Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ."— Sunum transkripti:

1 TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ

2

3 Türkiye topraklarının çok büyük bir çoğunluğunun organik madde kapsamı tarımsal üretimden en yüksek verimin alınmasını engelleyecek düzeydedir.

4 Kil ve organik madde miktarının bilinmesi neden önemlidir?  Yüksek KDK değeri (>25) toprağın yüksek kil/organik madde kapsadığının ve fazla miktarda katyon tutubileceğinin en iyi göstergesidir.  Düşük KDK değeri (<5) toprağın kumlu ve ve düşük organik madde kapsamında olduğunun ve fazla katyon tutamayacağının iyi bir göstergesidir.

5 5.1. Toprak organik maddesi tanımı, bileşenleri ve kompozisyonu Organik madde çoğu kaynaklarda humus tanımıyla aynı anlamda kullanılmakla beraber bazı araştırıcılar tamamen değişime uğramış organik materyalleri humus olarak tanımlamaktadır (Çizelge 1).

6 Çizelge 1.Organik maddeye ilişkin tanımlamalar TerimTanımlama Toprak Organik maddesi Toprakta canlı biyolojik kütle hariç, ayrışmış ve kısmen ayrışmamış dokuları kapsayan organik bileşikler bütünü Toprak biyolojik kütlesiYaşayan doku halindeki organik materyal Organik kalıntılar Ayrışmamış bitki ve hayvan dokuları ve bunların kısmen ayrışmış ürünleri Humus Toprakta ayrışmamış ve kısmen ayrışmış dokular ile toprak biyokütlesi dışındaki tüm organik bileşikler toplamı Humik maddeler Yüksek moleküler ağırlıklı, renkli, bu nedenle toprak ve sediment çevresinden ayrılan mikrobiyal ayrışmaya dayanıklı maddeler Humik olmayan maddeler Mikrobiyal ayrışmaya elverişli biyokimyasal olarak tanımlanabilen bileşikler, polisakkaritleri içerirler HuminHumusun alkalide çözünmeyen kısmı Humik asit Koyu renkli alkali ile ekstrakte edilebilen ve asitte çözünmeyen humik maddeler Fulvik asit Renkli, alkali ile ekstrakte olabilen asidifikasyonla humik asidin uzaklaştırılması sonucu çözeltide kalan humik maddeler

7 Elektron mikroskop görüntüleri Killer yaprakçıklar halinde, kat kat dizili görünüm verir. Elektrik yüklüdürler ve magnet gibi davranırlar, besin maddelerini çekerler ve tutarlar. Humik maddeler Amorf yapıdadırlar Kil mineralleri

8 5.2.Toprak organik maddesinin etkileri  Fiziksel- toprak strüktürünü düzenler,su tutma kapasitesini arttırır, hacim ağırlığını düşürür, koyu rengi ile toprağın sıcaklığını etkiler  kimyasal – Yüksek KDK, pH tamponu gibi etki eder,metalleri bağlar,pestisitlerle reaksiyona girerek onları tutar.  Biyolojik – toprak organizmalarına enerji sağlar,mikrobiyal popülasyonu ve aktivitelerini arttırır, mikroorganizmalar için besin ve besin deposudur.  Toprak organik maddesindeki besinlerin yaklaşık % 1 to 4’ü mikroorganizmaların dönüştürmesiyle bitkilere yarayışlı halde salınır.  Bu salınma ılık ve nemli koşullar altında yüksek soğuk ve kuru iklimlerde yavaştır. Mikroorganizmalar bitkiler için besin maddesi salınımı için zorlayıcı kuvvettir.

9  om bitki besin maddeleri için kaynak ve depo,  toprak organizmaları için de enerji kaynağıdır.  Toprağın agregasyonunu, havalanmasını, su tutma kapasitesini  ve geçirgenliğini olumlu yönde etkiler,  erozyonu önler, verimliliğini arttırır.  Toprak organik maddesi toprakta pestisit taşınımı,  su kalitesi ve evrensel karbon döngüsü üzerinde etkin bir rol oynar. Toprak organik maddesinde ve ayrışan bitki materyalindeki C miktarı canlı biyolojik kütleden 2-3 kez daha fazladır.  Toprak organik maddesi dünya yüzeyindeki en büyük karbon rezervini oluşturmaktadır.  Dünya topraklarının organik karbon kapsamlarının yaklaşık 1.395x10 12 kg olduğu tahmin edilmektedir  Toprakta organik maddenin ayrışması atmosfer için en büyük C girdisi kaynağını oluşturmaktadır.

