Toprak k myasi ders notlari ii kisim
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 110

TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM PowerPoint PPT Presentation


  • 206 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM. 5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ. PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK. Türkiye topraklarının çok büyük bir çoğunluğunun organik madde kapsamı tarımsal üretimden en yüksek verimin alınmasını engelleyecek düzeydedir.

Download Presentation

TOPRAK KİMYASI DERS NOTLARI II: KISIM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

TOPRAK KİMYASIDERS NOTLARI II: KISIM

5. TOPRAK ORGANİK MADDESİ VE YÖNETİMİ

PROF.DR. SONAY SÖZÜDOĞRU OK


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Türkiye topraklarının çok büyük bir çoğunluğunun

organik madde kapsamı tarımsal üretimden en

yüksek veriminalınmasını engelleyecek düzeydedir.


Kil ve organik madde miktar n n bilinmesi neden nemlidir

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 1 toprak organik maddesi tan m bile enleri ve kompozisyonu

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).


Izelge 1 organik maddeye ili kin tan mlamalar

Çizelge 1.Organik maddeye ilişkin tanımlamalar


Elektron mikroskop g r nt leri

Elektron mikroskop görüntüleri

Killer yaprakçıklar halinde, kat kat dizili görünüm verir.

Elektrik yüklüdürler ve magnet gibi davranırlar, besin maddelerini çekerler ve tutarlar.

Kil mineralleri

Humik maddeler

Amorf yapıdadırlar


5 2 toprak organik maddesinin etkileri

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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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 1.395x1012 kg olduğu tahmin edilmektedir

  • Toprakta organik maddenin ayrışması atmosfer için en büyük C girdisi kaynağını oluşturmaktadır.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

+

Flokülasyon (kimyasal)

Agregasyon

Kümeleşme (Flokülasyon ve Agregasyon)

(organik)


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Organik Madde Destekli Kümeleşme


Izelge 2 toprak organik maddesinin genel zellikleri ve toprak zellikleri zerine etkileri

Çizelge 2. Toprak organik maddesinin genel özellikleri ve toprak özellikleri üzerine etkileri


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Hidrojen

Besin maddesi

Artan pH organik

maddenin KDK ni

artırır

Düşük pH, 4 - 5

(asidik toprak)

Nötr pH, 7


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

5.3. Bitkilerin dokularında bulunan organik bileşikler

Çizelge 3. Yüksek bitki kalıntılarının bileşiminde bulunan organik maddeler (%)

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.


5 4 bitkilerin dokular nda bulunan bile enlerin ayr ma h zlar

5.4. Bitkilerin dokularında bulunan bileşenlerin ayrışma hızları

Çizelge 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

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.


Ekil 1 toprak organik maddesinin olu um a amalar

Bitki artıkları

Fenoller benzoik asit diğer aromatik bileşikler

Basit şekerler ve organik bileşikler

Polifenoller

Peptitler ve aminoasitler

Modifiye ligninler

Quinonlar

Mikrobiyal degradasyon

Hümik maddeler

Polimerizasyon

Şekil 1. Toprak organik maddesinin oluşum aşamaları


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

5.5. 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

5.6. Topraklarımızın organik madde durumu

Çizelge 6. Ülkemiz topraklarının organik madde kapsamlarına göre dağılımı (Eyüpoğlu, 1999)


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Şekil 2. Toprak gruplarının organik karbon içerikleri


Ekil 3 organik maddenin fraksiyonlar

Şekil 3.Organik maddenin fraksiyonları

kimyasal organik bileşikler

karbonhidrat,protein,

amino asit

Yavaş ayrışırar

Kolayca ayrışır ve kaybolur


Ekil 4 organik maddenin fraksiyonlar na ayr mas

Şekil 4.Organik maddenin fraksiyonlarına ayrışması


Izelge 7 humik ve fulvik asitlerin zellikleri

Çizelge 7.humik ve fulvik asitlerin özellikleri


5 7 organik maddenin y k kaynaklar

5.7. 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


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

organik madde

organik madde

Organik Madde

- fonksiyonel gruplar: karboksil, hidroksil, fenolik

* Humus, Humik Asit, Fulvik Asit


5 8 organik madde azot kayna

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.


