TOPRAK LM 11 HAFTA Bitki Besleme ve Toprak

TOPRAK İLMİ 11. HAFTA Bitki Besleme ve Toprak Verimliliği İlişkileri -I

TOPRAK VERİMLİLİĞİNE GİRİŞVE ÖNEMİ Dünya nüfusundaki hızlı artış ve birçok dünya ülkesinde yaşama standartlarındaki önemli gelişmeler tarım alanında her gün daha ciddi problemler yaratmaktadır. Problemlerin çözümlenebilmesi için öncelikli olarak artan gıda ihtiyacının karşılanabilmesi gerekir. Bu bağlamda dünyadaki toprak kaynaklarının yeterli olup olmadığı değerlendirilmelidir. Dünya üzerindeki toplam arazi miktarı yaklaşık 15 milyar hektardır ve bu arazinin % 30’u tarıma elverişli iklim bölgelerinde bulunmaktadır. Dünyada kültüre alınmış arazi miktarı ise toplam miktarın ancak % 10’u kadardır. Sözü edilen bu miktarın %15’i sulanmaktadır (260 milyon hektar) ve dünyadaki tarım ürünlerinin % 40’ı sulanan alanlardan elde edilmektedir. Bu duruma göre dünyadaki kültür arazisini genişletmek ve artan nüfusun gıda ihtiyacının bir kısmını yeni kültür arazisinden sağlamak imkanı vardır. Ancak imkanların çok sınırlı olduğu ve bu imkanlardan faydalanmanın çeşitli faktörlere bağlı bulunduğu unutulmamalıdır. Türkiye’de işlenebilen ya da tarım yapılan arazi varlığı son istatistik verilere göre 26. 566. 768 ha dolayındadır. Daha fazla genişletilme olanağı bulunmayan tarım topraklarımız erozyon, tuzlulaşma ve alkalileşme gibi doğal etmenler yanında, kentsel, yerleşim, sanayi kuruluşları, turizm ile ilgili yapılaşmalar, kum ve tuğla ocakları tarafından işgali gibi yapay etmenlerle de hızla azalmaktadır. Dünyada tarımsal ürünleri kendine yeten 7 ülkeden birisi olan Türkiye, önlem alınmadığı takdirde giderek azalan ya da bozulan tarım toprakları ile çok kısa bir süre içerisinde artan nüfusunu besleyemez duruma düşecektir. Bu nedenle tarım topraklarının amaç dışı kullanılması acil olarak önlenmelidir. Ayrıca artan nüfusumuzu besleyebilmemiz için birim alandan alınan ürünün arttırılması topraklarımızın verimliliğinin sürekli olmasına bağlı bulunmaktadır.

Toprak verimliliğini etkileyen çeşitli faktörler bulunmaktadır. Bunlar genel olarak iklim etmenleri ve toprak etmenleri olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. 1. İklim etmenleri; yağış miktarı, sıcaklık ve ışıktır. Bir toprağın verimli olabilmesi için bitkilerin gereksinimlerini karşılayacak düzeyde su kapsaması gerekir. Toprakta bulunması gerekli su miktarı ya doğal olarak yağış ile ya da yapay olarak sulama ile sağlanır. Sıcaklık toprakta meydana gelen kimyasal tepkimeler ile mikrobiyal etkinliğin hızını artırarak mineralizasyon olayını teşvik eder. Bu olay ile organik bileşikler, inorganik bileşikler haline dönüşür. Işık’ta önemli gelişim etmenlerinden birisidir. Dolaylı olarak sıcaklık ile ilgilidir ve toprak sıcaklığının artmasına neden olmaktadır. 2. Toprak etmenleri ise toprağın bünyesi, yapısı, organik madde kapsamı, reaksiyonu (tepkimesi), biyolojisi ve toprakta bulunan bitkiye yarayışlı bitki besin elementleridir. Topraktaki bitki besin elementlerinin bitkiye yarayışlı olup olmaması diğer toprak etmenlerinin etkisi altındadır. Bitkiye yararlı olan bitki besin elementleri toprakta iki şekilde bulunur; toprak çözeltisinde ve değişim komplekslerinin yüzeylerinde Bu bilgilerin ışığı altında verimli topraklar, bünyelerinde bitkiler için mutlaka gerekli tüm bitki besin elementlerini, alınabilir halde, yeter ölçüde ve uygun bir oranda kapsayan ayrıca bu bitki besin elementlerini oldukça hareketsiz halde tutarak yıkanarak kaybolmalarını engelleyen topraklardır.

TOPRAK VERİMLİLİĞİNE AİT ÖNEMLİ KANUNLAR Bitki gelişmesinin veya elde edilen ürünün gelişim faktörlerinin bir fonksiyonu olduğu belirlendikten sonra, bitki gelişmesi veya ürün ile gelişim faktörleri arasındaki ilişki üzerinde önemle durulmuş ve bu ilişkiyi açıklamak amacıyla birçok teori ve kanun ortaya çıkmıştır. Bu kanunlardan ilki Liebig’in “Minimum Kanunu”, diğeri ise Mitscherlich’in “Gelişim Faktörlerinin Tesiri” Kanunudur. Toprak verimliliği alanında önemli olan bu kanunlara aşağıda değinilmiştir. Liebig: 1803 -1873 tarihlerinde yaşayan tarımsal kimya ve biyokimya çalışmalarıyla tanınan ve organik kimya konusunda önemli fikirleri ile bilinen Alman kimyacıdır. Gübre Sanayinin babası olarak da tanınan Liebig, tarımda bitkilerin ihtiyaç duyduğu temel maddelerden olan azotun önemini keşfetmiştir ve Minimum Kanununun da her bitkinin ihtiyaç duyduğu besinleri açıklamıştır. Mitscherlich: 20. yy’ın başlarında, gelişim faktörlerinin ürün üzerine olan etkilerini açıklayan Alman bilim adamıdır.

Minimum Kanunu Liebig tarafından ortaya çıkarıldığı için “Liebig Kanunu” da denilmektedir. Bu kanuna göre, bir tarla toprağından elde edilecek ürün miktarı, o toprakta en az ya da minimum miktarda bulunan besin elementine (gelişim faktörü) bağlı olduğunu açıklar. Bir topraktaki besin elementlerinden birisi, örneğin azot (N) miktarı minimum düzeyde ise, gübreleme ile topraktaki diğer besin elementlerinin miktarları ne kadar arttırılırsa artırılsın, elde edilecek ürün miktarında her hangi bir artış sağlanmayacaktır. Bu örnekte ürün, N miktarı ile sınırlıdır. Liebig, bu kanunu açıklamak için bir fıçıyı örnek vermiştir. Fıçının her tahtası bir besin elementi ya da gelişim faktörü, fıçının içerisindeki su düzeyi de topraktan elde edilecek ürün miktarı olarak kabul edilmiştir. Buna göre fıçı içerisinde bulunabilecek suyun seviyesi doğrudan doğruya fıçının en kısa olan tahtasının yüksekliğine bağlı kalacağı için, topraktan elde edilecek ürün miktarı da o toprakta en az (minimum) miktarda bulunan besin elementi tarafından sınırlandırılmaktadır.

Mitscherlich Kanunu Bitki gelişmesi veya ürün miktarı ile gelişim faktörleri arasındaki ilişkiyi açıklamak amacıyla ortaya konulmuş bulunan ikinci kanun Mitscherlich’in “Gelişim Faktörlerinin Etkisi” kanunudur. Özellikle bitki gelişimi ve besin elementleri arasındaki ilişkiyi incelediği için “Gelişim Faktörlerinin Etkisi” adını da alan bu kanun dört önemli esası kapsamaktadır. Bunlar: a. Her gelişim faktörü diğerine bağlı olmaksızın ürün miktarını arttırır. b. Her gelişim faktörünün ürün üzerine olan etkisi, en yüksek düzeydeki ürüne yaklaştıkça azalır. c. Her gelişim faktörünün üründe sağlayacağı artış, maksimum üründen eksik olan miktarla orantılıdır. d. Her gelişim faktörünün kendine özgü bir etki değeri vardır ve bu etki değeri koşullar ne olursa olsun değişmemektedir.