10 + Flokülasyon (kimyasal) Agregasyon (organik) Kümeleşme (Flokülasyon ve Agregasyon)

11 Organik Madde Destekli Kümeleşme

12 Çizelge 2. Toprak organik maddesinin genel özellikleri ve toprak özellikleri üzerine etkileri ÖzellikGözlemlerToprağa Etkisi RenkKoyu renkIsınmayı kolaylaştırmak Su tutulması Organik madde kendi ağırlığını 20 katı su tutar. Şişme ve büzülmeyi korur. Kil mineralleri ile birleşimAgregat oluşumu sağlar. Gazların değişimine izin verir, strüktürü sabitleştirir, permeabiliteyi artırır. Şelatlama Cu 2+, Mn 2+, Zn 2+ ve diğer polideğerlikli katyonların durağan kompleksler oluşturması Yüksek bitkilere mikrobesinlerin yarayışlılığını artırabilir. Suda çözünürlük Organik maddenin killerle beraberliği nedeniyle organik madde çözünmezdir. Çok az bir organik madde yıkanma ile kaybedilir. Tamponlama eylemi Organik madde zayıf asit, nötral ve alkalin pH’larda tamponlama yapmaktadır. Toprakta uniform bir pH reaksiyonunun devamlılığını sağlar. Katyon değişimHumus mEq100g -1 Toprakların katyon değişim kapasitesini artırabilir. Mineralizasyon CO2, NH 4 +, NO 3 -, PO 4 -, SO 4 2- gibi bileşenlerine ayrışmasıdır. Bitki gelişimi için besin elementlerinin bir kaynağıdır. Organik moleküllerle birleşimiPestisitlerin parçalanması, devamlılığı, biyoaktivitesini etkiler. Kalıcı kontrol için pestisitlerin uygulama oranını değiştirir.

13 Düşük pH, (asidik toprak) Nötr pH, 7 Hidrojen Besin maddesi Artan pH organik maddenin KDK ni artırır

14 Humin maddeler koyu renklidir ve güneş ışınlarını daha iyi absorbe ederler. Böylece toprakların daha çabuk ve iyi ısınmalarını sağlarlar. Organik maddece varsıl topraklar ilkbaharda erken ısınacakları için vejetasyon periyodu da uzamış olur Organik maddenin KDK’sının yüksek oluşu, kapsadıkları karboksil (COOH) ve fenolik hidroksil (OH) guruplarındandır ve topraklarda bbm’nin yıkanarak uzaklaşmalarına engel olur Tarım ilaçlarının adsorpsiyonuna veya deaktivasyonuna yada her ikisinde de etkilidir Bitki besin maddesi kaynağı olarak görev yapar ve bitki besin maddelerinin yarayışlılıklarını artırır.

15  Tarım topraklarında organik maddenin miktarı % arasında değişmektedir.  Toprakların organik madde içerikleri birbirinden farklıdır örneğin çöl topraklarında % 0,2’den az, organik topraklarda ise % 80’den fazla organik madde bulunmaktadır.  Toprak organik maddesi topraklar için son derece önemli bir kalite faktörüdür.

16 Organik bileşikler Bitki Dokusu (%) Toprak organik maddesi (%) Karbonhidratl ar Şekerler ve nişasta Hemiselüloz Selüloz Protein Suda eriyebilen basit ve ham proteinler Lignin Yağlar, mumlar, taninler vb.1-8 OM bileşiminde oluştuğu ortama göre değişmekle birlikte genel olarak %50 C, %40 oksijen, %5 H, %4 N ve %1 S bulunmaktadır. Bitki besin maddeleri toprağın inorganik fraksiyonuna bağlandığı gibi organik maddeye de değişebilir katyon ve anyonlar halinde veya katyon köprüleri ile bağlanabilir, organomineral oluşumların yüzeylerinde adsorbe edilmiş halde bulunabilir Bitkilerin dokularında bulunan organik bileşikler Ç izelge 3. Yüksek bitki kalıntılarının bileşiminde bulunan organik maddeler (%)

17 5.4. Bitkilerin dokularında bulunan bileşenlerin ayrışma hızları Ayrışma 1)Şekerler, nişaştalar, proteinler 2)Ham proteinler 3)Hemiselüloz 4)Selüloz 5)Lignin, yağlar ve mumlar Çabuk ayrışır Çok yavaş ayrışır Ç izelge 4. Bitki bileşenlerinin ayrışma hızı Taze organik materyal toprağa karıştığında hemen bakteri faaliyeti başlar: Şekerler, proteinler ve amino asitler gibi basit şekerlerle beslenmeye başlarlar ve bakteri nüfusu artar. Bakteriler kalıntılardaki bazı kompleks organik bileşikleri parçalayamazlar ve geri kalan materyalden yararlanmaları engellenmiş olur.

18  Lignin suda, çoğu organik çözücüde ve sülfürik asitte çözünmez, mikrobiyal ayrışmaya da son derece dayanıklıdır.  Bu özelliklerinden dolayı lignin organik maddenin oluşmasında (özellikle humik madde) önemli bir rol oynar.  Basidiomycetes ve Ascomycetesler önemli lignin parçalayıcı organizmalardır. Ligninin biyodegradasyonu sonucu polifenoller ve fenoller oluşur. Ayrışma, organik kalıntıların fiziksel olarak parçalanması, kompleks organik moleküllerin basit organik ve inorganik moleküllere dönüşümüdür.

19 Ayrışma hızını etkileyen üç temel faktör:  toprak organizmaları,  fiziksel ortam ve  organik maddenin yapısıdır.  Toprak organik maddesinin oluşumunda mikrobiyal degradasyon ve polimerizasyon aşamaları sonucunda ortama karbondioksit, enerji, su, bitki besinleri ve yeniden sentezlenmiş organik karbon bileşikleri verilir. Bu olaya humifikasyon denir.Lignin ayrışmasından gelen peptitler, aminoasitler ve aromatik bileşikler anahtar bileşenlerdir ve bunlar hümik materyalleri oluşturur.