Mineralizasyona kar immobilizasyon

Mineralizasyona karşı immobilizasyon

  • Mineralizasyon – organik bağlı bileşiklerin organizma veya bitkilere yarayışlı hale gelmesi

  • Immobilizasyon – inorganik formdaki bir elementin bitkilere yarayışlı olmayan organik forma dönüşmesi


Ekil 2 mineralizasyon

Bitki artığı

Toprak organik maddesi

Mikrobiyal biyokütle

Mineralizasyon

N2O

N2

NH4+

NO2-

NO3-

Redüksiyon

Oksidasyon

PO4-3

SO4-2

Bitki alımı

Tutulma

Yıkanma

Şekil 2. Mineralizasyon


Organi k madde de k ompo zisyonu karbon ve azot d ng s

Organik madde dekompozisyonuKarbon 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

CO2

Bakteri, Fungus

Toprakorganik maddesi

Nematodlarprotistler, humus


5 9 c n karbon azot oran

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,


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1

Toprak N

Mineralizasyon

Organik madde ayrışmasıKarbon ve azot oranları

CO2

Organik artık C/N oranı yaklaşık

9:1

Karbonun 2/3 ü CO2olarak salınır

C/N ratio 3:1

Mikrobial C/N oranı toprağa N salınarak 8:1 de tutulur


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

CO2

Organik artık C/N oranı yaklaşık 24:1

Karbonun 2/3 ü CO2olarak salınır

C/N oranı 8:1

Bakteri ve fungusun C/N oranı 8:1

Organik madde ayrışması

C/ N oranı

Mikrobiyal C/N oranı N tüketilmeden veya salınmadan sürdürülür


Kay plar artar ve girdiler sabit kal rsa toprak organik maddesi azal r

kayıplar artar ve girdiler sabit kalırsa toprak organik maddesi azalır

Dekompozisyon

(CO2)

Bitki kalıntıları

Bitki kökleri

Ahır gübresi

kompost

girdi

Toprak om

kayıplar

Erozyon


Girdi artar ve kay plar ayn kal rsa toprak organik maddesi artar

Girdi artar ve kayıplar aynı kalırsa, toprak organik maddesi artar.

Bitki artıkları

Bitki kökleri

Ahır gübresi

kompost

girdiler

Toprak organik maddesi

Dekompozisyon

(CO2)

kayıplar

Erozyon


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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 .


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Katyon de m kapas tes

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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

milieşdeğerlik sayısı

Katyon Değişim Kapasitesi (KDK)

değişebilir katyonlar olarak bilinirler

  • 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)

  • yüksek değerlikli ve yalın yarı-çapları büyük olan katyonların iyonik yer değiştirme gücü daha fazladır.

    Al3+ > Ca2+ > Mg2+ >> NH4+ > K+ > H+ > Na+ > Li+


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • Bazla doygunluk yüzdesi: Bir toprağın kolloidal komplekslerinin içerdiği değişebilir bazların ( Ca, Mg, K, Na) katyon değişim kapasitesinin yüzdesi olarak ifade edilen miktarlarına bazlarla doygunluk yüzdesiadı 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


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

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 10-12 kat daha fazladır.

  • Buradan anlaşılacağı üzere bir topraktaki kil tipi ve miktarı ile humus miktarı belirlendiğinde, o toprağın katyon değişm kapasitesini tahmin etmek mümkündür.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

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 200.000 kg toprak

  • 200.000 x 1.15= 230.000 kg toprak var.

  • 1 me H= 1mg H

  • 100 g toprak 10 mg H

  • 100.000 mg toprak 10mg H

  • 230.000 kg toprak 23kg H tutulabilir


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

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

  • 100.000 mg toprak 200mg Ca

  • 230.000 kg toprak 460 kg Ca tutulabilir


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • Problem:

    Eğer 100 g toprak 300 mg Ca tutuyor ise bu toprağın KDK?

    KDK= 300: 20= 15 me/100g


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

ÇEŞİTLİ MADDELERİN KDK DEĞERLERİ


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

+

+

kiltaneciği

+

- -- -- -- -- -- -- -

+

+

+

katyonlar

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Serbest su

Elektriksel çift katman

Toprak Çözeltisi Katyon Konsantrasyonu

  • katyon konsantrasyonuı kil tanesinden uzaklaştıkça azalır


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

H

Kolloid yüzeyi

Kolloid yüzeyi

Ca

+ 2H2CO3

+ Ca(HCO3)2

H

Toprakta Kalsyum’un Yarayışlı Hale Getirilmesi

Çözünebilir bikarbonat

Adsorbe-edilmiş Ca+2

Adsorbe-edilmiş H+


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

Karşılaştırma


Organic matter and cec

Organic matter and CEC

(cmolcl/kg)

Common %OC for A horizons in productive areas ~4% 

So: y = (4.9 * 4%) + 2.4; or CEC = 22 cmolc/kg


Rule of thumb for estimation of a soil s cec

Rule of thumbfor 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!


