ

Toprak	Eyalet	CEC meq/100 g
Charlotte ince kum	Florida	1.0
Ruston ince kumlu balçık	Teksas	1.9
Glouchester balçık	New Jersey	11.9
Grundy siltli balçık	Illinois	26.3
Gleason killi balçık	Kaliforniya	31.6
Susquehanna killi balçık	Alabama	34.3
Davie mucky ince kum	Florida	100.8
Kumlar	—	1–5
İnce kumlu tınlı	—	5–10
Tınlar ve siltli tınlar	—	5–15
Killi tınlar	—	15–30
Killer	—	30'un üzerinde
Seskioksitler	—	0–3
Kaolinit	—	3–15
İllit	—	25–40
Montmorillonit	—	60–100
Vermikülit (illite benzer)	—	80–150
Humus	—	100–300

Anyon değişim kapasitesi (AEC)

Anyon değişim kapasitesi, toprağın toprak suyu çözeltisinden anyonları (örn. nitrat, fosfat) uzaklaştırma ve bitki kökleri karbonat anyonlarını toprak suyu çözeltisine bırakırken bunları daha sonra değiştirmek üzere tutma yeteneğidir. 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 hariç olmak üzere, toprak kolloidleri üzerindeki pozitif (negatif) yüklü yüzeylerin genel olarak daha yüksek olması nedeniyle CEC'den çok daha düşüktür. Fosfatlar anyon değişim bölgelerinde tutulma eğilimindedir. ⓘ

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

H
₂PO-
₄ SO2- yerine geçer
₄ NO- yerine geçer
₃ Cl- yerine geçer ⓘ

Değiştirilebilir anyonların miktarı 100 g kuru toprak başına onda bir ila birkaç miliekivalent büyüklüğündedir. pH yükseldikçe, anyonları kolloidlerden uzaklaştıracak ve onları çözeltiye ve depolama dışına zorlayacak nispeten daha fazla hidroksil vardır; bu nedenle AEC artan pH (alkalinite) ile azalır. ⓘ

Reaktivite (pH)

Toprak reaktivitesi pH cinsinden ifade edilir ve toprağın asitlik veya alkaliliğinin bir ölçüsüdür. Daha doğrusu, sulu bir çözeltideki hidronyum konsantrasyonunun bir ölçüsüdür ve 0 ila 14 (asidik ila bazik) arasında değişir, ancak topraklar için pratik olarak konuşursak, pH 3.5 ila 9.5 arasında değişir, çünkü bu uçların ötesindeki pH değerleri yaşam formları için toksiktir. ⓘ

25 °C'de pH'ı 3,5 olan sulu bir çözeltide litre başına 10-3,5 mol H₃O⁺ (hidronyum iyonları) (ve ayrıca litre başına 10-10,5 mol OH-) bulunur. Nötr olarak tanımlanan 7 pH değerinde, 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 pH değerinde çözeltinin litresi başına 10-9,5 mol hidronyum iyonu (ve ayrıca litre başına 10-2,5 mol OH-) bulunur. 3,5'lik bir pH, pH'ı 9,5 olan bir çözeltiden litre başına bir milyon kat daha fazla hidronyum iyonuna sahiptir (9,5 - 3,5 = 6 veya 10⁶) ve daha asidiktir. ⓘ

pH'ın toprak üzerindeki etkisi, belirli iyonları topraktan uzaklaştırmak veya kullanılabilir hale getirmektir. Yüksek asitliğe sahip topraklar toksik miktarlarda alüminyum ve manganez içerme eğilimindedir. Toksisite ve gereksinim arasındaki dengenin bir sonucu olarak, çoğu mineral asit topraklarda daha fazla çözünür olmasına rağmen, çoğu besin maddesi orta pH'da bitkiler için daha iyi kullanılabilir. Toprak organizmaları yüksek asitlik nedeniyle engellenir ve çoğu tarımsal ürün en iyi pH 6,5 olan mineral topraklarda ve pH 5,5 olan organik topraklarda yetişir. Düşük pH'da toksik metallerin (örneğin kadmiyum, çinko, kurşun) katyonlar halinde pozitif yüklü olduğu ve organik kirleticilerin iyonik olmayan formda olduğu, dolayısıyla her ikisinin de organizmalar için daha erişilebilir hale geldiği göz önüne alındığında, genellikle asit topraklarda yaşayan bitki, hayvan ve mikropların doğal veya insan kaynaklı her türlü kirliliğe önceden adapte olduğu öne sürülmüştür. ⓘ

Yüksek yağış alan bölgelerde topraklar, bazik katyonların, kolloidlere bağlı olanlara karşı olağan ya da olağandışı yağmur asiditesinden kaynaklanan hidronyum iyonlarının kitlesel etkisiyle toprak kolloidlerinden ayrılmaya zorlanması nedeniyle asitleşme eğilimindedir. Yüksek yağış oranları daha sonra besin maddelerini yıkayarak toprağı sadece tropikal yağmur ormanlarında olduğu gibi çok asitli koşullarda besin maddelerini almakta özellikle etkili olan organizmaların yaşadığı bir yer haline getirebilir. Kolloidler H₃O⁺ ile doyurulduktan sonra, daha fazla hidronyum iyonu veya alüminyum hidroksil katyonu eklenmesi, toprakta tamponlama kapasitesi kalmadığı için pH'ı daha da düşürür (daha asidik). Aşırı yağış ve yüksek sıcaklıkların olduğu bölgelerde kil ve humus yıkanarak toprağın tamponlama kapasitesini daha da azaltabilir. Az yağış alan bölgelerde, arıtılmamış kalsiyum pH'ı 8,5'e çıkarır ve değiştirilebilir sodyum ilavesiyle topraklar pH 10'a ulaşabilir. pH 9'un ötesinde bitki büyümesi azalır. Yüksek pH düşük mikro besin hareketliliğine neden olur, ancak bu besinlerin suda çözünen şelatları açığı kapatabilir. Sodyum, alçı taşı (kalsiyum sülfat) ilavesiyle azaltılabilir çünkü kalsiyum kile sodyumdan daha sıkı yapışarak sodyumun toprak su çözeltisine itilmesine neden olur ve burada bol miktarda su ile yıkanabilir. ⓘ

Baz doygunluk yüzdesi

Asit oluşturan katyonlar (örneğin hidronyum, alüminyum, demir) ve baz oluşturan katyonlar (örneğin kalsiyum, magnezyum, sodyum) vardır. Negatif yüklü toprak kolloid değişim alanlarının (CEC) baz oluşturan katyonlar tarafından işgal edilen kısmına baz doygunluğu denir. Bir toprakta 20 meq CEC varsa ve 5 meq alüminyum ve hidronyum katyonlarıysa (asit oluşturan), kolloidler üzerindeki pozisyonların geri kalanının (20 - 5 = 15 meq) baz oluşturan katyonlar tarafından işgal edildiği varsayılır, böylece baz doygunluğu 15 ÷ 20 × 100% = 75% olur (iltifat 25% asit oluşturan katyonlar olarak varsayılır). Baz doygunluğu pH ile neredeyse doğru orantılıdır (pH arttıkça artar). Asit 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 da (değişebilir asitlik) dikkate almalıdır. Toprak suyu çözeltisini nötralize etmek için yeterli miktarda kireç ilavesi pH'ı değiştirmek için yetersiz olacaktır, çünkü toprak kolloidleri üzerinde depolanan asit oluşturan katyonlar, ilave edilen kirecin kalsiyumu tarafından bu kolloidlerden itildikçe orijinal pH durumunu geri getirme eğiliminde olacaktır. ⓘ

Tamponlama

Toprağın asit veya bazik madde ilavesi sonucunda pH'daki değişime karşı gösterdiği direnç, toprağın tamponlama kapasitesinin bir ölçüsüdür ve (belirli bir toprak türü için) CEC arttıkça artar. Bu nedenle, saf kumun tamponlama kabiliyeti neredeyse hiç yoktur, ancak kolloid bakımından zengin toprakların (mineral veya organik) tamponlama kapasitesi yüksektir. Tamponlama, katyon değişimi ve nötralizasyon yoluyla gerçekleşir. Ancak, toprak pH'ının tek düzenleyicisi kolloidler değildir. Karbonatların rolünün de altı çizilmelidir. Daha genel olarak, pH seviyelerine göre, kalsiyum karbonat tampon aralığından demir tampon aralığına kadar çeşitli tampon sistemleri birbirlerine göre önceliklidir. ⓘ