20 Şekil 1. Toprak organik maddesinin oluşum aşamaları Bitki artıkları Basit şekerler ve organik bileşikler P olifenoller Fenoller benzoik asit diğer aromatik bileşikler Peptitler ve aminoasitler Modifiye ligninler Mikrobiyal degradasyon Quinonlar H ü mik maddeler Polimerizasyon

21 Sınıflandırma% organik C% organik madde Az humuslu<1<2 Orta humuslu Fazla humuslu Çok Fazla humuslu>5> Toprakların organik madde (humus) kapsamlarına göre sınıflandırılması Çizelge 5. Kültür topraklarının kapsadıkları organik karbon ya da organik madde miktarına göre sınıflandırılması % organik madde =% C x 1.72 veya organik maddesi yüksek topraklarda 1.72 yerine 2 ile çarpılı.

22 Organik maddeAlan (ha)Oransal dağılım (%) Çok az ( <% 1) Az (% 1-2) Orta (% 2-3) İyi (% 3-4) Yüksek ( >% 4) Topraklarımızın organik madde durumu Ç izelge 6. Ü lkemiz topraklarının organik madde kapsamlarına g ö re dağılımı (Ey ü poğlu, 1999)

23 Şekil 2. Toprak gruplarının organik karbon içerikleri

24 Şekil 3.Organik maddenin fraksiyonları Organik madde Humik olmayan maddeler Humik maddeler karbonhidrat,protein, amino asit Kolayca ayrışır ve kaybolur kimyasal organik bileşikler Yavaş ayrışırar

25 Şekil 4.Organik maddenin fraksiyonlarına ayrışması Organik madde (Alkali ile ekstraksiyon ) Çözünebilir (asit ile muamele) Çökelti Humik asit Berrak çözelti Fulvik asit Çözünemeyen Humin

26 Çizelge 7.humik ve fulvik asitlerin özellikleri ÖrnekElement analizi (%) CHNSOkül Fülvik asit Hümik asit Fonksiyonel grup analizi (meq/g) COOHFenolik-OHToplam asitlik Fülvik asit Hümik asit

27 5.7. Organik maddenin yük kaynakları Organik madde K+K+ NH + Ca +2 Na + H+H+ pH 7.0 KDK cmol/kg -COO COO- -0- Fonksiyonel gruplar: COOH and R-OH grupları

28 - fonksiyonel gruplar: karboksil, hidroksil, fenolik * Humus, Humik Asit, Fulvik Asit organik madde Organik Madde

29 5.8. Organik madde: azot kaynağı  Azotun % 90’nı organik haldedir. Yarayışlı hale gelmesi için mineralize olması gerekir.  Amonyum N (NH 4 + ): İnorganik, çözünebilir halde  Nitrat (NO 3 - ): İnorganik, çözünebilir halde  Atmosferik N (N 2 ): atmosferin % 80’nini oluşturmasına rağmen N-fikse eden bitkiler dışında diğer bitkilere faydalı değildir.  Nitrit (NO 2 - ): sadece anaerobik koşullar altında.Bitkiler için toksiktir. Genellikle topraklarda önemli miktarlarda bulunmaz.

30 Mineralizasyona karşı immobilizasyon  Mineralizasyon – organik bağlı bileşiklerin organizma veya bitkilere yarayışlı hale gelmesi  Immobilizasyon – inorganik formdaki bir elementin bitkilere yarayışlı olmayan organik forma dönüşmesi

31 Şekil 2. Mineralizasyon Bitki artığıToprak organik maddesi Mikrobiyal biyokütle Mineralizasyon NH 4 + NO 2 - NO 3- Oksidasyon N2ON2N2ON2 Redüksiyon PO 4 -3 SO 4 -2 Bitki alımı Tutulma Yıkanma

32 Organik madde dekompozisyonu Karbon ve Azot döngüsü Degredasyonun her bir döngüsünde organik karbonun yaklaşık 2/3 ü enerji olarak kullanılır ve CO 2 olarak salınır Bakteri, Fungus Toprak organik maddesi Bakteri, Fungus Toprak organik maddesi Nematodlar protistler, humus CO 2 Bitki artığı Degredasyonun her bir döngüsünde organik karbonun yaklaşık 1/3 ü mikrobiyal hücrelerin yapımında veya toprak organik maddesinin bir parçası haline gelir.

33 5.9. C:N (karbon/azot) oranı  Düşük C:N oranı (<25:1) : mineralizasyonun ve hızlı ayrışma oranının göstergesidir.  yüksek C:N oranı (>25:1) immobilizasyonun ve düşük ayrışma oranının göstergesidir.  düşük C:N oranı (yüksek N değeri) -sulandırılmamış çiftlik gübresi, otlar, sebze atıkları  Orta derede C:N oranı olan materyaller – çoğu kompostlar, yaprak malçları, örtü bitkilerinin artıkları  yüksek C:N oranı olan materyaller – saman,ağaç kabuğu,odu parçacıkları, talaş, mısır sapları,

34 Organik madde ayrışması Karbon ve azot oranları Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1 Organik artık C/N oranı yaklaşık 9:1 Organik artık C/N oranı yaklaşık 9:1 CO 2 C/N ratio 3:1 Karbonun 2/3 ü CO 2 olarak salınır Mineralizasyon Toprak N Mikrobial C/N oranı toprağa N salınarak 8:1 de tutulur

