Tüm yönleriyle toprak bilimi ve toprak kirlenmesi

Tüm yönleriyle toprak bilimi ve toprak kirlenmesi


Yazar Prof. Dr. Sülin TAŞCIOĞLU Prof. Dr. Adnan AYDIN
Yayınevi Çağlayan Kitabevi
ISBN 9789754360981
Baskı yılı 2017
Sayfa sayısı 528
Edisyon 1
Stok durumu Tükendi   

Çevre Bilimleri ile ilgili konuların öğretimi disiplinlerarası geniş ilgi alanlarının biraraya getirilmesini gerektirmektedir. Toprak Bilimi de üzerinde disiplinlerarası çalışmaların yürütüldüğü oldukça geniş yelpazeli bir alandır. Toprak, çevresindeki doğal olaylardan ve insan eliyle gerçekleşen her türlü faaliyetten en fazla etkilenen, ancak tepkisini vermekte oldukça geç kalan bir yaşam ortamıdır. Bu nedenle, insanlar ona verdikleri zararın ve onun zarar görmesinin kendilerine olan yansımalarının bazen birkaç nesil sonra farkına varmaktadırlar.
Sanayileşmenin, yanlış yerleşimlerin, çevreyi korumadaki duyarsızlıkların ve verilen zararın son iki yüz yılda giderek hızla ve daha şiddetli bir tarzda olması yalnızca ekolojik dengenin bozulmasını değil, bu yolla insana kadar ulaşacak besin yoksulluğu ve kalite olumsuzluklarını da birlikte getirmektedir. Tüm Yönleriyle Toprak Bilimi ve Toprak Kirlenmesi kitabının amacı, sadece öğrencilere değil, konu ile ilgilenen herkese toprağı ve özelliklerini ana hatları ile anlatmak, kirlenmesine ve işlevlerini kaybetmesine yol açacak olguların neler olduğunu ve toprağı korumanın yollarını güncel bilgilerle destekleyerek kısaca vermektir. Kitapta toprakla ilgili önemli görülen ve kitabın hacmini arttırmamak için sayıları sınırlı tutulan analiz yöntemlerine de yer verilmiştir. Bu arada ülkemizdeki toprakla ilgili Yönetmeliklerden seçilmiş alıntılar da sunulmaktadır. Okuyucular, kitabın sonundaki ilgili kaynaklara başvurarak daha etraflı bilgiler edinebilirler.
Tüm Yönleriyle Toprak Bilimi ve Toprak Kirlenmesi kitabı Kimya, Kimya Mühendisliği, Çevre Bilimleri, Coğrafya, Çevre Mühendisliği, Ziraat Mühendisliği, Orman Mühendisliği, Maden Mühendisliği, Jeoloji, Jeoloji Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği gibi alanlarda Lisans ve Lisansüstü öğrenim gören öğrencilere olduğu kadar mesleğinde bilgi birikimine önem verenlere de katkıda bulunabilecek temel bilgileri bir düzen içinde vermektedir. Bu nedenle, her bir konunun genişletilmesinden kaçınılmıştır.
Tüm Yönleriyle Toprak Bilimi ve Toprak Kirlenmesi kitabının öğrencilere ve okurlara yararlı olmasını dileriz.