Bir toprağa az miktarda yüksek bazik sulu amonyak eklenmesi, amonyumun kolloidlerden hidronyum iyonlarının yerini almasına neden olur ve son ürün su ve kolloid olarak sabitlenmiş amonyumdur, ancak toprak pH'sında genel olarak çok az kalıcı değişiklik olur. ⓘ

Az miktarda kireç, Ca(OH)₂, ilavesi hidronyum iyonlarını toprak kolloidlerinden uzaklaştıracak, kalsiyumun kolloidlere fiksasyonuna ve CO₂ ve su oluşumuna neden olacak, toprak pH'ında çok az kalıcı değişiklik olacaktır. ⓘ

Yukarıdakiler toprak pH'ının tamponlanmasına örneklerdir. Genel prensip, toprak suyu çözeltisindeki belirli bir katyondaki artışın, bu katyonun kolloidlere sabitlenmesine (tamponlanmasına) ve bu katyonun çözeltisindeki bir azalmanın, kolloidden çekilmesine ve çözeltiye taşınmasına (tamponlanmasına) neden olacağıdır. Tamponlama derecesi genellikle toprağın CEC'si ile ilişkilidir; CEC ne kadar büyükse toprağın tamponlama kapasitesi de o kadar büyüktür. ⓘ

Redoks

Toprak kimyasal reaksiyonları proton ve elektron transferinin bazı kombinasyonlarını içerir. Transfer sürecinde elektron kaybı varsa oksidasyon, elektron kazancı varsa redüksiyon meydana gelir. İndirgeme potansiyeli volt veya milivolt cinsinden ölçülür. Toprak mikrobiyal toplulukları elektron taşıma zincirleri boyunca gelişir, elektriksel olarak iletken biyofilmler oluşturur ve bakteriyel nanotel ağları geliştirir. ⓘ

Toprak gelişiminde redoks faktörleri, redoksimorfik renk özelliklerinin oluşumu toprağın yorumlanması için kritik bilgiler sağlar. Redoks gradyanını anlamak, karbon tutma, biyoremediasyon, sulak alan tanımlama ve toprak bazlı mikrobiyal yakıt hücrelerini yönetmek için önemlidir. ⓘ

Besin Maddeleri

Bitki besin elementleri, kimyasal sembolleri ve toprakta yaygın olan ve bitki tarafından alınabilen iyonik formları ⓘ

Element	Sembol	İyon veya molekül
Karbon	C	CO2 (çoğunlukla yapraklar aracılığıyla)
Hidrojen	H	H+, H2O (su)
Oksijen	O	O2-, OH-, CO2- 3, SO2- 4, CO2
Fosfor	P	H 2PO- 4, HPO2- 4 (fosfatlar)
Potasyum	K	K+
Azot	N	NH+ 4, HAYIR- 3 (amonyum, nitrat)
Sülfür	S	SO2- 4
Kalsiyum	Ca	Ca2+
Demir	Fe	Fe2+, Fe3+ (demirli, ferrik)
Magnezyum	Mg	Mg2+
Bor	B	H3BO3, H 2BO- 3, B(OH)- 4
Manganez	Mn	Mn2+
Bakır	Cu	Cu2+
Çinko	Zn	Zn2+
Molibden	Mo	MoO2- 4 (molibdat)
Klor	Cl	Cl- (klorür)

On yedi element veya besin maddesi bitkilerin büyümesi ve üremesi için gereklidir. Bunlar karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kükürt (S), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), demir (Fe), bor (B), manganez (Mn), bakır (Cu), çinko (Zn), molibden (Mo), nikel (Ni) ve klordur (Cl). Bitkilerin yaşam döngülerini tamamlamaları için gerekli olan besinler temel besinler olarak kabul edilir. Bitkilerin büyümesini artıran ancak bitkinin yaşam döngüsünü tamamlamak için gerekli olmayan besinler temel olmayan besinler olarak kabul edilir. Karbondioksit ve su tarafından sağlanan karbon, hidrojen ve oksijen ile azot fiksasyonu yoluyla sağlanan azot haricinde, besinler aslen toprağın mineral bileşeninden elde edilir. Minimum Yasası, bir besin maddesinin mevcut formu toprak çözeltisinde yeterli oranda bulunmadığında, diğer besin maddelerinin bir bitki tarafından optimum oranda alınamayacağını ifade eder. Bu nedenle, bitki büyümesini optimize etmek için toprak çözeltisinin belirli bir besin maddesi oranı zorunludur ve bu değer bitki bileşiminden hesaplanan besin maddesi oranlarından farklı olabilir. ⓘ

Besin maddelerinin bitki tarafından alımı ancak bitki tarafından kullanılabilir bir formda bulunduklarında gerçekleşebilir. Çoğu durumda, besinler toprak suyundan (veya toprak suyu ile birlikte) iyonik bir formda emilir. Mineraller çoğu besinin kaynağı olmasına ve topraktaki çoğu besin elementinin büyük kısmı birincil ve ikincil mineraller içinde kristal formda tutulmasına rağmen, hızlı bitki büyümesini desteklemek için çok yavaş ayrışırlar. Örneğin, ince öğütülmüş minerallerin, feldspat ve apatitin toprağa uygulanması, besinlerin çoğu bu minerallerin kristallerinde bağlı kaldığından, iyi bitki büyümesi için yeterli oranda gerekli miktarda potasyum ve fosforu nadiren sağlar. ⓘ

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

Humusun besin ve su tutma kapasitesi kil minerallerinden çok daha fazladır, toprak katyon değişim kapasitesinin çoğu organik madde üzerindeki yüklü karboksilik gruplardan kaynaklanır. Bununla birlikte, humusun su ile ıslatıldığında suyu tutma kapasitesinin yüksek olmasına rağmen, yüksek hidrofobikliği ıslanabilirliğini azaltır. Sonuç olarak, az miktarda humus toprağın bitki büyümesini teşvik etme kapasitesini önemli ölçüde artırabilir. ⓘ

Toprak organik maddesi

Topraktaki organik materyal organik bileşiklerden oluşur ve hem canlı hem de ölü bitki, hayvan ve mikrobiyal materyali içerir. Tipik bir toprak %70 mikroorganizma, %22 makrofauna ve %8 köklerden oluşan bir biyokütle bileşimine sahiptir. Bir dönüm toprağın canlı bileşeni 900 lb solucan, 2400 lb mantar, 1500 lb bakteri, 133 lb protozoa ve 890 lb eklembacaklı ve yosun içerebilir. ⓘ

Toprak organik maddesinin yüzde birkaçı, küçük kalma süresiyle, mikrobiyal biyokütle ve ölü organik maddeyi parçalamak için çalışan bakterilerin, küflerin ve aktinomisetlerin metabolitlerinden oluşur. Bu mikro-organizmaların faaliyetleri olmasaydı, atmosferdeki karbondioksitin tamamı toprakta organik madde olarak tutulurdu. Bununla birlikte, toprak mikropları aynı zamanda stabil humus oluşumu yoluyla üst toprakta karbon tutulmasına katkıda bulunur. Sera etkisini hafifletmek için toprakta daha fazla karbon tutulması amacıyla, uzun vadede humuslaşmayı teşvik etmek, çöp ayrışmasını azaltmaktan daha etkili olacaktır. ⓘ

Toprak organik maddesinin ana kısmı, topluca humus veya humik maddeler olarak adlandırılan küçük organik moleküllerin karmaşık bir topluluğudur. Net bir kimyasal sınıflandırmaya dayanmayan bu terimlerin kullanımının eski olduğu düşünülmektedir. Diğer çalışmalar, klasik molekül kavramının, iki yüzyıl boyunca birim bileşenlere ayırmak için yapılan çoğu girişimden kaçan, ancak yine de polisakkaritler, ligninler ve proteinlerden kimyasal olarak farklı olan humus için uygun olmadığını göstermiştir. ⓘ

