Mr.Muhendis
18.02.2010, 10:44
Toprakta, suda çözülebilir formda bulunan bitki besin maddelerinin, toprağın organik ve inorganik bileşenleriyle reaksiyona girerek suda çözülemez ( bitki tarafından alınamaz ) fromlara dönüşmesine “ Fiksasyon ” denir.
Bitki besin maddelerinin toprak öğeleri tarafından tutulmaları iki mekanizmayla cereyan etmektedir.
1. Adsorbsiyon
2. Kimyasal Çökelme ( Fiksasyon )
Adsorbsiyonla toprağa bağlanan bitki besin maddelerinden bitkiler yararlanabilirler. Toprak çözeltisinde bir iyonun konsantrasyonu azalırsa toprak tarafından adsorbe edilmiş bulunan iyonlar çözülerek çözeltiye geçerler ve bitkilerce alınabilirler. Aancak toprak öğeleri tarafından çözeltiye geçemeyecek durumda bağlanmış ya da çözünmeyen bileşikler oluşturarak çökmüş olan bitki besin maddelerinin alınmaları mümkün değildir. Örneğin toprakta bulunan ya da gübre olarak toprağa verilen fosfat iyonları, toprak çözeltisinde bulunan Fe ve Zn iyonlarıyla birleşerek Fe ve Zn hidroksifosfat bileşiklerini oluştururlar. Su da çok az çözülebilen bu bileşikler çökerek H2PO4, Fe ve Zn iyonlarıyla beslenmesini sınırlandırırlar. Bilinçsiz fosforlu gübre uygulamalarında bitkilerde Fe ve Zn noksanlıklarının görülmesinin nedenleri budur.
1. Fosfor Fiksasyonu
Topraklara verilecek fosforlu gübrelerin miktarları belirlenirken toprağın P fiksasyon kapasitesi düşünülmelidir. Çünkü. Özdeş2 toprak düşünülürse bunlardan P fiksasyon kapasitesi daha yüksek olan toprağa daha P ’lu gübre verilmelidir. Yapılan araştırmalar ; bitkilerin toprağa verilen P’ lu gübrelerin ilk yıl % 10-30 ‘undan yararlandıklarını göstermiştir. Kalan fosfor ise toprak öğeleri tarafından fikse edilerek bitkiye yarayışsız duruma geçmektedir.
Fosfor fiksasyonunun oluşum mekanizması fiksasyona neden olan öğelere bağlı olarak 3 başlık altında incelenebilir.
1. Asit reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
2. Alkali reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
3. Biyolojik P fiksasyonu
1.1. Asit Reaksiyonlu Topraklarda P Fiskasyonu
Burada P, 3 ayrı mekanizmayla fikse edilmektedir.
Aşırı reaksiyonlu topraklarda Fe ve Al iyonları serbest halde bulunmaktadır. Bu iyonlar toprağa verilen fosfat iyonlarıyla birleşerek suda çözünürlükleri çok düşük olan Fe ve Al Hidroksifosfat bileşikleri halinde çökerler. Böylece P alınmaz hale geçer
Asit tepkimeli topraklarda Fe, Al ve Mn’nin hidrous oksitleri fazlaca bulunurlar. Kolloid karekterli olan bu bileşiklerin yüzeylerinde fosfat iyonları bazik Al ve Fe fosfatlar halinde fikse edilmektedir. Bu olaylar şöyle gösterilebilir.
Al, Fe ve Mn sulu oksitlerce zengin topraklarda örneğin, sarı ve kırmızı podsolik topraklarda fosfor fiksasyon kapasitesinin yüksek olmasının nedeni bu fiksasyon biçimidir. Nitekim, Hawai’ nin laterit topraklarında fosfor fiksasyon kapasitesinin %98 düzeyinde olduğu araştırmalarla saptanmıştır. Yurdumuz Karadeniz Bölgesi asit podsolik topraklarında ise % 55-81 oranında P fikse edildiği belirlenmiştir.
pH derecesi 4.5-6.0 arasında iken kil mineralleri P fiksasyonunda başat rol oynar. Killerdeki –OH gruplarının H2PO4 iyonlarıyla yer değiştirmesi sonunda fosforun kuvvetle bağlandığı ya da alınmaz forma girdiği kabul edilmektedir. Bu tür fiksasyon 1:1 killerde 2:1 killere oranla daha fazla görülmektedir.
Ayrıca kil minerallerdeki Fe ve Al’nin koordinasyon çemberine giren P iyonları, çok kuvvetle bağlandığında bitki tarafından alınmaz duruma geçmektedir.
1.2. Kireçli-Alkalin Topraklarda P Fiskasyonu
P fiskasyonu asit topraklardakinden farklı bir şekilde cereyan etmektedir.
Bilindiği gibi H3PO4 iyonlaşması 3 basamak halindedir.
Toprak reaksiyonuna bağlı olarak bu iyonların topraktaki miktarları aşağıdaki çizelgeden incelenebilir.
http://i.imgur.com/q35YB.gif
Görüldüğü gibi alkalin ortamda sekonder orto fosfat, asit ortamda ise primer orto fosfat iyonları çoğunluktadır. pH yüksek topraklarda dikalsiyum ( CaHPO4 ) ve trikalsiyum Ca3 ( PO4)2 fosfat bileşikleri daha fazla oluşur. Nötr pH derecelerinde ise monokalsiyum fosfat bileşikleri başat durumdadır. Kalsiyum fosfat bileşiklerinin çözünürlükleri aşağıda verilmiştir.
http://i.imgur.com/aqGes.gif
Bu ön bilgilerden sonra kireçli alkali topraklarda fosforun 3 farklı yolla fikse edildiği söylenebilir.
pH 7.5’ in üstünde ortamdaki Ca+2 ve Mg+2 iyonları ile reaksiyona girerek çözünürlülüğü düşük olan trikalsiyum ve trimagnezyum fosfat bileşikleri halinde çökmektedir.
Kireçli alkali topraklar genelde yüksek miktarda serbest CaCO3 kapsarlar. Fosfor, CaCO3 ile temas sonunda yine trikalsiyum fosfat haline dönerek çökmektedir.
Kireçli alkalin topraklarda kalsiyum ile doymuş kil mineralleri, fosforu Ca köprüsü ile bağlamak suretiyle alınabilirliğini sınırlandırır.
Bu tür fiksasyon çoğunlukla pH: 7 dolaylarında daha fazla görülmektedir.
1.3. Fosfor Fiksasyonunu Etkileyen Etmenler
Kilin Cinsi: Yapılan araştırmalar 1:1 tipi killerin 2:1 tipi killere oranla daha fazla fosfor bağladığını ortaya koymuştur. Yurdumuzda yaygın kil minerallerinin bölgeler göre dağılımı konusundaki bilgilerimiz en üst sınırdadır. Ancak sıcak bölgelerde killerin daha fazla parçalandığı göz önüne alınarak güney bölgelerimizde 1:1 tipi killerin daha yaygın olduğu ve bu bölgelerin daha yüksek P fiksasyon kapasitesine sahip olduğu kanısına varılabilir. 1:1 tipi killerin yapısında Fe ve Al hidrous oksitler daha fazla bulunduğu için P fiksasyon kapasitesi de yüksek olmaktadır.
Kilin Miktarı: Toprakta kil miktarı arttıkça fikse edilen P miktarı da artmaktadır. Bu durum yüzey genişliği ile ilgilidir. Toprak fraksiyonlarının parça büyüklüğü arttıkça fiksasyon azalır. Tekstür fraksiyonlarının birim miktarlarında fikse edilen P miktarları aşağıda gösterilmiştir.
Tepkime Süresi: Toprak ile toprağa verilen fosforlu gübre arasında değinim yani tepkime süresi arttıkça daha fazla P fikse edilmektedir. P fiksasyonu 4-6 gün sonunda maksimum düzeye ulaşmaktadır.
http://i47.tinypic.com/wgpy0z.gif
Çizelgeden de anlaşılacağı gibi 2 dakikalık tepkime süresinde toprağa katılan P’nin %68.88’i adsorbe, %55.64’ü ise fikse edilmektedir. Bu rakamlar P fiksasyonunun toprakta çok hızlı cereyan ettiğini göstermektedir. 1 ve 4 güne kadar hızla arttığını bu süreden sonra artışların azalarak devam ettiğini göstermektedir. Bu sonuçlardan da pratikte fosforlu gübrelerin tohum ekiminden önce toprağa verilmesinin sakıncalı olacağı yargısına varılmaktadır. Fosforlu gübreler tohumla beraber toprağa verilirse tepkime süresi kısalacağı için fiksasyon azalmaktadır.
Gübrenin Verilme Şekli: Fosforlu gübrelerin toprağa, banda verilmesi ile minimum düzeye indirilmiş olur. Çünkü bu şekilde toprakla gübrenin değinim yüzeyi azaltılmış olur. Fosforlu gübreler toprak yüzeyine serpme yöntemiyle verilirse tepkime süresi artacağı için fikse edilen fosfor miktarı da artar.
Toprak Reaksiyonu: Bitkilerin fosforlu gübrelerden en iyi yararlandıkları pH dereceleri 6.5-7.0 arasındadır. Bu sınırın altında ve üstünde fosfor şiddetle ve farklı mekanizmalar halinde fikse edilmektedir. pH 8.5’in üzerine çıkınca P fiksasyonu azalır. Çünkü pH 8.5’in üzerinde Na iyonları başattır. Bunlar, fosfat ile birleşerek suda çözünebilen Na3PO4 bileşiğini oluştururlar. Ancak pH 8.5’in üzerinde bitki gelişimi yavaşlar. Çünkü toprak tuzlu ya da alkalidir.
Toprak Sıcaklığı: Genel kural olarak kimyasal tepkimelerin hızını artırır. Bu nedenle sıcak iklimlerde fiksasyon daha yüksektir. Bu durum sıcak iklim topraklarında 1:1 tipi killerin (kaolonit) ve Al ile Fe hidrous oksitlerin daha fazla bulunmasıyla açıklanabilir.
Organik Madde: Genel olarak toprakta organik maddenin artmasıyla fikse edilen fosfor miktarı azalmaktadır. Çünkü organik maddenin toprakta ayrışmasıyla CO2 gazı açığa çıkar. Bu gaz suda çözünerek H2CO3’ü oluşturur. Karbonik asit de fosforlu bileşkelerin çözünürlüğünü arttırır ve bitkilerin fosfordan daha iyi yararlanırlar. Ayrıca toprakta oluşan humus da fosforun bitkiye alınabilirliğini arttırır. Humusun bu yönde etkisi şözyle açıklanmaktadır.
* Humus fosforla birleşerek suda iyi çözünebilen fosfo-humik bileşiklerini oluşturur.
* Organik maddenin ayrışmasıyla oluşan humat, sirat, oksalat, tartarat, malat gibi iyonlar, kolloidlere bağlı fosfat iyonlarıyla yer değiştirerek fosforu serbest hale geçirirler.
* Humus, Fe ve Al oksitlerin etrafını kaplayarak, bunların fosfat iyonlarıyla temasını engeller. Böylece fosfat iyonları Al ve Fe oksitlerle reaksiyona girmez ve toprak çözeltisinde kalır.
1.4. Fosfor Fiksasyonunu Azaltmak İçin Alınacak Önlemler
Fosfor fiskasyonu üzerine etki eden faktörlerin değerlendirilmesinden de anlaşılacağı gibi, fosfor fiskasyonunu minimum düzeye indirmek için alınacak önlemler şöyle özetlenebilir.
1. Fosforlu gübreler toprağa banda verilmelidir. Böylece değinim düzeyi azaltılmış olur.
2. Toz yerine granül gübreler kullanılmalıdır. Granül gübreler, toz halindeki gübrelere oranla toprakla daha az temas ederler.
3. Toprağın organik madde kapsamı ahır gübresi veya yeşil gübreleme ile arttırılmalıdır.
4. Fosforlu gübreler toprağa tohum ekimi sırasında verilmelidir. Önceden verilmesi halinde tepkime süresi artacağı için fiksasyonda artar.
5. Limon asidinde çözünürlüğü yüksek olan gübreler tercih edilmelidir. ( Dikalsiyum fosfat, Rhenania fosfat vb.)
6. Asit tepkimeli topraklarda kireçleme, alkalin reaksiyonlu topraklarda ise kükürtleme yapılara k pH 6.5-7.5 sınırlarına getirilmelidir.
1.5. Toprakların Fosfor Adsorbsiyon Ve Fiksasyon Kapasitelerinin Belirlenmesinde Kullanılan Yöntemler
Klasik Yöntemler
P Adsorbsiyon Kapasitesi Tayini: 0.01 M CaCl2 çözeltisi içerisine, hazırlanan toplam çözeltinin her milimetresinde 5 mg P bulunacak şekilde KH2PO4 katılarak bir çalkalama çözeltisi hazırlanır. Mikrobiyal aktiviteyi önlemek amacıyla çözeltiye 1-2 damla toluen damlatılır. 250 ml lik ağzı kapanan şişeye 5 gr toprak konarak üzerine 50 ml çalkalama çözeltisi eklenir. Makinede 24 saat çalkalanır ancak bu süre değişebilir. Çalkalama sonunda mavi bantlı filtre kâğıdından süzülür, 15 dk santrüfüj edilir. Ve bu süzüntüde fosfor analizi yapılır. Adsorbsiyon kapasitesi çalkalama çözeltisi bulunan fosfor miktarı (Pi) ve süzüntüde saptanan fosfor miktarından (Ps) yararlanarak aşağıdaki formülden hesaplanır.
P adsorbsiyon kapasitesi, toprağa katılan fosfor miktarının %’si olarak hesaplanmaktadır. Bu veriden yararlanarak 100 gr toprakta miligram olarak da ifade edilebilir.
Fosfor Fiksasyon Kapasitesi Tayini: Adsorbsiyon tayini arasında filtre kağıdı üzerinde kalan toprak 100ml alkol ile yıkanarak kurutulur. İyice karıştırılan topraktan 1 gr alınır ve üzerine 10 ml su katılarak 5 dk çalkalanır, süzülür. Santrifüj edildikten sonra fosfor tayini yapılır. Sonuç bize, toprağın suda çözünür formda adsorbe ettiği fosfor miktarın verir. Bu miktar adsorbe edilen fosfor miktarından çıkarılarak fikse edilerek fosfor miktarı saptanır.
Nükleer Yöntemler: Kısa sürede ve daha kesin sonuç veren nükleer yöntemler kullanılarak da toprakların fosfor, adsorbsiyon ve fiksasyon kapasiteleri ölçülebilmektedir. Bunun için izlenecek yol aynı klasik yollar gibidir. Ancak radyoaktif P (P32) ile etiketli KH2PO4 kullanılır ve kalorimetrik fosfor tayini yerine süzüntülerden alınan örneklerde Geiger-Müller sayacı ile radyoaktivite sayımı yapılır. Sonuçlar yine katılan fosforun %’si veya mg/100 gr toprak olarak ifade edilir.
1.6. Türkiye Topraklarının Fosfor Fiksasyon Kapasiteleri
Yurdumuz topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri ve fiksasyona neden olan başlıca toprak öğeleri aşağıdaki çizelgeden incelenebirlir.
http://i47.tinypic.com/2duysuv.gif
Bölge Katılan P’nin %’si olarak fiksasyon kapasitesi Fiksasyona neden olan toprak öğeleri
Çizelgeden de Türkiye topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri oldukça geniş sınırlar içinde gelişmekte ve fiksasyona neden olan toprak öğeleri de bölgelere göre farklılık göstermektedir.
2. Potasyum ve Potasyum Fiksasyonu
Toprakların potasyum kapsamları genellikle %0.2-3.3 arasında değişse de bazı alkali topraklarda %6-7’ye kadar yükselmekte ve bataklık topraklarda %0.2’nin altına düşmektedir. Toprakların K kaynağını oluşturan pek çok mineral olup bunların başlıcaları; biotit, muskovit ve potaslı feldspatlardır. Ayrıca amfibol ve piroksen grubu minerallerde az miktarda K kapsamaktadır.
Toprakta bulunan K formları bitkiye yarayışlılık derecesine göre 4 gruba ayırmak mümkündür.
1. Toprak Çözeltisinde Bulunan K+ İyonları: Bu formdan bitkiler kolaylıkla yararlanmaktadır. Bu formlar suda çözünebilir ve K’da denir.
2. Değişebilir K: Kil ve humus üzerinde elektrostatik kuvvetlerle bağlanmış (Absorbe edilmiş) K’yı ifade eder. Toprağa nötr bir tuz ilave edildiğinde kolayca yer değiştirerek toprak çözeltisine geçer. Ayrıca bitkiler toprak çözeltisinden K iyonlarına aldıkça denge sağlamak için çözeltiye geçerek alınabilir forma dönebilir.
3. Tabaka Paketçikleri Arasında Fikse Edilmiş K: K, kil minerallerinin tabaka paketleri arasına girerek fikse edilir. Genel anlamda bitkiler, bu tür tutunmuş K’dan faydalanamazlar. Ancak toprak çok fakirleştiği zaman tabakalar arasında fikse edilen K kil minerallerinin dışına çıkabilir ve bitkiye yararlı forma geçebilir. Bu özelliğinden dolayı bu K formuna yedek-depo K denir.
4. Minerallerin Yapısında Bulunan K: Bu form bitkilere yararsız durumdadır. Ancak uzun dönemler de minerallerin parçalanıp ayrışmasıyla bitkilere yararlı hale geçerler.
2.1. Potasyum Fiksasyon Mekanizması
Potasyum fiksasyonunu sağlamak amacıyla pek çok kuram geliştirilmesine rağmen bunların içerisinde en doğru kabul edileni “ Kafes-Boşluk” teorisidir. Buna göre potasyum fiksasyonu şöyle açıklanmaktadır:
2:1 tipi tabakaları genişleyen kil minerallerinin tabakaları arasındaki yüzeylerde altıgen olarak dizilmiş oksijen katmanları vardır. Bu altıgen boşluğun çapı 2.8 A0 ( Angstron) dur. Dehidrate K ve NH4 iyonlarının çapları bu boşluklara uyar. Bu yüzden K ve NH4 iyonları altıgen boşluklara girerek sıkıca tutunurlar. Böylece tabakaların su alıp genişlemesi önlenmiş olur. Li (0.68 A0) ve Na (0.98 A0) gibi iyonlarda bu boşluklara girebilirler. Ancak küçük oldukları için tutunamazlar.
Fiksasyon sonucunda K iyonlarının bitkiye yarayışsız ya da güç yararlanabilir duruma geçmeleri baz koşullarda olumlu sonuçlar vermektedir. Özellikle yağışlı bölge topraklarında K yıkanması önlendiği gibi, lüks tüketime de engel olunur. Zaten toprak potasyumca fakirleştiği zaman bitkiler tabakalar arasında tutunmuş olan potasyumdan yararlanabilirler.
2.2. Potasyum Fiksasyonunu Etkileyen Faktörler
Kilin Cinsi: Yukarıda açıklanan K fiksasyon mekanizmasına göre 2:1 tipi killer daha fazla K tutarlar. Tabakaları genişleyen kil minerallerinden vermikulit en fazla K fiksasyon kapasitesine sahiptir. Bunu illit ve montmorillonit izler.
Organik Madde: Organik maddenin K fiksasyonunu azalttığı bilinmektedir. Bunun nedeni organik maddenin yüksek KDK’ya sahip olasıdır. Organik madde K tutma yönünden kil mineralleriyle rekabete girmekte ve K’ yı daha gevşek bağladığı için fiksasyonu azaltmaktadır.
Zaman: KCl ve K2SO4 gübreleriyle yapılan araştırmalar K fiksasyonunun ilk dört güne kadar lineer olarak arttığı daha sonrada azaldığını ortaya koymuştur.
NH4 İyonları: Yaklaşık olarak aynı iyonik çapa sahip olan K+ ve NH4+ iyonlarının aynı mekanizmayla fikse edildikleri açıklanmıştır. Bu yüzden önceden yapılan NH4 uygulamaları K fiksasyonunu azaltmaktadır. NH4 fiksasyonu açısından da bunun tersi söylenebilir. Bu iki iyondan birinin artması diğerinin fiksasyonunu azaltır.
Toprağı Islatma Ve Kurutma: Potasyum fiksasyonunu yaş ve kuru olarak tayin edilmesi toprak neminin ve toprağın kuru olmasının tutulan K miktarlarını etkilediğini ortaya koymuştur. Genel olarak 105 0C de kurutulan topraklarda fiksasyonun yaş topraklara oranla daha fazla olduğu ileri sürülmektedir. Kuru topraklarda fiksasyonun yüksek olması, suyun tabakalar arasından çıkmasıyla buralra daha fazla K girmesinden kaynaklanmaktadır. Toprakların toplanmasında K fiksasyonunu artırmaktadır.
Bitki besin maddelerinin toprak öğeleri tarafından tutulmaları iki mekanizmayla cereyan etmektedir.
1. Adsorbsiyon
2. Kimyasal Çökelme ( Fiksasyon )
Adsorbsiyonla toprağa bağlanan bitki besin maddelerinden bitkiler yararlanabilirler. Toprak çözeltisinde bir iyonun konsantrasyonu azalırsa toprak tarafından adsorbe edilmiş bulunan iyonlar çözülerek çözeltiye geçerler ve bitkilerce alınabilirler. Aancak toprak öğeleri tarafından çözeltiye geçemeyecek durumda bağlanmış ya da çözünmeyen bileşikler oluşturarak çökmüş olan bitki besin maddelerinin alınmaları mümkün değildir. Örneğin toprakta bulunan ya da gübre olarak toprağa verilen fosfat iyonları, toprak çözeltisinde bulunan Fe ve Zn iyonlarıyla birleşerek Fe ve Zn hidroksifosfat bileşiklerini oluştururlar. Su da çok az çözülebilen bu bileşikler çökerek H2PO4, Fe ve Zn iyonlarıyla beslenmesini sınırlandırırlar. Bilinçsiz fosforlu gübre uygulamalarında bitkilerde Fe ve Zn noksanlıklarının görülmesinin nedenleri budur.
1. Fosfor Fiksasyonu
Topraklara verilecek fosforlu gübrelerin miktarları belirlenirken toprağın P fiksasyon kapasitesi düşünülmelidir. Çünkü. Özdeş2 toprak düşünülürse bunlardan P fiksasyon kapasitesi daha yüksek olan toprağa daha P ’lu gübre verilmelidir. Yapılan araştırmalar ; bitkilerin toprağa verilen P’ lu gübrelerin ilk yıl % 10-30 ‘undan yararlandıklarını göstermiştir. Kalan fosfor ise toprak öğeleri tarafından fikse edilerek bitkiye yarayışsız duruma geçmektedir.
Fosfor fiksasyonunun oluşum mekanizması fiksasyona neden olan öğelere bağlı olarak 3 başlık altında incelenebilir.
1. Asit reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
2. Alkali reaksiyonlu topraklarda P fiksasyonu
3. Biyolojik P fiksasyonu
1.1. Asit Reaksiyonlu Topraklarda P Fiskasyonu
Burada P, 3 ayrı mekanizmayla fikse edilmektedir.
Aşırı reaksiyonlu topraklarda Fe ve Al iyonları serbest halde bulunmaktadır. Bu iyonlar toprağa verilen fosfat iyonlarıyla birleşerek suda çözünürlükleri çok düşük olan Fe ve Al Hidroksifosfat bileşikleri halinde çökerler. Böylece P alınmaz hale geçer
Asit tepkimeli topraklarda Fe, Al ve Mn’nin hidrous oksitleri fazlaca bulunurlar. Kolloid karekterli olan bu bileşiklerin yüzeylerinde fosfat iyonları bazik Al ve Fe fosfatlar halinde fikse edilmektedir. Bu olaylar şöyle gösterilebilir.
Al, Fe ve Mn sulu oksitlerce zengin topraklarda örneğin, sarı ve kırmızı podsolik topraklarda fosfor fiksasyon kapasitesinin yüksek olmasının nedeni bu fiksasyon biçimidir. Nitekim, Hawai’ nin laterit topraklarında fosfor fiksasyon kapasitesinin %98 düzeyinde olduğu araştırmalarla saptanmıştır. Yurdumuz Karadeniz Bölgesi asit podsolik topraklarında ise % 55-81 oranında P fikse edildiği belirlenmiştir.
pH derecesi 4.5-6.0 arasında iken kil mineralleri P fiksasyonunda başat rol oynar. Killerdeki –OH gruplarının H2PO4 iyonlarıyla yer değiştirmesi sonunda fosforun kuvvetle bağlandığı ya da alınmaz forma girdiği kabul edilmektedir. Bu tür fiksasyon 1:1 killerde 2:1 killere oranla daha fazla görülmektedir.
Ayrıca kil minerallerdeki Fe ve Al’nin koordinasyon çemberine giren P iyonları, çok kuvvetle bağlandığında bitki tarafından alınmaz duruma geçmektedir.
1.2. Kireçli-Alkalin Topraklarda P Fiskasyonu
P fiskasyonu asit topraklardakinden farklı bir şekilde cereyan etmektedir.
Bilindiği gibi H3PO4 iyonlaşması 3 basamak halindedir.
Toprak reaksiyonuna bağlı olarak bu iyonların topraktaki miktarları aşağıdaki çizelgeden incelenebilir.
http://i.imgur.com/q35YB.gif
Görüldüğü gibi alkalin ortamda sekonder orto fosfat, asit ortamda ise primer orto fosfat iyonları çoğunluktadır. pH yüksek topraklarda dikalsiyum ( CaHPO4 ) ve trikalsiyum Ca3 ( PO4)2 fosfat bileşikleri daha fazla oluşur. Nötr pH derecelerinde ise monokalsiyum fosfat bileşikleri başat durumdadır. Kalsiyum fosfat bileşiklerinin çözünürlükleri aşağıda verilmiştir.
http://i.imgur.com/aqGes.gif
Bu ön bilgilerden sonra kireçli alkali topraklarda fosforun 3 farklı yolla fikse edildiği söylenebilir.
pH 7.5’ in üstünde ortamdaki Ca+2 ve Mg+2 iyonları ile reaksiyona girerek çözünürlülüğü düşük olan trikalsiyum ve trimagnezyum fosfat bileşikleri halinde çökmektedir.
Kireçli alkali topraklar genelde yüksek miktarda serbest CaCO3 kapsarlar. Fosfor, CaCO3 ile temas sonunda yine trikalsiyum fosfat haline dönerek çökmektedir.
Kireçli alkalin topraklarda kalsiyum ile doymuş kil mineralleri, fosforu Ca köprüsü ile bağlamak suretiyle alınabilirliğini sınırlandırır.
Bu tür fiksasyon çoğunlukla pH: 7 dolaylarında daha fazla görülmektedir.
1.3. Fosfor Fiksasyonunu Etkileyen Etmenler
Kilin Cinsi: Yapılan araştırmalar 1:1 tipi killerin 2:1 tipi killere oranla daha fazla fosfor bağladığını ortaya koymuştur. Yurdumuzda yaygın kil minerallerinin bölgeler göre dağılımı konusundaki bilgilerimiz en üst sınırdadır. Ancak sıcak bölgelerde killerin daha fazla parçalandığı göz önüne alınarak güney bölgelerimizde 1:1 tipi killerin daha yaygın olduğu ve bu bölgelerin daha yüksek P fiksasyon kapasitesine sahip olduğu kanısına varılabilir. 1:1 tipi killerin yapısında Fe ve Al hidrous oksitler daha fazla bulunduğu için P fiksasyon kapasitesi de yüksek olmaktadır.
Kilin Miktarı: Toprakta kil miktarı arttıkça fikse edilen P miktarı da artmaktadır. Bu durum yüzey genişliği ile ilgilidir. Toprak fraksiyonlarının parça büyüklüğü arttıkça fiksasyon azalır. Tekstür fraksiyonlarının birim miktarlarında fikse edilen P miktarları aşağıda gösterilmiştir.
Tepkime Süresi: Toprak ile toprağa verilen fosforlu gübre arasında değinim yani tepkime süresi arttıkça daha fazla P fikse edilmektedir. P fiksasyonu 4-6 gün sonunda maksimum düzeye ulaşmaktadır.
http://i47.tinypic.com/wgpy0z.gif
Çizelgeden de anlaşılacağı gibi 2 dakikalık tepkime süresinde toprağa katılan P’nin %68.88’i adsorbe, %55.64’ü ise fikse edilmektedir. Bu rakamlar P fiksasyonunun toprakta çok hızlı cereyan ettiğini göstermektedir. 1 ve 4 güne kadar hızla arttığını bu süreden sonra artışların azalarak devam ettiğini göstermektedir. Bu sonuçlardan da pratikte fosforlu gübrelerin tohum ekiminden önce toprağa verilmesinin sakıncalı olacağı yargısına varılmaktadır. Fosforlu gübreler tohumla beraber toprağa verilirse tepkime süresi kısalacağı için fiksasyon azalmaktadır.
Gübrenin Verilme Şekli: Fosforlu gübrelerin toprağa, banda verilmesi ile minimum düzeye indirilmiş olur. Çünkü bu şekilde toprakla gübrenin değinim yüzeyi azaltılmış olur. Fosforlu gübreler toprak yüzeyine serpme yöntemiyle verilirse tepkime süresi artacağı için fikse edilen fosfor miktarı da artar.
Toprak Reaksiyonu: Bitkilerin fosforlu gübrelerden en iyi yararlandıkları pH dereceleri 6.5-7.0 arasındadır. Bu sınırın altında ve üstünde fosfor şiddetle ve farklı mekanizmalar halinde fikse edilmektedir. pH 8.5’in üzerine çıkınca P fiksasyonu azalır. Çünkü pH 8.5’in üzerinde Na iyonları başattır. Bunlar, fosfat ile birleşerek suda çözünebilen Na3PO4 bileşiğini oluştururlar. Ancak pH 8.5’in üzerinde bitki gelişimi yavaşlar. Çünkü toprak tuzlu ya da alkalidir.
Toprak Sıcaklığı: Genel kural olarak kimyasal tepkimelerin hızını artırır. Bu nedenle sıcak iklimlerde fiksasyon daha yüksektir. Bu durum sıcak iklim topraklarında 1:1 tipi killerin (kaolonit) ve Al ile Fe hidrous oksitlerin daha fazla bulunmasıyla açıklanabilir.
Organik Madde: Genel olarak toprakta organik maddenin artmasıyla fikse edilen fosfor miktarı azalmaktadır. Çünkü organik maddenin toprakta ayrışmasıyla CO2 gazı açığa çıkar. Bu gaz suda çözünerek H2CO3’ü oluşturur. Karbonik asit de fosforlu bileşkelerin çözünürlüğünü arttırır ve bitkilerin fosfordan daha iyi yararlanırlar. Ayrıca toprakta oluşan humus da fosforun bitkiye alınabilirliğini arttırır. Humusun bu yönde etkisi şözyle açıklanmaktadır.
* Humus fosforla birleşerek suda iyi çözünebilen fosfo-humik bileşiklerini oluşturur.
* Organik maddenin ayrışmasıyla oluşan humat, sirat, oksalat, tartarat, malat gibi iyonlar, kolloidlere bağlı fosfat iyonlarıyla yer değiştirerek fosforu serbest hale geçirirler.
* Humus, Fe ve Al oksitlerin etrafını kaplayarak, bunların fosfat iyonlarıyla temasını engeller. Böylece fosfat iyonları Al ve Fe oksitlerle reaksiyona girmez ve toprak çözeltisinde kalır.
1.4. Fosfor Fiksasyonunu Azaltmak İçin Alınacak Önlemler
Fosfor fiskasyonu üzerine etki eden faktörlerin değerlendirilmesinden de anlaşılacağı gibi, fosfor fiskasyonunu minimum düzeye indirmek için alınacak önlemler şöyle özetlenebilir.
1. Fosforlu gübreler toprağa banda verilmelidir. Böylece değinim düzeyi azaltılmış olur.
2. Toz yerine granül gübreler kullanılmalıdır. Granül gübreler, toz halindeki gübrelere oranla toprakla daha az temas ederler.
3. Toprağın organik madde kapsamı ahır gübresi veya yeşil gübreleme ile arttırılmalıdır.
4. Fosforlu gübreler toprağa tohum ekimi sırasında verilmelidir. Önceden verilmesi halinde tepkime süresi artacağı için fiksasyonda artar.
5. Limon asidinde çözünürlüğü yüksek olan gübreler tercih edilmelidir. ( Dikalsiyum fosfat, Rhenania fosfat vb.)
6. Asit tepkimeli topraklarda kireçleme, alkalin reaksiyonlu topraklarda ise kükürtleme yapılara k pH 6.5-7.5 sınırlarına getirilmelidir.
1.5. Toprakların Fosfor Adsorbsiyon Ve Fiksasyon Kapasitelerinin Belirlenmesinde Kullanılan Yöntemler
Klasik Yöntemler
P Adsorbsiyon Kapasitesi Tayini: 0.01 M CaCl2 çözeltisi içerisine, hazırlanan toplam çözeltinin her milimetresinde 5 mg P bulunacak şekilde KH2PO4 katılarak bir çalkalama çözeltisi hazırlanır. Mikrobiyal aktiviteyi önlemek amacıyla çözeltiye 1-2 damla toluen damlatılır. 250 ml lik ağzı kapanan şişeye 5 gr toprak konarak üzerine 50 ml çalkalama çözeltisi eklenir. Makinede 24 saat çalkalanır ancak bu süre değişebilir. Çalkalama sonunda mavi bantlı filtre kâğıdından süzülür, 15 dk santrüfüj edilir. Ve bu süzüntüde fosfor analizi yapılır. Adsorbsiyon kapasitesi çalkalama çözeltisi bulunan fosfor miktarı (Pi) ve süzüntüde saptanan fosfor miktarından (Ps) yararlanarak aşağıdaki formülden hesaplanır.
P adsorbsiyon kapasitesi, toprağa katılan fosfor miktarının %’si olarak hesaplanmaktadır. Bu veriden yararlanarak 100 gr toprakta miligram olarak da ifade edilebilir.
Fosfor Fiksasyon Kapasitesi Tayini: Adsorbsiyon tayini arasında filtre kağıdı üzerinde kalan toprak 100ml alkol ile yıkanarak kurutulur. İyice karıştırılan topraktan 1 gr alınır ve üzerine 10 ml su katılarak 5 dk çalkalanır, süzülür. Santrifüj edildikten sonra fosfor tayini yapılır. Sonuç bize, toprağın suda çözünür formda adsorbe ettiği fosfor miktarın verir. Bu miktar adsorbe edilen fosfor miktarından çıkarılarak fikse edilerek fosfor miktarı saptanır.
Nükleer Yöntemler: Kısa sürede ve daha kesin sonuç veren nükleer yöntemler kullanılarak da toprakların fosfor, adsorbsiyon ve fiksasyon kapasiteleri ölçülebilmektedir. Bunun için izlenecek yol aynı klasik yollar gibidir. Ancak radyoaktif P (P32) ile etiketli KH2PO4 kullanılır ve kalorimetrik fosfor tayini yerine süzüntülerden alınan örneklerde Geiger-Müller sayacı ile radyoaktivite sayımı yapılır. Sonuçlar yine katılan fosforun %’si veya mg/100 gr toprak olarak ifade edilir.
1.6. Türkiye Topraklarının Fosfor Fiksasyon Kapasiteleri
Yurdumuz topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri ve fiksasyona neden olan başlıca toprak öğeleri aşağıdaki çizelgeden incelenebirlir.
http://i47.tinypic.com/2duysuv.gif
Bölge Katılan P’nin %’si olarak fiksasyon kapasitesi Fiksasyona neden olan toprak öğeleri
Çizelgeden de Türkiye topraklarının fosfor fiksasyon kapasiteleri oldukça geniş sınırlar içinde gelişmekte ve fiksasyona neden olan toprak öğeleri de bölgelere göre farklılık göstermektedir.
2. Potasyum ve Potasyum Fiksasyonu
Toprakların potasyum kapsamları genellikle %0.2-3.3 arasında değişse de bazı alkali topraklarda %6-7’ye kadar yükselmekte ve bataklık topraklarda %0.2’nin altına düşmektedir. Toprakların K kaynağını oluşturan pek çok mineral olup bunların başlıcaları; biotit, muskovit ve potaslı feldspatlardır. Ayrıca amfibol ve piroksen grubu minerallerde az miktarda K kapsamaktadır.
Toprakta bulunan K formları bitkiye yarayışlılık derecesine göre 4 gruba ayırmak mümkündür.
1. Toprak Çözeltisinde Bulunan K+ İyonları: Bu formdan bitkiler kolaylıkla yararlanmaktadır. Bu formlar suda çözünebilir ve K’da denir.
2. Değişebilir K: Kil ve humus üzerinde elektrostatik kuvvetlerle bağlanmış (Absorbe edilmiş) K’yı ifade eder. Toprağa nötr bir tuz ilave edildiğinde kolayca yer değiştirerek toprak çözeltisine geçer. Ayrıca bitkiler toprak çözeltisinden K iyonlarına aldıkça denge sağlamak için çözeltiye geçerek alınabilir forma dönebilir.
3. Tabaka Paketçikleri Arasında Fikse Edilmiş K: K, kil minerallerinin tabaka paketleri arasına girerek fikse edilir. Genel anlamda bitkiler, bu tür tutunmuş K’dan faydalanamazlar. Ancak toprak çok fakirleştiği zaman tabakalar arasında fikse edilen K kil minerallerinin dışına çıkabilir ve bitkiye yararlı forma geçebilir. Bu özelliğinden dolayı bu K formuna yedek-depo K denir.
4. Minerallerin Yapısında Bulunan K: Bu form bitkilere yararsız durumdadır. Ancak uzun dönemler de minerallerin parçalanıp ayrışmasıyla bitkilere yararlı hale geçerler.
2.1. Potasyum Fiksasyon Mekanizması
Potasyum fiksasyonunu sağlamak amacıyla pek çok kuram geliştirilmesine rağmen bunların içerisinde en doğru kabul edileni “ Kafes-Boşluk” teorisidir. Buna göre potasyum fiksasyonu şöyle açıklanmaktadır:
2:1 tipi tabakaları genişleyen kil minerallerinin tabakaları arasındaki yüzeylerde altıgen olarak dizilmiş oksijen katmanları vardır. Bu altıgen boşluğun çapı 2.8 A0 ( Angstron) dur. Dehidrate K ve NH4 iyonlarının çapları bu boşluklara uyar. Bu yüzden K ve NH4 iyonları altıgen boşluklara girerek sıkıca tutunurlar. Böylece tabakaların su alıp genişlemesi önlenmiş olur. Li (0.68 A0) ve Na (0.98 A0) gibi iyonlarda bu boşluklara girebilirler. Ancak küçük oldukları için tutunamazlar.
Fiksasyon sonucunda K iyonlarının bitkiye yarayışsız ya da güç yararlanabilir duruma geçmeleri baz koşullarda olumlu sonuçlar vermektedir. Özellikle yağışlı bölge topraklarında K yıkanması önlendiği gibi, lüks tüketime de engel olunur. Zaten toprak potasyumca fakirleştiği zaman bitkiler tabakalar arasında tutunmuş olan potasyumdan yararlanabilirler.
2.2. Potasyum Fiksasyonunu Etkileyen Faktörler
Kilin Cinsi: Yukarıda açıklanan K fiksasyon mekanizmasına göre 2:1 tipi killer daha fazla K tutarlar. Tabakaları genişleyen kil minerallerinden vermikulit en fazla K fiksasyon kapasitesine sahiptir. Bunu illit ve montmorillonit izler.
Organik Madde: Organik maddenin K fiksasyonunu azalttığı bilinmektedir. Bunun nedeni organik maddenin yüksek KDK’ya sahip olasıdır. Organik madde K tutma yönünden kil mineralleriyle rekabete girmekte ve K’ yı daha gevşek bağladığı için fiksasyonu azaltmaktadır.
Zaman: KCl ve K2SO4 gübreleriyle yapılan araştırmalar K fiksasyonunun ilk dört güne kadar lineer olarak arttığı daha sonrada azaldığını ortaya koymuştur.
NH4 İyonları: Yaklaşık olarak aynı iyonik çapa sahip olan K+ ve NH4+ iyonlarının aynı mekanizmayla fikse edildikleri açıklanmıştır. Bu yüzden önceden yapılan NH4 uygulamaları K fiksasyonunu azaltmaktadır. NH4 fiksasyonu açısından da bunun tersi söylenebilir. Bu iki iyondan birinin artması diğerinin fiksasyonunu azaltır.
Toprağı Islatma Ve Kurutma: Potasyum fiksasyonunu yaş ve kuru olarak tayin edilmesi toprak neminin ve toprağın kuru olmasının tutulan K miktarlarını etkilediğini ortaya koymuştur. Genel olarak 105 0C de kurutulan topraklarda fiksasyonun yaş topraklara oranla daha fazla olduğu ileri sürülmektedir. Kuru topraklarda fiksasyonun yüksek olması, suyun tabakalar arasından çıkmasıyla buralra daha fazla K girmesinden kaynaklanmaktadır. Toprakların toplanmasında K fiksasyonunu artırmaktadır.