35 Organik madde ayrışması C/ N oranı Organik madde ayrışması C/ N oranı Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1 Organik artık C/N oranı yaklaşık 24:1 CO 2 C/N oranı 8:1 Karbonun 2/3 ü CO 2 olarak salınır Mikrobiyal C/N oranı N tüketilmeden veya salınmadan sürdürülür

36 kayıplar artar ve girdiler sabit kalırsa toprak organik maddesi azalır Toprak om Dekompozisyon (CO 2 ) Erozyon kayıplar girdi Bitki kalıntıları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost

37 Dekompozisyon (CO 2 ) Erozyon Girdi artar ve kayıplar aynı kalırsa, toprak organik maddesi artar. Toprak organik maddesi kayıplar girdiler Bitki artıkları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost

38 Toprağın organik madde = İlave organik madde miktarı- Ayrışmış organik madde miktarı kapsamındaki değişiklik Toprak karbonu (C) = KAZANIM - KAYIP - Yeşil gübreleme ve örtü bitkileri - korumalı toprak işleme - Bitki artıklarının toprakta bırakılması - Düşük sıcaklık ve gölge - Kontrollü otlatma - yüksek toprak nemi - yüzey malçları - kompost ve çiftlik gübresi kullanımı - uygun azot düzeyleri - yüksek verim - yüksek bitki kök/gövde oranı - Erozyon - Yoğun toprak işleme - Araziden bitki artıklarının bırakılmaması - yüksek sıcaklıklar ve güneşin etkisi - aşırı otlatma - toprak nemi azlığı - yangın - sadece inorganik maddelerin uygulanması - fazla mineral azot -düşük verim -düşük bitki kök/gövde oranı

39 1.Toprak organik madde düzeyini belirleyen faktörler 1.1.Amenajman Neredeyse tüm toprak ve ürün amenajman uygulamaları toprak organik maddesine etki etmektedir Coyne and Thompson (2006) amenajmanın toprak organik maddesi üzerine etkilerini şu şekilde açıklamışlardır: -Kültivasyon toprak organik maddesinin kaybolmasına yardımcı olur. -Illionis Üniversitesi’nin uzun dönemli deneme alanlarında, 125 yılı aşkın sürekli mısır kültivasyonu sonucunda toprak organik maddesi içeriği % 60 daha fazla azalmıştır. -Kültivasyon toprağı havalandırdığı için aerobik ayrışma teşvik edilir. -Toprak işleme agregatları kırarak agregatlarda korunan toprak C’unu mikrobiyal ayrışmaya açık hale getirir. -Drenaj yine toprak organik maddesi üzerine çarpıcı bir etkiye sahiptir. Toprak organik maddesine etki eden uygulamalar toprak işleme ve dikim teknikleri, bitki artıklarının muameleleri, organik artıkların uygulanması, bitki rotasyonu ve ön bitki kullanımıdır.

40  Organik madde miktarının yüksek olması doğrudan üretim miktarını etkilemekten başka ekonomik olarakta katkı sağlar.  Örneğin bazı çiftçiler 7 yıllık çiftlik gübresi kullanımı ve korumalı tarım sonrasında toprağın işlenmesi sırasında daha az güç harcandığını ve yakıttan tasarruf edildiğini belirtmişlerdir.  Yine bazı araştırıcılar uzun yıllar (8 yıl) çiftlik gübresi uygulanan topraklarda inorganik gübre uygulaması yapılan topraklara göre toprak işleme sırasında kullanılan yakıt tüketiminin azaldığını belirtmişlerdir. Yukarıdaki sonuçlar toprak organik maddesinin artmasının yakıt tasarrufu için bir potansiyel oluşturduğunu göstermektedir.

41

42

43

44

45

46 KATYON DEĞİŞİM KAPASİTESİ  KATYON DEĞİŞİMİ: Kolloid yüzeyinde adsorbe edilmiş olan değişebilir katyonlarla toprak çözeltisi içinde bulunan katyonların yer değiştirmesi  Katyon Değişim Kapasitesi: Bir toprağın adsorbe edebileceği değişebilir katyonların toplam miktarıdır.  me/ 100 g toprak (Cmol kg -1)  1 miliekivalan, 1 miligram H ile bağlanan yada onun yerine geçen diğer bir iyonun miktarıdır.  KDK ‘ si 10 me/100g ise 100g toprak 10mg H veya ona eşdeğer katyon tutmaktadır anlamına gelir.

