PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK TOPRAK KİMYASI 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK

Türkiye topraklarının çok büyük bir çoğunluğunun Çizelge 5.1.Ülkemiz topraklarının organik madde durumu Türkiye topraklarının çok büyük bir çoğunluğunun organik madde kapsamı tarımsal üretimden en yüksek verimin alınmasını engelleyecek düzeydedir (Eyüboğlu).

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.Toprak organik maddesi 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.

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

Organik Madde Destekli Kümeleşme

5.1. Toprak organik maddesi tanımı, bileşenleri ve kompozisyonu Tanımı: Organik madde çoğu kaynaklarda humus tanımıyla aynı anlamda kullanılmakla beraber bazı araştırıcılar tamamen değişime uğramış organik materyalleri humus olarak tanımlamaktadır (Çizelge 2).

Çizelge 5.2.Toprak organik maddesi tanımlamalar Terim Tanımlama Toprak Organik maddesi Toprakta canlı biyolojik kütle hariç, ayrışmış ve kısmen ayrışmamış dokuları kapsayan organik bileşikler bütünü Toprak biyolojik kütlesi Yaşayan 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 Humin Humusun 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

Elektron mikroskop görünümleri 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

5.2.Toprak organik maddesinin genel etkileri Organik madde 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 1.395x1012 kg olduğu tahmin edilmektedir Toprakta organik maddenin ayrışması atmosfer için en büyük C girdisi kaynağını oluşturmaktadır.

Tarım topraklarında organik maddenin miktarı % 1- 10 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. Organik madde nin yapısı bilinen, ayrışmamış grubu humik olmayan maddeler, ayrışmış, yeni yapı oluşmuş (humifikasyona uğramış) grubu ise humik maddeler olark 2’ye ayırmak mümkündür (Şekil1)

Çizelge 5.3 organik madde özellikleri Gözlemler Toprağa Etkisi Renk Koyu renk Isınmayı kolaylaştırmak Su tutulması Organik madde kendi ağırlığını 20 katı su tutar. Şişme ve büzülmeyi korur. Kil mineralleri ile birleşim Agregat oluşumu sağlar. Gazların değişimine izin verir, strüktürü sabitleştirir, permeabiliteyi artırır. Şelatlama Cu2+, Mn2+, Zn2+ 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 değişim Humus 300-1400 mEq100g-1 Toprakların katyon değişim kapasitesini artırabilir. Mineralizasyon CO2, NH4+, NO3-, PO4-, SO42- gibi bileşenlerine ayrışmasıdır. Bitki gelişimi için besin elementlerinin bir kaynağıdır. Organik moleküllerle birleşimi Pestisitlerin parçalanması, devamlılığı, biyoaktivitesini etkiler. Kalıcı kontrol için pestisitlerin uygulama oranını değiştirir.

kimyasal organik bileşikler Şekil 5.1. Organik madde karbonhidrat,protein, amino asit kimyasal organik bileşikler Yavaş ayrışırar Kolayca ayrışır ve kaybolur

Çizelge 5.4. organik bileşenler Organik bileşikler Bitki Dokusu (%) Toprak organik maddesi Karbonhidratlar Şekerler ve nişasta Hemiselüloz Selüloz 1-5 10-28 20-50 0-2 2-10 Protein Suda eriyebilen basit ve ham proteinler 1-15 28-35 Lignin 10-30 35-50 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 içerir. 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.

Şekerler, nişaştalar, proteinler Ham proteinler Hemiselüloz Selüloz Çizelge 5.5. Bitki bileşenlerinin ayrışma hızı Ayrışma Şekerler, nişaştalar, proteinler Ham proteinler Hemiselüloz Selüloz Lignin, yağlar ve mumlar Çabuk ayrışır Çok yavaş ayrışır

Şekil 5.2. Toprakta organik atık ayrışması Bitki artığı Toprak organik maddesi Mikrobiyal biyokütle Mineralizasyon NH4+ NO2- NO3- Oksidasyon N2O N2 Redüksiyon PO4-3 SO4-2 Bitki alımı Tutulma Yıkanma

Şekil 5.3.Organik maddenin fraksiyonları (Alkali ile ekstraksiyon) Çözünebilir (asit ile muamele) Çökelti Humik asit Berrak çözelti Fulvik asit Çözünemeyen Humin Humik maddeler alkalide çözünebilirliklerine göre Humik ve fulvik asit olarak iki ayrı gruba ayrılırlar

