Toprak, bitkiler için sadece substrat olarak değil, aynı zamanda azot, fosfor, kalsium, kükürt, potasyum gibi iyonları da kapsayan gerekli mineraller ve su için de kaynak olarak işlev görür. Bu minerallerin her biri, bitkiye, topraktaki su ile çözünmüş olarak gelir. Toprağın partikül büyüklüğü, organik madde miktarı ve pH gibi özellikleri çok önemli rol oynar; bu faktörler su ve minerallerin bitki için uygunluğunu ve bu maddelerin toprak içinde hareket hızını belirlemeye yardım eder.

Sınır asitliği. Çözelti asitliği. Değişebilir asitlik. Adsorbe edilmiş H+ iyonları  Toprak çözeltisindeki H+ iyonları. Potansiyel asitlik. Aktif asitlik.

Toprakların çoğu, mineral partikülleri, organik madde, su, çözünebilen kimyasal bileşikler ve havanın bir karışımıdır. Bu karışım içindeki baskın bileşenler, büyük ölçüde silisyum ve alüminyumdan (iyi topraklarda) oluşan, mineral partikülleridir. Bunlar boyut olarak çok küçük kil partiküllerinden (çapı 0.002 mm’den daha küçük) mil partiküllerine (0.002-0.05 mm) ve kum tanelerine (0.05-2.0 mm ) dek çeşitlilik gösterirler. Herhangi bir topraktaki kil, mil ve kum partiküllerinin oranı, toprağın diğer birçok özelliğini belirler. Örneğin, hacim olarak %20’den daha az mil ve kil partiküllerinden oluşan çok kumlu topraklar, hacimce pek çok hava boşluğuna sahiptir; ancak bunlar çok porlu olup partikülleri, suyu bağlamak için küçük bir yüzey alanına (hacimleriyle karşılaştırıldığında) sahip olduğundan, su hızla süzülür ve pek çok bitki çeşidinin büyümesi için uygun değildir. Kil yüzdesi arttıkça toprağın su tutma oranı da artar, aşırı miktarda kil içeren topraklarda drenaj çok düşük olup su, partiküllere öylesine sıkıca bağlanır ki hava boşlukları tamamiyle su ile dolar; suyla dolu böyle topraklara birkaç bitki adapte olmuştur. Farklı bitki türleri, farklı toprak tiplerine uyum göstermesine karşın, bitkilerin çoğu her büyüklükte partikül içeren (örneğin %24 kil, %29 mil, %30 ince kum, %17 kaba kum) ve loam olarak bilinen toprak tipinde, en iyi büyüme gösterir. Böyle topraklarda drenaj iyidir ancak aşırı değildir, havalandırma iyidir, toprak partikülleri su filmi ile sarılıdır; fakat yine de aralarında çok sayıda hava boşluğu vardır.
Loamlar ayrıca, çoğu bitkisel kökenli, önemli miktarlarda (kabaca %3-10) organik madde içerirler. Bu madde ayrıştıkça, bitkinin iyi büyümesi için gerekli inorganik maddeler de toprağa salınır. Bu şekilde organik maddeler toprak verimliliğine katkıda bulunur. Ayrıca daha porlu, süngerimsi bir yapıya sahip olduğundan, yüksek kil içerikli toprakların gevşemesine, por boşluklarının oranını arttırarak drenaj ve havalanmanın gelişmesine yardım eder. Bu, özellikle organik materyal, çoğunlukla selüloz ve ligninin parçalanma ürünlerinden oluşan humus formunda iken geçerlidir. Humusun kumlu topraklarda ters etkiye sahip oluşu ilginçtir. Humus böyle topraklarda, toprakta tutulan su miktarını artıracak şekilde kum tanelerini biraraya getirerek por büyüklüğünü azaltır. Görüldüğü üzere organizmalar yalnızca fiziksel çevrelerinden etkilenmeyip, aynı zamanda da çevreyi değiştirirler.