47 Katyon Değişim Kapasitesi (KDK)  toprak çözeltisinden katyonları çekme – alma kapasitesi (örneğin, kil mineralleri net negatif yüklerinin bir ölçüsüdür)  meq/100g biriminde ölçülür (100 g kilin içerdiği net negatif yük) milieşdeğerlik sayısı değişebilir katyonlar olarak bilinirler  yüksek değerlikli ve yalın yarı-çapları büyük olan katyonların iyonik yer değiştirme gücü daha fazladır. Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ >> NH 4 + > K + > H + > Na + > Li +

48 Bazla doygunluk yüzdesi: Bir toprağın kolloidal komplekslerinin içerdiği değişebilir bazların ( Ca, Mg, K, Na) katyon değişim kapasitesinin yüzdesi olarak ifade edilen miktarlarına bazlarla doygunluk yüzdesi adı verilir. Miliekivalan değişebilir bazlar / KDK x 100 Bir toprağın bazla doygunluk yüzdesi 80 ise, kolloidin negatif yüklerinin % 80’i bazlar, % 20’si H+ tarafından doyurulmuş demektir. Hidrojenle doygunluk yüzdesi: Bir toprağın kolloidal komplekslerinin içerdiği değişebilir hidrojenin kapasitesinin yüzdesi olarak ifade edilen miktarlarına hidrojenle doygunluk yüzdesi adı verilir. Miliekivalan değişebilir H / KDK x 100 Kurak bölge topraklarının bazla doygunluk yüzdeleri %100 ve pH 8-10

49  Örnek: 1 toprağın KDK: 16 me/100g, değişebilir bazları oluşturan katyon toplamı 12 me/100 g ise bazla doygunluk yüzdesi? 12/16 x 100= % 75 Yani:  Toprağın KDK’sinin % 75’ini Ca, Mg, Na, K katyonları ile %25’ini H ve Al iyonları oluşturmaktadır. KDK üzerine;  Kil tipi, Kil miktarı,  Organik madde miktarı,  pH etkilidir.

50 Katyon değişim kapasitesine toprak tekstürü ve organik madde miktarının etkisi Kil tipi aynı kalmak koşulu ile toprağın kil yüzdesi arttıkça katyon değişim kapasitesi de artmaktadır. Kumlu olan hafif topraklarda kil kolloidleri ve humus miktarları düşük olduğundan dolayı, killi olan ağır bünyeli topraklara göre katyon değişim kapasiteleri daha düşüktür. Katyon değişim kapasitesine kolloid tipinin etkisi Humus miktarı eşit olmak koşulu ile aynı miktarda kil içeren topraktan montmorillonite sahip olanın katyon değişim kapasitesi, kaolinite sahip olan toprağa göre kat daha fazladır. Buradan anlaşılacağı üzere bir topraktaki kil tipi ve miktarı ile humus miktarı belirlendiğinde, o toprağın katyon değişm kapasitesini tahmin etmek mümkündür.

51 Problem: HA: 1,15 g/cm3 olan killi bir bir toprağın KDK=10me/100g ise değişebilir H iyonları (tutulabilir) miktarı? Çözüm:  HA=1 olduğunda 1 da arazide kg toprak  x 1.15= kg toprak var.  1 me H= 1mg H  100 g toprak 10 mg H  mg toprak 10mg H  kg toprak 23kg H tutulabilir

52 Problem: HA: 1,15 g/cm3 olan killi bir toprağın KDK=10me/100g ise değişebilir Ca iyonları (tutulabilir) miktarı? Çözüm: 1 mg H ile yer değiştirebilmek için 40:2=20 mg Ca (20 mg Ca= 1 me Ca) 10 me x 20 mg = 200 mg Ca mg toprak 200mg Ca kg toprak 460 kg Ca tutulabilir

53  Problem: Eğer 100 g toprak 300 mg Ca tutuyor ise bu toprağın KDK? KDK= 300: 20= 15 me/100g

54  1. toprak 2. toprak  KDK=10 me/100g KDK=40 me/100g  8 me Ca 8 me Ca  Hangisinde Ca’un yarayışlılığı (bitkiler tarafından kolayca alımı) daha fazladır?  Not: Toprak kolloidleri tarafından adsorbe edilen bir katyonun yarayışlılığı toplam miktarına değil yüzde oranının yüksekliğine bağlıdır.

55 ÇEŞİTLİ MADDELERİN KDK DEĞERLERİ

56

57 Toprak Çözeltisi Katyon Konsantrasyonu  katyon konsantrasyonuı kil tanesinden uzaklaştıkça azalır katyonlar kil taneciği Elektriksel çift katman Serbest su

58 Toprakta Kalsyum’un Yarayışlı Hale Getirilmesi Kolloid yüzeyi CaCa + 2H 2 CO 3  H H + Ca(HCO 3 ) 2 Kolloid yüzeyi Adsorbe- edilmiş Ca +2 Çözünebilir bikarbonat Adsorbe- edilmiş H +

59 Karşılaştırma MineralÖzgül yüzey (m 2 /g) KDK (meq/100g) Kaolinit Illit Montmorillonit Klorit

60

61 Organic matter and CEC (cmol c l/k g) Common %OC for A horizons in productive areas ~4%  So: y = (4.9 * 4%) + 2.4; or CEC = 22 cmol c /kg

62 Rule of thumb for estimation of a soil’s CEC CEC = (% O.M. x 200) + (% clay x 50) But the CEC of clay minerals ranges from 3 to 150!