Leonarditten humik asit elde edilmesi

NaOH çözeltisinin eklenmesi ve çalkalama

Santrifüj ve sonrasında çöken katı kısım

Etüv sonrası kurumuş örnekler (HA)

Humik ve fulvik asit fraksiyonlarının ayrılması Bitki artıkları Basit şekerler ve organik bileşikler Polifenoller Fenoller benzoik asit diğer aromatik bileşikler Peptitler ve aminoasitler Modifiye ligninler Mikrobiyal degradasyon Quinonlar Hümik maddeler Polimerizasyon Humik asit

Çizelge 5.6. Kültür topraklarının kapsadıkları organik karbon ya da organik madde miktarına göre sınıflandırılması Sınıflandırma % organik C % organik madde Az humuslu <1 <2 Orta humuslu 1.1-2 2.1-4 Fazla humuslu 2.1-5 4.1-10 Çok Fazla humuslu >5 >10 % organik madde =% C x 1.72 veya organik maddesi yüksek topraklarda 1.72 yerine 2 ile çarpılı.

Çizelge 5.7. Humik ve fulvik asitlerin bileşimleri Element analizi (%) C H N S O kül Fülvik asit Hümik asit 49.5 56.4 4.5 5.5 0.8 4.1 0.3 1.1 44.9 32.9 2.4 0.9 Fonksiyonel grup analizi (meq/g) COOH Fenolik-OH Toplam asitlik 9.1 3.3 2.1 12.4 6.6

Organik maddenin yük kaynakları Fonksiyonel gruplar: COOH and R-OH grupları -COO- K+ NH+ -0- -COO- Ca+2 -0- Na+ H+ Organik madde pH 7.0 KDK 100-400cmol/kg

Şekil 5.4. Toprak gruplarının organik karbon içerikleri

Çizelge 5.8. Ülkemiz topraklarının organik madde kapsamlarına göre dağılımı (Eyüpoğlu, 1999) Alan (ha) Oransal dağılım (%) Çok az ( <% 1) 7 043 549 21.47 Az (% 1-2) 14 366 661 43.78 Orta (% 2-3) 7 423 594 22.62 İyi (% 3-4) 2 485 103 7.57 Yüksek ( >% 4) 1 494 632 4.55

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

Kil-organik kompleksleri   Humik maddelerin killer tarafından adsorbe edilmesinde birkaç mekanizma rol oynar. 1-van der Waals’ kuvvetleri 2-katyon köprüsü ile bağlanma 3-H-bağı 4-hidroksi oksitlerle birleşerek adsorpsiyon 5-kil minerallerinin katları arasında adsorpsiyon

1-van der Waals’ kuvvetleri   Bu kuvvetler bütün moleküller arasında olabilir, yalnız oldukça zayıftırlar. Elektronlar yörüngelerinde dönerlerken (-) yüklü elektron bir an yörüngesinin (+) yüklü olan çekirdekten en uzak kesiminde bulunabilir ve istatistiksel çift kutup olarak bilinen bir etki oluşturur. Bu şekilde London van der Waals çekim kuvvetleri oluşur. Bu kuvvetler nötr polar veya polarolmayan moleküllerin özellikle yüksek moleküler ağırlıklı olanların adsorpsiyonunda büyük önem taşır. çekirdek + - elektron İstatiksel çift kutup etkisinin oluşma şeması

2-Katyon köprüsü ile bağlanma   Normal olarak organik anyonlar negatif yüklü kil yüzeylerince itildiklerinden humik ve fulvik asitlerin montmorillonit gibi kil mineralleri tarafından adsorpsiyonu sadece değişim kompleksinde çok değerli katyonlar bulunduğunda gerçekleşir. Na ve K iyonlarının tersine, çok değerlikli katyonlar hem kil yüzeyindeki yükü hem de organik maddenin asidik fonksiyonel grubunu (COO-) nötralize ederek yüzeydeki nötralizasyonu sürdürebilirler. HA ve FA ların toprağın kil minerallerine bağlanmasından sorumlu temel çok değerlikli katyonlar Ca+2, Fe+3 ve Al+3’tür. İki değerlikli kalsiyum iyonu organik moleküllerle kuvvetli kompleksler oluşturmazlar,buna karşılık Fe+3 ve Al+3 kuvvetli kompleks oluştururlar. Çok değerlikli katyonlar iki yüklü yüzey arasında köprü gibi davranırlar.Uzun zincirli organik bir molekülün kil parçacığına birkaç noktadan bağlanması mümkündür.