Kil partiküllerinin oranı , yalnızca toprağın fiziksel yapısını, havalanmasını, su tutma kapasitesini değil, kısmen kil partiküllerinin su hareketi üzerindeki etkileri nedeniyle, belirli minerallerin miktarını ve bitkiler tarafından kullanılabilirliğini de etkiler. Örneğin, su, topraktan aşağıya çok hızlı ve büyük miktarlarda akarsa, pek çok önemli mineral, köklerin ulaşamayacağı kaya tabakalarının altına gidecektir.
Nitrat iyonları süzülmeye duyarlı olup, sülfat, kalsiyum ve potasyum iyonları da topraktan hızla uzaklaştırılabilirler.
Kalsiyumun aşırı şekilde kaybı, toprağı asitleştireceğinden çok önemlidir. Birçok bitki hafif asitli topraklarda iyi büyürken, rododendronlar ve Vaccinium macrocarpum gibi bazı türler asidik koşullara iyi uyum gösterirler, büyük bir bölümü ise kuvvetli asidik topraklarda iyi gelişmezler. Toprak asiditesi, çözünürlüğü dolayısıyla demir, manganez, fosfat ve diğer bazı iyonların kullanılabilirliğini etkiler ve katyonların süzülmesine neden olur. Yüksek asidite, toprağı devamlı işlemeleri, inceleştirmeleri, karıştırmaları ve de organik maddeyi parçalamaları bakımından önemli olan bir çok toprak organizmasının aktivitesini de engeller.
Tekrar tekrar iyonların, bitkilerce “kullanılabilirliğinden” söz ediyoruz. Toprakta mevcut çeşitli iyonların toplam miktarlarını veren kimyasal analizler yanıltıcı olabilir. Çünkü bu iyonların belirli bir miktarı serbest olmayıp, bitkiler için kullanılabilir durumda değildir.
Genelde toprak suyunda serbest bulunan iyonlarla, organik partiküller ve kolloyidal kil partikülleri yüzeyinde adsorblanmış olarak bulunan iyonlar arasında karmaşık bir denge vardır. Asiditenin önemli bir örnek oluşturduğu pek çok faktör, partiküllere bağlı iyonların oranını artırıp böylece kullanılabilirliği azaltarak veya topraktaki suda bulunan serbest iyonların oranını artırarak bu dengeyi değiştirebilir.
Hava koşulları bile toprağın iyonik durumunu etkileyebilir. New Harrıpshire’de, Hubberd Brook’ta deney ormanında yapılan kapsamlı bir çalışma, büyük bir olasılıkla havaya sanayiden kükürt dioksit salınması nedeniyle, yağmurda ölçülebilir miktarda sülfirik asit bulunduğunu göstermiştir. Asitten gelen hidrojen iyonları, toprak partikülleri üzerinde negatif şarjlı bölgelerden Ca++, Mn++, K+ ve Fe++ gibi besin katyonlarıyla yer değiştirir. Bunun sonucu olarak iyonlar topraktan akarsulara ve göllere daha hızlı süzülür. Bu katyonların kaybına karşılık, bitki köklerinden alınmak için, kalan besin iyonlarıyla rekabet eden toksik alüminyum iyonları (A++l+) serbest kalır.
Toprak asiditesi, ağaç köklerindeki simbiyotik mantarları öldüren ve bu tabakadan geçen suyu daha da asitleştiren, belirli yosunların gelişimi için uygun ortam sağlar. Asit yağmurlarının sonucu olarak bu şekilde toprak verimliliği kaybı ve toksisite artışı çok yaygın olup bugün Kuzey Amerika ve Kuzey Avrupa ormanlarını tehdit eden hava kirliliğinin şimdiye kadar bilinmeyen zararlarını sergilediğine ilişkin kanıtlar artmaktadır. Besleyicilerin ve toksik Al4+4’un göllere süzülmesi, ötrofikasyonu da hızlandırır, bu şekilde birçok gölde bulunan türlerin karakter ve bolluğunda önemli değişikliklere yol açar. Kükürt emisyonlarının kontrolü fevkalade zor bir ekonomik problemdir. Yüksek kükürtlü yakıtların yakılmasına karşı alternatiflere (nükleer enerji üretim santralleri, doğal gaz ve düşük kükürtlü petrol) şimdilik şüpheyle yaklaşılmaktadır. Ayrıca kükürt dioksit atıkları asit yağmuru tarafından etkilenmiş alanlardan çok uzaklaştırılmalıdır. Öyleyse düşük kükürt yakılmasının bir yan ürünü olan ozonun (03), fotosentezin etkinliğini önemli düzeyde azaltabileceği ve ormanlara zarar veren önemli bir faktör olabileceği görülmektedir.