Bitkiler, hayvanlar, bakteriler ve mantarlar da dahil olmak üzere toprakta yaşayan canlıların çoğu besin ve/veya enerji için organik maddeye bağımlıdır. Topraklar, hızı sıcaklığa, toprak nemine ve havalandırmaya bağlı olan çeşitli derecelerde ayrışmış organik bileşiklere sahiptir. Bakteriler ve mantarlar ham organik madde ile beslenir, bunlar da protozoa ile beslenir, bunlar da nematodlar, annelidler ve eklembacaklılar ile beslenir, kendileri de ham veya humuslu organik maddeyi tüketebilir ve dönüştürebilir. Bu, tüm organik maddelerin bir sindirim sisteminde olduğu gibi işlendiği toprak besin ağı olarak adlandırılmıştır. Organik madde toprağı açık tutarak hava ve suyun sızmasını sağlar ve ağırlığının iki katı kadar su tutabilir. Çöl ve kayalık-çakıl topraklar da dahil olmak üzere birçok toprakta organik madde ya çok azdır ya da hiç yoktur. Turba (histosoller) gibi tamamı organik madde olan topraklar verimsizdir. Ayrışmanın en erken aşamasında, orijinal organik maddeye genellikle ham organik madde denir. Ayrışmanın son aşamasına humus denir. ⓘ

Otlaklarda, toprağa eklenen organik maddenin çoğu derin, lifli, çim kök sistemlerinden gelir. Buna karşın, orman tabanına düşen ağaç yaprakları ormandaki toprak organik maddesinin başlıca kaynağıdır. Bir başka fark da, otlaklarda sık sık meydana gelen yangınların büyük miktarda toprak üstü materyali yok etmesi, ancak köklerden daha büyük katkıları teşvik etmesidir. Ayrıca, ormanların altındaki çok daha yüksek asidite, aksi takdirde yüzeydeki çöplerin çoğunu mineral toprağa karıştıracak olan bazı toprak organizmalarının hareketini engeller. Sonuç olarak, otlakların altındaki topraklar genellikle, organik maddelerinin çoğunu karakteristik olarak orman tabanında (O horizonu) ve ince A horizonunda depolayan ormanların altındaki benzer topraklara göre daha derin bir organik madde dağılımına sahip daha kalın bir A horizonu geliştirir. ⓘ

Humus

Humus, toprak mikroflorası ve faunası tarafından daha fazla parçalanmaya dirençli olacak kadar ayrıştırılmış organik maddeyi ifade eder. Humus genellikle hacim olarak toprağın sadece yüzde beşini veya daha azını oluşturur, ancak önemli bir besin kaynağıdır ve toprak sağlığı ve bitki büyümesi için çok önemli olan önemli dokusal nitelikler katar. Humus ayrıca eklembacaklıları, termitleri ve solucanları besleyerek toprağı daha da iyileştirir. Son ürün olan humus, toprak çözeltisinde kolloidal formda asılıdır ve demir ve alüminyum atomlarını şelatlayarak silikat minerallerine saldırabilen zayıf bir asit oluşturur. Humus, kuru ağırlık bazında kil kolloidlerinden kat 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 sonuçta humus oluşur. Kalıntılar parçalandıkça, yalnızca alifatik ve aromatik hidrokarbonlardan oluşan, oksijen ve hidrojen bağlarıyla birleştirilmiş ve stabilize edilmiş moleküller, topluca humus olarak adlandırılan karmaşık moleküler topluluklar şeklinde kalır. Humus toprakta asla saf halde bulunmaz, çünkü metaller ve killerle reaksiyona girerek stabilitesine ve toprak yapısına daha fazla katkıda bulunan kompleksler oluşturur. Humusun yapısı kendi içinde çok az besin maddesine sahip olsa da (kalsiyum, demir ve alüminyum gibi yapısal metaller hariç), tropik topraklarda verimliliğin korunması için büyük önem taşıyan bir süreç olan seçici kök alımı ve toprak pH'sındaki değişikliklere yanıt olarak toprak çözeltisine salınabilen katyon ve anyon besin maddelerini zayıf bağlarla çekebilir ve bağlayabilir. ⓘ

Lignin parçalanmaya karşı dirençlidir ve toprak içinde birikir. Ayrıca proteinlerle reaksiyona girerek mikroplar tarafından enzimatik ayrıştırma da dahil olmak üzere ayrışmaya karşı direncini daha da artırır. Bitkisel maddelerden elde edilen yağlar ve mumlar ayrışmaya karşı daha dirençlidir ve toprakta binlerce yıl kalıcıdır, bu nedenle gömülü toprak katmanlarında geçmiş bitki örtüsünün izleyicileri olarak kullanılırlar. Killi topraklar genellikle daha yüksek organik içeriğe sahiptir ve organik moleküller kile yapıştığı ve kil tarafından stabilize edildiği için kili olmayan topraklardan daha uzun süre kalırlar. Proteinler, skleroproteinler hariç, normalde kolayca ayrışır, ancak kil partiküllerine bağlandıklarında ayrışmaya karşı daha dirençli hale gelirler. Diğer proteinlerde olduğu gibi kil partikülleri mikroplar tarafından salgılanan enzimleri emerek enzim aktivitesini azaltırken hücre dışı enzimleri bozunmaya karşı korur. Killi topraklara organik madde eklenmesi, bu organik maddeyi ve eklenen besin maddelerini uzun yıllar boyunca bitkiler ve mikroplar için erişilemez hale getirebilir. Bir çalışma, olgun kompostun killi bir toprağa eklenmesinin ardından toprak verimliliğinin arttığını göstermiştir. Yüksek toprak tanen içeriği, azotun dirençli tanen-protein kompleksleri olarak tutulmasına neden olabilir. ⓘ

Humus oluşumu, her yıl eklenen bitki materyali miktarına ve temel toprağın türüne bağlı bir süreçtir. Her ikisi de iklimden ve mevcut organizmaların türünden etkilenir. Humuslu toprakların azot içeriği değişebilir ancak tipik olarak yüzde 3 ila 6 azot içerir. Ham organik madde, azot ve fosfor rezervi olarak toprak verimliliğini etkileyen hayati bir bileşendir. Humus ayrıca suyu emer ve kuru ve ıslak durumlar arasında kilden daha yüksek oranda genişler ve büzülür, bu da toprak gözenekliliğini artırır. Humus, toprağın mineral bileşenlerine göre daha az kararlıdır, çünkü mikrobiyal ayrışma ile azalır ve zamanla yeni organik madde eklenmeden konsantrasyonu azalır. Bununla birlikte, humus en kararlı haliyle bin yıl olmasa da yüzyıllar boyunca varlığını sürdürebilir. Odun kömürü, besin açısından fakir tropikal toprakların verimliliğini artırmak için geleneksel olarak kullanılan ve siyah karbon olarak adlandırılan oldukça kararlı bir humus kaynağıdır. Amazon kara topraklarının oluşumunda tespit edildiği gibi bu çok eski uygulama yenilenmiş ve biyokömür adı altında popüler hale gelmiştir. Biyokömürün sera etkisine karşı mücadelede daha fazla karbon tutulması için 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, ayrıştırıcı faaliyetin düşük sıcaklık veya aşırı nem nedeniyle engellendiği ve anaerobik koşullara neden olduğu ıslak veya soğuk koşullar altında birikme eğilimindedir. Buna karşılık, tropikal iklimlerin aşırı yağmur ve yüksek sıcaklıkları organik maddenin hızla 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 dayanır ve bu süreç insan faaliyetleri tarafından bozulur. Aşırı eğim, özellikle de tarım için ekim yapıldığında, sonunda humusa dönüşecek olan ham organik maddenin çoğunu tutan toprağın üst katmanının erozyona uğramasını teşvik edebilir. ⓘ

Bitki kalıntıları

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 iklimde 12-18 günlük bir yarılanma ömrü ile mantarlar ve bakteriler tarafından hızlı bir şekilde ayrıştırılır. Kahverengi çürükçül mantarlar selüloz ve hemiselülozu ayrıştırarak geride lignin ve fenolik bileşikler bırakabilir. Bitkiler için bir enerji depolama sistemi olan nişasta, bakteri ve mantarlar tarafından hızlı bir şekilde ayrışmaya uğrar. Lignin, bitki hücre duvarlarında selüloz, hemiselüloz ve pektine bağlı, oldukça dallanmış, amorf bir yapıya sahip 500 ila 600 birimden oluşan polimerlerden oluşur. Lignin, özellikle beyaz çürükçül mantarlar ve aktinomisetler tarafından çok yavaş ayrışmaya uğrar; ılıman koşullar altında yarı ömrü yaklaşık altı aydır. ⓘ