Prof. Dr. Sülin TAŞCIOĞLU Prof. Dr. Adnan AYDIN
Marmara Üniversitesi İstanbul Bilim Üniversitesi
İstanbul, 2017

1. YERKÜRENİN JEOLOJİK OLUŞUM SÜRECİ........................................................1
1.1. GİRİŞ...............................................................................................................................1
1.2. DÜNYANIN JEOLOJİK DEĞİŞİM DÖNEMLERİ.....................................................5
1.3. YERKÜRENİN KATMANLARI..................................................................................8
2. ELEMENTLERİN PERİYODİK TABLOSU VE TOPRAKTAKİ DAĞILIMI......12
2.1. GİRİŞ.............................................................................................................................12
2.2. PERİYODİK TABLONUN OLUŞUMU VE ÖZELLİKLERİ...................................13
2.3. YERKABUĞUNDA BULUNAN ELEMENTLERE GENEL BAKIŞ......................15
3. OKSİJEN, KÜKÜRT, AZOT, KARBON VE FOSFOR ÇEVRİMLERİ..................22
3.1. GİRİŞ.............................................................................................................................22
3.2. OKSİJEN ÇEVRİMİ....................................................................................................23
– IX –
3.3. KÜKÜRT ÇEVRİMİ....................................................................................................24
3.4. AZOT ÇEVRİMİ..........................................................................................................27
3.4.1. Azot Mineralleşmesi...........................................................................................28
3.4.2. Azot Bağlanması / Azot Fiksasyonu...................................................................29
3.4.3. Azot Asimilasyonu..............................................................................................29
3.4.4. Azot Yükseltgeme / Nitrifikasyon.......................................................................29
3.4.5. Azot Giderme / Denitrifikasyon..........................................................................30
3.5. KARBON ÇEVRİMİ.................................................................................................31
3.6. FOSFOR ÇEVRİMİ ...................................................................................................37
4. KAYAÇLAR.......................................................................................................................39
4.1. GİRİŞ.............................................................................................................................39
4.2. MAGMATİK KAYAÇLAR..........................................................................................41
4.3. SEDİMANTER / TORTUL KAYAÇLAR.................................................................44
4.4. METAMORFİK / BAŞKALAŞIM KAYAÇLARI.....................................................48
5. TOPRAK.............................................................................................................................54
5.1. GİRİŞ.............................................................................................................................54
5.2. TOPRAĞIN FİZİKSEL GÖRÜNÜMÜ.......................................................................56
5.3. TOPRAK TEKSTÜRÜ / DOKUSU.............................................................................61
5.4. TOPRAĞIN FİZİKSEL YAPISI...................................................................................67
5.4.1. Toprak Gözenekleri..............................................................................................69
5.4.2. Toprak Bileşenlerinin Bağlanma Özellikleri.....................................................70
5.4.3. Toprak Sıcaklığı...................................................................................................75
5.4.4. Toprak Yoğunluğu...............................................................................................77
5.4.5. Toprağın Özgül(Spesifik) Yüzey Alanı...............................................................77
5.4.6. Toprak Rengi........................................................................................................79
5.4.6. Köklenmenin Engellendiği Derinlik...................................................................81
6. TOPRAĞIN OLUŞUMU VE BİLEŞENLERİ...............................................................83
6.1. GİRİŞ.............................................................................................................................83
6.2. TOPRAĞIN OLUŞUMUNDA JENETİK ETKENLER.........................................84
6.3. HAVALANMA REAKSİYONLARI..........................................................................87
6.4. TOPRAK MİNERALLERİ..........................................................................................93
6.4.1. Giriş .....................................................................................................................93
– X –
6.4.2. Kayaç ve Mineral Örnekleri...............................................................................96
6.4.3. Silikat Mineralleri............................................................................................105
6.4.3.1. Silikatların Sınıflandırılması ..............................................................109
6.4.3.2. Toprak Silikatlarının Temsilcileri........................................................113
A. Feldspatlar .......................................................................................113
B. Mikalar.............................................................................................118