Calculation of cec with clay and om

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 .02 + 50 x .1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g


Toprak organik maddesinin s rd r lebilirli i

Toprak organik maddesinin sürdürülebilirliği


Organik maddeye neden nem 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


Organik maddeye neden nem vermeliyiz1

Organik maddeye neden önem vermeliyiz???

  • Besin döngüsü artar

  • Kök uzaması ve bolluğu artar.

  • Besin ve su ilişkileri artar


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

Toprak organik maddesi


Organi k ma ddenin par alanmas

Millepede

Ants

Organik maddenin parçalanması

Corn leaf pulled into nightcrawler burrow

  • Soil insects and other arthropods

    • Shred fresh organic material into much smaller particles

    • Allows soil microbes to access all parts of the organic residue


Organic matter decomposition everyone is involved

Organic matter decompositionEveryone is involved

Bacteria on fungal strands

  • 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

Spiral bacteria

Rod bacteria


Organic matter decomposition everyone is involved1

Organic matter decompositionEveryone 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.

Fungus on poplar leaf

Tree trunk rotted by fungi

Fairy ring

Soil fungus


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Fungi and soil structure

Fungi and Soil Structure

  • Fungal hyphae (threads) help hold soil granules together

  • Fungal exudates (goo) help cement soil particles together

Active Fungi Present –

Soil structure is maintained when immersed in water

Fungi absent -

Soil structure is not maintained when immersed in water


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Organic matter decomposition everyone is involved2

Organic matter decompositionEveryone 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


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Organic matter decomposition everyone is involved3

Organic matter decompositionEveryone is involved

Amoeba

  • Protists and nematodes, the predators

    • Feed on the primary decomposers (bacteria, fungi, actinomycetes)

    • Release nutrients (nitrogen) contained in the bodies of the primary decomposers

Bacteria-feeding nematode

Rotifer

Predatory nematode


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


All organic matter in soil is not equal

All organic matter in soil is not equal

Organik Materyal

Scientists describe 3 pools of soil organic matter

CO2

Aktif OM

1 – 2 yıl

C/N ratio 15 – 30

  • Recently deposited organic material

  • Rapid decomposition

  • 10 – 20% of SOM

Yavaş OM

15 – 100 yıl

C/N ratio 10 – 25

  • Intermediate age organic material

  • Slow decomposition

  • 10 – 20% of SOM

Pasif OM

500 – 5000 yıl

C/N ratio 7 – 10

  • Very stable organic material

  • Extremely slow decomposition

  • 60 – 80% of SOM


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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

Crop Residues

Crop Roots

Manure

Compost

Inputs

Decomposition

(CO2)

Soil Organic Matter

Losses

Erosion


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


If losses increase and inputs remain constant som will decrease

If losses increase and inputs remain constant, SOM will decrease

Decomposition

(CO2)

Bitki kalıntıları

Bitki kökleri

Ahır gübresi

kompost

Inputs

Soil Organic Matter

Losses

Erosion


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • Ideal olarak om düzeyini arttırmak istiyorsak sadece girdiyi değil kayıpları da azaltmamız gerekir.

  • Bunu nasıl yapabiliriz?


But som will not continue to increase or decrease indefinitely

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 in virgin soil

Corn-oats-clover

rotation plus

manure application

Management

change

imposed

SOM level

Steady state SOM after

years of continuous

corn cultivation

New steady

state SOM

level

1955

2005

1875

Years of cultivation


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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 1875.

  • 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.


Soil organic matter is dynamic rate of decomposition is affected by

Soil Organic Matter is DynamicRate 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??


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


World som levels show influence of temperature and moisture

World SOM levels show influence of temperature and moisture


What management changes can be made to increase input of organic material

What management changes can be made to increase input of organic material?

Return more crop residues

Add cover crops

Diversify crop rotations

Add other sources of organic material


Toprak k myasi ders notlari ii kisim

  • 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.


  • Effects of increased organic material additions on soil organic matter levels

    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 500-600 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%


    What management changes can be made to decrease som losses

    What management changes can be made to decrease SOM losses?

    Erozyonu azaltır

    Erozyonu azaltır.


    Toprak i leme organik madde ayr mas n nas l etkiler

    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


    How much does tillage impact som

    How much does tillage impact SOM?


    30 year study in connecticut tillage and residue management

    30 year study in ConnecticutTillage and residue management

    residue

    residue

    residue

    residue

    Data from B. Hooker, T. Morris, and Z. Cardon.

    Department of Ecology and Evolutionary Biology

    University of Connecticut


    Distribution of organic matter in soil under conventional and no tillage

    Distribution of organic matter in soil under conventional and no tillage

    No-till

    Conventional

    Tillage


    Managing to improve soil organic matter take home points

    Managing to Improve Soil Organic MatterTake-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.


  • Login