Toprak üzerindeki vejetasyonun bazı etkileri, Hubbard Brook çalışmasında çarpıcı olarak gösterilmiştir. Araştırıcılar, ilk önce birkaç yıl boyunca özel bir su havzasında besin girdi ve çıktısının ilk ölçümlerini elde ettikten sonra, su havzasındaki bütün bitki örtüsünü ortadan kaldırıp giriş ve çıkışları tekrar izlemiştir. Araştırıcılar suyun akış hacminin öncekinden çok daha fazla arttığını bulmuşlardır (bir peryod boyunca, %418 daha fazla). Sebebi buharlaşma yüzeylerinin ortadan kaldırılması ile su döngüsünün beklenen bozulması. Toprak verimliliğindeki büyük kayıp ise pek tahmin edilememiştir. Akışla nitrat kaybı büyük miktarlarda olmuş (bozulmamış su havzalarındakinden 45 kat daha fazla), potasyum (21 kat daha fazla) ve kalsiyum (10 kat daha fazla) gibi besleyicilerin net kayıplarında önemli bir artış gözlenmiştir. Açıkça, bitki örtüsünün kaldırılması besleyicilerin toprak partiküllerine daha az sıkı bağlanmasına ve bunun sonucu olarak süratle süzülerek uzaklaşmalarına neden olacak şekilde toprak kimyasını değiştirmiştir.
Öyleyse, bitki örtüsünün bu toptan tahribi, sadece rüzgar ve su erozyonunda artışa yol açmakla kalmayı p geride kalan toprağın verimliliğinde de şiddetli kayıplara neden olmaktadır. Bir ekosistemin fiziksel kısmının kararlılığı, açıkça organik madde üretimi ve parçalanmasına ve sistemin canlı ve cansız bileşenleri arasında besleyicilerin düzenli olarak akışına bağlıdır.
Ormanların kesilmesi toprak tahribinin tek yolu olmayıp, aşırı otlatma ve diğer ilkel tarım teknikleri de, hiç bir zaman orman oluşmamış alanlarda kalıcı zararlara neden olmuştur. Dicle ve Fırat vadileri, bir zamanlar Sümer uygarlığını beslemiş daha sonra Büyük Babil imparatorluğunun tahıl ambarı olmuştur. Ancak ilkel çiftçilik uygulamaları, bugün kullanılabilen toprak miktarının yüzde 20’nin altına düşmesine neden olacak şekilde aşırı erozyona ve tuzlanmaya yol açmıştır. İlk sulama kanalları mil ile dolmuş ve çok fazla miktarda toprağın yıkanarak Iran Körfezine taşınması sonucu, o zamanki Ur limanı şimdi kıyıdan 240 km. geride kalmış ve Iran Körfezindeki yapılar 10 m. kalınlıkta mil içerisine gömülmüştür. İnsan etkinlikleri sonucu bir milyon hektardan daha fazla toprağın çöle dönüştüğü Suriye’de de benzer koşullar hakimdir.
Birleşik Devletlerin bazı kısımlarında on yıllık bir kuraklık peryodu ile birlikte, doğal çayırlıkların aşırı otlatılması ve sürülmesi, toprak üst katmanlarının yüzlerce kilometre sürüklendiği ve çok büyük alanların çıplak ve kullanışsız hale geldiği 1930’lardaki toz fırtınalarına neden olmuştur. Böyle örnekler, ekolojik krizlerin tamamen modern teknolojinin sonucu olmadığını, fakat, toprak dinamikleri, toprağın tümden tahribi ve barındırdıkları çok sayıdaki türlere ilişkin bilgilerin artışına rağmen, modern teknolojinin düzeni bozduğunu göstermektedir. Örneğin, bugün tropiklerde ağaçlar, yüksek bir oranda kesilmekte, bazen yakılmakta, tarım için toprağı zenginleştirmek çabalarıyla işlenmektedir. Fakat, toprak en fazla birkaç yıl süreyle ekilmekte ve sonunda, topraktaki besinler süzülüp uzaklaştığında terkedilmektedir. Süzülme toprağı çok fakir bıraktığından, dünyanın on altıda birini kaplayan eski ormanların birçoğu büyük bir olasılıkla hiç yenilenmeyecektir. Yüzbinlerce eşsiz tür ve bunların küresel iklimdeki kritik rolleriyle gezegenimizin bu engin özelliği, onu kurtarmak için etkin ve acil önlemler alınmadığı müddetçe, yaşam süremiz içinde yok olma tehlikesiyle karşılaşacak gibi görünmektedir.
Sulama, kurak alanların verimliliğini büyük oranda artırıcı bir yol olarak görülmüştür. Bununla birlikte, kısa dönemli bir çare olup, uzun dönemde çok zararlı olma olası lığı vardır. Genelde, erozyonun hızlanmasına neden olur; örneğin Birleşik Devletlerde, yaklaşık 2000 sulama barajı bugün mil, kum ve çakıl ile dolu olup, işe yaramaz durumdadır. Diğer durumlarda, sulama, sonuçta bitkilerin üreyemeyeceği kadar çok tuz birikinceye dek toprakta hızlı tuz birikimine (tuzlanma) yol açar. Tuzlu yeraltı suyu üzerindeki toprağa verilen suyun, su tablasının yükselmesine ve böylece tuzun toprağın üst tabakalarına taşınmasına veya, sulama suyunda orijinal olarak bulunan düşük konsantrasyonlardaki tuzların, su buharlaştıkça toprakta birikmesiyle tuzlanma oluşabilir.
Dünyadaki en büyük sulanan bölge olan Pakistan’ın Indus Vadisi —15 milyon hektar üzerinde— tuzlanmaya yenik düşmüştür. Sulama sistemi ve toprak iyiydi, yeterli miktarda su verilmesiyle, bereketli ürünlerin üretilmesi bekleniyordu. Fakat, bir gözlemcinin söylediği gibi, “Sonuç hayret vericiydi. Bu geniş alanların üzerinde uçan birisi, kar gibi beyaz tuz kabukları parıltısı nedeniyle bunun bir Arktik oluşum olduğunu sanabilir”di. Mısır’da Asuan Barajının sulama sisteminin toprakta benzer tuzlanmaya neden olabileceğine ilişkin belirtiler vardır. Bir ekolog, “Asuan Barajı’nın diğer bir milyon hektar toprağın sulanması için tasarlandığını ve bunun Mısır’ı yeni bir felakete götüreceği” yorumunu yapmıştır.
Ümit verici bir gelişme, “damlama yöntemiyle sulamanın” kullanılmasıdır. Bu yöntemde evaporasyonla kaybolmayı önlemek için, hemen hemen tümünün toprağa girmesini sağlayacak bir hızda, su yüksekteki borulardan toprağa damlatılarak tuzlanma azaltılmaktadır. Damlama sulamanın özel bir önemi, arıtılmış kanalizasyon atıklarının kullanılabilmesidir, böylelikle mineraller ekolojik olarak zarar oluşturacakları akarsu ve göllere gitme yerine, gereksinim duyuldukları karalara yeniden döndürülmektedir. Toprakla ilgili bu özet tartışma, dünya ekosistemlerinin hem ne kadar karmaşık, hem de ne kadar duyarlı olduğunu göstermektedir.
Geçmişte, insanlar toprağı işlerken daha çok şanslarına güvenmişlerdir. Kendileri için düzenlemedikleri sistemleri anlamaya çalışmayı reddettikleri davranışlar bugün geçmişte kalmıştır. Eğer insanoğlu dünyada yaşamını sürdürecekse ekosistemlerin nasıl çalıştığının anlaşılması ve bu bilginin kullanılması, etik bir zorunluluk haline gelmiştir.

Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com

Yazar: Taner Tunç

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here