4- Fe ve alüminyumun hidroksi oksitleri ile birlikte adsorpsiyon 3- H-bağı Organik molekülün polar grubu ile adsorbe edilmiş su molekülü veya silikat yüzeyi arasında tek bir H iyonu ile oluşan bağdır. Tek başına zayıf bir bağ olmakla beraber eklemeli etkisi daha kuvvetlidir. Toprak yüzeyinde kuruma veya bitki köklerince yarayışlı suyun tüketilmesi sonucunda humik materyal ile kil arasındaki bağ hidrasyon suyunun eliminasyonu ile artma eğilimindedir ve humik maddeyi kil ile daha yakın iletişime getirir. 4- Fe ve alüminyumun hidroksi oksitleri ile birlikte adsorpsiyon Bir çok toprakta humik maddelerin sorpsiyonunda hidroksi oksitler mika tipi yüzeyler kadar öneme sahiptirler. Kil mineralleri hidroksi oksitlerle kaplandıklarında, yüzey reaksiyonları kilin kendisinden çok bu oksitler baskındır. Organik anyonlar oksitlerle basit Columbik çekimle birleşebilir.

5- Kil minerallerinin katları arasına adsorpsiyon Proteinlerin ve yüklü organik katyonların genişleyebilir silikatlar tarafından tutulmasında en önemli mekanizma katlar arası boşluklardaki tutulmadır. Humik ve fulvik asitlerin toprakta bu yolla bağlı olduklarına dair bir hayli zıtlık mevcuttur. Schnitzer, Kodama and Theng fulvik asitlerin montmorillonit tarafından pH<5,5 de katlar arası tutulduklarını göstermişlerdir. Humik asitlerin yüksek moleküler ağırlıkları katlar arasına penetre olmak için çok geniş olabilir.

Şekil: Kil-metal OM kompleksi

Humik 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.

Artan pH organik maddenin KDK ni artırır Hidrojen Besin maddesi Düşük pH, 4 - 5 (asidik toprak) Nötr pH, 7

5.8. Organik madde: azot kaynağı Azotun % 90’nı organik haldedir. Yarayışlı hale gelmesi için mineralize olması gerekir. Amonyum N (NH4+): İnorganik, çözünebilir halde Nitrat (NO3-): İnorganik, çözünebilir halde Atmosferik N (N2): atmosferin % 80’nini oluşturmasına rağmen N-fikse eden bitkiler dışında diğer bitkilere faydalı değildir. Nitrit (NO2-): sadece anaerobik koşullar altında.Bitkiler için toksiktir. Genellikle topraklarda önemli miktarlarda bulunmaz.

Organik madde dekompozisyonu Karbon ve Azot döngüsü Degredasyonun her bir döngüsünde organik karbonun yaklaşık 2/3 ü enerji olarak kullanılır ve CO2 olarak salınır Degredasyonun her bir döngüsünde organik karbonun yaklaşık 1/3 ü mikrobiyal hücrelerin yapımında veya toprak organik maddesinin bir parçası haline gelir. CO2 Bitki artığı 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. CO2 Bakteri, Fungus Toprak organik maddesi Nematodlar protistler, humus

Organik madde ayrışması Karbon ve azot oranları CO2 Organik artık C/N oranı yaklaşık 9:1 Karbonun 2/3 ü CO2 olarak salınır C/N ratio 3:1 Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1 Mikrobial C/N oranı toprağa N salınarak 8:1 de tutulur If the litter has a low C/N ratio, say 9:1, the microorganisms will be taking up material with a C/N ratio near 3:1. This is much more N than they need, and the excess N will be released to the soil as inorganic N in a process called mineralization. Mineralization will usually occur if litter C/N ratio is less than about 20:1. Decomposition of lower C/N ratio materials such as fresh grasses, legumes, and manure tends to be more rapid than high C/N ratio material. Nitrogen will not be a limiting factor and these materials also contain more easily decomposed compounds such as sugars, amino acids and proteins. One thing worth noting here is that once fresh organic materials are converted into soil organic matter, the C/N ratio is going to be relatively low, approaching 8:1. This means that any time soil organic matter is consumed by microorganisms, nitrogen is going to be released providing N for plants. So, soil organic matter is a slow release N fertilizer. Mineralizasyon Toprak N

Organik madde ayrışması C/ N oranı Organik artık C/N oranı yaklaşık 24:1 CO2 C/N oranı 8:1 Karbonun 2/3 ü CO2 olarak salınır Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1 Mikrobiyal C/N oranı N tüketilmeden veya salınmadan sürdürülür 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.

kayıplar artar ve girdiler sabit kalırsa toprak organik maddesi azalır Dekompozisyon (CO2) Bitki kalıntıları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost girdi Toprak om kayıplar 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. Erozyon

Girdi artar ve kayıplar aynı kalırsa, toprak organik maddesi artar. Bitki artıkları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost girdiler Toprak organik maddesi Dekompozisyon (CO2) Conversely, if inputs are increased and losses remain constant, SOM levels will increase. Ideally, if we want to increase SOM levels we need to not only increase the inputs, but also decrease the losses. So lets start thinking about how we can do that in a crop production system. kayıplar Erozyon

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,

kapsamındaki değişiklik 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

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 .

Agregatlar parçalanır Yoğun tarım,toprak erozyonu ve yetersiz om ilavesi Agregatlar parçalanır Toprak organik maddesi azalır Su ve rüzgar erozyonu artar Yüzeyde sıkışma meydana gelir, kabuk oluşur daha az su depolanır, mikroorganizma çeşitliliği azalır,bitki besin maddesi azalır Daha fazla organik madde kaybolur Ürün azalır Açlık ve yetersiz beslenme ortaya çıkar

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

Organik madde miktarının yüksek olması doğrudan üretim miktarını etkilemekten başka ekonomik olarak da 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.

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,

Toprak organik maddesinin sürdürülebilirliği Before giving this program, add your name and county to the “Prepared by” list in the space below “Department of Crop and Soil Sciences” There are some slide builds included in this program. These are indicated with a bold face “Click” in the text. Managing the soils on your farm so that they can continue to produce high quality crops year after year requires balancing many different operations and inputs to maintain soil quality. Today we are going to talk about one important aspect of soil quality, namely soil organic matter content, and consider how management affects soil organic matter.

Toprakların değerlendirilmesi Tarımla uğraşanlar için toprakların verimliliğini sağlamak için çeşitli testler geliştirilmiştir. Arazide veya tarlada toprak solucanları,erozyonun aşırılığı, toprak işleme, toprak strüktürü ve rengi, kompaksiyonun derecesi,su infiltrasyon oranı, drenaj durumu bilgi sahibi olmada önemli rol oynar. Bu koşulları belirledikten sonra yetiştirdiğiniz ürünlerin genel görünümleri, gelişme oranlar, sağlıklı kökler , kuraklığa dayanıklılık derecesi ve ürün alımını değerlendirilebilir.

infiltrasyon Yüze akışı

a)Humus üzerinde tutulan katyonlar b)Kil üzerinde tutulan katyonlar c)Organik şelatla tutulan katyonlar

Toprak Organik maddesi SORULAR 1-Aşağıdaki organik maddeleri hızlıdan yavaşa ayrışma derecelerine göre sıralayınız. a. şekerler  - nişaşta  -  protein  - yağlar,mumlar  -  selüloz-  lignin b. şekerler  - lignin -  protein  - yağlar, mumlar -  selüloz-  starch c. selüloz - lignin -  protein  - yağlar,mumlar  -  şekerler-nişaşta  d. yağlar,mumlar -  selüloz -   lignin -  protein  -  şekerler-  nişasta e. protein  -  şekerler  -  lignin  -   yağlar,mumlar - selüloz -nişasta 2. Humik madde fraksiyonlarının pH’ya bağlı olarak çözünebilirliklerine göre sıralayınız a. humin > fulvik asit  >  humik asit b. humik asit  >  humin > fulvik asit    c. fulvik asit >  humin > humik asit d. fulvik asit >  humik asit>  humin 3. Toprağa taze bir organik materyal ilave edildiğinde örneklerle topraktaki azot durumunu C/N oranına göre değerlendiriniz

4. Toprak işleme, topraktaki organik madde oranını arttırır mı azaltır mı, neden? 5. Aşağıdaki şekilde ürün deseni ile % organik karbon arasındaki ilişkiyi nasıl açıklarsınız?

Bitki besin maddelerinin döngüsü Bitki artıkları ve hayvan gübresi Yetişen bitkiler Toprak organik maddesi Bitki besin maddelerinin döngüsü

Organik maddeye neden önem vermeliyiz? Toprağınız bu şekilde ise 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 Aşağıdaki manzara oluşmaz Well, a little bit of organic matter goes a long way. Most of you likely have heard all this already, but lets review some of the important functions of soil organic matter. SOM improves soil physical properties. It helps to form granules in topsoil and also strengthens and stabilizes the granules so they do not break apart so easily. This helps to lighten and loosen soils, especially heavier textured soils, and makes them easier to work and easier for roots to extend and grow. The improved granulation and structure lets water flow into the soil surface more rapidly. More water enters the soil and can be stored there for plants to use. SOM acts like a sponge and can hold a lot of water. On a weight or a volume basis, SOM can hold much more water than the mineral part of soil can hold. More water entering the soil means less water will be running off the surface. This coupled with stronger soil structure means the soil will be less susceptible to erosion.

Organik maddeye neden önem vermeliyiz?? OM toprağın kimyasal özelliklerini olumlu etkiler Katyon değişim kapasitesi arttırır böylece daha fazla besin maddesinin depolanmasını ve bitkilerin yararlanmasını sağlar. pH değişimine karşı tamponluğu artırarak pH değişimine engel olur Asidik topraklarda Al, Fe ve Mn toksisitesini engeller SOM also has important chemical properties that benefit soil. Cation exchange capacity is a measurement of the capacity of soil to store important plant nutrients such as N, K, Ca, and Mg and supply them to growing plants. Soil organic matter has a very high cation exchange capacity so just a small increase in the amount of SOM can have a big influence on the overall soil cation exchange capacity. Some fertilizers, acid rain, and other soil processes generate acidity in soil and tend to lower soil pH. Organic matter is able to buffer this acidity and help to keep soil pH from decreasing. When soil pH does decrease, the plant availability of Aluminum, Iron, and Manganese increases and these metals can become toxic to plants. Soil organic matter binds strongly to these metals and reduces their toxicity even in acidic soils.

Organik maddeye neden önem vermeliyiz??? Om toprağın biyolojik özelliklerinin iyileştirir Topraktaki mikrroorganizma çeşitliliği ve miktarı artar Besin döngüsü artar Kök uzaması ve bolluğu artar. Besin ve su ilişkileri artar The most important and abundant element in soil organic matter is Carbon, and carbon is energy. In soils, organic matter is food (energy) for the microbes that live there and give the soil life. The bacteria, fungi, actinomycetes and protozoa that live in soil are the organisms that decompose organic matter and also drive nutrient cycling. Humic and fulvic acids (part of SOM) have also been shown to stimulate root elongation and to increase the ability of plant roots to access both water and nutrients. These are just some of the benefits of soil organic matter. Now lets look a little more closely at what soil organic matter is and how it is formed.

Toprak organik maddesi nedir? Bitki artıkları 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. Bakteri aktinomisetler Fungus Soil organic matter is all the material in soil that is made up of carbon (not including the carbon is in limestone or that is present as carbonates or bicarbonates). So, soil organic matter is all dead plant material, both above ground litter and roots, and all animal remains and excreta. Most scientists also include living soil microorganisms as part of the soil organic matter. These fresh organic materials have none of the properties of soil organic matter that we just mentioned. But over time they are decomposed by soil microbes and gradually turned into soil organic matter. Toprak organik maddesi

Organik maddenin parçalanması Toprak solucanlar Taze organik kalıntıları toprakla karıştırır Organik maddenin mikroorganizmalarla bir araya gelmesini sağlar. Corn leaf pulled into nightcrawler burrow Millepede Ants Topraktaki böcekler ve artropodlar Taze organik materyalleri küçük parçalara ayırırlar Mikroorganizmalar bundan yararlanır The process of degrading fresh organic materials added to the soil is a complex process that involves intricate interplay from many kinds of soil dwelling organisms. Decomposition of complex organic material like plant litter begins with mixing and shredding. Earthworms and other soil arthropods are very adept at this. Earthworms pull litter into their burrows and mix it with soil. Insects and other macro-arthropods feed on the litter pulling it apart into small pieces. Mixing the material into the soil brings it into contact with other soil degraders and greatly increases the surface area exposed to the degraders. In conventional tillage systems this mixing and shredding is done by the farmer. In no-till systems we rely on these critters to do the mixing and shredding.