Ufuklar

Fiziksel özellikleri, bileşimi ve yaşı altındakilerden ve üstündekilerden farklı olan yatay bir toprak katmanına toprak horizonu denir. Bir horizonun isimlendirilmesi, oluştuğu malzemenin türüne dayanmaktadır. Bu materyaller belirli toprak oluşum süreçlerinin süresini yansıtır. Renk, boyut, doku, yapı, kıvam, kök miktarı, pH, boşluklar, sınır özellikleri ve nodül veya konkresyonların varlığı açısından horizonu tanımlayan harf ve rakamlardan oluşan kısa bir notasyon kullanılarak etiketlenirler. Hiçbir toprak profilinde tüm ana horizonlar bulunmaz. Entisol olarak adlandırılan bazı topraklar sadece bir horizona sahip olabilir veya şu anda hiçbir horizona sahip olmadığı düşünülmektedir, özellikle de ıslah edilmemiş maden atık birikintileri, morenler, volkanik koniler kum tepeleri veya alüvyal teraslardan gelen yeni başlayan topraklar. Üst toprak horizonları, toprak işleme gibi tarımsal uygulamalarla daha da kötüleşen doğal bir süreç olan toprak horizonlarının yamaç aşağı gömülmesiyle birlikte, rüzgar veya su ablasyonunu takiben kesilmiş topraklarda eksik olabilir. Ağaçların büyümesi, ağaçlar öldükten sonra toprak horizonlarında hala görülebilen mikro ölçekli bir heterojenlik yaratan başka bir rahatsızlık kaynağıdır. Bir horizondan diğerine, toprak profilinin en üstünden en altına geçildiğinde, tortu katmanlarında olduğu gibi toprak horizonlarında da geçmiş olaylar kaydedilerek zamanda geriye gidilir. Toprak horizonlarında polen, testat amip ve bitki kalıntılarının örneklenmesi, toprak oluşumu sırasında meydana gelen çevresel değişikliklerin (örneğin iklim değişikliği, arazi kullanım değişikliği) ortaya çıkarılmasına yardımcı olabilir. Toprak horizonları, solucan aktivitesi ve diğer mekanik bozulmalarla pedoturbasyondan kaçmak için yeterli büyüklükte olmaları koşuluyla, kömür parçaları kullanılarak radyokarbon gibi çeşitli yöntemlerle tarihlendirilebilir. Paleosollerden gelen fosil toprak horizonları, tortul kaya dizileri içinde bulunabilir ve geçmiş ortamların incelenmesine olanak tanır. ⓘ

Ana materyalin uygun koşullara maruz kalması, aşınmış topraklarda olduğu gibi, bitki büyümesi için marjinal olarak uygun olan mineral topraklar üretir. Bitki örtüsünün büyümesi, bitkinin hava kısımları için altlık olarak yere düşen (yaprak altlığı) veya toprak altı bitki organları için doğrudan toprak altında üretilen (kök altlığı) organik kalıntıların üretimiyle sonuçlanır ve daha sonra çözünmüş organik maddeyi serbest bırakır. O horizonu olarak adlandırılan kalan yüzeysel organik katman, içinde yaşayan organizmaların etkisiyle daha aktif bir toprak oluşturur. Organizmalar kolonileşir ve organik maddeleri parçalayarak diğer bitki ve hayvanların yaşayabileceği besinleri kullanılabilir hale getirir. Yeterli zaman geçtikten sonra humus aşağıya doğru hareket eder ve A ufku adı verilen belirgin bir organik-mineral yüzey katmanında birikir; burada organik madde, pedoturbasyon adı verilen bir süreç olan yuva yapan hayvanların faaliyeti yoluyla mineral madde ile karışır. Bu doğal süreç, güçlü asitlik, soğuk iklim veya kirlilik gibi toprak yaşamına zarar veren koşulların varlığında tamamlanmamakta, ayrışmamış organik maddenin mineral toprağın üzerinde yer alan tek bir organik ufukta birikmesine ve nemlenmiş organik madde ile mineral parçacıklarının, altta yatan mineral ufuklarda yakın bir şekilde karışmadan yan yana gelmesine neden olmaktadır. ⓘ

Sınıflandırma

İlk toprak sınıflandırma sistemlerinden biri 1880 civarında Rus bilim adamı Vasily Dokuchaev tarafından geliştirilmiştir. Amerikalı ve Avrupalı araştırmacılar tarafından birkaç kez değiştirilmiş ve 1960'lara kadar yaygın olarak kullanılan sisteme dönüştürülmüştür. Bu sistem, toprakların kendilerini oluşturan malzeme ve faktörlere bağlı olarak belirli bir morfolojiye sahip olduğu fikrine dayanıyordu. 1960'larda, ana materyaller ve toprağı oluşturan faktörler yerine toprak morfolojisine odaklanan farklı bir sınıflandırma sistemi ortaya çıkmaya başladı. O zamandan bu yana, daha fazla değişikliğe uğramıştır. Toprak Kaynakları için Dünya Referans Tabanı, toprak sınıflandırması için uluslararası bir referans tabanı oluşturmayı amaçlamaktadır. ⓘ

Kullanım Alanları

Toprak, bitkiler için çapa ve birincil besin tabanı olarak hizmet verdiği 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. Ancak aeroponik, akuaponik ve hidroponik sistemlerin de gösterdiği gibi, toprak materyali tarım için mutlak bir gereklilik değildir ve topraksız ekim sistemlerinin sonsuza kadar büyüyen insanlık için tarımın geleceği olduğu iddia edilmektedir. ⓘ

Toprak malzemesi aynı zamanda madencilik, inşaat ve peyzaj geliştirme sektörlerinde de kritik bir bileşendir. Toprak, çoğu inşaat projesi için bir temel görevi görür. Yüzey madenciliği, yol yapımı ve baraj inşasında büyük hacimlerde toprağın hareketi söz konusu olabilir. Toprak barınak, bina duvarlarına karşı dış termal kütle için toprağın kullanıldığı mimari bir uygulamadır. Birçok yapı malzemesi toprak esaslıdır. Kentleşme yoluyla toprak kaybı birçok bölgede yüksek oranda artmaktadır ve geçimlik tarımın sürdürülmesi için kritik öneme sahip olabilir. ⓘ

Toprak kaynakları çevre için olduğu kadar gıda ve lif üretimi için de kritik öneme sahiptir ve insanlar tarafından tüketilen gıdanın %98,8'ini üretmektedir. Toprak, bitki beslenmesinde yer alan çeşitli süreçlere göre bitkilere mineral ve su sağlar. Toprak yağmur suyunu emer ve daha sonra serbest bırakır, böylece selleri ve kuraklığı önler, sel düzenlemesi toprak tarafından sağlanan başlıca ekosistem hizmetlerinden biridir. Toprak, içinden süzülen suyu temizler. Toprak birçok organizma için yaşam alanıdır: bilinen ve bilinmeyen biyoçeşitliliğin büyük bir kısmı toprakta, solucanlar, woodlice, millipedes, centipedes, salyangozlar, sümüklü böcekler, akarlar, springtails, enchytraeids, nematodes, protists), bakteriler, archaea, mantarlar ve algler şeklindedir; ve toprak üstünde yaşayan organizmaların çoğunun bir kısmı (bitkiler) vardır veya yaşam döngülerinin bir kısmını (böcekler) toprak altında geçirirler. Toprak üstü ve toprak altı biyolojik çeşitlilikler birbirine sıkı sıkıya bağlıdır, bu da toprağın korunmasını herhangi bir restorasyon veya koruma planı için büyük önem taşımaktadır. ⓘ

Toprağın biyolojik bileşeni son derece önemli bir karbon yutağıdır çünkü biyotik içeriğin yaklaşık %57'si karbondur. Çöllerde bile siyanobakteriler, likenler ve yosunlar fotosentez yoluyla önemli miktarda karbonu yakalayan ve tutan biyolojik toprak kabukları oluşturur. Kötü tarım ve otlatma yöntemleri toprakları bozmuş ve tutulan bu karbonun büyük bir kısmını atmosfere salmıştır. Dünya topraklarının eski haline getirilmesi, sera gazı emisyonlarındaki artışın etkisini dengeleyebilir ve küresel ısınmayı yavaşlatırken, mahsul verimini artırabilir ve su ihtiyacını azaltabilir. ⓘ

Atık yönetiminin genellikle bir toprak bileşeni vardır. Septik drenaj alanları, aerobik toprak süreçlerini kullanarak septik tank atıklarını arıtmaktadır. Atık suyun araziye uygulanması, BOİ'nin aerobik olarak arıtılması için toprak biyolojisine dayanır. Alternatif olarak, düzenli depolama sahaları günlük örtü için toprağı kullanarak atık birikintilerini atmosferden izole eder ve kötü kokuları önler. Kompostlama artık katı evsel atıkların ve çökeltme havuzlarının kurutulmuş atık sularının aerobik olarak arıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompost toprak olmamasına rağmen, kompostlama sırasında gerçekleşen biyolojik süreçler, toprak organik maddesinin ayrışması ve humifikasyonu sırasında meydana gelenlere benzer. ⓘ

Organik topraklar, özellikle de turba, önemli bir yakıt ve bahçecilik kaynağı olarak hizmet vermektedir. Turba toprakları İskandinav ülkelerinde tarım için de yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü turbalık alanlar drene edildiğinde gıda üretimi için verimli topraklar sağlamaktadır. Bununla birlikte, battaniye bataklıkları veya yükseltilmiş bataklıklar olarak da adlandırılan yağmurla beslenen sfagnum bataklıkları gibi geniş turba üretim alanları, patrimonyal çıkarları nedeniyle artık korunmaktadır. Örnek olarak, İskoçya'da 4.000 kilometrekarelik bataklık alanını kapsayan Flow Country, Dünya Mirası Listesine dahil edilmeye adaydır. Günümüz küresel ısınması altında turba topraklarının, artan sera gazı emisyonu (metan ve karbondioksit) ve artan sıcaklık gibi kendi kendini güçlendiren (pozitif geri besleme) bir sürece dahil olduğu düşünülmektedir; bu iddia, tarla ölçeğinde değiştirildiğinde ve uyarılmış bitki büyümesini de içerdiğinde hala tartışılmaktadır. ⓘ

Jeofaji, toprak benzeri maddeleri yeme pratiğidir. Hem hayvanlar hem de insanlar zaman zaman tıbbi, eğlence ya da dini amaçlarla toprak tüketmektedir. Bazı maymunların tanen toksisitesini hafifletmek için tercih ettikleri yiyeceklerle (ağaç yaprakları ve meyveler) birlikte toprak tükettikleri gösterilmiştir. ⓘ

Topraklar suyu filtreleyip arıtır ve kimyasını etkiler. Yağmur suyu ve göletlerden, göllerden ve nehirlerden gelen birikmiş su, toprak horizonları ve üst kaya tabakaları boyunca süzülerek yeraltı suyuna dönüşür. Zararlılar (virüsler) ve kalıcı organik kirleticiler (klorlu pestisitler, poliklorlu bifeniller), yağlar (hidrokarbonlar), ağır metaller (kurşun, çinko, kadmiyum) ve aşırı besinler (nitratlar, sülfatlar, fosfatlar) gibi kirleticiler toprak tarafından filtrelenir. Toprak organizmaları bunları metabolize eder ya da biyokütlelerinde ve nekromaslarında hareketsiz hale getirerek stabil humusa dahil eder. Toprağın fiziksel bütünlüğü, engebeli arazilerde toprak kaymalarının önlenmesi için de bir ön koşuldur. ⓘ

Bozulma

Dünyadaki toprakların ancak 1/10'inde üretim yapılabilmektedir. Türkiye'nin arazi varlığının ise yaklaşık %36'sı işlenmekte, %28'i çayır ve mera, %30'u orman ve fundalık olup, geriye kalan bölümü diğer araziler içinde yer almaktadır. Ekilebilir arazinin ancak %11'i sulanabilmektedir. ⓘ

Arazi bozulması, arazinin işlev görme kapasitesini azaltan insan kaynaklı veya doğal bir süreçtir. Toprak bozulması asitleşme, kirlenme, çölleşme, erozyon veya tuzlanmayı içerir. ⓘ

Asitleşme

Toprak asitlenmesi alkali topraklar söz konusu olduğunda faydalıdır, ancak mahsul verimliliğini, toprak biyolojik aktivitesini düşürdüğünde ve toprağın kirlenme ve erozyona karşı savunmasızlığını artırdığında araziyi bozar. Topraklar başlangıçta asittir ve ana materyalleri bazik katyonlar (kalsiyum, magnezyum, potasyum ve sodyum) bakımından düşük olduğunda böyle kalır. Hava koşullarına dayanıklı mineraller bakımından daha zengin ana materyallerde asitleşme, temel katyonların yağışla toprak profilinden süzülmesi veya orman ya da tarım ürünlerinin hasadıyla dışarı atılmasıyla meydana gelir. Toprağın asitleşmesi, asit oluşturan azotlu gübrelerin kullanımı ve asit yağışlarının etkileriyle hızlanır. Ormansızlaşma, toprak asitlenmesinin bir başka nedenidir ve ağaç örtüsünün yokluğunda toprak besin maddelerinin sızmasının artmasına aracılık eder. ⓘ

Kirlenme

Düşük seviyelerdeki toprak kirliliği genellikle toprağın atık maddeleri işleme ve asimile etme kapasitesi dahilindedir. Toprak biyotası, esas olarak mikrobiyal enzimatik aktivite yoluyla atıkları dönüştürerek arıtabilir. Toprak organik maddesi ve toprak mineralleri atık maddeyi adsorbe edebilir ve toksisitesini azaltabilir, ancak kolloidal formda olduklarında adsorbe edilen kirleticileri yeraltı ortamlarına taşıyabilirler. Birçok atık arıtma süreci bu doğal biyoremediasyon kapasitesine dayanmaktadır. Arıtma kapasitesinin aşılması toprak biyotasına zarar verebilir ve toprak işlevini sınırlayabilir. Metruk topraklar, endüstriyel kirlenme veya diğer geliştirme faaliyetlerinin toprağa, arazinin güvenli veya verimli bir şekilde kullanılamayacağı derecede zarar verdiği yerlerde ortaya çıkar. Terk edilmiş toprakların iyileştirilmesi, toprak işlevlerini ve değerlerini eski haline getirmek amacıyla toprak kirleticilerini bozmak, zayıflatmak, izole etmek veya ortadan kaldırmak için jeoloji, fizik, kimya ve biyoloji ilkelerini kullanır. Teknikler arasında liç, hava serpme, toprak düzenleyiciler, fitoremediasyon, biyoremediasyon ve İzlenen Doğal Zayıflama yer almaktadır. Kirleticilerle yayılan kirliliğe bir örnek, organik tarımda bile mantar ilaçlarının tekrar tekrar uygulandığı üzüm bağları ve meyve bahçelerinde bakır birikimidir. ⓘ

Sentetik tekstillerden kaynaklanan mikrofiberler bir başka plastik toprak kirliliği türüdür, güneybatı Çin'den alınan tarımsal toprak örneklerinin %100'ü plastik partiküller içermekteydi ve bunların %92'si mikrofiberdi. Mikrofiber kaynakları arasında ip veya sicimlerin yanı sıra giysilerin yıkandığı sulama suyu da yer almaktadır. ⓘ

Kanalizasyon çamuru ve komposttan elde edilen biyokatıların uygulanması toprağa mikroplastiklerin karışmasına neden olabilir. Bu da diğer kaynaklardan (örneğin atmosferden) gelen mikroplastik yüküne eklenir. Avrupa ve Kuzey Amerika'da arıtma çamurunun yaklaşık yarısı tarım arazilerine uygulanmaktadır. Avrupa'da her bir milyon nüfus için her yıl tarımsal topraklara 113 ila 770 ton mikroplastik eklendiği tahmin edilmektedir. ⓘ

Çölleşme

Çölleşme ⓘ

Kurak ve yarı kurak bölgelerde ekosistemin bozulmasına yol açan çevresel bir süreç olan çölleşme, genellikle aşırı otlatma veya yakacak odunların aşırı toplanması gibi kötü adapte olmuş insan faaliyetlerinden kaynaklanmaktadır. Kuraklığın çölleşmeye neden olduğu yaygın bir yanılgıdır. Kurak ve yarı kurak arazilerde kuraklık yaygındır. İyi yönetilen araziler, yağmurlar geri döndüğünde kuraklıktan kurtulabilir. Toprak yönetimi araçları arasında topraktaki besin ve organik madde seviyelerinin korunması, toprak işlemenin azaltılması ve örtünün artırılması yer almaktadır. Bu uygulamalar erozyonun kontrol edilmesine ve nemin mevcut olduğu dönemlerde verimliliğin korunmasına yardımcı olur. Ancak kuraklık dönemlerinde arazi kullanımının devam etmesi arazi bozulmasını artırmaktadır. Marjinal araziler üzerinde artan nüfus ve hayvancılık baskısı çölleşmeyi hızlandırmaktadır. Günümüzdeki iklim ısınmasının çölleşmeyi destekleyip desteklemeyeceği, artan sıcaklıkla ilişkili tahmin edilen yağış eğilimleri hakkındaki çelişkili raporlar ve aynı ülkede bile bölgeler arasında büyük farklılıklar nedeniyle artık sorgulanmaktadır. ⓘ

Erozyon

Erozyon kontrolü ⓘ

Toprağın aşınmasına su, rüzgar, buz ve yerçekimine tepki olarak hareket neden olur. Birden fazla erozyon türü aynı anda meydana gelebilir. Erozyon ayrışmadan farklıdır, çünkü erozyon aynı zamanda aşınmış toprağı kaynak yerinden uzaklaştırır (taşınan toprak tortu olarak tanımlanabilir). Erozyon doğal bir süreçtir, ancak birçok yerde insan faaliyetleri, özellikle de uygun olmayan arazi kullanım uygulamaları nedeniyle büyük ölçüde artmaktadır. Bunlar arasında şiddetli yağmur veya kuvvetli rüzgar zamanlarında toprağı çıplak bırakan tarımsal faaliyetler, aşırı otlatma, ormansızlaşma ve uygunsuz inşaat faaliyetleri yer almaktadır. İyileştirilmiş yönetim erozyonu sınırlandırabilir. Kullanılan toprak koruma teknikleri arasında arazi kullanımında değişiklikler (erozyona eğilimli ekinlerin çim veya diğer toprak bağlayıcı bitkilerle değiştirilmesi gibi), tarımsal faaliyetlerin zamanlamasında veya türünde değişiklikler, teras yapımı, erozyonu önleyici örtü malzemelerinin kullanımı (örtü bitkileri ve diğer bitkiler dahil), inşaat sırasında bozulmanın sınırlandırılması ve erozyona eğilimli dönemlerde ve dik yamaçlar gibi erozyona eğilimli yerlerde inşaat yapmaktan kaçınılması yer almaktadır. Tarihsel olarak, uygun olmayan arazi kullanım uygulamalarından kaynaklanan büyük ölçekli toprak erozyonunun en iyi örneklerinden biri, her iki ülkenin federal hükümeti tarafından teşvik edilen göçmen çiftçilerin yerleştiği ve orijinal kısa çayırları tarımsal ürünlere ve sığır çiftliklerine dönüştürdüğü 1930'larda Amerikan ve Kanada çayırlarını mahveden rüzgar erozyonudur (toz çanağı olarak adlandırılır). ⓘ

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

Toprak boruları, toprak yüzeyinin altında meydana gelen özel bir toprak erozyonu şeklidir. Bent ve baraj yıkımlarının yanı sıra çukur oluşumuna da neden olur. Türbülanslı akış, sızıntı akışının ağzından başlayarak toprağı kaldırır ve toprak altı erozyonu yukarı doğru ilerler. Kum kaynaması terimi, aktif bir toprak borunun boşaltma ucunun görünümünü tanımlamak için kullanılır. ⓘ

Tuzlanma

Toprak tuzlanması, toprakların ve bitki örtüsünün tarımsal değerinin bozulmasına yol açacak ölçüde serbest tuzların birikmesidir. Bunun sonuçları arasında korozyon hasarı, bitki büyümesinde azalma, bitki örtüsü ve toprak yapısının kaybı nedeniyle erozyon ve tortulaşma nedeniyle su kalitesi sorunları yer alır. Tuzlanma, doğal ve insan kaynaklı süreçlerin bir kombinasyonu nedeniyle meydana gelir. Kurak koşullar tuz birikimini desteklemektedir. Bu durum özellikle toprak ana materyali tuzlu olduğunda belirgindir. Kurak arazilerin sulanması özellikle sorunludur. Tüm sulama sularında bir miktar tuzluluk vardır. Sulama, özellikle kanallardan sızıntı ve tarlada aşırı sulama içerdiğinde, genellikle alttaki su tablasını yükseltir. Arazi yüzeyi tuzlu yeraltı suyunun kapiler saçağı içinde kaldığında hızlı tuzlanma meydana gelir. Toprak tuzluluğunun kontrolü, su tablasının kontrolünü ve kiremit drenajı veya başka bir yüzey altı drenaj şekli ile birlikte daha yüksek seviyelerde uygulanan su ile yıkamayı içerir. ⓘ

Islah

Smektit gibi yüksek şişme özelliğine sahip belirli killeri yüksek oranda içeren topraklar genellikle çok verimlidir. Örneğin, Tayland'ın Orta Ovalarındaki smektit bakımından zengin çeltik toprakları dünyanın en verimli toprakları arasındadır. Ancak, sulamalı yoğun pirinç üretiminde mineral azotlu gübrelerin ve pestisitlerin aşırı kullanımı bu toprakları tehlikeye atmış ve çiftçileri Maliyet Azaltma Çalışma İlkelerine dayalı entegre uygulamalar yapmaya zorlamıştır. ⓘ

Ancak tropikal bölgelerdeki birçok çiftçi, işledikleri topraklarda organik madde ve kil tutmakta zorlanmaktadır. Örneğin son yıllarda, daha kalıcı bir arazi kullanımı için değişen ekimin terk edilmesinin ardından kuzey Tayland'ın düşük killi topraklarında verimlilik azalmış ve toprak erozyonu artmıştır. Çiftçiler başlangıçta termit höyüğü malzemesinden organik madde ve kil ekleyerek yanıt verdi, ancak termit höyüklerinin seyrekleşmesi nedeniyle bu uzun vadede sürdürülemezdi. Bilim insanları toprağa smektit kil ailesinden bentonit eklemeyi denediler. Uluslararası Su Yönetimi Enstitüsü'nden bilim insanlarının Khon Kaen Üniversitesi ve yerel çiftçilerle işbirliği içinde yürüttüğü saha denemelerinde, bunun su ve besin maddelerinin tutulmasına yardımcı olduğu görüldü. Çiftçilerin her zamanki uygulamalarına rai (6,26 rai = 1 hektar) başına tek bir 200 kg bentonit uygulamasının eklenmesi ortalama %73 verim artışıyla sonuçlanmıştır. Diğer çalışmalar, bozulmuş kumlu topraklara bentonit uygulanmasının kuraklık yıllarında ürün kaybı riskini azalttığını göstermiştir. ⓘ

2008 yılında, ilk denemelerden üç yıl sonra, IWMI bilim adamları kuzeydoğu Tayland'da yarısı tarlalarına bentonit uygulamış olan 250 çiftçi arasında bir anket gerçekleştirmiştir. Kil ilavesi kullananların ortalama iyileşme oranı, kil kullanmayanlara göre %18 daha yüksekti. Kil kullanımı bazı çiftçilerin daha verimli toprağa ihtiyaç duyan sebze yetiştiriciliğine geçmesini sağlamıştır. Bu da gelirlerinin artmasına yardımcı oldu. Araştırmacılar Tayland'ın kuzeydoğusunda 200 ve Kamboçya'da 400 çiftçinin kil kullanımını benimsediğini ve 20.000 çiftçinin daha yeni teknikle tanıştığını tahmin ediyor. ⓘ

Toprakta kil veya tuz oranı çok yüksekse (örneğin tuzlu sodik toprak), alçı taşı, yıkanmış nehir kumu ve organik madde (örneğin belediye katı atıkları) eklemek bileşimi dengeleyecektir. ⓘ

Besin maddesi bakımından fakir ve kum oranı çok yüksek olan toprağa yontulmuş odun veya kompost gibi organik maddelerin eklenmesi toprağın kalitesini artıracak ve üretimi iyileştirecektir. ⓘ

Besin açısından fakir tropik toprakları iyileştirmek için odun kömürü ve daha genel olarak biyokömür kullanımından özel olarak bahsedilmelidir; bu süreç, stabil humus kaynağı olarak toprak siyah karbonunun ilginç fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle Terra Preta de Índio olarak da adlandırılan Kolomb öncesi Amazon Karanlık Topraklarının daha yüksek verimliliğine dayanmaktadır. Ancak, her türlü kömürleşmiş atık ürünün kontrolsüz bir şekilde uygulanması toprak yaşamını ve insan sağlığını tehlikeye atabilir. ⓘ

Çalışmaların ve araştırmaların tarihçesi

Toprak çalışmalarının tarihi, insanların kendileri için gıda ve hayvanları için yem sağlamaya yönelik acil ihtiyaçlarıyla yakından bağlantılıdır. Tarih boyunca medeniyetler, topraklarının mevcudiyeti ve verimliliğinin bir fonksiyonu olarak gelişmiş ya da gerilemiştir. ⓘ