TOPRAK VERİMLİLİĞİNİ BELİRLEMEYE AİT ÖNEMLİ YÖNTEMLER Önemli Tarla Denemesi Yöntemleri Bray’in Modifiye Ettiği Mitscherlich Tarla Denemesi Tarımsal bölgelerde ilk defa yetiştirilecek önemli bir ürünün veya ürün çeşidinin topraktan uzaklaştırdığı ya da kaldırdığı N, P ve K gibi ana bitki besin elementi miktarlarının tarla denemeleri ile belirlenmesi ve yapılacak gübre önerilerinde belirlenen bu değerlerin temel alınarak kullanılması toprak verimliliğinin sürdürülebilir olması amacını gütmesi bakımından çok önemlidir. Bu bağlamda yapılacak gübreleme doğru olacaktır. Önemli Saksı Denemesi Yöntemleri Tarla denemeleri doğal şartlarda parseller halinde yapılırken saksı denemeleri tarladan alınan belli miktar toprağı içeren saksılarda ve çoğu kez kontrollü şartlarda yapılır. Saksı denemelerinin amacı uygun ve dengeli bir gübreleme ile toprak verimliliğini belirlemektir. Teknik bakımdan saksı tipi, büyüklüğü, yapıldığı materyal ve yetiştirilecek bitki önemlidir ve saksılara genelde dile getirilen konularda çalışmış araştırıcıların isimleri verilmiştir. Mitscherlich Saksı Denemesi Yöntemi Bu yöntemin amacı toprağa gübreler ile ilave edilen çeşitli besin elementlerinin bitkinin gelişmesi üzerine olan etkisini saptamak suretiyle ilgili toprağın verimliliğini belirlemektir. Mitscherlich’in bizzat kendisinin oluşturduğu “Gelişim Faktörlerinin Etkisi” Kanunundan faydalanarak o toprağın besin elementlerine olan ihtiyacı ve alınabilecek maksimum ürün saptanabilecektir.

Neubauer Saksı Denemesi Yöntemi Bu yöntemin esası topraktan çok fazla miktarda P ve K sömürme gücünde olan genç bitkilerin bu özelliklerinden yararlanılarak topraktaki alınabilir P ve K miktarını belirlemektir. Az miktar toprak üzerinde çok fazla sayıda bitki yetiştirilmektedir. Bitkilerin çok dallı kök sistemi toprak ile sıkı bir temas sağlar ve kısa sürede topraktaki P ve K sömürülür. Bitki analiz edilir. Bu yöntem saf biyolojik bir yöntem olmayıp, hem kimyasal hem de biyolojiktir. Bu nedenle zamanımızda özellikle K için standart bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Topraktaki alınabilir K tayini için laboratuvarımızda kullanılan bir kimyasal yöntem her hangi bir nedenle başka bir kimyasal yöntem ile değiştirileceği zaman sonuçların güvenilir olması için standart bir yöntem ile karşılaştırılmalıdır. Neubauer Saksı Denemesi K için bir standart yöntemdir. Bu bağlamda kurulacak bir saksı denemesi ve buradan elde edilecek K sonuçları test edilen yeni kimyasal yöntemlerin sonuçlarını karşılaştırmak amacı ile kullanılabilir. Doğal olarak karşılaştırmalar istatistiki güvenirlikte yapılmalıdır. Laboratuar Yöntemleri 1. Fiziksel Özellikler: Tarım yapılan alanlardan usulüne uygun olarak alınan toprak örnekleri laboratuara getirildikten sonra hava kurusu hale getirilir ve elenir. Toprakta bünye, kireç, reaksiyon, organik madde gibi özellikler uygun yöntemlere göre belirlenir. 2. Kimyasal Özellikler: Toprak ve yaprak örneklerinde N, P, K, Ca, Mg, Na, S, Fe, Zn, Mn Cu, Mo gibi bitki besin elementleri farklı yöntemlerle analiz edilir.

TOPRAK VERİMLİLİĞİNE ETKİ EDEN ETMENLER Toprak Verimliliği ve Toprağın Organik ve İnorganik Kolloidleri Gerçekten toprakta meydana gelen fiziksel ve kimyasal tepkimelerin büyük bölümü kolloid fraksiyonda gerçekleşmektedir. Ayrıca toprakta biyolojik aktiviteyi de birinci derecede toprağın organik kolloid fraksiyonu belirlemektedir. Organik ve inorganik olmak üzere iki gruba ayrılan toprak kolloidlerinin, toprak verimliliği üzerine yaptığı etkileri şu şekilde özetlemek mümkündür: a. Topraktaki bitki besin elementlerini tutarak yıkanmalarına engel olurlar. b. Toprak çözeltisinde bulunan bitki besin elementlerinin konsantrasyonunu düzenleyerek, bitki gelişmesi üzerine herhangi bir toksik etki yapmamasını sağlarlar. c. Toprak tepkimesi üzerine tampon etkisi yaparak biyolojik etkinliği arttırırlar. d. Toprakta granülleşmeyi sağlayarak, fiziksel özellikler üzerine olumlu etkilerde bulunurlar. Bitki besin elementlerinin toprakta tutulması ve zaman içinde bitkilerin gereksinimlerini karşılamak için serbest bırakılması toprak kolloidleri aracılığı ile olmaktadır. Çok geniş yüzey alanına sahip olan toprak kolloidleri negatif elektrik yüküne sahiptir ve positif yüklü iyonları (katyonları) spesifik yüzey aktifliği ile adsorbe eder.