63 Calculation of CEC with % clay and % OM Assume Avg CEC for % OM = 200 meq/100g Assume Avg CEC for % clay = 50 meq/100g CEC = (% OM x 200) + (% Clay x 50) From soil data: soil with 2% OM and 10% Clay 200 x x.1 = = 9 meq/100 g

64 Toprak organik maddesinin sürdürülebilirliği

65 ? Organik maddeye neden önem vermeliyiz? OM toprağın fiziksel özelliklerini iyileştirir Granülasyon ve agregat stabilitesini arttırır. Ağır bünyeli toprakları işlemeyi kolaylaştırır. İnfiltrasyon olayını arttırır Su tutma kapasitesi artırır Erozyonu azaltır Toprağınız bu şekilde ise Aşağıdaki manzara oluşmaz

66

67 Besin döngüsü artar Kök uzaması ve bolluğu artar. Besin ve su ilişkileri artar Besin döngüsü artar Kök uzaması ve bolluğu artar. Besin ve su ilişkileri artar Organik maddeye neden önem vermeliyiz???

68 Toprak organik maddesi nedir?  Toprakta karbon içeren maddelerin hepsi (karbonat ve bikarbonatlar hariç)  Om Bitki artıkları (artık ve kökler) Hayvan kalıntıları ve salgıları Canlı mikroorganizmalar (mikrobiyal biyomas)  Zamanla mikroorganizmalar taze organik maddeleri stabil toprak organik maddesine dönüştürür. Bitki artıkları Bakteri Fungus aktinomisetler Toprak organik maddesi

69 Organik maddenin parçalanması Corn leaf pulled into nightcrawler burrow Millepede Ants Soil insects and other arthropods –Shred fresh organic material into much smaller particles –Allows soil microbes to access all parts of the organic residue

70 Organic matter decomposition Everyone is involved  Bacteria Population increases rapidly when organic matter is added to soil Quickly degrade simple compounds - sugars, proteins, amino acids Have a harder time degrading cellulose, lignin, starch Cannot get at easily degradable molecules that are protected Bacteria on fungal strands Spiral bacteria Rod bacteria

71 Organic matter decomposition Everyone is involved  Fungi Grow more slowly and efficiently than bacteria when organic matter is added to soil Able to degrade more complex organic molecules such as hemicellulose, starch, and cellulose. Give other soil microorganisms access to simpler molecules that were protected by cellulose or other complex compounds. Soil fungus Fungus on poplar leaf Tree trunk rotted by fungi Fairy ring

72  So, lets bring on the fungi. Their populations increases more slowly than the bacteria, but they are able to degrade the complex compounds the bacteria could not get at. Things like hemicellulose, starch, and cellulose. The degrading work of the fungi helps to open up the locked cupboard and give other microbes access to the remaining simple compounds.

73 Fungi and Soil Structure Fungal hyphae (threads) help hold soil granules together Fungal exudates (goo) help cement soil particles together Fungi absent - Soil structure is not maintained when immersed in water Active Fungi Present – Soil structure is maintained when immersed in water

74  Another important function soil fungi is the strong influence they have on soil structure. Their hyphal strands help to hold soil aggregates together, and they also excrete organic substances that help cement the aggregates. This is demonstrated in these photos. On the left are soil aggregates in the presence of fungi. These soil aggregates are strong enough to hold up to being shaken in water. On the right is a soil that was similarly aggregated but without fungi. The structure could not stand up to being shaken in water.

75 Organic matter decomposition Everyone is involved  Actinomycetes The cleanup crew Become dominant in the final stages of decomposition Attack the highly complex and decay resistant compounds  Cellulose  Chitin (insect shells)  Lignin  Waxes

76  Back to decomposition. The final degraders are the actinomycetes. They are the clean-up crew and come in at the final stages of decomposition. Like fungi they are able to degrade complex compounds like cellulose, lignin, and chitin.

77 Organic matter decomposition Everyone is involved  Protists and nematodes, the predators Feed on the primary decomposers (bacteria, fungi, actinomycetes) Release nutrients (nitrogen) contained in the bodies of the primary decomposers Amoeba Bacteria-feeding nematode Predatory nematode Rotifer

78  Protistler ve nematodlar organik maddenin oluşumundaki rolleri unutulmamalıdır.  These are the predators, hunting around in the soil for the creatures that got fat from eating the plant litter. They feed on the bacteria and fungi and release nutrients into the soil.

79  Degradation of organic material involves in important balance between carbon and nitrogen in the material being degraded, in the degraders, and in the soil.  When fresh litter is degraded, about 2/3 of the carbon is released as carbon dioxide, and about 1/3 goes into building new biomass. This cycle repeats over and over until the material is degraded to stable soil humus.

80  Bacteria and fungi have an average C/N ratio in their cells of about 8:1. This ratio must be maintained. If fresh organic material has a C/N ratio of around 24/1, this provides exactly the ratio needed to keep the bacteria and fungi C/N ratio at 8:1. This is because with 2/3 of the carbon being lost as carbon dioxide, the C/N ratio of what the microbes actually use is very close to 8:1.

81  Eğer kalıntılar ın C/N oranı yüksek ise, örneğin 90:1, the microbes will be taking up material with a C/N ratio of 30:1. This is much too high in carbon. They need nitrogen and will scavenge nitrogen from the soil in a process called N immobilization. Because microbes are much better at grabbing nitrogen than plants are, plants become nitrogen deficient. In general, if the litter C/N ratio is above 30:1, immobilization will result.