Toprak verimliliği çalışmaları

Yunan tarihçi Xenophon (M.Ö. 450-355) yeşil gübrelemenin yararlarını ilk açıklayan kişi olarak anılır: 'Ama o zaman yerde ne kadar yabani ot varsa, toprağa dönüştürüldüğünde toprağı tezek kadar zenginleştirir. ⓘ

Columella'nın MS 60 dolaylarında kaleme aldığı Hayvancılık kitabı kireç kullanımını ve yonca ile yoncanın (yeşil gübre) altının açılması gerektiğini savunmuş ve Roma İmparatorluğu'nun çöküşüne kadar 15 kuşak (450 yıl) tarafından kullanılmıştır. Roma'nın çöküşünden Fransız Devrimi'ne kadar toprak ve tarım bilgisi ebeveynden çocuğa aktarılmış ve sonuç olarak mahsul verimi düşük olmuştur. Avrupa Ortaçağı boyunca Yahya İbnü'l-Avvam'ın el kitabı, sulamaya yaptığı vurguyla Kuzey Afrika, İspanya ve Orta Doğu halklarına rehberlik etmiştir; bu eserin bir çevirisi nihayet İspanyol etkisi altındayken Amerika Birleşik Devletleri'nin güneybatısına taşınmıştır. Fransız tarım biliminin babası olarak kabul edilen Olivier de Serres, nadasın terk edilmesini ve bunun yerine ürün rotasyonları içinde saman çayırlarının kullanılmasını öneren ilk kişidir. Ayrıca üzüm bağlarının yönetiminde toprağın (Fransız terroir'i) önemini vurgulamıştır. Ünlü kitabı Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs, modern, sürdürülebilir tarımın yükselişine ve Orta Çağ boyunca ve hatta daha sonra bölgelere göre Batı Avrupa topraklarını mahveden orman çöplerinin kaldırılması ve asfaltlama yoluyla ekinler için toprak ıslahı gibi eski tarım uygulamalarının çöküşüne katkıda bulundu. ⓘ

Bitkilerin büyümesini sağlayan şeyin ne olduğuna dair deneyler, ilk olarak bitki yakıldığında geride kalan külün temel unsur olduğu fikrine yol açtı, ancak yanmadan sonra toprakta kalmayan nitrojenin rolü göz ardı edildi ve bu inanç 19. yüzyıla kadar hüküm sürdü. Yaklaşık 1635 yılında Flaman kimyager Jan Baptist van Helmont, sadece yağmur suyu eklenerek yetiştirilen bir söğüt ağacıyla yaptığı ünlü beş yıllık deney sonucunda suyun temel element olduğunu kanıtladığını düşünmüştür. Helmont'un vardığı sonuç, bitkinin ağırlığındaki artışın, toprağın ağırlığında herhangi bir azalma olmaksızın sadece su ilavesiyle gerçekleştiği gerçeğinden kaynaklanıyordu. John Woodward (ö. 1728) temizden çamurluya kadar çeşitli su türleriyle deneyler yapmış ve çamurlu suyu en iyisi olarak bulmuş ve böylece toprak maddesinin temel unsur olduğu sonucuna varmıştır. Diğerleri, büyüyen bitkiye bir miktar öz aktaran şeyin topraktaki humus olduğu sonucuna vardı. Diğerleri ise yaşamsal büyüme prensibinin ölü bitki ya da hayvanlardan yeni bitkilere geçen bir şey olduğu görüşündeydi. 18'inci yüzyılın başında Jethro Tull toprağı işlemenin (karıştırmanın) faydalı olduğunu gösterdi, ancak karıştırmanın toprağın ince kısımlarını bitki emilimi için kullanılabilir hale getirdiği görüşü hatalıydı. ⓘ

Kimya geliştikçe, toprak verimliliğinin araştırılmasına uygulandı. Fransız kimyager Antoine Lavoisier yaklaşık 1778 yılında bitki ve hayvanların yaşamak için oksijeni içten yakmaları gerektiğini gösterdi. Van Helmont'un söğüt ağacının 165 kiloluk (75 kg) ağırlığının çoğunun havadan kaynaklandığı sonucuna varabildi. Fransız ziraatçı Jean-Baptiste Boussingault, deneyler yoluyla bitkiler için ana karbon, hidrojen ve oksijen kaynaklarının hava ve su olduğunu, azotun ise topraktan alındığını gösteren kanıtlar elde etti. Justus von Liebig, Organik kimyanın tarım ve fizyolojiye uygulamaları (1840'ta yayınlandı) adlı kitabında, bitkilerdeki kimyasalların topraktan ve havadan gelmiş olması gerektiğini ve toprağın verimliliğini korumak için kullanılan minerallerin değiştirilmesi gerektiğini ileri sürdü. Liebig yine de azotun havadan sağlandığına inanıyordu. İnkalar tarafından toprağın guano ile zenginleştirilmesi 1802 yılında Alexander von Humboldt tarafından yeniden keşfedildi. Bu, guanonun ve Şili nitratının çıkarılmasına 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 başladı. İngiltere'de John Bennet Lawes ve Joseph Henry Gilbert, Liebig tarafından kurulan Rothamsted Deney İstasyonu'nda çalıştılar ve bitkilerin topraktan azot aldığını ve tuzların bitkiler tarafından emilebilmesi için kullanılabilir durumda olması gerektiğini (yeniden) keşfettiler. Araştırmaları, fosfat kayasının asitle işlenmesinden oluşan süperfosfatı da üretti. Bu, potasyum (K) ve azot (N) tuzlarının gübre olarak icat edilmesine ve kullanılmasına yol açtı. Kok kömürü üretiminden elde edilen amonyak geri kazanılmış ve gübre olarak kullanılmıştır. Son olarak, gübre içinde toprağa verilen besin maddelerinin kimyasal temeli anlaşılmış ve 19. yüzyılın ortalarında kimyasal gübreler uygulanmaya başlanmıştır. Ancak toprak ve içindeki yaşam formlarının dinamik etkileşimi hala anlaşılamamıştı. ⓘ

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

Bazı baklagillerin havadaki azotu alıp toprağa sabitleyebildiği biliniyordu ancak bakterilerin azot sabitlemede oynadığı rolün anlaşılması için 19. yüzyılın sonlarına doğru bakteriyolojinin gelişmesi gerekti. Bakteri ve baklagil köklerinin ortak yaşamı ve azotun bakteriler tarafından fiksasyonu, Alman tarım uzmanı Hermann Hellriegel ve Hollandalı mikrobiyolog Martinus Beijerinck tarafından eş zamanlı olarak keşfedilmiştir. ⓘ

Ürün rotasyonu, makineleşme, kimyasal ve doğal gübreler 1800-1900 yılları arasında Batı Avrupa'da buğday veriminin iki katına çıkmasını sağladı. ⓘ

Toprak oluşumu çalışmaları

Toprağı tarımsal uygulamalarla bağlantılı olarak inceleyen bilim adamları, onu esas olarak statik bir alt tabaka olarak düşünmüşlerdir. Ancak toprak, biyotik ve abiyotik süreçlerin etkisi altında daha eski jeolojik materyallerden evrimin bir sonucudur. Toprağın iyileştirilmesine yönelik çalışmalar başladıktan sonra, diğer araştırmacılar da toprak oluşumunu ve bunun sonucunda da toprak türlerini ve sınıflandırmalarını incelemeye başlamıştır. ⓘ

Eugene W. Hilgard (1833-1916), 1860 yılında Mississippi'deyken kaya materyali, iklim, bitki örtüsü ve gelişen toprak türleri arasındaki ilişkiyi incelemiştir. Toprakların dinamik olduğunu fark etti ve toprak türlerinin sınıflandırılmasını düşündü. Ne yazık ki çalışmalarının devamı gelmedi. Yaklaşık aynı zamanlarda Friedrich Albert Fallou, Saksonya Prensliği için orman ve çiftlik arazilerini değerlendiren profesyonel çalışmasının bir parçası olarak toprak profillerini tanımlıyor ve toprak özelliklerini oluşumlarıyla ilişkilendiriyordu. 1857 tarihli Anfangsgründe der Bodenkunde (Toprak biliminin ilk ilkeleri) adlı kitabı modern toprak biliminin temellerini atmıştır. Fallou'nun çalışmalarıyla çağdaş olan ve adil vergilendirme için araziyi doğru bir şekilde değerlendirme ihtiyacıyla hareket eden Vasily Dokuchaev, Rusya'da kapsamlı bir toprak araştırması yapan, benzer temel kayaçların, iklim ve bitki örtüsü türlerinin benzer toprak katmanlarına ve türlerine yol açtığını gözlemleyen ve toprak sınıflandırmaları için kavramlar oluşturan bir toprak bilimci ekibine liderlik etti. Dil engelleri nedeniyle bu ekibin çalışmaları, Rus ekibin bir üyesi olan Konstantin Glinka'nın Almanca bir yayını aracılığıyla 1914 yılına kadar Batı Avrupa'ya iletilememiştir. ⓘ

Curtis F. Marbut, Rus ekibinin çalışmalarından etkilenerek Glinka'nın yayınını İngilizceye çevirmiş ve ABD Ulusal Kooperatif Toprak Araştırması'nın başına getirildiğinde bu yayını ulusal bir toprak sınıflandırma sistemine uygulamıştır. ⓘ

Oluşumu

Genel olarak kabul edilen bir teoriye göre Dünya, Güneş'in etrafında, yine güneşin oluşumundan arda kalan toz ve parçacıkların zamanla ve kütle çekimi ile bir araya gelerek oluşmuş eriyik bir gök cismi idi. Boşlukta dönerken zamanla soğuyan bu kütlenin üzeri sert bir kabuk halini almıştır. Bu sert kabuğu oluşturan kayaların milyonlarca yıl boyunca çeşitli etkilerle ile ayrışması sonradan içerisine organik maddelerin karışmasından toprak olmuştur. Bu parçalanmada fiziksel, kimyasal ve biyolojik faaliyetler bir arada rol oynamıştır. Hâlen de bu kuvvetler etkilerini göstermekte ve toprakların oluşumu devam etmektedir. ⓘ

Etrafımıza baktığımızda küçük bir arazi parçasında bile çeşitli toprak türleri görürüz. Bu farklılığın değişik sebepleri vardır. Toprakta bulunan maddelerin pek çoğu yeryüzünü kaplayan kayalardan meydana geldiğine göre, toprağın cinsi onu oluşturan kayanın yapısı ile yakından ilgilidir. Fakat iklimin, canlıların, arazinin düz veya engebeli oluşunun yani topoğrafik durumunun ve zamanın etkilerinin de meydana gelen toprağın türünde kaya kadar önemli rolü vardır. ⓘ

Yapısı

Normal bir toprak şu bileşenlerden oluşur:

1. %50 katı kısmı: Organik maddeler (%5), İnorganik maddeler (%45)
2. %50 Boşluklar : Hava (%25) ve su (%25) ⓘ

Toprağın katı kısmını; Çakıl, kum, kil, mil ve tuz oluşturur. Bu katı maddelerin arasında kalan boşluklara da su ve hava yerleşir. Topraktaki hava miktarı suyun varlığına bağlıdır. Su oranı artıkça hava oranı azalır. Suyun işgal etmediği kısımlar normal atmosferden bileşiminden farklı hava ile doludur. Normalden daha fazla Karbondioksit ve nem, daha az oksijen bulunur. ⓘ

Toprak çeşitleri

Başlıca toprak çeşitleri:

Zonal topraklar	Azonal Topraklar	İntrazonal topraklar ⓘ
Laterit	Alüvyal topraklar	Halomorfik
Podzol	Morenler	Kalsimorfik
Terra rossa	Lösler	Hidromorfik
Kahverengi orman		Vertisol
Tundra		Rendzina
Step topraklar
Çernozyom

1-Taşlı topraklar

Taşlı topraklar: İçeriği % 80 taş ve az miktarda topraktan oluşur. Kolay havalanırlar. Fakat su tutma kapasiteleri ve besin ihtiyaçları azdır. ⓘ

3-Tınlı topraklar

Yarıdan fazlası kum ve % 30–50 arası da kilden meydana gelirler. Tava gelmeleri ve işlenmeleri kolay olduğundan tarım için elverişli topraklardır. ⓘ

4-Killi topraklar

Killi topraklar: İçeriğinin yarıdan fazlasını kil oluşturur. Su tutma kapasiteleri yüksektir. Bu nedenle geç tava gelirler. Tava gelmeden işlenmesi halinde toprak tekstürü zarar görür. Ağır topraklar olup işlenmeleri zordur. Kurak zamanlarda toprak katı bir hal alır. ⓘ

5-Marnlı topraklar

Marnlı topraklar. İçinde kum, kil, çakıl ve humus bulunur. Bağcılık bakımından uygun topraklardır. ⓘ

7- Kireçli topraklar

Kireçli topraklar: Kil, kum, humus ve kireç ihtiva ederler. Kalın bir kaymak tabakası bağlarlar. Suyu geçirmezler. Zor işlenen bir toprak çeşididir. ⓘ

Toprak sınıflandırması

Türkiye'de Toprak Sınıflandırması

Türkiye’de 1967-1971 yılları arasında mülga Topraksu Genel Müdürlüğü tarafından hazırlanan ‘Türkiye Toprak Envanteri’ çalışmalarında, ‘Eski Amerikan Sınıflandırması’ olarak adlandırılan sistem kullanılmıştır. Aynı genel müdürlük, 1981-1984 yıllarında bu çalışmasını güncellemiş ve 1:25.000 ölçekli toprak haritaları üretilmiştir. Bu haritalar, ülkemizin detaylı tek toprak envanteridir. Ülkemizdeki bazı ovalara yönelik büyük projelerin gerçekleştirilmesiyle, bu ovalara özel daha büyük ölçekli toprak haritaları da üretilmiştir. Türkiye’de gerçekleştirilen en son toprak sınıflandırma çalışması, Çukurova Üniversitesi işbirliği ile FAO tarafından 2005 yılında gerçekleştirilmiş olup, FAO’nun kendi sınıflandırma sistemi kullanılmış 1:800.000 ölçekli haritalardır . ⓘ

Türkiye'de hem FAO’nun hem de USDA’nın sınıflandırma sistemleri bir arada kullanılmaktadır. Özel projeler için hazırlanan ‘planlama toprak etütleri’ ve ‘sulu arazi tasnif sınıfları’ haritaları, arazi toplulaştırma 3 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. amacıyla yapılan ‘storie indeks 20 Mart 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.’ haritaları, Türkiye toprak varlığı haritaları oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. TBMM’nin 2005 yılında yürürlüğe soktuğu, 5403 sayılı Toprak Koruma ve Arazi Kullanım Kanunu20 Temmuz 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ile arazilerimizin; “Mutlak, Marjinal, Özel Ürün, Dikili Tarım” arazileri şeklinde dört ana grup altında toplanması hedeflenmiştir. Bu yasada bahsedilen sınıflandırma, toprağın doğrudan fiziko-kimyasal özelliklerinin yanı sıra, mevcut kullanım şekillerini de dikkate alan bir yöntemi ele almaktadır. Bu sistemde, dikili ya da özel ürün tarımsal kullanım şekli dışında kalan ve %8’den daha fazla eğimli araziler “Marjinal Tarım Arazileri” olarak sınıflandırılmışlardır. Marjinal Tarım Arazileri, diğer gruplar içerisinde tarım dışı kullanılmasına izin verilebilen tek grubu oluşturmaktadır. Tarımsal kullanım özelliği yüksek olan I ve II. sınıf arazilerin tamamı ve bir kısım III. sınıf araziler mutlak tarım arazileri sınıfında toplanmıştır. ⓘ

Kırsal arazilerin sınıflandırılması için arazide doğrudan gözlemlere, laboratuvarda kimyasal, fiziksel ve mikromorfolojik analizlere ve kartografik ürünlere (topografik haritalar, uydu görüntüleri vb.) gereksinim vardır. Bu gözlemler ve ürünler sayesinde; toprak özellikleri (derinlik, bünye, erozyon durumu, drenaj koşulları, tuzluluk, alkalilik, taşlılık – kayalılık yüzdesi, pH, horizon yapısı, diğer organik ve inorganik maddeler ve renk) ve arazi özellikleri (eğim, arazi kullanım kabiliyet sınıfı, arazi kullanım kabiliyet alt sınıfı, büyük toprak grubu, parsel şekli ve büyüklüğü, konum, şimdiki arazi kullanımı, sulama durumu) tespit edilir.. ⓘ