Toprak kolloidleri, toprakta granülasyonu sağlayarak toprağın fiziksel özelliklerini iyileştirir. Gerçekten toprağın havalanması, ısınması ve su tutma kapasitesini düzenlemektedirler. Ayrıca toprak kolloidleri, toprak parçacıklarını birbirlerine bağlamak suretiyle rüzgar ve su erozyonunun etkilerini de azaltmaktır. Bir toprakta kolloidal yüzey üzerinde iyon/katyon değişimini etkileyen etmenler şunlardır: a. Ortamdaki başat iyon konsantrasyonu ya da sayısı, b. İyonun hidratasyon derecesi ya da iyonun etrafındaki su tabakasının kalınlığı, c. İyonun taşıdığı yükün sayısı ve d. İyonun hareket hızı ya da etkinlik derecesidir.

Kolloid: Yunanca (kolla) tutkal kelimesinden gelmektedir. Moleküler büyüklüğe yaklaşan ancak bu büyüklüğe ulaşamayan çok küçük parçacıklara “kolloid” adı verilir. Kolloidler 50 °A küçük çap iriliği içeren kümelerde yoğunlaşır. Kolloidal sistemlere örnek olarak köpük (sıvı içinde gaz), sis (gaz içinde sıvı), duman (gaz içinde katı) verilebilir. Toprak çözeltisi sıvı içinde katı taneciklerin dağılmasıyla oluşan bir çözelti olarak tanımlanmaktadır. Adsorbe: Molekül ya da iyonların belirli katı veya sıvı maddelerin yüzeylerine yapışmalarına adsorbe etmek (adsorbsiyon) denir. Bu yüzeysel bir olay olup maddenin başka özellikleri yanında tepkime yüzeyinin geniş olup olmaması adsorbsiyonu önemli ölçüde etkilemektedir.

Toprak Verimliliği ve Toprak Reaksiyonu; Kireçleme ve Kükürtleme Toprakların verimliliklerini belirleyen önemli özelliklerinden bir diğeri de toprak reaksiyonu (p. H) ‘dur. Topraklarda yaşayan bitkiler ve mikroorganizmalar için toprağın elverişliliği büyük ölçüde toprak reaksiyonuna (p. H) bağlıdır. Toprak reaksiyonunun azalmasına veya artmasına neden olan etmenlerin, yıllık yağış miktarı, toprağı meydana getiren materyalin cinsi, ayrışma olayının nitelik ve derecesi, organik maddenin cinsi ve miktarı, yağış sularındaki sızmanın derecesi ile gübreler ve gübreleme olduğu görülür. Bu durumlarda toprakta değişebilir H+ iyonları ile değişebilir bazlar ve özellikle Ca++’ ortamda birikebilir veya azalabilir. Topraklar ani p. H değişmeleri göstermezler. Bu özellik toprakların tamponlama gücüne dayanmaktadır. Toprağın organik ve inorganik kolloidleri (humus ve kil) iyonları adsorbe ettiği için tampon etkisi oluştururlar. Sonuç olarak topraklarda katyon değiştirme kapasitesi yüksek ise tamponlama gücüde yüksektir. Toprak reaksiyonunun toprağın verimliliği bakımından önemli etkileri aşağıdaki gibi sıralanabilir: a. Toprakta bulunan bitki besin elementlerinin erirliklerini ve böylece bitkilerin bu besin elementlerinden faydalanma derecelerini belirleme b. Toprağın biyolojik özelliğini meydana getiren toprak mikroorganizmalarının faaliyetlerini sağlama

Toprağın asitlik ve alkalilik derecesi ile toprak mikroorganizmalarının faaliyetleri arasında sıkı bir ilişki vardır ve değişik reaksiyonların değişik canlılar üzerine etkileri farklıdır. Örneğin asit reaksiyonlarda daha çok mantarların gelişmesine karşılık bakteriler faaliyet gösteremez. Önemli olan bitkiler için faydalı olacak mikroorganizmaların faaliyetleridir. Bunlar için kritik reaksiyon nötr dür. Bitkilerin optimum gelişme için p. H istekleri de farklıdır. Örneğin arpa, tütün, yonca gibi bitkiler asit koşullara karşı hassasiyet gösterirken yulaf, patates, çay gibi bitkiler asit koşullara toleranslıdırlar. Bitkisel üretimde gübreleme ile birim alandan yüksek ve kaliteli ürün elde etmek için, bitkinin kılcal kök bölgesindeki toprak tabakasının p. H değerinin bitkinin iyi geliştiği (istediği) p. H değerinde olması gerekir. Toprak reaksiyonunu bitkilerin isteğine göre ayarlamak bazı tarımsal uygulamalar ile mümkün olmaktadır. Örneğin, asit reaksiyonlu toprakların p. H’ları “kireçleme” ile yükseltilebilirken, kireçli alkalin ve alkalin toprakların p. H’ları ise “kükürtleme” ile düşürülebilir. Bu işlemler sırasıyla kireç taşı, sönmüş kireç, dolomit ve kükürt bakterilerinin mevcudiyetinde toz kükürt ile yapılabilir.

Toprak Verimliliği ve Toprak Mikroorganizmaları Toprak mikroorganizmaları bitkisel (mikroşora) ve hayvansal (mikrofauna) orijinli olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bakteriler, mantarlar, aktinomisetler ve algler bitkisel gruba girer. Protozoalar, nematodlar ve solucanlar ise hayvansal gruba dahildir. Toprakta biyolojik aktiviteyi sağlayan mikroorganizmalar çeşitli şekillerde toprağın verimliliğini sağlarlar. a. Organik maddeyi mineralize ederler, b. Biyolojik fiksasyon ile toprağa N kazandırırlar, c. Toprağın mineral bünyesinde gerekli kimyasal değişiklikleri sağlarlar, d. Toprağın fiziksel özelliklerini düzeltirler.

Organik Maddenin Mineralizasyonu: Toprağa karışan her türlü bitkisel ve hayvansal orijinli materyal mikroorganizmalar aracılığı ile parçalanır, ayrışır ve daha basit yapılı inorganik minerallere döner. Dolayısı ile mikroorganizmaların sayesinde bitkilere faydalı olmayan organik materyaller bitkinin alabileceği besin elementleri haline çevrilmiş olurlar. Bu olaya “mineralizasyon” denir ve bakteriler, mantarlar ve aktinomisetler bu işlemde yer alırlar. Biyolojik Fiksasyon: Serbest yaşayıp havanın bağımsız N’unu kendi bünyelerine tespit eden ve ölümleri sonucunda yapılarındaki N’u toprağa kazandıran bu bakterilere örnek olarak Azotobakter ile Clostridium verilebilir. Baklagil bitkilerinin köklerinde nodüller oluşturarak ortak yaşayıp havanın bağımsız N’unu bitkiye kazandıran bakterilere örnek olarak Rizobium bakterileri verilebilir. Toprağın mineral yapısında kimyasal değişiklikler: Mikroorganizmalar topraktaki mineraller üzerine doğrudan veya dolaylı etkiler yaparlar. Örneğin, mikroorganizmaların faaliyetleri sonucunda inorganik ve organik asitler yardımıyla erir halde olmayan P’lu bileşikler erir hale geçer. Dolayısı ile mikroorganizmalar hem toprak organik maddesinde ve hem de mineral maddesinde kimyasal değişikler yaparak topraktaki alınabilir bitki besin elementlerinin miktarını arttırırlar. Toprağın Fiziksel Özelliklerinin İyileştirilmesi: Mikroorganizmaların doğrudan etkisi mantarların ve bir ölçüde aktinomisetlerin toprak parçacıkları arasında bağlantı kurarak toprakta granülasyonun sağlamasıdır. Dolaylı etkileri ise mikroorganizmaların ölümleri sonucunda oluşan organik madde ve nihayetindeki humus’tur. Mikroorganizmaların faaliyetlerini etkileyen toprak faktörleri sırası ile: organik madde, sıcaklık, rutubet, havalanma ve reaksiyondur.