82  Anız, talaş ve bazı yapraklar gibi yüksek C/N oranı olan materyallerin ayrışması c/N oranı düşük materyallerden daha yavaş ilerler.  This is in part because Nitrogen becomes limiting as bacteria and fungi scavenge all the available nitrogen in the soil, and in part because high C/N ratio materials tend to have more of the slowly degraded, complex compounds such as cellulose and lignin.

83 All organic matter in soil is not equal Scientists describe 3 pools of soil organic matter Pasif OM 500 – 5000 yıl C/N ratio 7 – 10 Aktif OM 1 – 2 yıl C/N ratio 15 – 30 Yavaş OM 15 – 100 yıl C/N ratio 10 – 25 Recently deposited organic material Rapid decomposition 10 – 20% of SOM Intermediate age organic material Slow decomposition 10 – 20% of SOM Very stable organic material Extremely slow decomposition 60 – 80% of SOM CO 2

84  Toprak organik maddesi basit bir yapı değildir.Taze kalıntıların veya organik gübrelerin stabil humusa dönüşümü uzun ve yavaş bir olaydır. Ve toprak organik maddesinin farklı sınıfları bulunmaktadır.  Aktif organik madde havuzu: Henüz ayrışmaya başlamış taze organik materyal, bitki ve hayvan kalıntıları. Bu havuz ayrışmanın en hızlı olduğu besinlerin salındığı ve ve CO in atmosfere salındığı havuzu ifade eder. Bu havuzun ayrımasının toprak strüktürü oluşumu ve stabilizasyon üzerine önemli etkisi vardır.

85  Thus many of the benefits of SOM are from this active or fresh pool – nutrient supply, improved structure, improved water infiltration, decreased erosion, stimulated microbial activity. This is the most dynamic part of the soil organic matter, the pool that undergoes the greatest change and turnover.  At the other end of the line is the largest pool of soil organic matter, often called the passive pool. This organic matter is very stable. It has gone through many cycles of decomposition and the molecules that are left here are so complex that microbes have a hard time biting into them or using them as food energy. Scientists have been able to determine that some of this organic matter has been in the soil for as long as 5000 years. The passive organic matter is largely responsible for the increased cation exchange capacity and water holding capacity in soil.

86 Decomposition (CO 2 ) Erosion Soil Organic Matter Losses Inputs Crop Residues Crop Roots Manure Compost There is a constant turnover of organic material in soil. The quantity of SOM depends on the balance between inputs and losses of organic material

87  Clearly soil organic matter is very dynamic, there is a constant turnover of the organic carbon in soils as fresh organic material is added and then decomposed. So, unlike the mineral parts of soil, soil organic matter levels can change depending on inputs and losses. In natural, undisturbed systems such as forests or grasslands, or agricultural soils where management does not change, soil organic matter levels have reached a steady state.

88  That is, over the course of a year or two, the amount of carbon that enters the soil is equal to the amount that is lost from the soil and the SOM level remains constant. It might go up or down a little from one season to the next, but over longer time periods the level is not changing.

89 If losses increase and inputs remain constant, SOM will decrease Soil Organic Matter Decomposition (CO 2 ) Erosion Losses Inputs Bitki kalıntıları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost

90  But if something happens to disrupt the system, or if management changes significantly, SOM levels can change. For example, if a normally wet soil is drained, decomposition rates could increase substantially. This increases decomposition and the amount of SOM will decrease.

91

92  Inputs of organic material can also be suddenly decreased. This is a satellite image of southern Mexico. The bright white material is cloud cover. The thin greyish whispy material is smoke from fires rising high into the atmosphere. These are fires are from forests being cut and burned to clear land for farming. This represents a sudden and huge loss of potential carbon input into the soil.

93  Ideal olarak om düzeyini arttırmak istiyorsak sadece girdiyi değil kayıpları da azaltmamız gerekir.  Bunu nasıl yapabiliriz?

94 But… SOM will not continue to increase or decrease indefinitely When inputs or losses are changed, SOM quantity changes to a different level and a new steady state condition is reached. SOM level Years of cultivation SOM in virgin soil Steady state SOM after years of continuous corn cultivation New steady state SOM level Management change imposed Corn-oats-clover rotation plus manure application

95  Several long-term studies of soil organic matter levels in production agriculture fields have found that a relatively rapid decrease in SOM occurs during the first 15 – 20 years of cultivation and then the rate of loss slows and reaches a steady state level much lower than in the original soil.  For example, the famous Morrow plots at the University of Illinois have been cultivated since  Click  With continuous corn production and no fertilizer input, SOM decreased by about 65% from 1875 to 1955 with the greatest loss occurring in the first 20 years. From 1955 until today, SOM levels have remained nearly constant.  Click  Plots that were in corn-oats-clover rotations with manure added lost only about 40% of SOM.  Click  Beginning in 1955, management changed and NPK fertilizer and lime was added to some continuous corn plots.  Click  The resulting increase in corn production also increased and SOM by about 50%.  It is important to emphasize that even in though this is a long-term experiment and other long-term experiments show similar results, these time-frames are still too short to see much effect on the Passive organic matter pool. Recall that the age of the passive SOM pool ranges from 500 to 5,000 years. While cultivation and management may have decreased the passive pool a little bit, by far most of the changes have occurred in the active pool and somewhat less in the slow pool. Additions to the passive pool will be minimal in our lifetime. But, this is not bad news. Remember that many of the benefits of SOM – water infiltration, soil structure and stability, and nutrient supply all come from the active pool.