Organik madde parçalanması Bakteri Organik madde toprağa ilave edildiğinde hızla sayıları artar Basit bileşikleri hızla parçalar- şekerler, proteinler, amino asitler Selüloz, lignin ve nişastayı parçalamada güçlük çekerler Spiral bacteri When fresh organic material is mixed into the soil, bacteria respond almost immediately. They begin to feed on the simple organic compounds such as sugars, proteins, and amino acids. Bacterial numbers increase very rapidly in response to the food source. But the bacteria have a harder time with some of the more complex organic compounds in the litter, and these complex compounds sometime prevent the bacteria from getting at remaining material they could degrade. Its as if the food is locked in a cupboard. Çubuk şeklindeki bacteri

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.

Organik madde ayrışması Ağaç gövdesi mantarlarca çürütülmüş mantar Organik madde toprağa ilave edildiğinde bakteriden daha yavaş çoğalırlar ve daha az etkindirler. hemiselluloz, nişasta ve selüloz gibi daha kompleks bileşikleri parçalayabilirler. 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. Toprak mantarları

Organik madde ayrışması Aktinomisetler Temizlik işlerini yapar Ayrışmanın son aşamasında dominanttır Mantarlar gibi oldukça kompleks ve ayrışmaya dayanıklı bileşikleri parçalar selüloz kitin (böcek kabuğu) Lignin mumlar 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.

Taze atık degrade olduğunda yaklaşık karbonun 2/3 karbon dioksit olarak salınır, 1/3 ü yeni biyomas yapımında kullanılır. Bu çevrim tekrar tekrar devam eder ta ki stabil humus oluşana kadar.

Anız, talaş ve bazı yapraklar gibi yüksek C/N oranı olan materyallerin ayrışması C/N oranı düşük materyallerden daha yavaş ilerler.

Toprak organik maddesi basit bir yapı değildir 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.

gri renkliler orman yangınının dumanları Güney Meksikadan tarla açmak için çıkarılmış ormanların yangını: organik madde girişi bazen topraklar bu şekilde aniden azalır 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. Beyaz renkliler bulut, gri renkliler orman yangınının dumanları

Girdi artar ve kayıplar aynı kalırsa, toprak organik maddesi artar. Bitki artıkları Bitki kökleri Ahır gübresi kompost girdiler Toprak organik maddesi Deckmpozisyon (CO2) Conversely, if inputs are increased and losses remain constant, SOM levels will increase. Ideally, if we want to increase SOM levels we need to not only increase the inputs, but also decrease the losses. So lets start thinking about how we can do that in a crop production system. kayıplar Erozyon

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

Erozyonu azaltır Erozyonu azaltır. Decreasing erosion is one obvious way. Click Of course several things we have just been talking about will help decrease erosion – more crop rotations, more residue left on the surface, and use of cover crops. So adding these to other erosion control measures will certainly help to build organic matter. But our next topic of discussion also has a big impact on erosion. What is another management change that can decrease SOM loss? Reducing tillage is probably the management change that will have the greatest impact on SOM levels. Changing from conventional to minimum or no-till greatly reduces erosion, but it also greatly reduces the rate of organic matter decomposition. Why is this?

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. Tillage mixes residues into the soil and in so doing it breaks residues into smaller pieces and puts them into intimate contact with the soil bacteria and fungi that are responsible for decomposition. Decomposition is an aerobic process, and oxidative process that requires oxygen. It is just like burning wood in a stove. You can slow down the process by reducing air flow into the firebox. Open up the dampers and you can burn a lot more a lot faster. Tillage does the same in soil. It mixes air (oxygen) into the soil and greatly speeds up decomposition because oxygen is usually limiting in the soil. Some soil organic matter is protected from decomposition because it is hidden inside soil aggregates and thus is difficult for microbes and air to get at it. Tillage breaks apart soil aggregates and so exposes more organic matter to the agents of decomposition.

Distribution of organic matter in soil under conventional and no tillage One major difference between conventional tillage and no-till systems is in how the soil organic matter is distributed in the profile. In CT systems, crop residues and roots get mixed uniformly through the plow layer so there is very little change in SOM in the upper 15 to 20 cm. In NT systems, crop residues and manures are left on the soil surface and only mixed by worms and other soil macroarthropods. This means that most added organic materials decay near the soil surface and consequently SOM concentrations are greatest at the surface and decrease with depth. There is actually very little difference between the two systems deeper in the profile. Again, most of these increases are in the active SOM pool. This is the pool with highest rates of decomposition and turnover of material. But since this is the pool that has the greatest influence on soil aggregation and stability and water infiltration and ease of root extension, it is actually desirable to have this large active pool located near the soil surface.