C. Ferromagnezya’lar...........................................................................118
D. Magnezyum Silikat’lar....................................................................118
E. Killer.................................................................................................119
a. Killerin Oluşum ve Özellikleri......................................................119
b. Killerin Sınıflandırılması..............................................................129
6.4.4. Fosfat ve Karbonatlı Mineraller.......................................................................135
6.5. TOPRAKTA ORGANİK BİLEŞENLER...................................................................137
6.5.1. Giriş....................................................................................................................137
6.5.2. Toprak Biyokütlesi – Çözünmüş ve Tanecikli Organik Karbon......................138
6.5.2.1. Toprakta Humik Maddeler....................................................................140
6.5.2.2. Hücre Dışı Bakteriyel Yüzey Aktif Maddeler...................................142
6.6. TOPRAK HAVASI VE TOPRAK SUYU................................................................143
6.6.1. Toprak Havası....................................................................................................143
6.6.2. Toprakta Su İçeriği............................................................................................144
6.6.2.1. Toprak Suyunun Hareketi.....................................................................148
A. Kapiler Yükselme............................................................................150
B. Toprağın Su Doygunluğu ve Hareketliliği......................................151
6.6.2.2. Toprak ve Bitkilerde Su Potansiyeli.....................................................154
A. Yerçekimsel Potansiyel....................................................................158
B. Matriks (Zemin) potansiyeli...........................................................158
C. Basınç Potansiyeli...........................................................................159
D. Osmotik Potansiyel (Çözünen Madde Potansiyeli)........................160
6.6.2.3. Toprak Kullanımında Önemli Su İçerikleri.........................................163
A. Doygunluk Suyu (% Su)..................................................................163
B. Tarla Kapasitesindeki % Su İçeriği.................................................163
C. Solma Noktası ( % Su).....................................................................164
D. Bitkilere Yarayışlı Su.......................................................................164
E. Toprağın Özgül Su Alma-verme Verimi.........................................165
– XI –
F. Toprağın Özgül Su Tutması.............................................................165
6.6.2.4. Toprak Suyunda İyonlar.......................................................................166
7. TOPRAK TÜRLERİ.......................................................................................................168
7.1. GİRİŞ...........................................................................................................................168
7.2. TOPRAKLARIN SINIFLANDIRILMASI...............................................................170
7.2.1. Sınıflandırma Yaklaşımları...............................................................................170
7.2.2. Toprakların Yerelliğe Göre Eski Sınıflandırması.............................................176
7.2.2.1. Taşınmış (Azonal) Topraklar...............................................................177
A. Entisoller, Regosol, Arenosol, Fluvisol (Alüviyal Topraklar).......177
B. Yamaç Toprakları (Kolüvyal Topraklar ve Litosoller)....................178
7.2.2.2. Yerli (Zonal) Topraklar.........................................................................179
7.2.2.3. Intrazonal/Ara Topraklar......................................................................180
A. Kalsimorfik Topraklar.....................................................................181
B. Hidromorfik Topraklar.....................................................................181
C. Halomorfik Topraklar......................................................................181
7.2.3. Toprakların İklimlere Göre Sınıflandırılması .................................................184
7.2.3.1. Türkiye’nin İklimi ve Arazi Kullanımı................................................184
7.2.3.2. Nemli İklim Bölge Toprakları...........................................................185
7.2.3.3. Kurak ve Yarı Nemli İklim Bölge Toprakları.................................191
7.2.4. Toprakların/Arazilerin İşlenebilirlik Derecesine Göre Sınıflandırılması........194
7.2.5. Toprakların Genel Bileşenlerine ve Asitliklerine
Göre Sınıflandırılması.......................................................................................197
8. TOPRAK BİLEŞENLERİNİN OLUŞUM VE DEĞİŞİMLERİNİ
ETKİLEYEN FAKTÖRLER.........................................................................................207
8.1. GİRİŞ...........................................................................................................................207
8.2. ÇÖZÜNÜRLÜK VE ÇÖZÜNÜRLÜK ÇARPIMI...................................................208
8.3. TOPRAKTA ELEKTRON ALIŞVERİŞİ (Redoks)................................................209
8.4. İYONİK POTANSİYEL.............................................................................................215
8.5. İYON DEĞİŞTİRME OLAYI....................................................................................216
9. TOPRAKLARDA YAŞAYAN CANLILAR................................................................222
9.1. GİRİŞ...........................................................................................................................222
9.2. MİKROORGANİZMALAR......................................................................................224
9.3. MAKROORGANİZMALAR.....................................................................................230
– XII –
10. TOPRAK BİLEŞENLERİNİN BİYOLOJİK YARARLILIĞI............................231
10.1. GİRİŞ........................................................................................................................231
10.2. EKSİK BESİNLİ TOPRAKLAR..........................................................................234
10.3. TARIMDA GÜBRE KULLANIMI........................................................................240
10.3.1. Gübre Türleri.................................................................................................242
10.3.2. Toprağın İyileştirilmesi İçin Kullanılan Diğer Katkılar
Kompost ve Biyokatı Desteği......................................................................244
11. TOPRAK YAPISININ BOZULMASI VE EROZYON.............................................248
11.1. TOPRAK YAPISININ BOZULMASI.....................................................................248
11.2. EROZYON (BİTKİ-TOPRAK-SU-ATMOSFER ARASI ETKİLEŞİMLER).......250
11.2.1. Erozyonda Suyun Önemi..............................................................................252
11.2.2. Erozyonda Rüzgarın Önemi.......................................................................256
11.3. EROZYONA KARŞI ÖNLEMLER........................................................................258
12. TOPRAK KİRLENMESİ.............................................................................................267
12.1. GİRİŞ........................................................................................................................267
12.2. TOPRAK KİRLENMESİNİN NEDENLERİ......................................................269
12.2.1. Toprağın Yapısından Kaynaklanan Sorunlar...........................................269
12.2.2. Toprağın Kullanım Şeklinden Kaynaklanan Sorunlar...........................269
12.2.3. Çevre Kirliliğinin Toprak Kirlenmesine Katkıları..................................275
12.2.3.1. Hava Kirliliği Kaynaklı Toprak Kirlenmesi...............................275
12.2.3.2. Katı Atıklardan Kaynaklanan Toprak Kirlenmesi....................280
12.2.3.3. Su Kirliliği Kaynaklı Toprak Kirlenmesi.....................................281
12.3. KİRLETİCİ UNSURLARIN TOPRAK İÇİNDE TAŞINIM /
DÖNÜŞÜM ÖZELLİKLERİ..................................................................................282
12.3.1. Toprak Suyunun Hareketi İle Sürüklenme..............................................283
12.3.2. Kirletici Difüzyonu......................................................................................285
12.3.3. Kirleticilerin Yüzeyde Tutuklanması / Adsorpsiyon...................................285
12.3.4. Kirleticilerin Bitkilerin Kökleriyle Alınması...........................................286
12.3.5. Kirleticilerin Topraktaki Mikroorganizmalar
Tarafından Kullanılması...............................................................................286
12.3.6. Kirleticilerin Yapısal Değişime Uğraması..................................................286
12.4. TOPRAĞA KİMYASAL KİRLETİCİLERİN ETKİSİ.......................................287
12.4.1. Asit Yağmurları............................................................................................287
12.4.1.1. Asit Yağmurlarının Çevreye ve Toprağa Zararları........................289
– XIII –
12.4.1.2. Asit Yağmuru Zararlarının En Aza İndirilmesi
İçin Önlemler.................................................................................292
12.4.2. Ağır Metallerin Kirletici Özellikleri ..........................................................296
12.4.2.1. Ağır Metallerin Bitkilere Etkisi.....................................................297
12.4.2.2 Ağır Metallerin Topraktaki Enzim Aktivitelerine Etkisi.............300
12.4.2.3. Toprakta Biriken Bazı Metal Kirleticilerin Genel
Özellikleri......................................................................................303
A. Cıva............................................................................................303
B. Kurşun.......................................................................................305
C. Kadmiyum.................................................................................306
D. Krom..........................................................................................309
E. Aluminyum...............................................................................310
F. Arsenik ve Antimon..................................................................311
G. Selenyum...................................................................................315
H. Uranyum ..................................................................................315
I. Titanyum ....................................................................................318
İ. Talyum........................................................................................319
J. Toryum.......................................................................................320
K. Baryum.....................................................................................320
L. Berilyum....................................................................................321
12.4.3. Arıtma Çamurları.........................................................................................322
12.4.4. Kompost ve Biyokatılarla Kirlenme............................................................328
12.4.5. Gübre Kullanımı ile Kirlenme.....................................................................329
12.4.6. Tarım Koruma İlaçları ile Kirlenme............................................................329
12.4.7. Plastik Maddelerden Kaynaklanan Kirlilik.................................................335
12.4.8. Atık Madeni Yağların Yarattığı Kirlenme...................................................337
12.5. TOPRAĞIN TEMİZLENMESİ..............................................................................338
12.5.1. Yerinde Yapılan (in-situ) Temizleme İşlemleri............................................339
a. Yıkama......................................................................................................339
b. Stabilizasyon/Karıştırma..........................................................................339
c. Toprak Gazının Vakumla Çekilmesi........................................................341
d. Hidrolik Çatlaklama.................................................................................341
e. Isıl Arıtma.................................................................................................342
f. Biyolojik Arıtma Yöntemleri....................................................................342
1. Biyoremediyasyon..................................................................................342
– XIV –
2. Biyoventilasyon......................................................................................343
3. Fitoremediyasyon/Bitkilerle Temizleme...............................................343
Fitoremediyasyon Türleri......................................................................347
1.Fitoekstraksiyon...........................................................................348
2. Rizofiltrasyon..............................................................................349
3. Fitostabilizasyon.........................................................................350
4. Fitovolatilizasyon........................................................................350
5. Fitodegradasyon..........................................................................350
6. Nanobiyonik bitkiler...................................................................350
g. Topraktaki Sodyumun Kontrol Altına Alınması.....................................352
h. Alkali Toprakların İyileştirilmesi............................................................353
ı. AsidikToprakların İyileştirilmesi..............................................................353
12.5.2. Kirliliğin Çevresinden Soyutlanması..........................................................354
12.5.3. Kirliliğin kimyasal yollarla bozundurulması veya
daha az toksik bir yapıya dönüştürülmesi...................................................355
13. TOPRAK ANALİZİ......................................................................................................359
13.1. GİRİŞ........................................................................................................................359
13.2. ANALİZLER İÇİN TOPRAK ÖRNEĞİ ALINMASI.......................................368
13.3. TOPRAK ANALİZLERİNDEN ÖRNEKLER......................................................372
13.3.1. Toprakta Tane Büyüklüğünün Dağılımı......................................................372
13.3.1.1. Kaba Tanelerin Kuru Elek Analizinin Yapılması.........................373
13.3.1.2. İnce Tanelerin Sedimantasyonla Analizi.......................................375
13.3.1.2.a. Hidrometre ile Tekstür/Doku Analizi...........................376
13.3.1.2.b. Sedimantasyonla Tekstür/Doku Analizi.......................380
13.3.2. Toprak Geçirgenliği - Hidrolik İletkenlik....................................................383
13.3.2.1. Giriş................................................................................................383
13.3.2.2. Toprak Geçirgenliğinin Tayini......................................................384
13.3.3. Toprağın Bağlanma Özelliklerinin Belirlenmesi.........................................385
13.3.3.1. Sıvılık Sınırı’nın (SS) Bulunması...................................................386
13.3.3.2. Plastiklik Sınırı’nın (PS) Bulunması.............................................387
13.3.3.3. Büzülme Sınırı’nın (BS) Bulunması..............................................388
13.3.4. Toprakta Diğer Fiziksel ve Fizikokimyasal Özelliklerin Belirlenmesi.......389
13.3.4.1. Toprak pH sının Tayini...................................................................389
13.3.4.2. Toprak Elektrik İletkenliğinin Tayini............................................392
13.3.4.3. Toprak Redoks Potansiyelinin Tayini............................................393
– XV –
13.3.5. Toprakta Yapılan Kimyasal Analizlerden Örnekler....................................395
13.3.5.1. Toprağın Su İçeriği ........................................................................395
A. Gravimetrik Analiz....................................................................395
B. Tansiyometre ile Su Tayini.........................................................397
C. Alçı Blok Yöntemi ile Su Tayini...............................................397
13.3.5.2. Toprakta Azot Analizi..................................................................398
13.3.5.3. Toprakta Fosfor Analizi...............................................................403
A. Fosforun Çözeltiye Alınması.....................................................404
B. Bitkiye Yararlı Fosfor Belirlenmesi...........................................405
13.3.5.4. Toprakta Bor Tayini.....................................................................407
13.3.5.5. Toprakta Organik Bileşen Tayini................................................409
A. Islak Çözünürleştirme Yöntemi................................................410
a. Walkley-Black (Islak Yakma) Yöntemi.................................410
b. Kolorimetrik Yöntem.............................................................412
B. Kızdırma Kaybı Yöntemi..........................................................413
C. Yakma Yöntemi.........................................................................413
13.3.5.6. Humik Madde Tayini.....................................................................414
13.3.5.7. Toprağın İyon Değiştirme Kapasitesi (İDK)...............................416
A. Katyon Değiştirme Kapasitesi (KDK)......................................418
B. Toprağın Baz Doygunluk Oranı................................................419
C. Toprağın Değişebilir Sodyum Oranı (%)..................................419
D. Değişebilir Asitliğin ve Değişebilir Aluminyumun Tayini......419
13.3.5.8. Toprakta Kireç Tayini....................................................................421
A. Gravimetrik Analiz...................................................................422
B. Volumetrik Analiz....................................................................423
13.3.5.9. Toprağın Kireç Gereksiniminin Belirlenmesi...............................425
A. Adams-Evans Yöntemi .............................................................427
B. Değişebilir Aluminyum Yardımıyla Kireç İhtiyacının
Belirlenmesi...............................................................................431
13.3.5.10. Topraktaki Bazı Metal Katyonlarının Analizi.........................432
A. Bazı Elementlerin Analizlenme Yöntemleri ve Amaçları.....434
B. Topraktaki Ana Katyonların (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) Tayini.......435
C. Topraktaki Ağır Metallerin Tayini............................................437
14. TOPRAĞIN İÇERDİĞİ TEMEL ELEMENTLERİN ÖZELLİKLERİ..............440
14.1. AZOT.......................................................................................................................440
– XVI –
14.2. FOSFOR...................................................................................................................441
14.3. POTASYUM............................................................................................................443
14.4. KALSİYUM............................................................................................................445
14.5. MAGNEZYUM.......................................................................................................447
14.6. BAKIR.....................................................................................................................448
14.7. DEMİR......................................................................................................................450
14.8. ÇİNKO....................................................................................................................451
14.9. MANGAN..............................................................................................................453
14.10. NİKEL....................................................................................................................455
14.11. KOBALT.................................................................................................................456
14.12. MOLİBDEN...........................................................................................................456
14.13. VANADYUM.........................................................................................................458
14.14. BOR........................................................................................................................458
14.15. FLUORÜR VE KLORÜRLER..............................................................................461
15. TOPRAĞIN KORUNMASI İÇİN ALINMASI GEREKLİ BAŞLICA
ÖNLEMLER...................................................................................................................463
15.1. ÖNERİLER............................................................................................................463
15.2. TOPRAK KİRLİLİĞİ KONTROLÜ YÖNETMELİKLERİNDEN
SEÇİLMİŞ MADDELER ......................................................................................465
15.2.1. Toprak Kirliliğinin Kontrolu Yönetmeliği.................................................465
15.2.2. Toprak Kirliliğinin Kontrolü ve Noktasal Kaynaklı
Kirlenmiş Sahalara Dair Yönetmelik.......................................................473
15.2.3. Evsel ve Kentsel Arıtma Çamurlarının Toprakta Kullanılmasına
Dair Yönetmelik..........................................................................................491
16. EKLER ...........................................................................................................................497
16.1. Birimler ve Dönüşümler...........................................................................................497
16.2. Ön Ekler...................................................................................................................498
KAYNAKLAR.....................................................................................................................499
KONU DİZİNİ......................................................................................................................512
PERİYODİK TABLO..........................................................................................................528