96 Soil Organic Matter is Dynamic Rate of decomposition is affected by: 1. Environmental Conditions  Temperature  Moisture  Aeration (oxygen)  Soil texture  Soil pH  Soil fertility 2. Quality of added Organic Material C/N ratio Composition/Age Physical properties and placement Fresh vs. “processed” Which of these factors can you control??

97  So what factors influence the rate of loss of organic material from soil? These can be divided into Soil Environmental factors and factors related to the Quality of the organic material being added to the soil.  We have already discussed the influence of C/N ratios and the composition of plant material. The age at which cover crops are killed and possibly turned under can have a big impact on how quickly they decompose. Fresh, green material will break down much faster than mature, dry material.  Physical properties, mainly the size of pieces has a big impact. Compare how long it takes a tree limb to decompose if it lays intact on the soil surface compared to if it is shredded or reduced to sawdust.

98  Compare the difference in decomposition of straw on the soil surface versus straw that has been incorporated by tillage.  Some organic materials applied to soils have already undergone some decomposition – these are materials such as composts, manures, and biosolids. Such materials are already similar in many ways to the active soil organic matter pool and their rate of decomposition is slower than fresh material.

99  When it comes to environmental conditions, anything that influences microbial activity in soil will influence decomposition rates. Microbes like to be comfortable. They prefer warm, but not too hot temperatures, sufficient moisture, but not too much. And they love oxygen. Decomposition can happen anaerobically (without oxygen) but it is much slower than aerobic decomposition. In general, conditions that favor good crop growth will also favor decomposition. Also pH ranges and soil fertility levels that favor good crop production will also favor decomposition.

100  Generally coarse textured, sandy soils have less organic matter than heavier, fine textured soils with a lot of clay. This is because sandy soils tend to be better aerated and there is less physical protection of organic matter within soil aggregates.  Click  So which of these factors can you control?  Obviously, you can control the input side of things by altering crop rotations, residue return, and manuring practices. What about the environmental side. Fertility and pH are going to be managed for crop production, and its pretty difficult to change soil texture. We cannot realistically do much about temperature, and if we can manage soil moisture we are going to manage it to supply sufficient water for crops or add drainage to improve crop growth. What about aeration? Can we manage soil aeration? Think about that for a minute. We will come back to it in a few slides.

101 World SOM levels show influence of temperature and moisture

102 What management changes can be made to increase input of organic material? Return more crop residues Add cover crops Add other sources of organic material Diversify crop rotations

103  Organik materyallerin girdisini artırmak için ne yapmalıorganic materials?  Returning crop residues instead of removing them can double the amount carbon returning to the soil in some production systems.  Click  Planting a cover crop in the fall and killing it in the spring can add up to 6,000 lbs of plant material (residue and roots) per acre.  Click  Crop rotations, especially those that include hay crops, have been shown to increase soil organic matter.  Click  Spreading manure also adds organic material to the soil. The amount added depends on the solid content of the manure being spread. Generally more organic carbon will be added with solid manures than with liquid manures when applying similar amounts of nitrogen. Obviously the amount of manure applied will be limited by either the amount of nitrogen or phosphorus needed.

104 Effects of increased organic material additions on Soil Organic Matter levels  A 30-yr experiment in Connecticut showed returning corn residues increased SOM to 4.6%, compared to 3.4% with no residue returned.  A rye cover crop will add about 2,000 lb of C per acre from above ground production and about 500 lb C per acre from roots. After one year about lb of this carbon will likely still be in the soil.  An 11-yr study in Vermont showed 20 ton/acre/yr of dairy manure (13% dry matter) was able to maintain SOM levels at 5.2% in conventional tilled corn silage production. 30 ton/acre/yr increased SOM to 5.5%. No manure decreased SOM to 4.3%

105 What management changes can be made to decrease SOM losses? Erozyonu azaltır Erozyonu azaltır.

106 Toprak işleme organik madde ayrışmasını nasıl etkiler?  Toprak işleme Kalıntıları toprakla karıştıklarında Fiziksel olarak küçük parçacıklara ayrılır Intimate contact between soil and residue  Toprağı havalandırır  Toprak agregatlarını parçalar organik maddeyi açığa çıkararak ayrımaya maruz kalmasına neden olur.  Promotes erosion losses

107 How much does tillage impact SOM?

108 30 year study in Connecticut Tillage and residue management Data from B. Hooker, T. Morris, and Z. Cardon. Department of Ecology and Evolutionary Biology University of Connecticut residue

109 Distribution of organic matter in soil under conventional and no tillage No-till Conventional Tillage

110 Managing to Improve Soil Organic Matter Take-home points  Soil Organic Matter is dynamic.  The amount of SOM depends on the balance between inputs of organic material and losses of SOM from decomposition and erosion.  Both the quantity and quality of organic material inputs can be managed to increase SOM levels.  Losses of SOM can be reduced by decreasing erosion and decreasing tillage.  Most change in SOM occurs in the active SOM pool.  Many soil quality benefits accrue from the active pool.  Maintaining the size and rapid turnover in the active pool may be more important for soil quality than actually increasing the overall SOM level.


"TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları